Cmos器件的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种CMOS器件的制造方法，包括：形成浅沟槽场氧，阱区。依次生长栅氧化层、多晶硅层并对多晶硅层进行N型和P型离子注入，光刻刻蚀形成栅极；栅极包括相接触的第一栅极和第二栅极。形成源漏区。形成层间膜；光刻刻蚀形成长条形接触孔，长条形接触孔跨过第一栅极和第二栅极的接触界面实现和第一栅极和第二栅极同时接触。本发明能省略采用金属硅化物实现NMOS和PMOS器件的栅极互联的步骤，从而能减少接触孔和栅极之间的寄生电阻和电容、提供器件的速度，能消除PMOS器件的栅极的硼掺杂浓度减淡以及硼减淡引起的多晶硅耗尽的问题，能消除在接触孔形成之前引入金属元素从而能提高器件的可靠性。
【专利说明】CMOS器件的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种CMOS器件的制 造方法。
【背景技术】
[0002] 现有CMOS器件的制造工艺方法中，一种方法是利用在栅极的多晶硅（poly)上沉 积一层导电金属层来实现N型MOS (NM0S)和P型MOS (PM0S)的栅极互联，现有栅极互联 的导电金属多是硅化钨（WSi )和自对准钴硅化物（Co sal icide )。
[0003] 如图1所示，是现有方法形成的CMOS器件的俯视图；图2是沿图1中AA'线的CMOS 器件的剖视图；现有方法包括步骤：
[0004] 利用光刻刻蚀工艺在硅衬底101上形成浅沟槽，由所述浅沟槽定义出有源区；在 所述浅沟槽中填充氧化硅形成浅沟槽场氧104,由所述浅沟槽场氧104对所述有源区进行 隔离。
[0005] 在所述硅衬底101的有源区表面生长一层牺牲氧化层，并进行粒子注入在有源区 中形成P型阱区102和N型阱区103,令P型阱区102的有源区为第一有源区，N型阱区103 的有源区为第二有源区。
[0006] 在所述硅衬底101的正面利用湿法去除掉牺牲氧化层，并生长一层栅氧化层105， 然后沉积一层多晶硅层（Poly Si )，随后进行N型多晶硅106和P型多晶硅107的掺杂杂质 的植入即离子注入，在多晶硅层上形成上沉积一层金属硅化钨108和一层氮化硅，利用干 法刻蚀形成栅极。如图1和2所示，栅极由刻蚀后的金属硅化钨108和其底部的N型多晶 娃106和P型多晶娃107组成，其中N型多晶娃106用于形成NM0S器件的第一栅极，P型 多晶硅107用于形成PM0S器件的第二栅极，金属硅化钨108用于形成第一栅极和第二栅极 的互联。
[0007] 然后进行轻掺杂漏（LDD)植入即离子注入，沉积一层SiN，对SiN进行干法刻蚀在 栅极的侧面形成侧墙（spacer)，然后进行源漏离子注入分别形成NM0S器件和PM0S器件的 源漏区。其中NM0S器件和PM0S器件的源漏区在图2中并没有显示，图1中NM0S器件的源 区和漏区连成的方向为BB'线方向，在BB'线的剖面图上才能看到NM0S器件的源漏区；PM0S 器件的源区和漏区连成的方向也和BB'线平行。
[0008] 在完成上述所述步骤之后，沉积一层磷硅玻璃即磷掺杂的Si02 (PSG)，利用化学 机械研磨（CMP)工艺对PSG层进行研磨，之后再沉积一层无掺杂的SI02 (NSG)，由PSG层和 NSG层组成层间膜109,然后利用干法刻蚀工艺对层间膜109进行刻蚀形成接触孔110,在接 触孔110中填充金属实现栅极的引出。
[0009] 由上可知，现有制作方法需要借助金属硅化钨来实现NM0S和PM0S器件的栅极互 联，PM0S器件栅极的P型多晶硅中掺入的硼（Boron)在金属硅化钨与多晶硅（Poly-Si)或 非晶硅（a-Si)中溶解度大致为100:1，所述P型多晶硅中的Boron会扩散到金属硅化钨 中，造成PM0S器件的栅极浓度减淡，使PM0S器件工作的时候容易形成耗尽，增加器件开启 电压。如果通过增加 PMOS器件中的栅极中的Boron的浓度来消除Boron扩散所造成的浓 度减淡损失，又会造成可靠性的问题。同时金属硅化钨与多晶硅的接触电阻会对器件进行 分压同时降低器件的工作速度；由于金属硅化钨的存在，在栅极干法、湿法刻蚀的过程中， 金属离子的引入会对器件的可靠性造成影响。
【发明内容】
[0010] 本发明所要解决的技术问题是提供一种CMOS器件的制造方法，能省略采用金属 硅化物实现NM0S和PM0S器件的栅极互联的步骤，从而能减少接触孔和栅极之间的寄生电 阻和电容、提供器件的速度，能消除PM0S器件的栅极的硼掺杂浓度减淡以及硼减淡引起的 多晶硅耗尽的问题，能消除在接触孔形成之前引入金属元素从而能提高器件的可靠性。
[0011] 为解决上述技术问题，本发明提供的CMOS器件的制造方法，包括如下步骤：
[0012] 步骤一、利用光刻刻蚀工艺在硅衬底上形成浅沟槽，由所述浅沟槽定义出有源区； 在所述浅沟槽中填充氧化硅形成浅沟槽场氧，由所述浅沟槽场氧对所述有源区进行隔离。
[0013] 步骤二、进行离子注入形成CMOS器件的阱区，所述CMOS器件的阱区包括用于形成 NM0S器件的P型阱区和用于形成PM0S器件的N型阱区，所述P型阱区形成于第一有源区中， 所述N型阱区形成于第二有源区中，所述第一有源区和所述第二有源区之间隔离的所述浅 沟槽场氧为第一浅沟槽场氧。
[0014] 步骤三、在所述硅衬底的正面依次生长栅氧化层、多晶硅层，在所述多晶硅层的选 定区域中分别进行N型离子注入和P型离子注入并分别形成N型多晶硅层和P型多晶硅 层，并利用光刻刻蚀工艺对所述多晶硅层进行刻蚀形成所述CMOS器件的栅极；所述栅极包 括所述NM0S器件的第一栅极和所述PM0S器件的第二栅极，所述第一栅极由刻蚀后的N型 多晶硅层组成、所述第二栅极由刻蚀后的P型多晶硅层组成；所述第一栅极覆盖于所述第 一有源区上方、且被所述第一栅极所覆盖的所述P型阱区表面用于形成所述NM0S器件的沟 道；所述第二栅极覆盖于所述第二有源区上方、且被所述第二栅极所覆盖的所述N型阱区 表面用于形成所述PM0S器件的沟道，所述第一栅极和所述第二栅极还分别延伸到所述第 一浅沟槽场氧表面上并相接触。
[0015] 步骤四、在所述第一栅极两侧的所述第一有源区中形成所述NM0S器件的N型源漏 区，在所述第二栅极两侧的所述第二有源区中形成所述PM0S器件的P型源漏区。
[0016] 步骤五、在所述栅极以及所述栅极外侧的所述有源区和所述浅沟槽场氧表面形成 层间膜；采用光刻刻蚀工艺对所述层间膜进行刻蚀形成长条形接触孔，所述长条形接触孔 位于所述第一栅极和所述第二栅极的上方并跨过所述第一栅极和所述第二栅极的接触界 面实现和所述第一栅极和所述第二栅极同时接触。
[0017] 进一步的改进是，步骤二中进行离子注入形成所述CMOS器件的阱区之前还包括 在所述硅衬底的有源区表面生长一层牺牲氧化层的步骤，形成所述阱区之后还包括去除所 述牺牲氧化层的步骤。
[0018] 进一步的改进是，步骤四中在形成所述N型源漏区以及所述P型源漏区之前还包 括步骤：
[0019] 进行N型LDD离子注入在所述第一栅极两侧的所述第一有源区中形成所述NM0S 器件的N型LDD区，进行P型LDD离子注入在所述第二栅极两侧的所述第二有源区中形成 所述PMOS器件的P型LDD区。
[0020] 在所述硅衬底正面沉积一层氮化硅层，采用干法刻蚀工艺对所述氮化硅进行刻蚀 并在所述栅极的侧面形成侧墙。
[0021] 进一步的改进是，步骤五中所述层间膜包括两层，形成步骤分为：
[0022] 沉积一层PSG层，所述PSG层覆盖在所述栅极以及所述栅极外侧的所述有源区和 所述浅沟槽场氧表面上。
[0023] 采用CMP工艺对所述PSG层进行平坦化。
[0024] 在平坦化后的所述PSG层表面沉积一层NSG层，由所述PSG层和所述NSG层组成 所述层间膜。
[0025] 本发明方法不用金属硅化物如WSi工艺就能实现CMOS器件工艺中N型多晶硅栅 极和P型多晶硅栅极的栅极互联，通过把CMOS器件区域中的接触孔采用长条形即截面为长 方形的结构来连接N型多晶硅栅极和P型多晶硅栅极，从而能实现N型多晶硅栅极和P型 多晶硅栅极的互联。由于本发明方法中省去了金属硅化钨步骤，NM0S器件和PM0S器件的 栅极始终处于同一电位，接触孔到NM0S器件和PM0S器件的栅极之间没有多余的寄生电阻 和电容，所以能提高器件的速度；另外，本发明方法还能很好的解决PM0S器件的栅极中硼 扩散到金属层如金属硅化钨造成PM0S器件的P型多晶硅栅极中硼元素浓度减淡引起的多 晶硅耗尽的问题；另外，本发明方法在接触孔刻蚀之前都未引入金属离子，能避免过早的在 工艺中引入金属离子对器件可靠性产生的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明：
[0027] 图1是现有方法形成的CMOS器件的俯视图；
[0028] 图2是沿图1中AA'线的CMOS器件的剖视图；
[0029] 图3是本发明实施例方法的流程图；
[0030] 图4是本发明实施例方法形成的CMOS器件的俯视图；
[0031] 图5是沿图4中CC'线的CMOS器件的剖视图。
【具体实施方式】
[0032] 如图3所示，是本发明实施例方法的流程图，图4是本发明实施例方法形成的CMOS 器件的俯视图；图5是沿图4中CC'线的CMOS器件的剖视图。本发明实施例CMOS器件的 制造方法，包括如下步骤：
[0033] 步骤一、利用光刻刻蚀工艺在硅衬底1上形成浅沟槽，由所述浅沟槽定义出有源 区；在所述浅沟槽中填充氧化硅形成浅沟槽场氧4,由所述浅沟槽场氧4对所述有源区进行 隔离。
[0034] 步骤二、在所述硅衬底1的有源区表面生长一层牺牲氧化层，穿过所述牺牲氧化 层进行离子注入形成CMOS器件的阱区，所述CMOS器件的阱区包括用于形成NM0S器件的P 型阱区2和用于形成PM0S器件的N型阱区3,所述P型阱区2形成于第一有源区中，所述N 型阱区3形成于第二有源区中，所述第一有源区和所述第二有源区之间隔离的所述浅沟槽 场氧4为第一浅沟槽场氧4。之后利用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲氧化层。由图4可知，所 述第一有源区和所述第二有源区俯视面上都为长方形，且长边方向和DD'线平行。
[0035] 步骤三、在所述硅衬底1的正面依次生长栅氧化层5、多晶硅层，在所述多晶硅层 的选定区域中分别进行N型离子注入和P型离子注入并分别形成N型多晶硅层和P型多晶 硅层，并利用光刻刻蚀工艺对所述多晶硅层进行刻蚀形成所述CMOS器件的栅极；所述栅极 包括所述NM0S器件的第一栅极106和所述PM0S器件的第二栅极107,所述第一栅极106由 刻蚀后的N型多晶硅层组成、所述第二栅极107由刻蚀后的P型多晶硅层组成；所述第一栅 极106覆盖于所述第一有源区上方、且被所述第一栅极106所覆盖的所述P型阱区2表面 用于形成所述NM0S器件的沟道；所述第二栅极107覆盖于所述第二有源区上方、且被所述 第二栅极107所覆盖的所述N型阱区3表面用于形成所述PM0S器件的沟道，所述第一栅极 106和所述第二栅极107还分别延伸到所述第一浅沟槽场氧4表面上并相接触。由图4可 知，由所述第一栅极106和所述第二栅极107接触形成的栅极结构呈长条形，俯视面上为一 长方形，该长方形的长边方向和CC'线平行，CC'线和DD'线垂直。
[0036] 步骤四、进行N型LDD离子注入在所述第一栅极106两侧的所述第一有源区中形 成所述NM0S器件的N型LDD区，进行P型LDD离子注入在所述第二栅极107两侧的所述第 二有源区中形成所述PM0S器件的P型LDD区。
[0037] 在所述硅衬底1正面沉积一层氮化硅层，采用干法刻蚀工艺对所述氮化硅进行刻 蚀并在所述栅极的侧面形成侧墙。
[0038] 在所述第一栅极106两侧的所述第一有源区中形成所述NM0S器件的N型源漏区， 在所述第二栅极107两侧的所述第二有源区中形成所述PM0S器件的P型源漏区。所述N 型源漏区和所述P型源漏区在图5中没有显示，N型源区和漏区连线方向和DD'线相同，P 型源区和漏区连线方向也和DD'线平行。
[0039] 步骤五、沉积一层PSG(磷掺杂的Si02)层，所述PSG层覆盖在所述栅极以及所述 栅极外侧的所述有源区和所述浅沟槽场氧4表面上。
[0040] 采用CMP工艺对所述PSG层进行平坦化。
[0041] 在平坦化后的所述PSG层表面沉积一层NSG (无掺杂的Si02)层，由所述PSG层和 所述NSG层组成层间膜9。
[0042] 采用光刻刻蚀工艺对所述层间膜9进行刻蚀形成长条形接触孔8,所述长条形接 触孔8位于所述第一栅极106和所述第二栅极107的上方并跨过所述第一栅极106和所述 第二栅极107的接触界面实现和所述第一栅极106和所述第二栅极107同时接触。在所述 长条形接触孔8中填入金属后能够直接将所述第一栅极106和所述第二栅极107引出，t匕 较图2和图5可知，本发明方法中省略了现有技术中用来连接NM0S器件和PM0S器件的栅 极的金属硅化钨。
[〇〇43] 以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限 制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应 视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种CMOS器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一、利用光刻刻蚀工艺在硅衬底上形成浅沟槽，由所述浅沟槽定义出有源区；在所 述浅沟槽中填充氧化硅形成浅沟槽场氧，由所述浅沟槽场氧对所述有源区进行隔离； 步骤二、进行离子注入形成CMOS器件的阱区，所述CMOS器件的阱区包括用于形成NM0S 器件的P型阱区和用于形成PM0S器件的N型阱区，所述P型阱区形成于第一有源区中，所 述N型阱区形成于第二有源区中，所述第一有源区和所述第二有源区之间隔离的所述浅沟 槽场氧为第一浅沟槽场氧； 步骤三、在所述硅衬底的正面依次生长栅氧化层、多晶硅层，在所述多晶硅层的选定区 域中分别进行N型离子注入和P型离子注入并分别形成N型多晶硅层和P型多晶硅层，并 利用光刻刻蚀工艺对所述多晶硅层进行刻蚀形成所述CMOS器件的栅极；所述栅极包括所 述NM0S器件的第一栅极和所述PM0S器件的第二栅极，所述第一栅极由刻蚀后的N型多晶 硅层组成、所述第二栅极由刻蚀后的P型多晶硅层组成；所述第一栅极覆盖于所述第一有 源区上方、且被所述第一栅极所覆盖的所述P型阱区表面用于形成所述NM0S器件的沟道； 所述第二栅极覆盖于所述第二有源区上方、且被所述第二栅极所覆盖的所述N型阱区表面 用于形成所述PM0S器件的沟道，所述第一栅极和所述第二栅极还分别延伸到所述第一浅 沟槽场氧表面上并相接触； 步骤四、在所述第一栅极两侧的所述第一有源区中形成所述NM0S器件的N型源漏区， 在所述第二栅极两侧的所述第二有源区中形成所述PM0S器件的P型源漏区； 步骤五、在所述栅极以及所述栅极外侧的所述有源区和所述浅沟槽场氧表面形成层间 膜；采用光刻刻蚀工艺对所述层间膜进行刻蚀形成长条形接触孔，所述长条形接触孔位于 所述第一栅极和所述第二栅极的上方并跨过所述第一栅极和所述第二栅极的接触界面实 现和所述第一栅极和所述第二栅极同时接触。
2. 如权利要求1所述的CMOS器件的制造方法，其特征在于：步骤二中进行离子注入形 成所述CMOS器件的阱区之前还包括在所述硅衬底的有源区表面生长一层牺牲氧化层的步 骤，形成所述阱区之后还包括去除所述牺牲氧化层的步骤。
3. 如权利要求1所述的CMOS器件的制造方法，其特征在于：步骤四中在形成所述N型 源漏区以及所述P型源漏区之前还包括步骤： 进行N型LDD离子注入在所述第一栅极两侧的所述第一有源区中形成所述NM0S器件 的N型LDD区，进行P型LDD离子注入在所述第二栅极两侧的所述第二有源区中形成所述 PM0S器件的P型LDD区； 在所述硅衬底正面沉积一层氮化硅层，采用干法刻蚀工艺对所述氮化硅进行刻蚀并在 所述栅极的侧面形成侧墙。
4. 如权利要求1所述的CMOS器件的制造方法，其特征在于：步骤五中所述层间膜包括 两层，形成步骤分为： 沉积一层PSG层，所述PSG层覆盖在所述栅极以及所述栅极外侧的所述有源区和所述 浅沟槽场氧表面上； 采用CMP工艺对所述PSG层进行平坦化； 在平坦化后的所述PSG层表面沉积一层NSG层，由所述PSG层和所述NSG层组成所述 层间膜。
【文档编号】H01L21/336GK104103588SQ201310124021
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月10日 优先权日:2013年4月10日
【发明者】陈瑜, 郭振强, 罗啸, 赵阶喜, 马斌, 陈华伦 申请人:上海华虹宏力半导体制造有限公司