半导体器件的栅极结构及防止其产生空洞的方法与流程

本发明涉及半导体工艺，特别是涉及一种防止半导体器件的栅极结构产生空洞的方法，还涉及一种半导体器件的栅极结构。

背景技术：

部分半导体器件的栅极结构会采用掺杂多晶硅(DPOLY)上覆盖硅化钨(WSI)的结构，起到保证栅极的接触连接等作用。

但发明人在器件制造过程中发现，器件栅极的硅化钨下的掺杂多晶硅会出现空洞/凹坑，该空洞/凹坑会导致产品的良率降低。

技术实现要素：

为了解决空洞/凹坑导致的产品良率降低问题，有必要提供一种防止半导体器件的栅极结构产生空洞的方法，以提高产品的良率。

本发明提供一种防止半导体器件的栅极结构产生空洞的方法，包括下列步骤：在半导体衬底上淀积并刻蚀掺杂多晶硅，作为多晶硅栅；在所述多晶硅栅上表面形成金属硅化物层；淀积并刻蚀多晶硅，在所述金属硅化物层上表面形成多晶硅保护帽；对所述半导体衬底进行离子注入；在氧气气氛下对注入的离子进行热退火。

在其中一个实施例中，所述金属硅化物为硅化钨。

在其中一个实施例中，所述热退火的温度在800摄氏度以上。

在其中一个实施例中，所述在半导体衬底上淀积并刻蚀掺杂多晶硅，作为多晶硅栅的步骤中，刻蚀的方式为湿法腐蚀。

在其中一个实施例中，所述淀积并刻蚀多晶硅，在所述金属硅化物层上表面形成多晶硅保护帽的步骤中，所述多晶硅是掺杂多晶硅。

在其中一个实施例中，对所述半导体衬底进行离子注入的步骤，是进行轻掺杂漏极的N型离子注入。

在其中一个实施例中，所述淀积并刻蚀多晶硅，在所述金属硅化物层上表面形成多晶硅保护帽的步骤，在形成多晶硅保护帽的同时形成PIP电容器的下极板。

还有必要提供一种半导体器件的栅极结构。

一种半导体器件的栅极结构，设于半导体衬底上，包括位于所述半导体衬底上的绝缘介质层，所述绝缘介质层上的多晶硅栅，以及所述多晶硅栅上的金属硅化物层，所述多晶硅栅的材质为掺杂多晶硅，所述栅极结构还包括形成于所述金属硅化物层上表面的多晶硅保护帽。

在其中一个实施例中，所述多晶硅保护帽的材质为掺杂多晶硅。

在其中一个实施例中，所述金属硅化物为硅化钨。

上述防止半导体器件的栅极结构产生空洞的方法，在栅极结构的金属硅化物层表面增加一层多晶硅保护帽进行保护，阻止了金属硅化物层下多晶硅栅的析出、氧化，使得器件即使在高温氧气气氛下进行退火处理，也不会形成空洞/凹坑，提高了器件的良率。该方法不需要对现有的工艺进行大的调整，仅对栅极结构做了改动，不会影响当前的工艺模型，方便老产品更改，可以节省很多的评估程序，从而节省了人力及成本。

附图说明

通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是一实施例中防止半导体器件的栅极结构产生空洞的方法的流程图；

图2是采用防止半导体器件的栅极结构产生空洞的方法制造的栅极结构的剖面图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。 附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

发明人经研究发现，对于表面覆盖硅化钨的多晶硅栅，当栅极的硅化钨在裸露状态(即WSI表面无保护层)经过通氧气的高温(例如800摄氏度以上)热处理后，WSI下的掺杂多晶硅(多晶硅栅)会扩散到WSI表面被氧化。当掺杂多晶硅未耗尽时形成凹坑，当掺杂多晶硅耗尽后则形成空洞。

本发明提供一种防止半导体器件的栅极结构产生空洞的方法。图1是一实施例中防止半导体器件的栅极结构产生空洞的方法的流程图，图2是采用该方法制造的栅极结构的剖面图。防止半导体器件的栅极结构产生空洞的方法包括下列步骤：

S110，在半导体衬底上淀积并刻蚀掺杂多晶硅，作为多晶硅栅。

刻蚀后在衬底10上形成多晶硅栅20。在本实施例中，是采用湿法腐蚀的方式进行刻蚀。

S120，在多晶硅栅上表面形成金属硅化物层。

在本实施例中，本步骤是在衬底10表面淀积硅化钨(WSI)。

S130，淀积并刻蚀多晶硅，在金属硅化物层上表面形成多晶硅保护帽。

光刻并刻蚀多晶硅，并刻蚀掉光刻胶形成的窗口中多晶硅下方的金属硅化物。最终形成硅化钨层30和多晶硅保护帽40，如图2所示。在本实施例中，多晶硅保护帽40的材质为掺杂多晶硅。

步骤S130完成后形成如图2所示的结构。包括位于衬底10上的绝缘介质层(图2中未示，在本实施例中为二氧化硅)，绝缘介质层上的多晶硅栅20，多晶硅栅20上的硅化钨层30，以及硅化钨层30上多晶硅保护帽40。

S140，对半导体衬底进行离子注入。

本实施例中是先进行N型离子的轻掺杂漏极(NLDD)注入以形成漏极。

S150，在氧气气氛下对注入的离子进行热退火。

在本实施例中因工艺的需求，要在氧气气氛下进行高温热退火。经实验，硅化钨层30下方的多晶硅栅20在热退火温度为800度以上时容易产生空洞/凹坑。

对于不同的工艺，形成多晶硅保护帽40后可能需要进行两次以上的离子注入与退火工艺。

上述防止半导体器件的栅极结构产生空洞的方法，在栅极结构的硅化钨层30表面增加一层多晶硅保护帽40进行保护，阻止了硅化钨层30下多晶硅栅20的析出、氧化，使得器件即使在高温氧气气氛下进行退火处理，也不会形成空洞/凹坑，提高了器件的良率。该方法不需要对现有的工艺进行大的调整，仅对栅极结构做了改动，不会影响当前的工艺模型，方便老产品更改，可以节省很多的评估程序，从而节省了人力及成本。

对于部分器件，需要在衬底10上形成多晶硅-绝缘层-多晶硅(PIP)结构的电容器。故步骤130中在形成多晶硅保护帽的同时，刻蚀形成PIP电容器的下极板。即对步骤S130中淀积的多晶硅进行刻蚀，形成PIP电容器的下极板。采用多晶硅材料作为保护帽来阻止多晶硅的析出，不会对PIP电容器造成影响。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。