專(zhuān)利名稱(chēng)：避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極及其制造方法。其閘極是由非晶硅層和復(fù)晶硅層所組成，且置于閘極絕緣層上，而源極/汲極則位于非晶硅層/復(fù)晶硅層的兩側(cè)的基底中。
本發(fā)明是有關(guān)于一種閘極(gate)及其制造方法，特別是有關(guān)于一種避免摻質(zhì)穿透(penetrate)至閘極氧化層(gate oxide layer)的閘極及其制造方法。
眾所周知，金屬氧化物半電晶體(metal-oxide-semiconductortransistorMOS transistor)是目前積體電路應(yīng)用最普遍的一種單位電子元件。其是由閘極、汲極與源極所組成的四接點(diǎn)元件，利用MOS閘極在不同閘極電壓下的通道形成效應(yīng)，MOS電晶體可以做為一種數(shù)位式的(digitalized)固態(tài)開(kāi)關(guān)，以便與其它配件一起搭配，而應(yīng)用在各種的邏輯與記憶體積體電路產(chǎn)品上。其可大致分為三種類(lèi)型N通道MOS(簡(jiǎn)稱(chēng)NMOS)、P通道MOS(簡(jiǎn)稱(chēng)PMOS)及互補(bǔ)式(complementary)MOS，其中互補(bǔ)式MOS是由一NMOS和一PMOS所組成。
就PMOS而言，其制造方法是于硅基底10表面形成一層閘極氧化層12后，接著沉積定義復(fù)晶硅層14以形成閘極，之后布植硼摻質(zhì)于復(fù)晶硅層14兩側(cè)的硅基底10中，以形成源極/汲極20。其主要缺陷在于布植后的硼主要分布在閘極上半部，如

圖1所示，在高溫活化程序時(shí)，硼會(huì)分別沿著復(fù)晶硅的晶粒內(nèi)及晶粒邊際擴(kuò)散。然而，晶粒邊際的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)大于晶粒內(nèi)，所以硼會(huì)先到達(dá)晶粒邊際和閘極氧化層12的交界處，如圖2所示，待晶粒內(nèi)部已活化，即完成回火程序，然而此區(qū)域因?yàn)槔鄯e硼的量最多，故最容易發(fā)生硼穿透，如圖3所示；若閘極氧化層12過(guò)薄，會(huì)發(fā)生在晶粒內(nèi)硼尚未完全活化，晶粒邊際和閘極氧化層12的交界處就開(kāi)始穿透的現(xiàn)象，如圖4所示，當(dāng)發(fā)生硼穿透閘極氧化層時(shí)，此現(xiàn)象會(huì)影響閘極氧化層的品質(zhì)，而且會(huì)降低元件的可靠度和壽命。傳統(tǒng)在解決硼穿透閘極氧化層的途徑主要有兩種一種是降低硼在復(fù)晶硅中的擴(kuò)散速度，另一種是加強(qiáng)閘極氧化層對(duì)硼穿透的抵擋性。但是，目前尚沒(méi)有較好的解決硼穿透閘極氧化層的方法問(wèn)世。
本發(fā)明的主要目的是提供一種避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極，是由非晶硅層和復(fù)晶硅層的疊層所組成，置于閘極絕緣層上，而源極/汲極則位于非晶硅層/復(fù)晶硅層的兩側(cè)的基底中，通過(guò)加強(qiáng)閘極氧化層對(duì)硼穿透的抵擋性，利用非晶硅層來(lái)防止硼穿透閘極絕緣層，達(dá)到確保閘極絕緣層的品質(zhì)，及提高所形成的元件的可靠度和壽命的目的。
本發(fā)明的第二目的是提供一種避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，包括于基底上形成閘極絕緣層，并于閘極絕緣層上依序形成復(fù)硅層和非晶硅層的疊層，接著定義復(fù)晶硅層和非晶硅層，以形成閘極。達(dá)到避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的目的。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極，其特征是它包括位于基底表面上設(shè)有閘極絕緣層，復(fù)晶硅層位于該閘極絕緣層上；以及一非晶硅層位于該復(fù)晶硅層上，該復(fù)晶硅層和該非晶硅層的疊層為閘極。
該閘極絕緣層為閘極氧化層。該復(fù)晶硅層的厚度為300-1000埃。該非晶硅層的厚度為1000-2000埃。
一種避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是它包括如下的步驟(1)提供一基底；(2)于該基底上形成一閘極絕緣層；(3)于該閘極絕緣層上形成一復(fù)晶硅層；(4)于該復(fù)晶硅層上形成一非晶硅層；(5)定義該復(fù)晶硅層和該非晶硅層，以形成一閘極。
該閘極絕緣層為閘極氧化層。該復(fù)晶硅層的厚度為300-1000埃。該復(fù)晶硅層的形成是以硅甲烷為制程氣體，在壓力為0.15-0.25托爾，溫度為580-630℃下進(jìn)行低壓化學(xué)氣相沉積。該非晶硅層的厚度為1000-2000埃。該非晶硅層的形成是以硅甲烷為制程氣體，在壓力為0.15-0.25托爾，溫度為510-560℃下進(jìn)行低壓化學(xué)氣相沉積。定義完該復(fù)晶硅層和非晶硅層，形成該閘極后，更包括進(jìn)行一離子布植制程，以于該閘極兩側(cè)的基底中形成源極/汲極。在進(jìn)行完該離子布植制程后，更包括進(jìn)行一回火制程。該離子布植制程中，所布植的摻質(zhì)為硼。該布植的摻質(zhì)硼的劑量為1×1015-1×1016，布植的能量為3-20keV。該離子布植制程中，所布植的摻質(zhì)為砷。該布植摻質(zhì)的砷的劑量為1×1015-1×1016，布植的能量為30-80keV。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)加強(qiáng)閘極氧化層對(duì)硼穿透的抵擋性，利用非晶硅層來(lái)防止硼穿透閘極絕緣層，具有確保閘極絕緣層的品質(zhì)，及提高所形成的元件的可靠度和壽命的功效。
下面結(jié)合較佳實(shí)施例和附圖詳細(xì)說(shuō)明。
圖1-圖3是硼在傳統(tǒng)的閘極內(nèi)擴(kuò)散的示意圖。
圖4是在閘極氧化層過(guò)薄的情況下，硼在傳統(tǒng)的閘極內(nèi)擴(kuò)散的示意圖。
圖5-圖8是本發(fā)明的閘極的制造方法的流程剖面示意圖。
本發(fā)明是將單一層的復(fù)晶硅層的閘極結(jié)構(gòu)，改良成為由非晶硅層和復(fù)晶硅層的疊層做為閘極，利用非晶硅層來(lái)防止硼穿透閘極絕緣層，以確保閘極絕緣層的品質(zhì)，及提高所形成的元件的可靠度和壽命。
參閱圖5-圖8，本發(fā)明的閘極的制造方法包括如下步驟參閱圖5，提供一基底100，例如是硅基底，于基底100上形成一層閘極絕緣層102，例如是閘極氧化層，以0.18微米制程為例，閘極氧化層的厚度約為30埃左右，其形成方法可為熱氧化法或化學(xué)氣相沉積法。
參閱圖6，于閘極絕緣層102上形成一復(fù)晶硅層104，其厚度為300-1000埃左右，其形成方法例如是利用低壓化學(xué)氣相沉積法，以硅甲烷為制程氣體，在壓力約為0.15-0.25托爾(torr)，溫度約為580-630℃下沉積復(fù)晶硅層104。
參閱圖7，于復(fù)晶硅層104上形成一層非晶硅層106，其厚度為1000-2000埃左右，其形成方法例如是利用低壓化學(xué)氣相沉積法，以硅甲烷為制程氣體，在壓力約為0.15-0.25托爾(torr)，溫度約為510-560℃下，沉積非晶硅層106。
參閱圖8，對(duì)非晶硅層106和復(fù)晶硅層104進(jìn)行圖案化，以定義出閘極108，即此閘極108是由圖案化的非晶硅層106a和復(fù)晶硅層104a的疊層所組成。之后以此閘極108為罩幕，進(jìn)行離子布植制程，于閘極108兩側(cè)的基底100內(nèi)形成源極/汲極110。以PMOS為例，所布植的摻質(zhì)為硼布植的劑量約為1×1015-1×1016，布植的能量約為3-20keV；若以NMOS為例，所布植的摻質(zhì)為砷，布植的劑量為1×1015-1×1016，布植的能量約為30-80keV。接著進(jìn)行回火制程，以使布植的摻質(zhì)活化。
在上述的布植制程和回火制程中，由于閘極108的上部為非晶硅層106a，使得布植的摻質(zhì)在回火過(guò)程中不易擴(kuò)散，摻質(zhì)不會(huì)發(fā)生過(guò)度集中在復(fù)晶硅層104a的晶粒邊際和閘極絕緣層102的交界處，故可以避免摻質(zhì)穿透至閘極絕緣層102中或其下方基底100內(nèi)的通道處。因此，閘極絕緣層102的品質(zhì)不會(huì)受到破壞，且所形成的元件的可靠度高和壽命長(zhǎng)。
值得注意的是，所形成的源極/汲極可為具有淺摻雜汲極(lightlydoped drain；LDD)設(shè)計(jì)的源極/汲極，或是其它形式的源極/汲極。
綜上所述，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明的閘極是由非晶硅層和復(fù)晶硅層的疊層所組成。
2、由于非晶硅層可以阻擋摻質(zhì)于閘極內(nèi)擴(kuò)散的速度，因此可以避免摻質(zhì)穿透至閘極絕緣層中或其下方基底內(nèi)的通道處。因此，閘極絕緣層的品質(zhì)不會(huì)受到破壞，且所形成的元件的可靠度高和壽命長(zhǎng)。
3、本發(fā)明所提供的可避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極及其制造方法，可用于制造PMOS或NMOS。
4、本發(fā)明可以應(yīng)用在邏輯閘、記憶體等電晶體的制程中。
以上為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，任何熟習(xí)此項(xiàng)技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所做更動(dòng)與潤(rùn)飾，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極，其特征是它包括位于基底表面上設(shè)有閘極絕緣層，復(fù)晶硅層位于該閘極絕緣層上；以及一非晶硅層位于該復(fù)晶硅層上，該復(fù)晶硅層和該非晶硅層的疊層為閘極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極，其特征是該閘極絕緣層為閘極氧化層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極，其特征是該復(fù)晶硅層的厚度為300-1000埃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極，其特征是該非晶硅層的厚度為1000-2000埃。
5.一種避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是它包括如下的步驟(1)提供一基底；(2)于該基底上形成一閘極絕緣層；(3)于該閘極絕緣層上形成一復(fù)晶硅層；(4)于該復(fù)晶硅層上形成一非晶硅層；(5)定義該復(fù)晶硅層和該非晶硅層，以形成一閘極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該閘極絕緣層為閘極氧化層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該復(fù)晶硅層的厚度為300-1000埃。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該復(fù)晶硅層的形成是以硅甲烷為制程氣體，在壓力為0.15-0.25托爾，溫度為580-630℃下進(jìn)行低壓化學(xué)氣相沉積。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該非晶硅層的厚度為1000-2000埃。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該非晶硅層的形成是以硅甲烷為制程氣體，在壓力為0.15-0.25托爾，溫度為510-560℃下進(jìn)行低壓化學(xué)氣相沉積。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是定義完該復(fù)晶硅層和非晶硅層，形成該閘極后，更包括進(jìn)行一離子布植制程，以于該閘極兩側(cè)的基底中形成源極/汲極。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是在進(jìn)行完該離子布植制程后，更包括進(jìn)行一回火制程。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該離子布植制程中，所布植的摻質(zhì)為硼。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該布植的摻質(zhì)硼的劑量為1×1015-1×1016，布植的能量為3-20keV。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該離子布植制程中，所布植的摻質(zhì)為砷。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極的制造方法，其特征是該布植摻質(zhì)的砷的劑量為1×1015-1×1016，布植的能量為30-80keV。
全文摘要
一種避免摻質(zhì)滲透至閘極絕緣層的閘極及其制造方法，它包括于基底上依次形成閘極絕緣層、復(fù)晶硅層及非晶硅層，定義復(fù)晶硅層和非晶硅層形成閘極。通過(guò)加強(qiáng)閘極氧化層對(duì)硼穿透的抵擋性，利用非晶硅層來(lái)防止硼穿透閘極絕緣層，具有確保閘極絕緣層的品質(zhì)，及提高所形成的元件的可靠度和壽命的功效。
文檔編號(hào)H01L21/285GK1392614SQ0111882
公開(kāi)日2003年1月22日 申請(qǐng)日期2001年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月18日
發(fā)明者賴(lài)忠慶, 李瑞評(píng), 賴(lài)東明, 杜建男 申請(qǐng)人:矽統(tǒng)科技股份有限公司