專利名稱：兼容自對準孔的mosfet閘極膜結(jié)構(gòu)及圖形制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路生產(chǎn)制造方法，具體涉及一種MOSFET閘極膜結(jié)構(gòu)及其圖形制造技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體集成電路芯片中器件的集成度越來越高，其中常用的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)的尺寸將進一步縮小，且要求更大的工作狀態(tài)下的驅(qū)動電流。為縮小器件尺寸，節(jié)約晶圓表面空間，業(yè)界常常采用所謂的“自對準通孔”(SAC)的方法； 而對提高驅(qū)動電流，尤其是P型溝道的MOS管，則需要用到表面溝道(surface channel)器件。但是，當二者結(jié)合起來的時候，對于閘極膜結(jié)構(gòu)將會有特殊的要求單純采用傳統(tǒng)的摻雜多晶硅-氮化硅不能滿足表面溝道所需要的較大驅(qū)動電流要求，采用金屬硅化物-氮化硅做閘極膜則因為工藝過程中的高溫工藝會引起表面氮化硅層的剝離(peeling)，不能用于生產(chǎn)。因此，目前的技術(shù)瓶頸在于閘極的膜層結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種兼容自對準孔的MOSFET的閘極膜結(jié)構(gòu)， 它可以同時兼容自對準孔和表面溝道工藝，從而既節(jié)約了晶圓表面空間，又能提高驅(qū)動電流，提高芯片整體性能。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種兼容自對準孔的MOSFET閘極膜結(jié)構(gòu)； 在硅襯底上自下而上依次包括以下的薄膜結(jié)構(gòu)閘極氧化硅、閘極多晶硅、閘極金屬硅化物、墊層氧化硅、頂層氮化硅。本發(fā)明的有益效果在于采用本發(fā)明的閘極膜層結(jié)構(gòu)，不同區(qū)域的閘極多晶硅分別摻雜保證了不同型的MOS管的表面溝道，金屬硅化物的結(jié)構(gòu)可以滿足足夠大的驅(qū)動電流，而墊層氧化膜則緩沖了自對準孔工藝所需要的氮化硅膜與金屬硅化物之間的應(yīng)力，避免了在之后的高溫工藝過程氮化硅膜的剝離。本發(fā)明還提供了上述膜層結(jié)構(gòu)的圖形制作方法，包括以下步驟步驟一、從下而上依次形成硅半導(dǎo)體、閘極氧化硅、閘極多晶硅、閘極金屬硅化物、 墊層氧化硅、氮化硅結(jié)構(gòu)；步驟二、光刻和蝕刻定義閘極層圖形結(jié)構(gòu)；步驟三、快速熱氧化在多晶硅表面形成修復(fù)氧化膜保護閘極結(jié)構(gòu)；步驟四、采用化學氣相沉積方法形成側(cè)墻氮化硅；步驟五、蝕刻形成側(cè)墻，完成閘極圖形。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1是本發(fā)明實施例所述方法中，在硅襯底上形成所需閘極層膜結(jié)構(gòu)步驟的示意圖；圖2是本發(fā)明實施例所述方法中，利用光刻和蝕刻形成閘極圖形步驟的示意圖；圖3是本發(fā)明實施例所述方法中，采用快速熱氧化的方法在多晶硅表面形成修復(fù)氧化膜，用以保護閘極多晶硅步驟的示意圖；圖4是本發(fā)明實施例所述方法中，用物理氣相沉積的方法形成覆蓋于閘極圖形結(jié)構(gòu)表面的側(cè)墻氮化硅層步驟的示意圖；圖5是本發(fā)明實施例所述方法中，用蝕刻的方法形側(cè)墻氮化硅，完成最終閘極圖形步驟的示意圖；圖6是本發(fā)明實施例所述方法的流程圖。附圖中標記說明1為頂層氮化硅(top SiN)，2為墊層氧化硅(pad oxide)，3為金屬硅化物(MSix， 通常是硅化鎢)，4為N型多晶硅(N+poly)，5為P型多晶硅(P+poly)，6為閘極氧化硅(gate oxide)，7 為 P 阱(Pwell)，8 為 N 阱(Nwell)，9 為修復(fù)氧化膜(protect oxide)，10 為側(cè)墻氮化硅(spacer SiN)。
具體實施例方式如圖5所示，本發(fā)明提出了一種新型的MOSFET的閘極膜結(jié)構(gòu)，在硅襯底上依次沉積以下的薄膜結(jié)構(gòu)，即閘極氧化膜、閘極多晶硅、金屬硅化物(通常是硅化鎢)、墊層氧化硅、自對準通孔用氮化硅，這一系列膜整體構(gòu)成MOSFET閘極膜層，亦即閘極層最終的圖形縱向結(jié)構(gòu)。其中，閘極多晶硅層采用低壓化學氣相沉積，在NMOS區(qū)域(P阱襯底)為N型飽和摻雜，在PMOS區(qū)域(N阱襯底)為P型飽和摻雜，這樣兩種MOS都可以形成表面溝道。圖5 為最終形成的閘極剖面結(jié)構(gòu)(包含側(cè)墻)；金屬硅化物層采用物理氣相沉積，根據(jù)電阻需求其厚度可以變動，一般在500 1000A,由于方塊電阻較小，可以通過較大的驅(qū)動電流；墊層氧化硅采用化學氣相沉積，其厚度一般在100 300A，用以緩沖金屬硅化物和氮化硅層之間的應(yīng)力，避免在之后的快速熱氧化過程中因為擠壓應(yīng)力造成氮化硅的剝 1 ；頂層氮化硅采用化學氣相沉積，其厚度在1000 2000A，和之后形成的氮化硅側(cè)墻共同起到自對準通孔的作用。采用本發(fā)明所提出的新型的MOSFET的閘極膜結(jié)構(gòu)，可以同時兼容SAC和surface channel的工藝，從而既節(jié)約了晶圓表面空間，又能提高驅(qū)動電流。由于此結(jié)構(gòu)從下而上依次為硅半導(dǎo)體-閘極氧化硅-閘極多晶硅-閘極金屬硅化物-墊層氧化硅-氮化硅，其中對于閘極多晶硅而言，N型溝道MOS為N型摻雜，P型溝道MOS為P型摻雜，所以采用此種結(jié)構(gòu)，既實現(xiàn)了 N/PM0S管的表面溝道，又能滿足足夠大的驅(qū)動電流，同時兼容自對準孔所需要的氮化硅膜，從而提高了芯片的整體性能。本發(fā)明還提供了上述膜層結(jié)構(gòu)的圖形制作方法，如圖6所示，包括以下步驟1、如圖1所示，形成從下而上依次為硅半導(dǎo)體-閘極氧化硅-閘極多晶硅-閘極金屬硅化物-墊層氧化硅-氮化硅的結(jié)構(gòu)，采用熱氧化的方法在硅襯底(substrate)上形成閘極氧化硅(gate oxide)；采用低壓化學氣相沉積法沉積多晶硅膜(poly silicon)；對 NMOS和PMOS區(qū)域分別進行N+和P+離子注入，離子注入要飽和；采用物理氣相沉積形成金屬硅化物(MSix)；采用化學氣相沉積方法形成墊層氧化硅(pad oxide)；采用化學氣相沉積方法形成頂層氮化硅(top SiN)2、如圖2所示，光刻和蝕刻定義閘極層圖形結(jié)構(gòu)；3、如圖3所示，快速熱氧化在多晶硅表面形成修復(fù)氧化膜(protect oxide)保護閘極結(jié)構(gòu)；4、如圖4所示，采用化學氣相沉積方法形成側(cè)墻(spacer)氮化硅；5、如圖5所示，蝕刻形成側(cè)墻，完成閘極圖形。本發(fā)明并不限于上文討論的實施方式。以上對具體實施方式
的描述旨在于為了描述和說明本發(fā)明涉及的技術(shù)方案?；诒景l(fā)明啟示的顯而易見的變換或替代也應(yīng)當被認為落入本發(fā)明的保護范圍。以上的具體實施方式
用來揭示本發(fā)明的最佳實施方法，以使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠應(yīng)用本發(fā)明的多種實施方式以及多種替代方式來達到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種兼容自對準孔的MOSFET閘極膜結(jié)構(gòu)；其特征在于，在硅襯底上自下而上依次包括以下的薄膜結(jié)構(gòu)閘極氧化硅、閘極多晶硅、閘極金屬硅化物、墊層氧化硅、頂層氮化硅。
2.如權(quán)利要求1所述的兼容自對準孔的MOSFET閘極膜結(jié)構(gòu)；其特征在于，所述閘極多晶硅層在NMOS區(qū)域為N型摻雜，在PMOS區(qū)域為P型摻雜，上述兩種MOS形成表面溝道。
3.如權(quán)利要求1所述的兼容自對準孔的MOSFET閘極膜結(jié)構(gòu)；其特征在于，所述閘極金屬硅化物層厚度為500至1000A。
4.如權(quán)利要求1所述的兼容自對準孔的MOSFET閘極膜結(jié)構(gòu)；其特征在于，所述墊層氧化硅厚度為100至300A。
5.如權(quán)利要求1所述的兼容自對準孔的MOSFET閘極膜結(jié)構(gòu)；其特征在于，所述頂層氮化硅厚度為1000至2000A。
6.如權(quán)利要求1所述的形成兼容自對準孔的MOSFET閘極膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，采用低壓化學氣相沉積的方法形成所述間極多晶硅層。
7.如權(quán)利要求1所述的形成兼容自對準孔的MOSFET閘極膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，采用物理氣相沉積的方法形成上述間極金屬硅化物層。
8.如權(quán)利要求1所述的形成兼容自對準孔的MOSFET閘極膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，采用化學氣相沉積的方法形成所述墊層氧化硅。
9.如權(quán)利要求1所述的形成兼容自對準孔的MOSFET閘極膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，采用化學氣相沉積的方法形成所述頂層氮化硅。
10.形成如權(quán)利要求1所述的兼容自對準孔的MOSFET閘極膜的圖形制作方法；其特征在于，包括以下步驟步驟一、從下而上依次形成硅半導(dǎo)體、間極氧化硅、間極多晶硅、間極金屬硅化物、墊層氧化硅、氮化硅結(jié)構(gòu)；步驟二、光刻和蝕刻定義閘極層圖形結(jié)構(gòu)；步驟三、在多晶硅表面熱氧化形成修復(fù)氧化膜保護閘極結(jié)構(gòu)；步驟四、采用化學氣相沉積方法形成側(cè)墻氮化硅；步驟五、蝕刻形成側(cè)墻，完成間極圖形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兼容自對準孔的MOSFET閘極膜結(jié)構(gòu)及其圖形制作方法；在硅襯底上自下而上依次包括以下的薄膜結(jié)構(gòu)閘極氧化硅、閘極多晶硅、閘極金屬硅化物、墊層氧化硅、頂層氮化硅。采用本發(fā)明的閘極膜層結(jié)構(gòu)，不同區(qū)域的閘極多晶硅分別摻雜保證了不同型的MOS管的表面溝道，金屬硅化物的結(jié)構(gòu)可以滿足足夠大的驅(qū)動電流，而墊層氧化膜則緩沖了自對準孔工藝所需要的氮化硅膜與金屬硅化物之間的應(yīng)力，避免了在之后的高溫工藝過程氮化硅膜的剝離。
文檔編號H01L29/423GK102446962SQ20101050735
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者孫堯, 羅嘯, 陳瑜 申請人:上海華虹Nec電子有限公司