專利名稱：制造金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及一種制造金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(在下文稱為＂MOSFET＂)的方法，更具體地說，除涉及該方法之外還涉及生產(chǎn)效率和器件工作可靠性的改進。
通常，由于半導(dǎo)體器件被高度集成，所以，MOSFET的柵電極變窄。如果柵電極的寬度減少N倍，則它的電阻值增加N倍，因此，降低半導(dǎo)體器件的工作速度。
為了減少柵電極的電阻值，使用最近提出來的多晶硅化物，多晶硅和硅化物的疊層結(jié)構(gòu)作為低阻柵，其中在多晶硅層和氧化物之間的界面特性，顯示出最穩(wěn)定的MOSFET特性。而且，提出在多晶硅層上面設(shè)置象鎢那樣的高熔點金屬層的技術(shù)，以便形成低阻柵。
然而，通過疊置上述高熔點金屬制成的柵電極存在嚴(yán)重的問題。在形成柵電極時，由于電火花可使高熔點金屬進入柵絕緣膜，引起界面電平或者固定電荷的增加。此外，高熔點金屬，在形成柵電極后因高溫處理可能被氧化。
為了避免上述問題，作了很多研究工作，包括提純高熔點金屬，改進高熔點金屬加工，和在H2O/H2混合氣體中進行熱處理，以防止氧化高熔點金屬。
半導(dǎo)體器件的高度集成顯著增加了器件密度，開關(guān)速度以及耗散功率。為克服這些缺點，要求設(shè)計尺寸(role)小于0.5μm。對于上述窄的設(shè)計尺寸，為防止因從擴散區(qū)進行橫向擴散而引起的短溝道效應(yīng)，要采用形成淺結(jié)的工藝。此外，建議在輕摻雜漏中(下文稱作＂LDD＂)形成包含低濃度雜質(zhì)區(qū)的源/漏電極，以避免熱電子效應(yīng)。
根據(jù)這個觀點，為了更好地理解本發(fā)明的背景，結(jié)合附

圖1，敘述MOSFET的常規(guī)制造方法。
首先，如圖1所示，在N型或P型半導(dǎo)體襯底1上形成一個柵氧化層2，然后采用SiH4氣體在大約550到650℃在柵氧化層2上覆蓋多晶硅層3。
此后，為了減少柵電極的電阻值，在大約850到950℃摻雜三氯氧磷POCl3，覆蓋多晶硅層3，以便形成硅化物層4，如圖1B所示，通過下述反應(yīng)
摻雜POCl3使磷(P)雜質(zhì)摻入柵電極3a由此，減少薄層電阻值。即，由于形成硅化物層4，則降低了柵電極的電阻值。
另一方面，可在柵電極上形成一硅化鎢層，以便把薄層電阻減少到較低值。
采用光刻和光腐蝕工藝，選擇地除掉硅化物層4，多晶硅層和柵氧化層2，結(jié)果形成柵電極3a，如圖1C所示。同時，把柵電極3a作為掩膜，把雜質(zhì)注入到半導(dǎo)體襯底1中，形成源/漏電極5和6。
如預(yù)料的那樣，MOSFET的常規(guī)的制造方法，有許多嚴(yán)重的缺點。
例如，當(dāng)形成硅化物層時，雜質(zhì)(例如，P)穿入柵氧化層，于是損壞了柵氧化層。為了避免雜質(zhì)(例如，P)穿入柵氧化層，可以注入較小量的雜質(zhì)。但是，在這種情況下，實際上不可能控制薄層電阻值，這對器件特性有嚴(yán)重的影響，所以工作的可靠性變壞。
另一方面，當(dāng)在柵電極上面形成硅化鎢化層時，如上所述，它進一步減小MOSFET的薄層電阻，雜質(zhì)(例如，F(xiàn))滲入柵氧化層，使柵氧化層增厚大約20％，或者作為陷阱位置，而降低產(chǎn)品合格率和工作可靠性。
因此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中遇到的上述問題，提供一種制造MOSFET的方法，它能防止雜質(zhì)滲入柵氧化層，因此，容易控制薄層電阻值。
本發(fā)明的另一目的是提供一種制造MOSFET的方法，采用該方法，能改進產(chǎn)品合格率和工作的可靠性。
按照本發(fā)明的一個方案，提供一種制造金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的方法，包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底上形成一柵氧化層；在所說的柵氧化層上淀積一本征的半導(dǎo)體層；在所說的本征半導(dǎo)體層上形成一摻雜的半導(dǎo)體層；退火所說的本征半導(dǎo)體層和摻雜的半導(dǎo)體層，在所述摻雜的半導(dǎo)體層中把雜質(zhì)擴散進所述的本征半導(dǎo)體層中，把本征半導(dǎo)體層和摻雜半導(dǎo)體層形成圖形，以便形成柵電極。
按照本發(fā)明的另一方案，提供一種制造MOSFET的方法，包括下述步驟在半導(dǎo)體襯底上形成一柵氧化層；在所述柵氧化層上淀積一本征半導(dǎo)體層；在所述本征半導(dǎo)體層上形成一氧化層；在所述氧化層上淀積一摻雜半導(dǎo)體層；使所述摻雜半導(dǎo)體層，所述氧化層和所述本征半導(dǎo)體層形成圖形，以便形成柵電極。
按照本發(fā)明的又一方案，提供一種制造MOSFET的方法，包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底上形成一柵氧化層；在所說的柵氧化層上淀積第1本征半導(dǎo)體層；在所述第1本征半導(dǎo)體層上淀積第1摻雜半導(dǎo)體層；在所說第1摻雜半導(dǎo)體層上淀積第2本征半導(dǎo)體層；在所述第2本征半導(dǎo)體層上淀積第2摻雜半導(dǎo)體層；對半導(dǎo)體層進行熱處理，把雜質(zhì)從所述第1和第2摻雜半導(dǎo)體層擴散到第1和第2本征半導(dǎo)體層；使所述半導(dǎo)體層形成圖形，以便形成柵電極。
通過下面參看附圖對實施例的說明，本發(fā)明的其它目的和方案將顯而易見圖1A到圖1C是表示制造MOSFET常規(guī)方法的剖視圖；圖2A到圖2C是表示按照本發(fā)明第1實施例制造MOSFET一種方法的剖視圖。
圖3A到3C是表示按照本發(fā)明第2實施例制造MOSFET的一種方法的剖視圖；圖4A到圖4C是表示按照本發(fā)明第3實施例制造的MOSFET的一種方法的剖視圖；圖5A到5C是表示按照本發(fā)明第4實施例制造MOSFET的一種方法的剖視圖。
為參看附圖更好地理解本發(fā)明各優(yōu)選實施例的用途，對各圖中的相同或相應(yīng)的部分，使用相同的標(biāo)號。
圖2A到圖2C表示按照本發(fā)明第1實施例制造MOSFET的優(yōu)選工藝步驟。結(jié)合圖1A到圖1C敘述這些步驟。
首先，如圖2A所示，在N型或P型半導(dǎo)體襯底11上面形成大約70到150埃厚的柵氧化層12，接著在柵氧化層12上面形成第1多晶硅層13。利用硅烷SiH4氣體在大約500到700℃的溫度生長第1多晶硅層。第1多晶硅層13的厚度最好是大約300到10000埃。
隨后，利用Si2H6氣體在第1多晶硅層13上面，在大約500到700℃的溫度形成摻雜的第2多晶硅層14。第2多晶硅層14的厚度最好是大約700到2000埃的數(shù)量級。
僅僅在第2多晶硅層14上面或下面的三分之一處摻有雜質(zhì)。此外，可以只在第2多晶硅層14的中間部分摻雜它們，然后通過熱處理向外擴出。通過通入PH3和N2的混合氣體并經(jīng)過下述反應(yīng)來實現(xiàn)對第2多晶硅層中的摻雜。
另一方面，可以采用非晶硅代替多晶硅，用于第1和第2多晶硅層13和14。這時，在淀積后，通過隨后的熱處理工藝，對非晶硅層進行多晶硅化處理。
重要的第1多晶硅層13有比第2多晶硅層14稍小的晶界。
其次，參看圖2B，在大約600到700℃的溫度下，退火第1和第2多晶硅層13和14。這時，通過上述退火，把第2多晶硅層14中的雜質(zhì)擴散到第1多晶硅層13中。
因為只在第2多晶硅層14的上下兩個區(qū)域中摻雜，所以通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整摻雜程度，能減少擴散進柵氧層中的雜質(zhì)量。
然后，通過下述反應(yīng)在第2多晶硅層14上面形成硅化鎢層15。
按上述反應(yīng)，由于在第1和第2多晶硅層13和14之間界晶的大小差別，F(xiàn)組分滲入柵氧化層12是困難的。
如圖2C所示，通過光刻和光腐蝕工藝，選擇地除掉硅化鎢層15和第1及第2多晶硅層13與14，以便形成柵電極13a和14a。
這些電極，當(dāng)它們中的每一個是大約2000埃厚時，則分別顯示出大約50Ω/口到大約25-40Ω/口的薄層電阻。在存有硅化鎢層15a時，薄層電阻可能被減少到10到20Ω/口。在某種情況下，不可能形成硅化物層15a。
最后，用柵電極13a和14a作為掩膜，把雜質(zhì)離子注入到半導(dǎo)體襯底11中，形成源/漏電極16和17，完成半導(dǎo)體器件的制造。
參看圖3A到圖3C，這是表示按照本發(fā)明第2實施例制造MOSFET的方法的剖視圖。
首先，如圖3A所示，在N或P型半導(dǎo)體襯底21上面，形成厚度大約為70到150埃的柵氧化層22，接著在柵氧化層22上面形成第1多晶硅層23。這是采用SiH4氣體，在大約500到700℃來實現(xiàn)的。使第1多晶硅層23的厚度最好是大約300到1000埃。它最好有一小于以后形成的第2多晶硅層25晶界的晶界。
然后，在大約450到550℃對第1多晶硅層23進行熱處理5到20分，以便形成大約20埃厚的氧化層24。此時，在大約2-4SLPM的氧(O2)氣中或者在大約一半的SLPM的H2/O2混合氣體中生長氧化層24。
該氧化層24限定第1多晶硅層23的晶界，并且確定連續(xù)疊合膜的新邊界。
如圖3B所示，利用Si2H6氣體，在大約500到700℃的溫度在氧化硅膜24上面形成摻雜的第2多晶硅層25。第2多晶硅層25的厚度最好是大約700到2000埃的數(shù)量級。Si2H4在物理的熱吸收方面是優(yōu)于SiH4，因此能形成較大的晶界。
在大約600到700℃的溫度下，對第1和第2多晶硅層23和25進行退火，按此方式則第2多晶硅層25的雜質(zhì)擴散到第1多晶硅層23中。
因為只在第2多晶硅層25中摻雜，所以通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整摻雜程度，可以減少擴散進柵氧化層22中的雜質(zhì)量。
另一方面，可以采用非晶硅代替多晶硅用于第1和第2多晶硅層23和25。這種情況下，在淀積后，通過接著的熱處理工藝，對非晶硅進行多晶硅化處理。
此后，通過下述反應(yīng)在第2多晶硅層25上面，形成硅化鎢層26。
由于第1和第2多晶硅層23和25之間晶界不同，縮短了穿透路程，所以，F(xiàn)組分或者象H2或者H2O副產(chǎn)品，難于穿入柵氧化層22。在某種情況下，不可能形成硅化鎢。
如圖3C所示，采用光刻及光腐蝕工藝，選擇地除去硅化鎢層26，第1和第2多晶硅層23和25，以便形成柵電極23a和25a。
這些電極，當(dāng)它們中的每一個是2000埃厚時，分別具有大約50Ω/口和大約25-40Ω/口的薄層電阻。在具有硅化物層26a時，可能使薄層電阻減小到大約10到20Ω/口。
通過以柵電極23a和25a作為掩膜，把雜質(zhì)離子注入到半導(dǎo)體襯底21中，形成源/漏電極27和28，完成半導(dǎo)體器件制造。
圖4A到圖4C表示按照本發(fā)明第3實施例制造MOSFET的方法。
首先，如圖4A所示，先在N型或P型半導(dǎo)體襯底31上面、形成大約70到150埃厚的柵氧化層32。然后，在500到700℃的溫度下，采用SiH4氣體在柵氧化層32上面形成第1多晶硅層33。第1多晶硅層33的厚度最好是大約300到1000埃。而且，最好有一大于以后要形成的第2多晶硅層34晶界的晶界。
如圖4B所示，采用Si2H6氣體在大約500到700℃的溫度下，在第1多晶硅層33上面形成摻雜的第2多晶硅層34。第2多晶硅層34的厚度最好在大約700到2000埃的數(shù)量級。Si2H4氣體在物理熱吸收方面優(yōu)于SiH4，因此可能形成相對大的晶界。
接著，類似于第2多晶硅層34，利用Si2H6氣體，在500到700℃在第2多晶硅層34上面，形成第3多晶硅層35，優(yōu)選的厚度范圍是大約700到2000埃。
在600到700℃對第1，第2和第3多晶硅層33、34、35進行退火，由此，第2多晶硅層中的雜質(zhì)被擴進入第1和第3多晶硅層33和35。
因為只在第2多晶硅層34中摻入雜質(zhì)，所以通過適當(dāng)調(diào)節(jié)摻雜的程度，可能減少擴散進柵氧化層32中的雜質(zhì)量。
另一方面，可用非晶硅代替多晶硅用于第1、第2和第3多晶硅層33、34和35，這種情況下，必須對摻雜的非晶硅層進行熱處理使其多晶硅化。
此后，通過下述反應(yīng)在第2多晶硅層25上面形成硅化鎢層36
由于第1和第2多晶硅層33和34之間的晶界與第2和第3多晶硅層34和35的晶界不同，縮短了穿透路程，使組分F或者副產(chǎn)品，例如H2或H2O難于滲入柵氧化膜32。在某種情況下，不可能形成硅化鎢層36。
另一方面，為了清楚地確定各層之間晶界的差別，在第1和第2多晶硅層33和34之間和/或在第2和第3多晶硅層34和35之間，可以形成厚度大約為20?；蚋〉难趸瘜?。
如圖4C所示，采用光刻和光腐蝕工藝，選擇地除去硅化鎢層36，第1、第2和第3多晶硅層33、34、35，結(jié)果形成柵電極33a，34a和35a。
用柵電極33a，34a，35a作為掩膜，把雜質(zhì)離子注入到半導(dǎo)體襯底31中，形成源/漏電極37和38，完成半導(dǎo)體器件制造。
圖5A到圖5C是表示按照本發(fā)明的第4實施例制造MOSFET方法的剖視圖。
首先，如圖5A所示，在N型或P型半導(dǎo)體襯底41上面形成大約70到150埃厚的柵氧化層。
如圖5B所示，在大約500到700℃，在柵氧化層42上面依次形成第1第2第4第5第6非晶硅層43，44，45，46，47和48。采用200到300sccM的SiH4和1.5到2SccM的N2實現(xiàn)上述非晶硅的依次形成。這偶數(shù)標(biāo)號的非晶硅層，即包含雜質(zhì)(P)的第2、第4、第6多晶硅層44、46和48，利用大約200到300SccM的Si2H6，大約250到300SLPM的PH3和大約1.5到2SLPM的N2氣形成。
然后，在大約600到700℃把第1到第6非晶硅層43到48退火。上述熱處理使第2、第4和第6非晶硅層44、46和48中的雜質(zhì)擴散進第1、第3和第5非晶硅層(43)，(45)，(47)。因此，使第1，第3，第5硅層43，45，47以及第6非晶硅層被多晶化處理。
如圖5C所示，利用光刻和光腐蝕工藝，選擇地除上述獲得的第1、第2、第3、第4、第5和第6多晶硅層43、44、45、46、47和48，以便形成柵電極43a，44a，45a，46a，47a和48a。
利用柵電極43a到48a作為掩膜，把雜質(zhì)離子注入到半導(dǎo)體襯底41中，形成源/漏電極49和50，完成半導(dǎo)體器件的制造。
如上所述，按照本發(fā)明制造MOSFET的方法，有下述的效果。
首先，通過依次在柵氧化層上面疊置本征硅層和摻雜硅層，防止了摻雜硅層中的雜質(zhì)滲入柵氧化層。因而，改善了柵氧化層的可靠性。
而且，當(dāng)形成硅化鎢層時，由于各多晶硅層之間晶界不同，雜質(zhì)不能穿入柵氧化層。這樣，防止了柵氧化層加厚和陷阱位置的形成，結(jié)果避免了漏電流。
在具有較大晶界的多晶硅層與具有較小晶界的多晶硅層之間可形成該氧化層。確定其間的晶界差。依次形成多個非晶硅層，然后進行退化使它們多晶硅化。這些工藝能減少薄層電阻以及縮短雜質(zhì)滲入的路程。
因此，按照本發(fā)明的制造MOSFET的方法，能防止由雜質(zhì)引起的柵氧化層特性的變壞，柵氧化層厚度的增加，由陷阱位置引起的器件工作特性的變壞，這樣，增加了產(chǎn)品合格率并改善了半導(dǎo)體器件工作的可靠性。
這里公開的本發(fā)明的其它特征、優(yōu)點和各實施例，對于普通技術(shù)人員在讀了前述公開文本后是顯而易見的。關(guān)于本申請，在相當(dāng)詳細(xì)的公開了本發(fā)明的特別實施例的同時，還可以對這些實施例進行變化和修改。但均沒有脫離所附權(quán)利要求要求保護的本發(fā)明的范圍和精神實質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種制造金屬氧化物場效應(yīng)晶體管的方法，包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底上形成柵氧化層；在所述的柵氧化層上淀積本征半導(dǎo)體層；在所述本征半導(dǎo)體層上形成摻雜半導(dǎo)體層；退火所述本征半導(dǎo)體層和摻雜半導(dǎo)體層，把摻雜半導(dǎo)體層中的雜質(zhì)擴散入所述本征半導(dǎo)體層中；把所述本征半導(dǎo)體層和所述摻雜半導(dǎo)體層形成圖形，以便形成柵電極。
2.一種按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述柵氧化層，所述本征半導(dǎo)體層和摻雜半導(dǎo)體層具有的厚度分別為大約70到150埃，大約300到1000埃，大約700到2000埃。
3.一種按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述本征半導(dǎo)體層和所述摻雜半導(dǎo)體層由選自多晶硅和非晶硅中的任何一種構(gòu)成。
4.一種按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，所述非晶硅通過熱處理被多晶硅化。
5.一種按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在大約400到600℃溫度下形成所述本征半導(dǎo)體層和所述摻雜半導(dǎo)體層。
6.一種按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，利用大約200到300SccM的Si2H6和大約1.5到2SLPM的N2氣形成所述本征半導(dǎo)體層。
7.一種按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，采用大約200到300SccM的Si2H6，大約250到300SLPM的PH3，大約1.5到2SLPM的N2氣形成所述摻雜半導(dǎo)體層。
8.一種按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在大約600到800℃溫度下進行所述的退火步驟。
9.一種按照權(quán)利要求1的方法，其特征是還包括下述步驟，在所述形成圖形步驟之前，在所述摻雜半導(dǎo)體層上形成硅化鎢層。
10.一種按照權(quán)利要求1的方法，其特征是還包括下述步驟，形成多個本征半導(dǎo)體層和多個摻雜半導(dǎo)體層，在所述形成圖形步驟之前，把所述本征半導(dǎo)體層變成所述摻雜半導(dǎo)體層。
11.一種制造金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的方法，包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底上形成柵氧化層；在所述柵氧化層上面淀積本征半導(dǎo)體層；在所述本征半導(dǎo)體層上形成一氧化層；在所述氧化層上淀積摻雜半導(dǎo)體層；把所述摻雜半導(dǎo)體層，所述氧化層和所述本征半導(dǎo)體層形成圖形，以便形成柵電極。
12.一種按照權(quán)利要求11的方法，其特征是，所述氧化層，所述本征半導(dǎo)體層和所述摻雜半導(dǎo)體層分別具有厚度為大約70到150埃，大約300到1000埃，大約700到2000埃。
13.一種按照權(quán)利要求11的方法，其特征是，利用多晶硅制作所述本征半導(dǎo)體層和所述摻雜導(dǎo)體層。
14.一種按照權(quán)利要求11的方法，其特征是，形成大約20?；蛘吒〉乃鲅趸瘜印?br> 15.一種按照權(quán)利要求11的方法，其特征是，所述摻雜半導(dǎo)體層有大于所述本征半導(dǎo)體層的晶界。
16.一種按照權(quán)利要求11的方法，其特征是，利用大約2-4SLPM的O2或者0.5SLPM的H2/O2形成所述的本征半導(dǎo)體層。
17.一種按照權(quán)利要求11的方法，其特征是，通過在大約450到550℃退火所述摻雜半導(dǎo)體層大約5到20分形成所述氧化層。
18.一種按照權(quán)利要求11的方法，其特征是，在大約500到700℃的溫度，形成所述本征半導(dǎo)體層和所述摻雜半導(dǎo)體層。
19.一種按照權(quán)利要求11的方法，其特征是還包括下述步驟，在所述形成圖形步驟之前，在所述摻雜半導(dǎo)體層上面，形成硅化鎢層，因此，減小了薄層電阻。
20.一種按照權(quán)利要求19的方法，其特征是，利用SiH2Cl2和WF6的混合氣體，形成所述的硅化鎢層。
21.一種制造金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的方法，包括下列步驟在半導(dǎo)體襯底上形成柵氧化層；在所述柵氧化層上面淀積第1本征半導(dǎo)體層；在所述第1本征半導(dǎo)體層上面，淀積第1摻雜半導(dǎo)體層；在所述第1摻雜半導(dǎo)體層上，淀積第2本征半導(dǎo)體層；在所述第2本征半導(dǎo)體層上，淀積第2摻雜半導(dǎo)體層；使所述半導(dǎo)體層進行熱處理，把雜質(zhì)從所述第1和第2摻雜半導(dǎo)體層擴散到第1和第2本征半導(dǎo)體層中；使所述半導(dǎo)體層形成圖形，以便形成柵電極。
22.一種按照權(quán)利要求21的方法，其特征是，由多晶硅或者非晶硅制作所述的半導(dǎo)體層。
23.一種按照權(quán)利要求22的方法，在大約400到600℃的溫度下，對所述多晶硅層進行退火。
24.一種按照權(quán)利要求22的方法，其特征是，在大約600到800℃的溫度在N2氣氛下進行熱處理，使所述非晶硅多晶硅化。
25.一種按照權(quán)利要求21的方法，其特征是，還包括下述步驟，在所述本征半導(dǎo)體層和所述摻雜半導(dǎo)體層之間的每一界面形成一氧化層。
26.一種按照權(quán)利要求21的方法，其特征是還包括下述步驟，在形成圖形步驟之前，在所述第2摻雜半導(dǎo)體層上形成硅化鎢層。
全文摘要
公開了一種制造MOSFET的方法，其包括下列步驟，在半導(dǎo)體襯底上形成柵氧化層；在所述柵氧化層上淀積本征半導(dǎo)體層；在所述本征半導(dǎo)體層上形成摻雜半導(dǎo)體層所述本征半導(dǎo)體層和摻雜半導(dǎo)體進行退火處理，把所述摻雜半導(dǎo)體層中的雜質(zhì)擴散到本征半導(dǎo)體層中，使所述本征半導(dǎo)體層和摻雜半導(dǎo)體層形成圖形，以便形成柵電極，因此，可能防止由于雜質(zhì)引起的氧化層特性變壞，由于滲入雜質(zhì)而使柵氧化膜變厚和器件工作變壞。
文檔編號H01L29/49GK1135656SQ96107400
公開日1996年11月13日 申請日期1996年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月27日
發(fā)明者嚴(yán)今镕 申請人:現(xiàn)代電子產(chǎn)業(yè)株式會社