[發(fā)明專利]兼容自對準孔和表面溝道的金-氧-半場效應管的柵極膜結構及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110382883.3
• 申請日: 2011-11-25
• 公開（公告）號: CN103137672A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 劉劍;熊濤;孫堯;羅嘯;陳瑜;陳華倫
• 申請（專利權）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號: H01L29/49
• 分類號: H01L29/49;H01L21/28;H01L21/8238
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 孫大為

技術領域

本發(fā)明涉及一種集成電路制造技術。

背景技術

隨著半導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-半導體場效應管(MOSFET)的尺寸將進一步縮小，且要求更低的工作電壓及更大的驅動電流。為縮小器件尺寸，降低成本，業(yè)界常常采用所謂的“自對準通孔”(SAC)的方法；而對降低工作電壓，提高驅動電流，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，當二者結合起來的時候，對于柵極結構及工藝將會有特殊的要求：

1)在柵極多晶硅刻蝕之前進行多晶硅N型與P型摻雜。

2)N型多晶硅與P型多晶硅必須通過金屬或者金屬硅化物相連，以保證CMOS以及SRAM的正常工作。

3)在后續(xù)的熱過程中，必須有效控制P型多晶硅的重摻雜離子硼(B)向金屬或者金屬硅化物的擴散，否則會引起P型多晶硅的耗盡以及與金屬或金屬硅化物的非歐姆接觸。

4)由于前段工藝中引入金屬或金屬硅化物，必須有效控制工藝之間的交叉污染。

因此，要同時達到以上2個目標，必須引入新的多晶硅柵極膜層結構。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種兼容自對準孔和表面溝道的金-氧-半場效應管的柵極膜結構，它可以同時兼容SAC和表面溝道的工藝，縮小器件尺寸，降低工作電壓，提高驅動電流，提高芯片整體性能。

為了解決以上技術問題，本發(fā)明提供了一種兼容自對準孔和表面溝道的金-氧-半場效應管的柵極膜結構，在硅襯底上依次包括以下的薄膜結構：柵極氧化膜、柵極多晶硅、金屬鈦以及氮化鈦或者氮化鎢、金屬硅化物、自對準通孔用氮化硅；上述一系列膜整體構成MOSFET柵極膜層，亦即柵極層最終的圖形縱向結構。

本發(fā)明的有益效果在于：可以同時兼容SAC和表面溝道的工藝，從而既進一步縮小了器件尺寸，又降低了工作電壓，提高了驅動電流，從而提高芯片整體性能。

所述金屬硅化物是硅化鎢。

本發(fā)明還提供了上述兼容自對準孔和表面溝道的金-氧-半場效應管的柵極膜結構的制造方法，柵極多晶硅層采用低壓化學氣相沉積，在NMOS區(qū)域P為N型飽和摻雜，在PMOS區(qū)域為P型飽和摻雜，這樣兩種MOS都可形成表面溝道。

金屬鈦以及氮化鈦或者氮化鎢采用物理氣相沉積。

金屬硅化物層既可采用物理氣相沉積，又能采用化學氣相沉積。金屬硅化物層厚度為500～1000埃。

頂層氮化硅采用化學氣相沉積，，和之后形成的氮化硅側墻共同形成自對準通孔。所述頂層氮化硅厚度為1000～2000埃。

附圖說明

下面結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是在硅襯底上形成所需柵極層膜結構的示意圖；

圖2是利用光刻和蝕刻形成柵極圖形的示意圖；

圖3是采用快速熱氧化的方法在多晶硅表面形成修復氧化膜的示意圖；

圖4是用化學氣相沉積的方法形成覆蓋于柵極圖形結構表面的側墻氮化硅層的示意圖；

圖5是用蝕刻的方法形側墻氮化硅，完成最終柵極圖形的示意圖。

圖中附圖標記說明：

1為頂層氮化硅(top?SiN)，2為金屬硅化物(MSix，通常是硅化鎢)，3為鈦以及氮化鈦(TI/TIN)，4為N型多晶硅(N+poly)，5為P型多晶硅(P+poly)，6為柵極氧化硅(gate?oxide)，7為P阱(P?well)，8為N阱(N?well)，9為修復氧化膜(protect?oxide)，10為側墻氮化硅(spacer?SiN)。

具體實施方式

為了突破目前的技術瓶頸，本發(fā)明提出了一種新型的MOSFET的柵極膜結構，可以同時兼容SAC和表面溝道的工藝，從而既進一步縮小了器件尺寸，又降低了工作電壓，提高了驅動電流，從而提高芯片整體性能。

此結構從下而上依次為硅半導體-柵極氧化硅-柵極多晶硅-柵極鈦以及氮化鈦-柵極金屬硅化物-氮化硅，其中對于柵極多晶硅而言，N型溝道MOS為N型摻雜，P型溝道MOS為P型摻雜。采用此種結構，既實現(xiàn)了N/PMOS管的表面溝道，又能滿足足夠大的驅動電流，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。