專利名稱：柵極結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種柵極結(jié)構(gòu)的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，半導(dǎo)體的制造工藝得到了飛速的發(fā)展，在半導(dǎo)體的制 造流程中，涉及柵極結(jié)構(gòu)的形成工藝，需要說明的是，本說明書所述的柵極結(jié)構(gòu)包括依次位 于半導(dǎo)體襯底上的柵氧化層和位于柵氧化層之上的柵極。圖1 圖4為現(xiàn)有技術(shù)中柵極結(jié)構(gòu)的形成方法的過程剖面結(jié)構(gòu)圖，該方法包括以 下步驟步驟一，參見圖1，提供一晶圓，在晶圓的襯底101上形成柵氧化層102。具體地說，采用氧化工藝形成柵氧化層102，例如，氧氣與襯底101表面發(fā)生化學(xué) 反應(yīng)，從而在襯底101表面生成柵氧化層102。步驟二，參見圖2，采用沉積工藝在柵氧化層102之上沉積多晶硅層103，并采用離 子注入工藝對多晶硅層103進行摻雜。在實際應(yīng)用中，當(dāng)沉積多晶硅層103時，溫度為615°C至625°C，當(dāng)進行離子注入 時，離子注入的劑量為ι χ IO15個原子/cm2至6 X IO19個原子/cm2。步驟三，參見圖3，對多晶硅層103和柵氧化層102進行蝕刻，并形成柵極104。至此，完成了柵極結(jié)構(gòu)的形成過程，為了對發(fā)明進行清楚地說明，下面對柵極結(jié)構(gòu) 形成之后的后續(xù)步驟也進行簡要說明。步驟四，參見圖4，采用氧化、沉積、蝕刻工藝形成側(cè)壁層105。其中，側(cè)壁層105由第一側(cè)壁層106和第二側(cè)壁層107組成，第一側(cè)壁層106的主 要成分為氧化物，第二側(cè)壁層107的主要成分為硅的氮化物，例如，氮化硅。在后續(xù)的步驟中，可進入漏極和源極的制造流程。然而，在實際應(yīng)用中，多晶硅柵是一種晶體，若將晶體中的每個晶粒視為正方體， 則每個晶粒的大小約為50納米X 50納米X 50納米至80納米X 80納米X 80納米，這就有 可能使得多晶硅層的表面不平坦，也就是說，多晶硅層表面具有凸起部分和凹下去的部分， 當(dāng)對多晶硅柵層進行離子注入時，由于對于整個多晶硅層采用的是相同的離子注入能量， 這就會導(dǎo)致在多晶硅層表面凹下去的部分，注入的離子有可能穿透多晶硅層，從而對柵極 結(jié)構(gòu)造成損害，降低了半導(dǎo)體器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，能夠提高半導(dǎo)體器件的性能。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的一種柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，提供一晶圓，在晶圓的襯底上形成柵氧化層后，其特征 在于，該方法包括采用沉積工藝在柵氧化層之上沉積多晶硅層，其中，多晶硅層的高度為預(yù)設(shè)柵極高度的90%至95% ；采用沉積工藝在多晶硅層之上沉積非晶硅層，其中，非晶硅層的高度為預(yù)設(shè)柵極 高度的5%至10% ；采用離子注入工藝對多晶硅層和非晶硅層進行摻雜；對非晶硅層、多晶硅層和柵氧化層進行蝕刻，形成柵極結(jié)構(gòu)。當(dāng)沉積非晶硅層時，溫度為540°C至550°C所述注入的離子為N型元素。所述N型元素為磷或砷。所述注入的離子為P型元素。所述P型元素為硼或銦。由上述的技術(shù)方案可見，在晶圓的襯底上形成柵氧化層后，采用沉積工藝在柵氧 化層之上沉積多晶硅層，其中，多晶硅層的高度為預(yù)設(shè)柵極高度的90%至95%，然后采用 沉積工藝在多晶硅層之上沉積非晶硅層，其中，非晶硅層的高度為預(yù)設(shè)柵極高度的5%至 10%，其次采用離子注入工藝對多晶硅層和非晶硅層進行摻雜，并對非晶硅層、多晶硅層和 柵氧化層進行蝕刻，從而形成柵極結(jié)構(gòu)，由于非晶硅層表面是平坦的，并且非晶硅層可以作 為控制離子隧穿效應(yīng)的保護層，因此能夠保證離子在柵極中分布的均勻性，并避免注入的 離子穿透柵極，提高了半導(dǎo)體器件的性能。


圖1 圖4為現(xiàn)有技術(shù)中柵極結(jié)構(gòu)的形成方法的過程剖面結(jié)構(gòu)圖。圖5為本發(fā)明所提供的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法的流程圖。圖6 圖10為本發(fā)明所提供的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法的實施例的過程剖面結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對 本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的核心思想為在晶圓的襯底上形成柵氧化層后，采用沉積工藝在柵氧 化層之上沉積多晶硅層，其中，多晶硅層的高度為預(yù)設(shè)柵極高度的90%至95%，然后采用 沉積工藝在多晶硅層之上沉積非晶硅層，其中，非晶硅層的高度為預(yù)設(shè)柵極高度的5%至 10%，由于非晶硅層表面是平坦的，在后續(xù)步驟中，當(dāng)進行離子注入時，則比較容易對離子 注入的能量進行控制，避免注入的離子穿透柵極，提高了半導(dǎo)體器件的性能。圖5為本發(fā)明所提供的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法的流程圖，如圖5所示，該方法包括以 下步驟步驟501，提供一晶圓，在晶圓的襯底上形成柵氧化層。步驟502，采用沉積工藝在柵氧化層之上沉積多晶硅層，其中，多晶硅層的高度為 預(yù)設(shè)柵極高度的90 %至95 %。步驟503，采用沉積工藝在多晶硅層之上沉積非晶硅層，其中，非晶硅層的高度為 預(yù)設(shè)柵極高度的5%至10%。步驟504，采用離子注入工藝對多晶硅層和非晶硅層進行摻雜。
步驟505，對非晶硅層、多晶硅層和柵氧化層進行蝕刻，形成柵極結(jié)構(gòu)。下面通過一個實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。圖6 圖10為本發(fā)明所提供的柵極結(jié)構(gòu)的形成方法的實施例的過程剖面結(jié)構(gòu)圖， 如圖6 圖10所示，該方法包括以下步驟步驟601，參見圖6，提供一晶圓，在晶圓的襯底101上形成柵氧化層102。
本步驟與現(xiàn)有技術(shù)相同，此處不予贅述。步驟602，參見圖7，采用沉積工藝在柵氧化層102之上沉積多晶硅層103，其中，若 預(yù)設(shè)柵極高度為1000埃，則多晶硅層103的厚度為900埃。當(dāng)沉積多晶硅層103時，溫度為615°C至625°C，這與現(xiàn)有技術(shù)相同。步驟603，參見圖8，采用沉積工藝在多晶硅層103之上沉積非晶硅層108，其中，非 晶硅層108的厚度為100埃。當(dāng)沉積非晶硅層108時，溫度為540°C至550°C。需要說明的是，非晶硅是一種非晶體，也就是說，在非晶硅層108中，不包括晶粒 結(jié)構(gòu)，這就使得非晶硅層108的表面是平坦的，沒有凸起部分和凹下去的部分，在后續(xù)步驟 中，當(dāng)進行離子注入時，比較容易控制離子注入的能量，可避免注入的離子擊穿柵極，另外， 非晶硅和多晶硅雖然結(jié)構(gòu)不同，但是二者本質(zhì)上是同一種物質(zhì)，均為硅，若將沉積時的反應(yīng) 溫度設(shè)置為615°C至625°C，則最終形成的硅具有晶體結(jié)構(gòu)，即多晶硅，若將沉積時的反應(yīng) 溫度設(shè)置為540°C至550°C，則最終形成的硅不具有晶體結(jié)構(gòu)，S卩非晶硅。由于多晶硅和非晶硅本質(zhì)上是同一種物質(zhì)，因此，采用非晶硅代替部分厚度的多 晶硅對后續(xù)步驟沒有影響，對半導(dǎo)體器件的性能也沒有影響。步驟604，參見圖9，采用離子注入工藝對多晶硅層103和非晶硅層108進行摻雜。本步驟與現(xiàn)有技術(shù)相同，采用相同的離子注入劑量和能量。需要說明的是，多晶硅層103可摻雜P型元素或N型元素，當(dāng)多晶硅層103中摻雜 P型元素時，例如硼或銦，是為了后續(xù)P型晶體管的形成；當(dāng)多晶硅層103中摻雜N型元素 時，例如磷或砷，是為了后續(xù)N型晶體管的形成。當(dāng)所摻雜的離子為P型元素時，以硼為例，硼原子在取代原晶體結(jié)構(gòu)中的原子并 構(gòu)成共價鍵時，將因缺少一個價電子而形成一個空穴，于是半導(dǎo)體中的空穴數(shù)目大量增加， 空穴成為載流子；當(dāng)所摻雜的離子為N型元素時，以磷為例，磷原子在取代原晶體結(jié)構(gòu)中的 原子并構(gòu)成共價鍵時，多余的第五個價電子很容易擺脫磷原子核的束縛而成為自由電子， 于是半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大量增加，自由電子成為載流子，步驟605，參見圖10，對非晶硅層108、多晶硅層103和柵氧化層102進行蝕刻，并 形成柵極結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，100埃的多晶硅被非晶硅代替，這就相當(dāng)于，在本發(fā)明中，柵極包 括多晶硅層103和非晶硅層108，而柵極結(jié)構(gòu)包括依次位于半導(dǎo)體襯底上的柵氧化層102和 位于柵氧化層102之上的柵極。至此，本流程結(jié)束，可進入后續(xù)的工藝流程。在本實施例中，100A的非晶硅層覆蓋于柵極表面，由于非晶硅層表面是平坦的，則 比較容易對離子注入的能量進行控制，避免離子穿透柵極?？梢?，根據(jù)本發(fā)明提供的技術(shù)方案，在晶圓的襯底上形成柵氧化層后，采用沉積工藝在柵氧化層之上沉積多晶硅層，其中，多晶硅層的高度為預(yù)設(shè)柵極高度的90%至95%， 然后采用沉積工藝在多晶硅層之上沉積非晶硅層，其中，非晶硅層的高度為預(yù)設(shè)柵極高度 的5%至10%，其次采用離子注入工藝對多晶硅層和非晶硅層進行摻雜，并對非晶硅層、多 晶硅層和柵氧化層進行蝕刻，從而形成柵極結(jié)構(gòu)，由于非晶硅層表面是平坦的，并且非晶硅 層可以作為控制離子隧穿效應(yīng)的保護層，因此能夠保證離子在柵極中分布的均勻性，并避 免注入的離子穿透柵極，能夠提高半導(dǎo)體器件的性能。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換以及改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，提供一晶圓，在晶圓的襯底上形成柵氧化層后，其特征在 于，該方法包括采用沉積工藝在柵氧化層之上沉積多晶硅層，其中，多晶硅層的高度為預(yù)設(shè)柵極高度 的 90%至 95% ；采用沉積工藝在多晶硅層之上沉積非晶硅層，其中，非晶硅層的高度為預(yù)設(shè)柵極高度 的5%至10% ；采用離子注入工藝對多晶硅層和非晶硅層進行摻雜； 對非晶硅層、多晶硅層和柵氧化層進行蝕刻，形成柵極結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)沉積非晶硅層時，溫度為540°C至550°C
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述注入的離子為N型元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述N型元素為磷或砷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述注入的離子為P型元素。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述P型元素為硼或銦。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種柵極結(jié)構(gòu)的形成方法，該方法包括提供一晶圓，在晶圓的襯底上形成柵氧化層后，采用沉積工藝在柵氧化層之上沉積多晶硅層，其中，多晶硅層的高度為預(yù)設(shè)柵極高度的90％至95％；采用沉積工藝在多晶硅層之上沉積非晶硅層，其中，非晶硅層的高度為預(yù)設(shè)柵極高度的5％至10％；采用離子注入工藝對多晶硅層和非晶硅層進行摻雜；對非晶硅層、多晶硅層和柵氧化層進行蝕刻，形成柵極結(jié)構(gòu)。該方法能夠提高半導(dǎo)體器件的性能。
文檔編號H01L21/28GK102064099SQ20091019921
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者唐兆云 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司