抑制pmos器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種抑制PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方法，包括步驟：在柵極多晶硅中注入硼離子；在柵極多晶硅表面進(jìn)行氮離子注入；在柵極多晶硅的表面形成鎢硅層。本發(fā)明通過(guò)在PMOS器件的柵極多晶硅硼注入之后，再進(jìn)行氮離子注入，能在柵極多晶硅表面形成一層致密的氮化膜，氮化膜能夠阻止硼向柵極多晶硅的表面擴(kuò)散，能夠降低在后續(xù)熱過(guò)程中促使硼滲透到鎢硅層中的風(fēng)險(xiǎn)，從而能有效抑制PMOS器件工藝中硼穿透到WSI層中而引起的柵極多晶硅耗盡現(xiàn)象的發(fā)生，使PMOS器件的閾值電壓穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】抑制PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路制造工藝方法，特別是涉及一種抑制PMOS工藝中柵極多晶娃耗盡(Poly Depletion Effects)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有工藝中，為了方便于NMOS器件集成，PMOS器件的柵極多晶硅采用和NMOS器件的柵極多晶硅相同的摻雜條件，即都為N型摻雜且都要求重?fù)诫s，PMOS器件的柵極多晶娃N型摻雜后,必須在溝道區(qū)形成一 P型埋溝(buried channel)才能解決N型柵極多晶娃造成的閾值電壓(Vt)較高的問(wèn)題，P型埋溝的引入又會(huì)產(chǎn)生較大的漏電流問(wèn)題。為了解決現(xiàn)有PMOS器件的埋溝引起的較高的Vt和較大的漏電流的問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中采用P型硼雜質(zhì)來(lái)對(duì)PMOS器件的柵極多晶硅進(jìn)行P型摻雜并且為重?fù)诫s，即NMOS器件的柵極多晶硅形成N型摻雜的結(jié)構(gòu)、PMOS器件的柵極多晶硅形成P型摻雜的結(jié)構(gòu)，這樣才能降低PMOS器件的P型柵極多晶硅和硅襯底上的溝道區(qū)之間的接觸勢(shì)，能達(dá)到降低PMOS器件的閾值電壓和漏電的作用。但是由于NMOS器件和PMOS器件要集成在一起，故要保證NMOS器件的柵極和PMOS器件的柵極能夠?qū)崿F(xiàn)良好的接觸，由于P型柵極多晶硅和N型柵極多晶硅之間存在接觸問(wèn)題，所以現(xiàn)有技術(shù)中采用在P型柵極多晶硅和N型柵極多晶硅上都分別形成鎢硅層(WSI，Tungsten Polycide)來(lái)實(shí)現(xiàn)NMOS器件的柵極和PMOS器件的柵極的良好的接觸連接。
[0003]PMOS器件的柵極多晶硅采用硼摻雜以及形成鎢硅層后，由于硼在鎢硅層與多晶硅中溶解度大致為100:1，這樣容易受后續(xù)熱處理的影響，導(dǎo)致硼穿越鎢硅層和柵極多晶硅的界面，進(jìn)入到鎢硅層中并在鎢硅層中聚積，即最后會(huì)產(chǎn)生PMOS器件的柵極多晶硅耗盡(Poly Depletion Effects),從而造成PMOS器件的閾值電壓漂移。如圖1所示,在娃襯底101上形成有柵氧化層102，以及柵極多晶硅層103和鎢硅層104，其中柵極多晶硅層103中注入有P型硼雜質(zhì)，該結(jié)構(gòu)在進(jìn)行后續(xù)熱處理后，由于硼的在鎢硅層104中的溶解度更大，故硼雜質(zhì)會(huì)穿透到鎢硅層104中，柵極多晶硅層103的硼雜質(zhì)會(huì)大大減少，這樣就會(huì)是最后形成的PMOS器件的閾值電壓漂移。
[0004]為了克服上述硼穿透到鎢硅層中的情況發(fā)生，如圖2所示，現(xiàn)有一種工藝方法是在柵極多晶硅層103進(jìn)行硼摻雜后，在柵極多晶硅層103的表面形成一層鈦和氮化鈦(Ti/TiN)的阻擋層105，再在阻擋層105上形成鎢硅層104，其中在鎢硅層104上的氮化硅層106為隔離保護(hù)層。即現(xiàn)有方法利用阻擋層105來(lái)阻止柵極多晶硅103中的硼雜質(zhì)在加熱后向鎢硅層104中滲透聚集。雖然上述方法能夠抑制柵極多晶硅耗盡發(fā)生，但是新引入的鈦很容易在后續(xù)的柵極多晶娃的再氧化(Re-oxidation)工藝被氧化而發(fā)生膨脹,最后造成球形凸起(pilling)，這會(huì)對(duì)柵極結(jié)構(gòu)的形貌影響很大，不利于器件的性能穩(wěn)定。同時(shí)，鈦的引入，也對(duì)工藝線上的產(chǎn)品存在金屬離子污染的風(fēng)險(xiǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種抑制PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方法，能抑制PMOS器件的柵極多晶硅中的硼穿透到鎢硅層中，使PMOS器件的閾值電壓穩(wěn)定。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的抑制PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方法包括如下步驟:
[0007]步驟一、在硅襯底上形成柵極多晶硅后，在所述柵極多晶硅中注入硼離子，使所述柵極多晶硅呈P型摻雜結(jié)構(gòu)。
[0008]步驟二、在硼離子注入之后，在所述柵極多晶硅表面進(jìn)行氮離子注入，在所述柵極多晶娃表面形成一層氮化膜。
[0009]步驟三、在氮離子注入后的所述柵極多晶硅的表面形成鎢硅層，由所述鎢硅層和所述柵極多晶硅組成所述PMOS器件的柵極。
[0010]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟一中的注入硼離子的能量為3KeV?8Kev，注入劑量為lE15cm2 ?lE16cm2。
[0011]進(jìn)一步的改進(jìn)是，步驟二中的注入氮離子的能量為5KeV?20KeV，注入劑量為5E14cm2 ?4E15cm2。
[0012]本發(fā)明方法通過(guò)在PMOS器件的柵極多晶硅硼注入之后，再進(jìn)行氮離子注入，能在柵極多晶硅表面形成一層致密的氮化膜，該氮化膜能夠阻止硼向柵極多晶硅的表面擴(kuò)散，能夠降低在后續(xù)熱過(guò)程中促使硼滲透到鎢硅層中的風(fēng)險(xiǎn)，從而能有效抑制PMOS器件工藝中硼穿透到WSI層中而引起的柵極多晶硅耗盡現(xiàn)象的發(fā)生，使PMOS器件的閾值電壓穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:
[0014]圖1是現(xiàn)有PMOS器件帶有鎢硅層和多晶硅層的柵極結(jié)構(gòu)；
[0015]圖2是現(xiàn)有PMOS器件帶有鎢硅層、阻擋層和多晶硅層的柵極結(jié)構(gòu)；
[0016]圖3是本發(fā)明實(shí)施例方法的流程圖；
[0017]圖4A-圖4C是本發(fā)明實(shí)施例方法各步驟中器件結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖3所示，是本發(fā)明實(shí)施例方法的流程圖；本發(fā)明實(shí)施例抑制PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方法包括如下步驟:
[0019]步驟一、如圖4A所示，在硅襯底I上依次形成柵介質(zhì)層2和柵極多晶硅3，其中柵介質(zhì)層I能為一氧化層。在形成柵極多晶硅3后，在PMOS器件形成區(qū)域的所述柵極多晶硅3中注入硼離子，注入硼離子的能量為3KeV?8Kev，注入劑量為lE15cm_2?lE16cm_2，使所述PMOS器件形成區(qū)域的所述柵極多晶硅3呈P型摻雜結(jié)構(gòu)。
[0020]步驟二、如圖4A所示，在硼離子注入之后在所述PMOS器件形成區(qū)域的所述柵極多晶硅3表面進(jìn)行氮離子注入，注入氮離子的能量為5KeV?20KeV，注入劑量為5E14cm_2?4E15cm_2。如圖4B所示，氮離子注入之后，在所述柵極多晶硅3表面形成一層致密的氮化膜
3a ο
[0021]步驟三、如圖4C所示，在所述柵極多晶硅3的表面形成鎢硅層4，對(duì)所述鎢硅層4和所述柵極多晶硅3進(jìn)行光刻刻蝕，由光刻刻蝕后的位于所述PMOS器件形成區(qū)域的所述鎢硅層4和所述柵極多晶硅3的疊成組成所述PMOS器件的柵極。其中由于所述柵極多晶硅3表面形成有氮化膜3a，該氮化膜3a能夠降低硼摻雜原子的擴(kuò)散速率，阻止硼向柵極多晶硅3的表面擴(kuò)散，能夠降低在后續(xù)熱過(guò)程中促使硼滲透到鎢硅層中的風(fēng)險(xiǎn)，從而能有效抑制PMOS器件工藝中柵極多晶硅3耗盡的發(fā)生，使PMOS器件的閾值電壓穩(wěn)定。
[0022]之后在PMOS器件的柵極的側(cè)面形成側(cè)墻，并在所述柵極兩側(cè)的所述硅襯底I中形成PMOS器件的源漏區(qū)。
[0023]PMOS器件一般和NMOS器件集成在一起形成，在形成NMOS器件的區(qū)域中，NMOS器件的柵極多晶硅采用N型摻雜，在柵極多晶硅上也形成有鎢硅層。PMOS器件和NMOS器件集成在一起時(shí)，通過(guò)鎢硅層實(shí)現(xiàn)器件之間的柵極的連接。
[0024]以上通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但這些并非構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種抑制PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一、在硅襯底上形成柵極多晶硅后，在所述柵極多晶硅中注入硼離子，使所述柵極多晶硅呈P型摻雜結(jié)構(gòu)； 步驟二、在硼離子注入之后，在所述柵極多晶硅表面進(jìn)行氮離子注入，在所述柵極多晶娃表面形成一層氮化膜； 步驟三、在氮離子注入后的所述柵極多晶硅的表面形成鎢硅層，由所述鎢硅層和所述柵極多晶硅組成所述PMOS器件的柵極。
2.如權(quán)利要求1所述的抑制PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方法，其特征在于:步驟一中的注入硼離子的能量為3KeV?8KeV，注入劑量為lE15cm_2?lE16cm_2。
3.如權(quán)利要求1所述的抑制PMOS器件工藝中柵極多晶硅耗盡的方法，其特征在于:步驟二中的注入氮離子的能量為5KeV?20KeV，注入劑量為5E14cnT2?4E15cnT2。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103681334SQ201210337223
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月12日
【發(fā)明者】陳瑜, 羅嘯, 李喆 申請(qǐng)人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司