專利名稱：多層膜的柵結構及其制造方法
技術領域：
本發明涉及半導體集成電路領域，特別是涉及一種多層膜的柵結構。本發明還涉及所述柵結構的制造方法。
背景技術：
在目前的半導體工藝方法中，有這樣一種工藝方法，在硅片上先形成溝槽，然后進行氧化，生成一層氧化膜作為柵氧化膜(下述簡稱“柵氧”)，之后再生長一層摻磷的高摻雜多晶硅或無定型硅，用高摻雜多晶硅或無定型硅填滿整個溝槽(參見圖1)。在整個溝槽填滿后再進行回刻，將沒有溝槽處的高摻雜多晶硅或無定型硅全部刻掉，而在溝槽里留下的高摻雜多晶硅或無定型硅就用來作為柵極，而無定型硅經過后續的高溫工藝后會變為多晶硅。上述柵氧工藝的處理基本上是一種單層膜單濃度結構。為了提高器件的速度，就要求增加多晶硅或無定型硅中摻磷的濃度來降低多晶硅或無定型娃的電阻，但當摻磷超過一定的濃度，而且摻磷多晶娃或無定型娃超過一定厚度(由于溝槽要求全部填滿)時，回刻之后的表面形狀就有許多的凹陷(參見圖2)，當凹陷發生在溝槽的中心時，使溝槽中心本來較深的凹陷變得更深，當柵接觸孔落在溝槽中時，會帶來接觸孔性能的不穩定，甚至在后來生成金屬膜時形成空洞，影響器件的性能。為了解決以上問題，中國實用新型專利ZL 02261131. 2 (授權公告號CN2694476Y，授權公告日2005年4月20日)公開了一種多層膜設計結構，具體是在柵氧化膜成長之后，依次成長一層摻磷濃度低的多晶娃、一層摻磷濃度高的多晶娃、一層摻磷濃度低或不摻磷的多晶硅。第一層摻磷濃度低的多晶硅在回刻后表面比較平整，以保證柵氧化膜附近在回刻后不出現凹陷，使柵不受到損傷；在第三層摻磷濃度低或不摻磷的多晶硅的回刻速率低，減少回刻后溝槽中心的凹陷深度，使之在后來成長金屬膜時不形成空洞。同時通過調整第一、第二層多晶硅的摻磷濃度和厚度，可以保證在回刻后獲得等同的柵極電阻。但該專利在對該柵氧的漏電問題沒有提出具體的研究和解決方案。中國發明專利申請CN101958342A(申請號:200910057613. 8，申請公布日:2011年
I月26日)中，公開了一種多層膜設計結構，具體是在柵氧化膜成長之后，依次成長一層摻磷濃度低或不摻磷的多晶硅或無定型硅；一層摻磷濃度高的多晶硅或無定型硅。該專利申請對柵氧的漏電問題有幫助，但方案中由于工藝的限制，特別是第一層膜淀積的無定型硅在刻蝕完成之前不能被高溫處理(形成一定尺寸的結晶影響反刻的效果)沒有披露，對通過在第一層膜后通過淀積一些氧化物以更好的阻擋第二層中的磷的擴散也沒有披露。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種多層膜的柵結構，能夠改善柵氧的漏電特性，提高器件的性能；為此本發明還要提供一種所述多層膜的柵結構的制造方法。為解決上述技術問題，本發 明的多層膜的柵結構，包括在溝槽中形成的柵氧；在柵氧之上的第一層摻磷濃度高的多晶硅或無定型硅，所述第一層多晶硅或無定型硅的摻磷濃度為lE20-10E20atm/cm3 ;在所述第一層多晶硅或無定型硅之上的第二層摻磷濃度低的無定型硅或多晶硅，所述第二層多晶硅或無定型硅的摻磷濃度等于或小于第一層多晶硅或無定型硅的摻磷濃度的1/2倍。所述多層膜的柵結構的制造方法，包括以下步驟步驟一、完成溝槽刻蝕并經過表面處理后，利用熱氧化完成柵氧化膜的淀積，形成柵氧；步驟二、進行第一層摻磷高的多晶硅或無定型硅的淀積，所述第一層多晶硅或無定型娃的摻磷濃度為1E20 10E20atm/cm3,第一層多晶娃或無定型娃淀積后將所述溝槽填滿；步驟三、進行第二層摻磷濃度低的多晶硅或無定型硅的淀積，所述第二層多晶硅或無定型硅的摻磷濃度等于或小于第一層無定型硅或多晶硅的摻磷濃度的1/2倍；步驟四、利用干法刻蝕將硅片表面的需要去除的多晶硅或無定型硅全部刻掉，得到溝槽中填滿多晶硅或無定型硅的柵結構。所述多層膜的柵結構還包括位于第二層多晶硅或無定型硅之上的第三層多晶硅或無定型硅；第三層多晶硅或無定型硅的摻磷濃度低于第二層多晶硅或無定型硅的摻磷濃度或不摻磷，其濃度為O lE20atm/cm3。
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當包括第三層多晶硅或無定型硅時，在進行第二層多晶硅或無定型硅的淀積之后，進行摻磷濃度低于第二層多晶硅或無定型硅的摻磷濃度或不摻磷的第三層多晶硅或無定型娃的淀積，第三層多晶娃或無定型娃的摻磷濃度為O lE20atm/cm3 ;然后再利用干法刻蝕將硅片表面的需要去除的多晶硅或無定型硅全部刻掉，得到溝槽中填滿多晶硅或無定型娃的柵結構。本發明由于改變了目前半導體器件的柵氧結構，直接與柵氧接觸的是含磷濃度最高的多晶硅或無定型硅，通過其后淀積摻磷濃度低的多晶硅或無定型硅，使得反刻后溝槽中心的凹陷得到減少。第三層多晶硅或無定型硅的回刻速率低，以減少回刻后溝槽中心的凹陷深度，使之在后來成長金屬膜時不形成空洞。同時通過調整第一、第二層多晶硅或無定型硅的摻磷濃度和厚度，可以保證在回刻后獲得同等的柵極電阻。
下面結合附圖與具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明圖1是現有方法中采用一層多晶硅或無定型硅填滿溝槽的示意圖；圖2是通過回刻去除圖1中多余多晶硅或無定型硅后的示意圖；圖3是實施例一在柵氧上淀積兩層多晶硅或無定型硅的示意圖；圖4是將圖3中需要去除的多晶硅或無定型硅全部刻掉后的示意圖；圖5是實施例二在柵氧上淀積三層多晶硅或無定型硅的示意圖；圖6是將圖5中需要去除的多晶硅或無定型硅全部刻掉后的示意圖；圖7是實施例三在柵氧上淀積兩層多晶硅或無定型硅的示意圖；圖8是將圖7中需要去除的多晶硅或無定型硅全部刻掉后的示意圖。
具體實施例方式實施例一參見圖3、4所示，所述多層膜的柵結構包括在溝槽3中形成的柵氧4 ;在柵氧4之上的第一層摻磷濃度高的多晶硅或無定型硅51，所述第一層多晶硅或無定型硅51的摻磷濃度為lE20-10E20atm/cm3，厚度為3000埃 10000埃；在所述第一層多晶硅或無定型硅51之上的第二層摻磷濃度低的多晶硅或無定型硅52，所述第二層多晶硅或無定型硅52的摻磷濃度小于或等于第一層無定型硅或多晶硅51的摻磷濃度的1/2倍。上述多層膜的的柵結構的制造方法，其工藝步驟包括步驟一、結合圖3所示，在硅基板(N+硅襯底)上的N型外延層中完成溝槽3的刻蝕，并經過表面處理后，利用熱氧化完成柵氧化膜的淀積，形成柵氧4 ；步驟二、完成第一層摻磷濃度高的多晶硅或無定型硅51的淀積，其摻磷濃度為lE20-10E20atm/cm3,將溝槽基本填充滿，但溝槽3中心接合處還是低于溝槽外兩端側淀積的第一層多晶娃或無定型娃51的表面。步驟三、在所述第一層多晶硅或無定型硅51的上端完成第二層摻磷濃度低的多晶硅或無定型硅52的淀積，所述第二層多晶硅或無定型硅52的摻磷濃度小于或等于第一層無定型硅或多晶硅51的摻磷濃度的1/2倍，第二層多晶硅或無定型硅52淀積后能讓多晶硅或無定型硅能填滿溝槽3。步驟四、利用干法刻蝕將硅片表面(即溝槽兩側端表面)的需要去除的多晶硅或無定型硅全部刻掉，得到溝槽3中填滿多晶硅或無定型硅的柵結構(參見圖4)。實施例二參見圖5，本實施例與實施例一的區別在于，步驟三完成以后，當第二層多晶硅或無定型硅52的上端面最低處(參見圖5中的“C”處的虛線)高于溝槽3外兩端側的柵氧4(參見圖5中的“D”處的虛線)時，再填充摻磷濃度更低或不摻磷的第三層多晶硅或無定型硅53 ;然后，再利用干法刻蝕將硅片表面的需要去除的多晶硅或無定型硅全部刻掉，得到溝槽中填滿多晶硅或無定型硅的柵結構(參見圖6)。實施例三參見圖7，本實施例與實施例一的區別在于，步驟二完成以后，當第一層多晶硅或無定型硅51的上端面最低處(參見圖7中的“E”處的虛線)高于溝槽3外兩端側的柵氧4線(參見圖7中的“F”處虛線)時，再淀積第二層多晶硅或無定型硅52。在以上三個實施例中，在溝槽3邊緣頂部位置的多晶硅或無定型硅在反刻后可能會有凹陷61，使溝槽3邊緣的柵氧受到損傷，因此在需要時可以在反刻完成之后進行至少I次柵氧修復，通常溫度要高于1000°C以上，可以采用擴散工藝，也可以采用快速氧化或退火工藝；修復溝槽3邊緣頂部暴露的柵氧4的損傷，從而改善柵氧4的漏電特性，提高器件的性能。下面是本發明的一較佳實施例，以溝槽深度為1. O 2. O μm，溝槽寬度為O.8 1.3μπι的情況為例。在N+硅襯底(基板)上成長N型外延層，利用介質膜或光刻膠做掩膜完成溝槽3的刻蝕后(需要時還要進行一犧牲氧化層以得到好的柵氧特性)，進行氧化，生成一層氧化膜作為柵氧4，然后進入摻雜多晶硅的淀積工藝成膜方案低壓化學氣相淀積；
化學反應式SiH4+PH3 — Si+P+3H2 ；成長壓力1. 85Torr，溫度 520。 540。C ；生成第一層摻磷濃度高的多晶硅或無定型硅51，厚度為8000埃，其摻磷濃度為4E20-5E20atm/cm3；
生成第二層摻磷濃度低的多晶硅或無定型硅52，其摻磷濃度為小于2E20atm/cm3，厚度為1000-4000埃。以上通過具體實施方式
和實施例對本發明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發明的限制。在不脫離本發明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種多層膜的柵結構，包括在溝槽中形成的柵氧；其特征在于，還包括在柵氧之上的第一層摻磷濃度高的多晶硅或無定型硅，所述第一層多晶硅或無定型硅的摻磷濃度為lE20-10E20atm/cm3 ;在所述第一層多晶硅或無定型硅之上的第二層摻磷濃度低的無定型硅或多晶硅，所述第二層多晶硅或無定型硅的摻磷濃度等于或小于第一層無定型硅或多晶硅的摻磷濃度的1/2倍。
2.如權利要求1所述的柵結構，其特征在于還包括位于第二層多晶硅或無定型硅之上的第三層多晶硅或無定型硅；第三層多晶硅或無定型硅的摻磷濃度低于第二層多晶硅或無定型娃的摻磷濃度或不摻磷，其濃度為O lE20atm/cm3。
3.—種如權利要求1或2所述柵結構的制造方法，包括以下步驟 步驟一、完成溝槽刻蝕并經過表面處理后，利用熱氧化完成柵氧化膜的淀積，形成柵氧；其特征在于，還包括 步驟二、進行第一層摻磷高的多晶硅或無定型硅的淀積，所述第一層多晶硅或無定型娃的摻磷濃度為1E20 10E20atm/cm3,第一層多晶娃或無定型娃淀積后將所述溝槽填滿； 步驟三、進行第二層摻磷濃度低的無定型硅或多晶硅的淀積，所述第二層多晶硅或無定型硅的摻磷濃度等于或小于第一層無定型硅或多晶硅的摻磷濃度的1/2倍； 步驟四、利用干法刻蝕將溝槽兩側端表面的需要去除的多晶硅或無定型硅全部刻掉，得到溝槽中填滿多晶硅或無定型硅的柵結構。
4.如權利要求3所述的制造方法，其特征在于步驟二完成之后，當溝槽中心的第一層多晶硅或無定型硅的表面低于溝槽外兩端側淀積的第一層多晶硅或無定型硅的表面時，再實施步驟三。
5.如權利要求4所述的制造方法，其特征在于在步驟三完成之后，步驟四實施之前，還包括如下步驟，當第二層多晶硅或無定型硅的上端面最低處高于溝槽外兩端側的柵氧時，進行摻磷濃度低于第二層多晶硅或無定型硅的摻磷濃度或不摻磷的第三層多晶硅或無定型娃的淀積，第三層多晶娃或無定型娃的摻磷濃度為O lE20atm/cm3。
6.如權利要求3所述的制造方法，其特征在于步驟二完成之后，當溝槽中心的第一層多晶硅或無定型硅的表面高于溝槽外兩端側淀積的第一層多晶硅或無定型硅的表面時，再實施步驟三。
7.如權利要求3-6任一所述的制造方法，其特征在于還包括至少I次柵氧修復步驟，溫度大于等于1000°c，可以采用擴散工藝方法，也可以采用快速氧化或退火工藝方法進行修復。
全文摘要
本發明公開了一種多層膜的柵結構，包括在溝槽中形成的柵氧；在柵氧之上的第一層摻磷濃度高的多晶硅或無定型硅，所述第一層多晶硅或無定型硅的摻磷濃度為1E20-10E20atm/cm3；在所述第一層多晶硅或無定型硅之上的第二層摻磷濃度低的無定型硅或多晶硅，所述第二層多晶硅或無定型硅的摻磷濃度等于或小于第一層無定型硅或多晶硅的摻磷濃度的1/2倍。本發明還公開了一種所述多層膜的柵結構的制造方法。本發明能夠改善柵氧的漏電特性,提高器件的性能。
文檔編號H01L21/28GK103035682SQ20121016283
公開日2013年4月10日 申請日期2012年5月23日 優先權日2012年5月23日
發明者肖勝安 申請人:上海華虹Nec電子有限公司