[发明专利]兼容自对准孔和表面沟道的金-氧-半场效应管的栅极膜结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路制造技术。

背景技术

随着半导体集成电路芯片中器件的集成度越来越高，其中常用的金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)的尺寸将进一步缩小，且要求更低的工作电压及更大的驱动电流。为缩小器件尺寸，降低成本，业界常常采用所谓的“自对准通孔”(SAC)的方法；而对降低工作电压，提高驱动电流，尤其是P型沟道的MOS管，则需要用到表面沟道(surface channel)器件。但是，当二者结合起来的时候，对于栅极结构及工艺将会有特殊的要求：

1)在栅极多晶硅刻蚀之前进行多晶硅N型与P型掺杂。

2)N型多晶硅与P型多晶硅必须通过金属或者金属硅化物相连，以保证CMOS以及SRAM的正常工作。

3)在后续的热过程中，必须有效控制P型多晶硅的重掺杂离子硼(B)向金属或者金属硅化物的扩散，否则会引起P型多晶硅的耗尽以及与金属或金属硅化物的非欧姆接触。

4)由于前段工艺中引入金属或金属硅化物，必须有效控制工艺之间的交叉污染。

因此，要同时达到以上2个目标，必须引入新的多晶硅栅极膜层结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种兼容自对准孔和表面沟道的金-氧-半场效应管的栅极膜结构，它可以同时兼容SAC和表面沟道的工艺，缩小器件尺寸，降低工作电压，提高驱动电流，提高芯片整体性能。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种兼容自对准孔和表面沟道的金-氧-半场效应管的栅极膜结构，在硅衬底上依次包括以下的薄膜结构：栅极氧化膜、栅极多晶硅、金属钛以及氮化钛或者氮化钨、金属硅化物、自对准通孔用氮化硅；上述一系列膜整体构成MOSFET栅极膜层，亦即栅极层最终的图形纵向结构。

本发明的有益效果在于：可以同时兼容SAC和表面沟道的工艺，从而既进一步缩小了器件尺寸，又降低了工作电压，提高了驱动电流，从而提高芯片整体性能。

所述金属硅化物是硅化钨。

本发明还提供了上述兼容自对准孔和表面沟道的金-氧-半场效应管的栅极膜结构的制造方法，栅极多晶硅层采用低压化学气相沉积，在NMOS区域P为N型饱和掺杂，在PMOS区域为P型饱和掺杂，这样两种MOS都可形成表面沟道。

金属钛以及氮化钛或者氮化钨采用物理气相沉积。

金属硅化物层既可采用物理气相沉积，又能采用化学气相沉积。金属硅化物层厚度为500～1000埃。

顶层氮化硅采用化学气相沉积，，和之后形成的氮化硅侧墙共同形成自对准通孔。所述顶层氮化硅厚度为1000～2000埃。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是在硅衬底上形成所需栅极层膜结构的示意图；

图2是利用光刻和蚀刻形成栅极图形的示意图；

图3是采用快速热氧化的方法在多晶硅表面形成修复氧化膜的示意图；

图4是用化学气相沉积的方法形成覆盖于栅极图形结构表面的侧墙氮化硅层的示意图；

图5是用蚀刻的方法形侧墙氮化硅，完成最终栅极图形的示意图。

图中附图标记说明：

1为顶层氮化硅(top SiN)，2为金属硅化物(MSix，通常是硅化钨)，3为钛以及氮化钛(TI/TIN)，4为N型多晶硅(N+poly)，5为P型多晶硅(P+poly)，6为栅极氧化硅(gate oxide)，7为P阱(P well)，8为N阱(N well)，9为修复氧化膜(protect oxide)，10为侧墙氮化硅(spacer SiN)。

具体实施方式

为了突破目前的技术瓶颈，本发明提出了一种新型的MOSFET的栅极膜结构，可以同时兼容SAC和表面沟道的工艺，从而既进一步缩小了器件尺寸，又降低了工作电压，提高了驱动电流，从而提高芯片整体性能。

此结构从下而上依次为硅半导体-栅极氧化硅-栅极多晶硅-栅极钛以及氮化钛-栅极金属硅化物-氮化硅，其中对于栅极多晶硅而言，N型沟道MOS为N型掺杂，P型沟道MOS为P型掺杂。采用此种结构，既实现了N/PMOS管的表面沟道，又能满足足够大的驱动电流，同时兼容自对准孔所需要的氮化硅膜，从而提高了芯片的整体性能。