多层膜的栅结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种多层膜的栅结构，包括：在沟槽中形成的栅氧；在栅氧之上的第一层掺磷浓度高的多晶硅或无定型硅，所述第一层多晶硅或无定型硅的掺磷浓度为1E20-10E20atm/cm3；在所述第一层多晶硅或无定型硅之上的第二层掺磷浓度低的无定型硅或多晶硅，所述第二层多晶硅或无定型硅的掺磷浓度等于或小于第一层无定型硅或多晶硅的掺磷浓度的1/2倍。本发明专利技术还公开了一种所述多层膜的栅结构的制造方法。本发明专利技术能够改善栅氧的漏电特性,提高器件的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路领域，特别是涉及一种多层膜的栅结构。本专利技术还涉及所述栅结构的制造方法。
技术介绍
在目前的半导体工艺方法中，有这样一种工艺方法，在硅片上先形成沟槽，然后进行氧化，生成一层氧化膜作为栅氧化膜(下述简称“栅氧”)，之后再生长一层掺磷的高掺杂多晶硅或无定型硅，用高掺杂多晶硅或无定型硅填满整个沟槽(参见图1)。在整个沟槽填满后再进行回刻，将没有沟槽处的高掺杂多晶硅或无定型硅全部刻掉，而在沟槽里留下的高掺杂多晶硅或无定型硅就用来作为栅极，而无定型硅经过后续的高温工艺后会变为多晶硅。上述栅氧工艺的处理基本上是一种单层膜单浓度结构。为了提高器件的速度，就要求增加多晶硅或无定型硅中掺磷的浓度来降低多晶硅或无定型娃的电阻，但当掺磷超过一定的浓度，而且掺磷多晶娃或无定型娃超过一定厚度(由于沟槽要求全部填满)时，回刻之后的表面形状就有许多的凹陷(参见图2)，当凹陷发生在沟槽的中心时，使沟槽中心本来较深的凹陷变得更深，当栅接触孔落在沟槽中时，会带来接触孔性能的不稳定，甚至在后来生成金属膜时形成空洞，影响器件的性能。为了解决以上问题，中国技术专利ZL 02261131. 2 (授权公告号CN2694476Y，授权公告日2005年4月20日)公开了一种多层膜设计结构，具体是在栅氧化膜成长之后，依次成长一层掺磷浓度低的多晶娃、一层掺磷浓度高的多晶娃、一层掺磷浓度低或不掺磷的多晶硅。第一层掺磷浓度低的多晶硅在回刻后表面比较平整，以保证栅氧化膜附近在回刻后不出现凹陷，使栅不受到损伤；在第三层掺磷浓度低或不掺磷的多晶硅的回刻速率低，减少回刻后沟槽中心的凹陷深度，使之在后来成长金属膜时不形成空洞。同时通过调整第一、第二层多晶硅的掺磷浓度和厚度，可以保证在回刻后获得等同的栅极电阻。但该专利在对该栅氧的漏电问题没有提出具体的研究和解决方案。中国专利技术专利申请CN101958342A(申请号:200910057613. 8，申请公布日:2011年I月26日)中，公开了一种多层膜设计结构，具体是在栅氧化膜成长之后，依次成长一层掺磷浓度低或不掺磷的多晶硅或无定型硅；一层掺磷浓度高的多晶硅或无定型硅。该专利申请对栅氧的漏电问题有帮助，但方案中由于工艺的限制，特别是第一层膜淀积的无定型硅在刻蚀完成之前不能被高温处理(形成一定尺寸的结晶影响反刻的效果)没有披露，对通过在第一层膜后通过淀积一些氧化物以更好的阻挡第二层中的磷的扩散也没有披露。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种多层膜的栅结构，能够改善栅氧的漏电特性，提高器件的性能；为此本专利技术还要提供一种所述多层膜的栅结构的制造方法。为解决上述技术问题，本发 明的多层膜的栅结构，包括在沟槽中形成的栅氧；在栅氧之上的第一层掺磷浓度高的多晶硅或无定型硅，所述第一层多晶硅或无定型硅的掺磷浓度为lE20-10E20atm/cm3 ;在所述第一层多晶硅或无定型硅之上的第二层掺磷浓度低的无定型硅或多晶硅，所述第二层多晶硅或无定型硅的掺磷浓度等于或小于第一层多晶硅或无定型硅的掺磷浓度的1/2倍。所述多层膜的栅结构的制造方法，包括以下步骤步骤一、完成沟槽刻蚀并经过表面处理后，利用热氧化完成栅氧化膜的淀积，形成栅氧；步骤二、进行第一层掺磷高的多晶硅或无定型硅的淀积，所述第一层多晶硅或无定型娃的掺磷浓度为1E20 10E20atm/cm3,第一层多晶娃或无定型娃淀积后将所述沟槽填满；步骤三、进行第二层掺磷浓度低的多晶硅或无定型硅的淀积，所述第二层多晶硅或无定型硅的掺磷浓度等于或小于第一层无定型硅或多晶硅的掺磷浓度的1/2倍；步骤四、利用干法刻蚀将硅片表面的需要去除的多晶硅或无定型硅全部刻掉，得到沟槽中填满多晶硅或无定型硅的栅结构。所述多层膜的栅结构还包括位于第二层多晶硅或无定型硅之上的第三层多晶硅或无定型硅；第三层多晶硅或无定型硅的掺磷浓度低于第二层多晶硅或无定型硅的掺磷浓度或不掺磷，其浓度为O lE20atm/cm3。`当包括第三层多晶硅或无定型硅时，在进行第二层多晶硅或无定型硅的淀积之后，进行掺磷浓度低于第二层多晶硅或无定型硅的掺磷浓度或不掺磷的第三层多晶硅或无定型娃的淀积，第三层多晶娃或无定型娃的掺磷浓度为O lE20atm/cm3 ;然后再利用干法刻蚀将硅片表面的需要去除的多晶硅或无定型硅全部刻掉，得到沟槽中填满多晶硅或无定型娃的栅结构。本专利技术由于改变了目前半导体器件的栅氧结构，直接与栅氧接触的是含磷浓度最高的多晶硅或无定型硅，通过其后淀积掺磷浓度低的多晶硅或无定型硅，使得反刻后沟槽中心的凹陷得到减少。第三层多晶硅或无定型硅的回刻速率低，以减少回刻后沟槽中心的凹陷深度，使之在后来成长金属膜时不形成空洞。同时通过调整第一、第二层多晶硅或无定型硅的掺磷浓度和厚度，可以保证在回刻后获得同等的栅极电阻。附图说明下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明图1是现有方法中采用一层多晶硅或无定型硅填满沟槽的示意图；图2是通过回刻去除图1中多余多晶硅或无定型硅后的示意图；图3是实施例一在栅氧上淀积两层多晶硅或无定型硅的示意图；图4是将图3中需要去除的多晶硅或无定型硅全部刻掉后的示意图；图5是实施例二在栅氧上淀积三层多晶硅或无定型硅的示意图；图6是将图5中需要去除的多晶硅或无定型硅全部刻掉后的示意图；图7是实施例三在栅氧上淀积两层多晶硅或无定型硅的示意图；图8是将图7中需要去除的多晶硅或无定型硅全部刻掉后的示意图。具体实施例方式实施例一参见图3、4所示，所述多层膜的栅结构包括在沟槽3中形成的栅氧4 ;在栅氧4之上的第一层掺磷浓度高的多晶硅或无定型硅51，所述第一层多晶硅或无定型硅51的掺磷浓度为lE20-10E20atm/cm3，厚度为3000埃 10000埃；在所述第一层多晶硅或无定型硅51之上的第二层掺磷浓度低的多晶硅或无定型硅52，所述第二层多晶硅或无定型硅52的掺磷浓度小于或等于第一层无定型硅或多晶硅51的掺磷浓度的1/2倍。上述多层膜的的栅结构的制造方法，其工艺步骤包括步骤一、结合图3所示，在硅基板(N+硅衬底)上的N型外延层中完成沟槽3的刻蚀，并经过表面处理后，利用热氧化完成栅氧化膜的淀积，形成栅氧4 ；步骤二、完成第一层掺磷浓度高的多晶硅或无定型硅51的淀积，其掺磷浓度为lE20-10E20atm/cm3,将沟槽基本填充满，但沟槽3中心接合处还是低于沟槽外两端侧淀积的第一层多晶娃或无定型娃51的表面。步骤三、在所述第一层多晶硅或无定型硅51的上端完成第二层掺磷浓度低的多晶硅或无定型硅52的淀积，所述第二层多晶硅或无定型硅52的掺磷浓度小于或等于第一层无定型硅或多晶硅51的掺磷浓度的1/2倍，第二层多晶硅或无定型硅52淀积后能让多晶硅或无定型硅能填满沟槽3。步骤四、利用干法刻蚀将硅片表面(即沟槽两侧端表面)的需要去除的多晶硅或无定型硅全部刻掉，得到沟槽3中填满多晶硅或无定型硅的栅结构(参见图4)。实施例二参见图5，本实施例与实施例一的区别在于，步骤三完成以后，当第二层多晶硅或无定型硅52的上端面最低处(参见图5中的“C”处的虚线)高于沟槽3外两端侧的栅氧4(参见图5中的“D”处的虚线)时，再填充掺磷浓度更低或不掺磷的第三层多晶硅或无定型硅53 ;然后，再利用干法刻蚀将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层膜的栅结构，包括：在沟槽中形成的栅氧；其特征在于，还包括：在栅氧之上的第一层掺磷浓度高的多晶硅或无定型硅，所述第一层多晶硅或无定型硅的掺磷浓度为1E20?10E20atm/cm3；在所述第一层多晶硅或无定型硅之上的第二层掺磷浓度低的无定型硅或多晶硅，所述第二层多晶硅或无定型硅的掺磷浓度等于或小于第一层无定型硅或多晶硅的掺磷浓度的1/2倍。

【技术特征摘要】
1.一种多层膜的栅结构，包括在沟槽中形成的栅氧；其特征在于，还包括在栅氧之上的第一层掺磷浓度高的多晶硅或无定型硅，所述第一层多晶硅或无定型硅的掺磷浓度为lE20-10E20atm/cm3 ;在所述第一层多晶硅或无定型硅之上的第二层掺磷浓度低的无定型硅或多晶硅，所述第二层多晶硅或无定型硅的掺磷浓度等于或小于第一层无定型硅或多晶硅的掺磷浓度的1/2倍。2.如权利要求1所述的栅结构，其特征在于还包括位于第二层多晶硅或无定型硅之上的第三层多晶硅或无定型硅；第三层多晶硅或无定型硅的掺磷浓度低于第二层多晶硅或无定型娃的掺磷浓度或不掺磷，其浓度为O lE20atm/cm3。3.—种如权利要求1或2所述栅结构的制造方法，包括以下步骤 步骤一、完成沟槽刻蚀并经过表面处理后，利用热氧化完成栅氧化膜的淀积，形成栅氧；其特征在于，还包括 步骤二、进行第一层掺磷高的多晶硅或无定型硅的淀积，所述第一层多晶硅或无定型娃的掺磷浓度为1E20 10E20atm/cm3,第一层多晶娃或无定型娃淀积后将所述沟槽填满； 步骤三、进行第二层掺磷浓度低的无定型硅或多晶硅的淀积，所述第二层多晶硅或无定型硅的掺...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖胜安，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：发明
国别省市：