栅极结构及其制造方法及具此栅极结构的MOS元件技术

本发明专利技术公开一种栅极结构及其制造方法及具此栅极结构的金氧半导体元件，该栅极结构包括：一作为底层的第一部分多晶硅层，一多晶硅层及一作为顶层的第二部分多晶硅层。该金氧半导体则包括一半导体基底；一栅极氧化层，形成于该半导体基底上；及一多层结构栅极，包括部分多晶硅底层、多晶硅中间层、及部分多晶硅顶层。上述的第一部分多晶硅及第二部分多晶硅层是于具有氢气的环境中对该半导体基底进行沉积形成的。本发明专利技术可制造出同时具有多晶硅的高栅极活性及部分多晶硅的表面平滑，且具有低多晶硅栅极空乏效应及高载子活性等优点的晶体管。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种晶体管及其制造方法，特别涉及一种金属氧化半导体晶体管及其制造方法。附图说明图1a-1c所示是已知的制造栅极的步骤流程图。请参考图1a，首先，提供一半导体基底101，半导体基底101形成有隔离区102，隔离区102用以在半导体基底101上隔离出一主动区。于半导体基底101上的主动区依序形成一氧化层103及一多晶硅层104，并对多晶硅层104进行离子植入以形成P型或N型的导电层。其中，隔离区102可是浅沟槽隔离层；氧化层103可是二氧化硅，用以作为栅极氧化层；离子植入可以砷(As)离子或硼(B)离子来进行植入。请参考图1b，对多晶硅层104进行离子植入后，于导电层104上形成一图案化光阻105，图案化光阻105会覆盖半导体基底101的主动区上欲形成栅极的部分。请参考图1c，接着，以图案化光阻105为罩幕，非等向性蚀刻多晶硅层104及氧化层103以形成栅极104a与栅极氧化层103a。后续如对栅极104a两侧的半导体基底101进行离子植入，则会形成源漏极区(未显示)，此包含栅极及源漏极区即成为一般所谓的晶体管结构。多晶体是一种由多种结晶体所共构的现象，是由多种堆积方向面均不同的硅晶粒所组成，在半导体工业常用来制造栅极的多晶硅即为一种多晶体，呈柱状结构排列。因为多晶硅层结构的关系，当在半导体基底上形成多晶硅层以作为栅极时，多晶硅层与半导体基底接触的表面会粗糙而不平滑。后续在栅极104a上施加电压以使电子自源极经由栅极104a下方的通道到达漏极时，栅极104a与半导体基底101之间的不平滑界面所造成的不平均电场会使通道中的电子受到影响，导致电子的行进路径变长，并使晶体管的电特性降低。同时，为了提高元件的密集度，元件的尺寸会尽量缩小以增加元件个数；然而当元件尺寸被缩小时，多晶硅栅极空乏效应(poly gate depletioneffect，PED)会变得严重。所谓的多晶硅栅极空乏效应就是当元件尺寸被缩小时，金属层与氧化层之间产生空乏区的比例会增加而影响电子前进的速度，如此一来，元件的操作速度就会被降低。本专利技术要解决的另一技术问题在于提供一包含上述栅极结构的金氧半导体(metal oxide semiconductor)元件，此元件具有低多晶硅栅极空乏效应及高载子活性的特性。根据上述目的，本专利技术提供一种栅极结构，形成于一半导体基底上，包括一第一部分多晶硅层，用以作为底层；一多晶硅层，形成于第一部分多晶硅层上；及一第二部分多晶硅层，形成于多晶硅层上，用以作为顶层。根据上述目的，本专利技术再提供一种金氧半导体，包括一半导体基底；一栅极氧化层，形成于半导体基底上；及一多层结构栅极，包括部分多晶硅底层、多晶硅中间层、及部分多晶硅顶层。根据上述目的，本专利技术更提供一种栅极结构的制造方法，包括下列步骤提供一半导体基底，半导体基底上形成有一介层；于具有氢气的环境中对半导体基底进行沉积以形成一第一部分多晶硅层；对半导体基底进行沉积以在第一部分多晶硅层上形成一多晶硅层；及在具有氢气的环境中对半导体基底进行沉积以在多晶硅层上形成一第二部分多晶硅层。根据上述目的，本专利技术另提供一种栅极结构的制造方法，包括下列步骤提供一半导体基底，于半导体基底上形成一介层，其中半导体基底具有源漏极；在具有氢气的环境中对半导体基底进行沉积以形成一第一部分多晶硅层；对半导体基底进行沉积以在第一部分多晶硅层上形成一多晶硅层；在具有氢气的环境中对半导体基底进行沉积以在多晶硅层上形成一第二部分多晶硅层；对第一部分多晶硅层、多晶硅层及第二部分多晶硅层进行离子植入、步骤；于第二部分多晶硅层上形成一图案化光阻，以图案化光阻为罩幕，蚀刻第一部分多晶硅层、多晶硅层及第二部分多晶硅层以形成一栅极；及去除图案化光阻。为使本专利技术的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，详细说明如下。请参考图2a，首先，提供一半导体基底201，半导体基底201具有隔离区202，隔离区202用以在半导体基底201上隔离出一主动区。在半导体基底201上的主动区形成一氧化层203，并在具有氢气(H2)及硅烷(SiH4)的处理室中对半导体基底201进行沉积步骤。其中，隔离区202可是浅沟糟隔离层；氧化层203可是二氧化硅，用以作为栅极氧化层。请参考图2b，在具有氢气(H2)及硅烷(SiH4)的处理室中对半导体基底201进行沉积步骤后，氧化层203上会形成一第一部分多晶硅层204；其中，第一部份多晶硅层204由多晶硅及非晶硅所共同组成。因为第一部分多晶硅层204进行再结晶的缘故，第一部分多晶硅层204与半导体基底201之间的界面会呈网状结构而使表面平滑，因此能与半导体基底201紧密结合；其中，沉积的方法为化学气相沉积(vapor deposition)，例如是LPCVD或PECVD；且氢气的流量大于硅烷。请参考图2c，仅在处理室中提供硅烷(SiH4)而不提供氢气(H2)，然后对形成有第一部分多晶硅层204的半导体基底201进行沉积步骤，以在第一部分多晶硅层204上形成一多晶硅层205。其中，沉积的方法可是电浆辅助化学气相沉积(PECVD)；多晶硅层205的晶粒呈柱状排列，且厚度大于第一部分多晶硅层204。接着，对仅有硅烷(SiH4)的处理室提供氢气(H2)，并对半导体基底201进行沉积步骤。请参考图2d，在具有氢气(H2)及硅烷(SiH4)的处理室中对半导体基底201进行沉积步骤后，多晶硅层205上会形成一第二部分多晶硅层206。其中，沉积步骤例如是电浆辅助化学气相沉积(PECVD)；多晶硅层205的厚度大于第二部分多晶硅层206。因为第二部分多晶硅层206会进行再结晶的缘故，所以第二部分多晶硅层206露出的部分会呈网状结构而使表面平滑。然后，对第二部分多晶硅层206、多晶硅层205及第一部分多晶硅层204进行离子植入以形成P型或N型的导电层。其中，进行离子植入的离子例如是砷离子(As)或硼(B)离子。请参考图2e，接着，在第二部分多晶硅层206表面上形成一图案化光阻207，图案化光阻207会将半导体基底201的主动区上欲形成栅极的部分遮蔽住。请参考图2f，然后，以图案化光阻207为罩幕依序蚀刻第二部分多晶硅层206、多晶硅层205、第一部分多晶硅层204及氧化层203，以形成栅极208与栅极氧化层203a。其中，栅极208由二部分多晶硅层206a、多晶硅层205a、第一部分多晶硅层204a所构成。后续还可接着进行浅掺杂步骤、形成间隙壁步骤、离子植入以形成源/漏极步骤等，以形成一完整的金氧半导体晶体管。已知技术在进行多晶硅层的沉积时，通常需要施加高温来分解硅烷以使硅沉积；而形成部分再结晶硅层的沉积时，处理的温度则可较低；因此，如果要在同一处理室形成不同的多晶硅层时，一般都需要调整处理室的温度来达到沉积不同结构的多晶硅层的目的。在本专利技术所提供的栅极的制造方法中，是利用硅烷在高温下会分解的反应式，在处理室中不提供氢气或提供氩气来作为沉积多晶硅层或部分多晶硅层的环境，如此一来，只要在相同温度下的处理室中，选择加入或不加入氢气即可进行多晶硅层或部分多晶硅层的沉积。部分多晶硅层具有高载子活性(high carrier mobility)、平滑的表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种栅极结构，形成于一半导体基底上，包括， 至少一第一部分多晶硅层，用以作为底层； 至少一多晶硅层，形成于该第一部分多晶硅层上；及 至少一第二部分多晶硅层，形成于该多晶硅层上，用以作为顶层。

【技术特征摘要】
1.一种栅极结构，形成于一半导体基底上，包括，至少一第一部分多晶硅层，用以作为底层；至少一多晶硅层，形成于该第一部分多晶硅层上；及至少一第二部分多晶硅层，形成于该多晶硅层上，用以作为顶层。2.如权利要求1所述的栅极结构，其特征在于所述的第一部分多晶硅层于具有氢气的处理室中形成。3.如权利要求1所述的栅极结构，其特征在于所述的第二部分多晶硅层于具有氢气的处理室中形成。4.如权利要求1所述的栅极结构，其特征在于所述的多晶硅层的厚度大于该第一部分多晶硅层及该第二部分多晶硅层。5.一种金氧半导体，包括一半导体基底；一栅极氧化层，形成于该半导体基底上；及一多层结构栅极，包括部分多晶硅底层、多晶硅中间层、及部分多晶硅顶层。6.如权利要求5所述的金氧半导体，其特征在于所述的部分多晶硅底层于具有氢气的处理室中形成。7.如权利要求5所述的金氧半导体，其特征在于所述的部分多晶硅顶层于具有氢气的处理室中形成。8.如权利要求5所述的金氧半导体，其特征在于所述的多晶硅层的厚度大于该部分多晶硅底层及该部分多晶硅顶层的厚度。9.一种栅极结构的制造方法，包括下列步骤提供一半导体基底，该半导体基底上形成有一介层；于具有氢气的环境中对该半导体基底进行沉积以形成一第一部分多晶硅层；对该半导体基底进行沉积以在该第一部分多晶硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈佳麟，姚亮吉，陈世昌，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]