栅结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种栅结构，包括：在沟槽中形成的栅氧；在栅氧之上成长的第一层掺磷浓度低或不掺杂的多晶硅或无定型硅，所述第一层掺磷浓度低或不掺杂的多晶硅或无定型硅的掺磷浓度为０～４Ｅ１９ａｔｍ／ｃｍ３；在所述第一层掺磷浓度低或不掺杂的多晶硅或无定型硅之上成长的第二层掺磷浓度高的多晶硅，所述第二层掺磷浓度高的多晶硅的掺磷浓度为１．０Ｅ２０～１０Ｅ２０ａｔｍ／ｃｍ３。本发明专利技术还公开了该栅结构的制造方法。本发明专利技术能改善栅氧的漏电特性，提高器件的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体制造
，特别涉及一种。
技术介绍
在目前的半导体工艺中，有这样一种工艺，如图1所示，其处理的过程是，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，之后再生长一层掺磷的多晶硅或 无定型硅，用多晶硅或无定型硅填满整个沟槽。在整个沟槽填满后再进行回刻，将没有沟槽 处的多晶硅或无定型硅全部刻掉，而在沟槽里留下的多晶硅或无定型硅就用来作为栅极， 而无定型硅会在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 或无定型硅的电阻，但当掺磷超过一定的浓度，而且掺磷多晶硅或无定型硅超过一定厚度 (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，这种凹陷会带来两方 面的问题1.如果发生在栅氧化膜的附近，那么此处的栅氧化膜就会在回刻中受到损伤，并 且此处多晶硅或无定型硅的凹陷在后续工艺中还会带来其他问题，如后续离子注入会透过 该处，造成器件性能的变化大，工艺稳定性差。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。而且，利用单层膜栅结构制作器件，当该单层膜的掺杂浓度高时，经过后续工艺 后，该多晶硅栅-栅氧-基板的界面容易漏电，在高性能器件设计中栅氧的漏电特性不能满 足要求。为了解决以上问题1和问题2，中国技术专利ZL 02261131. 2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硅、一层掺磷浓 度高的多晶硅、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。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是改善栅氧的漏电特性，提高器件的性能。为解决上述技术问题，本专利技术的栅结构，包括在沟槽中形成的栅氧；在栅氧之上 的第一层掺磷浓度低或不掺杂的多晶硅，所述第一层掺磷浓度低或不掺杂的多晶硅的掺磷浓度为0 4E19atm/cm3 ；在所述第一层掺磷浓度低或不掺杂的多晶硅之上的第二层掺磷 浓度高的多晶硅，所述第二层掺磷浓度高的多晶硅的掺磷浓度为1. 0E20 10E20atm/Cm3。为解决上述技术问题，本专利技术还提供了上述栅结构的制造方法，包括以下步骤一 .完成沟槽刻蚀，并经过表面处理后，利用热氧化先完成栅氧化膜的淀积；二 .进行第一层掺磷低或不掺杂的多晶硅或无定型硅的淀积，所述第一层掺磷浓 度低或不掺杂的多晶硅或无定型硅的掺磷浓度为O 4E19atm/cm3 ；三.进行第二层掺磷浓度高的多晶硅或无定型硅的淀积，所述第二层掺磷浓度高 的多晶硅或无定型硅的掺磷浓度为ι. 0E20 10E20atm/Cm3，第二层掺磷浓度高的多晶硅或 无定型硅淀积后让多晶硅或无定型硅填满沟槽；四.利用干法刻蚀将硅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。可以在进行第二层掺磷浓度高的多晶硅或无定型硅的淀积之后，还进行第三层低 掺磷或不掺杂的多晶硅或无定型硅的淀积，第三层低掺磷或不掺杂的多晶硅或无定型硅的 掺磷浓度为0 lE20atm/cm3，然后再利用干法刻蚀将硅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。本专利技术由于改变了目前半导体栅氧工艺制作的结构，直接与栅氧接触的是含杂质 浓度最低或不掺杂的多晶硅或无定型硅，掺磷浓度低于4E19atm/cm3，通过处理可使得在 直接与栅氧接触的硅在回刻后表面比较平整，以保证栅氧附近在回刻后不出现凹陷，减少 对栅氧的损伤，同时由于直接与栅氧接触的是含杂质浓度最低或不掺杂的多晶硅或无定型 硅，掺磷浓度低于4E19atm/cm3，也有抑制其上的高掺杂的晶硅中的杂质扩散的作用，从而 改善栅氧的漏电特性，提高器件的性能。附图说明下面结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是单层膜栅结构示意；图2是本专利技术的示意图；图3是本专利技术的栅结构同单层膜结构的栅氧漏电特性比较示意图。具体实施例方式本专利技术的栅结构一实施方式如图2所示，包括在沟槽中形成的栅氧；在栅氧之上 的第一层掺磷浓度低或不掺杂的多晶硅或无定型硅50，所述第一层掺磷浓度低或不掺杂的 多晶硅或无定型硅50的掺磷浓度为0 4E19atm/cm3，即可以不掺杂，厚度200埃 2500 埃；在所述第一层掺磷浓度低或不掺杂的多晶硅或无定型硅50之上的第二层掺磷浓度高 的多晶硅或无定型硅51，所述第二层掺磷浓度高的多晶硅或无定型硅51的掺磷浓度为 1. 0E20 10E20atm/cm3，厚度由器件的沟槽宽度决定。上述栅结构，第一层掺磷低或不掺杂的多晶硅或无定型硅在干法刻蚀中刻蚀速率 相对慢，在回刻后表面比较平整，能保证栅氧附近在回刻后不出现凹陷，减少对栅氧的损 伤，同时该第一层掺磷低或不掺杂的多晶硅或无定型硅也有抑制其上的第二层掺磷浓度高 的多晶硅中的杂质扩散的作用，从而改善多晶硅栅-栅氧-硅基之间的界面状态，从而改善栅氧的漏电特性，提高器件的性能。第二层掺磷浓度高的多晶硅或无定型硅用于获得低的 栅电阻，以满足器件的性能要求。本专利技术的栅结构的制造方法一实施方式如图2所示。其工艺步骤包括一 .完成沟槽3刻蚀，并经过表面处理后，利用热氧化先完成栅氧化膜的淀积；二.完成第一层掺磷低或不掺杂的多晶硅或无定型硅50的淀积，第一层掺磷浓度 低或不掺杂的多晶硅或无定型硅50的掺磷浓度为0 4E19atm/cm3，即可以不掺杂，厚度 200埃 2500埃；三.完成第二层掺磷浓度高的多晶硅或无定型硅51的淀积，所述第二层掺磷浓度 高的多晶硅或无定型硅51的掺磷浓度为1. 0E20 10E20atm/Cm3，厚度由器件的沟槽宽度 决定，其要求是第二层掺磷浓度高的多晶硅或无定型硅51淀积后能让多晶硅或无定型硅 能填满沟槽；四.完成第三层低掺磷或不掺杂的多晶硅或无定型硅52的淀积，第三层低掺磷或 不掺杂的多晶硅或无定型硅52的掺磷浓度为0 lE20atm/cm3，厚度根据工艺要求设计，但 一般在2000埃至5000埃可获得明显效果；五.利用干法刻蚀将硅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。本专利技术的栅结构的制造方法，在沟槽中形成栅氧后，采用多层膜结构来填充沟槽， 用来作为MOS器件的栅的材料，其多层膜是两层以上的多晶硅或无定型硅，直接与栅氧接 触的是含杂质浓度最低或不掺杂的多晶硅或无定型硅，掺磷浓度低于4E19atm/cm3，其上为 一层高掺杂的多晶硅或一层高掺杂的多晶硅与一层低掺杂的多晶硅的组合，然后通过干法 刻蚀将未被掩盖的、位于硅片表面的多晶硅无定型硅刻蚀掉，得到只有沟槽中填满多晶硅 无定型硅的栅极结构。本专利技术由于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种栅结构，其特征在于，包括：在沟槽中形成的栅氧；在栅氧之上的第一层掺磷浓度低或不掺杂的多晶硅，所述第一层掺磷浓度低或不掺杂的多晶硅的掺磷浓度为０～４Ｅ１９ａｔｍ／ｃｍ↑［３］；在所述第一层掺磷浓度低或不掺杂的多晶硅之上的第二层掺磷浓度高的多晶硅，所述第二层掺磷浓度高的多晶硅的掺磷浓度为１．０Ｅ２０～１０Ｅ２０ａｔｍ／ｃｍ↑［３］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖胜安，王飞，杨欣，韩峰，刘远良，
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：31[中国|上海]