專利名稱：具有多晶硅化物的表面溝道cmos器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路器件，特別是涉及一種表面溝道CMOS器件。
背景技術(shù)：
難熔金屬和多晶硅在一起發(fā)生反應(yīng)，熔合時(shí)形成多晶硅化物(polycide)。多晶硅化物是一種具有熱穩(wěn)定性的金屬化合物，并且在多晶硅和難熔金屬的分界面具有低的電阻率。常用的難熔金屬包括鈷(Co)、鑰(Mo)、鉬(Pt)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鎢(W)等。常見的多晶硅化物包括硅化鈷(CoSi2)、硅化鑰(MoSi2)、硅化鉬(PtSi)、硅化鉭(TaSi2)、硅化鈦(TiSi2)、硅化鎢(WSi2)等。在制作多晶硅化物(例如硅化鎢)時(shí)，如果是在η型摻雜的多晶硅之上形成多晶硅化物，則兩者可具有良好的歐姆接觸。如果是在P型摻雜的多晶硅之上形成多晶硅化物，則由于兩者之間較大的功函數(shù)差(work function difference)而難以形成歐姆接觸。CMOS器件包括NMOS和PMOS兩部分，其中NMOS的柵極通常采用η型摻雜的多晶硅，而PMOS的柵極通常采用P型摻雜的多晶硅。由于上述原因，當(dāng)PMOS需要在多晶硅柵極上形成多晶硅化物時(shí)，只能采用η型多晶硅柵極的埋溝(buried-channel，又稱隱埋溝道、埋層溝道)PM0S，以實(shí)現(xiàn)正常的閾值電壓和驅(qū)動(dòng)電流。與傳統(tǒng)的表面溝道(surface channel)PM0S相比,埋溝PMOS有明顯的性能缺陷。例如閾值電壓不能太低，否則漏電比表面溝道器件大得多；較高的閾值電壓也使得其驅(qū)動(dòng)電流通常小于表面溝道器件。但表面溝道CMOS器件通常都要求PMOS有p型多晶硅柵極，且表面溝道CMOS器件需要依靠多晶硅化物連接NMOS的η型多晶硅柵極和PMOS的ρ型多晶硅柵極。因此需要解決表面溝道CMOS器件(尤其是PM0S)的多晶硅化物的制作難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何使多晶硅化物能夠制作在表面溝道的PM0S，而不再局限于只能制作在埋溝PM0S。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件包括有表面溝道的PMOS器件，該P(yáng)MOS器件的柵極由ρ型摻雜的第一多晶硅層及其之上的η型摻雜的第二多晶硅層組成，在第二多晶硅層的表面形成有多晶硅化物；所述第二多晶硅層的摻雜濃度大于第一多晶娃層。所述具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件還包括有表面溝道的CMOS器件，該CMOS器件的柵極由η型摻雜的第一多晶娃層及其之上的η型摻雜的第二多晶娃層組成,在第二多晶硅層的表面形成有多晶硅化物。所述具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件的制造方法包括如下步驟:第I步，在P型襯底中制作隔離結(jié)構(gòu)，并注入形成P阱和η阱；第2步，在襯底表面淀積一層氧化硅；
第3步，在氧化硅之上淀積第一多晶硅層；第4步，對(duì)P阱之上的第一多晶硅層注入η型雜質(zhì)；第5步，對(duì)η阱之上的第一多晶硅層注入ρ型雜質(zhì)；第6步，在第一多晶硅層之上淀積并形成η型摻雜的第二多晶硅層；第7步，在第二多晶硅層之上形成多晶硅化物；第8步，刻蝕形成NMOS和PMOS的柵極，并在其兩側(cè)制作側(cè)墻，在P阱和η阱中注入形成源極、漏極。本發(fā)明提出一種由兩層多晶硅的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)成柵極的表面溝道CMOS器件及其制造方法。對(duì)PMOS而言,是由η型多晶娃和ρ型多晶娃的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)成柵極。一方面，由于和PMOS的柵氧化層接觸的是ρ型多晶硅柵，保證了表面溝道PMOS特性的實(shí)現(xiàn)，另一方面，在P型多晶硅上方疊加了 η型多晶硅，又確保了其和多晶硅化物的良好歐姆接觸，實(shí)現(xiàn)表面溝道PMOS器件的多晶硅化物制造。對(duì)CMOS而言，是由兩層η型多晶硅疊加構(gòu)成柵極，對(duì)其性能并無影響。


圖1是本發(fā)明具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件的剖面圖；圖2a 圖2g是本發(fā)明具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件的制造方法的各步驟剖面圖。圖中附圖標(biāo)記說明:100為NMOS ；200為PMOS ；1為襯底；2為隔離結(jié)構(gòu)；3為ρ阱；4為η阱；5為柵氧化層；6為第一多晶娃層；7為光刻膠；8為η型摻雜的第一多晶娃層；9為ρ型摻雜的第一多晶硅層；10為η型摻雜的第二多晶硅層；11為多晶硅化物；12為側(cè)墻；13為NMOS的源極和漏極；14為PMOS的源極和漏極。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件包括有表面溝道的NMOS器件100和表面溝道的PMOS器件200。該NMOS器件100的柵極由η型摻雜的第一多晶硅層8及其之上的η型摻雜的第二多晶硅層10組成。該P(yáng)MOS器件200的柵極由ρ型摻雜的第一多晶硅層9及其之上的η型摻雜的第二多晶硅層10組成，且第二多晶硅層10的摻雜濃度大于第一多晶娃層9的摻雜濃度。無論是NMOS器件100還是PMOS器件200，其柵極均在柵氧化層5之上，且在第二多晶娃層10的表面都形成有多晶娃化物11。對(duì)于NMOS器件100而言,其第一多晶娃層8和第二多晶娃層10的摻雜濃度都在IX IO20原子每立方厘米以上。對(duì)于PMOS器件200而言,其第一多晶娃層9和第二多晶娃層10的摻雜濃度都在I XlO2tl原子每立方厘米以上。優(yōu)選地，所述PMOS器件200中，第一多晶硅層9的厚度不小于500Α。所述CMOS器件包括有襯底I。在襯底I中具有隔離結(jié)構(gòu)2，例如為二氧化硅。在襯底I中還具有P阱3和η阱4，分別作為NMOS區(qū)域和PMOS區(qū)域。優(yōu)選地，隔離結(jié)構(gòu)2用來分隔P阱3和η阱4。
所述NMOS器件100還包括在襯底I之上的柵氧化層5、在柵氧化層5之上的側(cè)墻12、在ρ阱3中的源極和漏極13。所述PMOS器件200還包括在襯底I之上的柵氧化層5、在柵氧化層5之上的側(cè)墻
12、在η阱4中的源極和漏極14。本發(fā)明具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件的制作方法包括如下步驟:第I步，請(qǐng)參閱圖2a，在ρ型摻雜的半導(dǎo)體襯底(例如硅襯底)I中制作隔離結(jié)構(gòu)2，例如采用淺槽隔離(STI)工藝或局部氧化隔離LOCOS工藝。并采用離子注入工藝在襯底I中形成P阱3和η阱4。優(yōu)選地，隔離結(jié)構(gòu)2位于P阱3和η阱4之間。第2步，請(qǐng)參閱圖2b，在襯底I的表面形成一層氧化硅5，該層氧化硅5在ρ阱3之上的部分作為NMOS器件的柵氧化層，在η阱4之上的部分作為PMOS器件的柵氧化層。該層氧化硅5采用熱氧化工藝形成在襯底I的表面，隔離結(jié)構(gòu)2本身就是二氧化硅。第3步，請(qǐng)參閱圖2c，在柵氧化層5之上淀積第一多晶硅層6。第4步，請(qǐng)參閱圖2d，以某個(gè)掩蔽層(優(yōu)選為光刻膠7)遮蓋PMOS區(qū)域(即η阱4所在區(qū)域)的第一多晶硅層6，以離子注入工藝對(duì)NMOS區(qū)域(即ρ阱3所在區(qū)域)的第一多晶硅層6注入η型雜質(zhì)，形成η型摻雜的第一多晶硅層8。常見的η型雜質(zhì)例如為銻、磷和砷。優(yōu)選地，離子注入為高劑量(大于I X IO15原子每平方厘米)、低能量(小于IOOKeV)地注入砷。第5步，請(qǐng)參閱圖2e，以某個(gè)掩蔽層(優(yōu)選為光刻膠7)遮蓋NMOS區(qū)域的η型摻雜的第一多晶硅層8，以離 子注入工藝對(duì)PMOS區(qū)域的第一多晶硅層6注入ρ型雜質(zhì)，形成ρ型摻雜的第一多晶硅層9。常見的ρ型雜質(zhì)例如為硼、銦。優(yōu)選地，離子注入為高劑量(大于1父1015原子每平方厘米)、低能量(小于201(^)地注入硼。第6步，請(qǐng)參閱圖2f，在第一多晶硅層6 (現(xiàn)已分為NMOS區(qū)域中的η型摻雜部分8和PMOS區(qū)域中的ρ型摻雜部分9)之上淀積第二多晶硅層10?？梢灾苯拥矸eη型重?fù)诫s的第二多晶硅層10，即在位摻雜、又稱原位摻雜，摻雜體濃度大于I XlO2ci原子每立方厘米。也可以先淀積無摻雜(或η型中低摻雜、或ρ型摻雜)的第二多晶硅層10，再對(duì)該第二多晶硅層10以離子注入工藝注入高劑量的η型雜質(zhì)。采用后者方案時(shí)，優(yōu)選地，離子注入為高劑量(大于I X IO15原子每平方厘米)、低能量(小于IOOKeV)地注入砷。第7步，請(qǐng)參閱圖2g，在第二多晶硅層10之上淀積一層難熔金屬，例如為鈷、鑰、鉬、鉭、鈦、鎢等。并以退火處理以在第二多晶硅層10的表面形成多晶硅化物11。所形成的多晶硅化物11例如為硅化鈷、硅化鑰、硅化鉬、硅化鉭、硅化鈦、硅化鎢等。該步驟中的多晶硅化物11是在η型摻雜的第二多晶硅層10上形成的，因而兩者之間具有良好的歐姆接觸。所述退火工藝?yán)鐬楦邷貭t退火或快速熱退火(RTA)。采用高溫爐退火工藝時(shí)，優(yōu)選地，爐管溫度不高于900°C，退火時(shí)間不大于2小時(shí)。采用快速熱退火工藝時(shí)，優(yōu)選地，溫度不高于1100°C，時(shí)間不大于30秒。第8步，請(qǐng)參閱圖1，先以光刻和刻蝕工藝對(duì)多晶硅化物11、第二多晶硅層10、第一多晶硅層6 (現(xiàn)已分為NMOS區(qū)域中的η型摻雜部分8和PMOS區(qū)域中的ρ型摻雜部分9)和氧化層5進(jìn)行刻蝕，形成NMOS和PMOS的柵氧化層5、柵極和多晶硅化物11。其中NMOS的柵極由η型摻雜的第一多晶娃層8及其之上的η型摻雜的第二多晶娃層10組成。PMOS的柵極由P型摻雜的第一多晶硅層9及其之上的η型摻雜的第二多晶硅層10組成。再在柵氧化層5之上且在柵極和多晶硅化物11的兩側(cè)壁上制作側(cè)墻12，側(cè)墻的形成工藝為現(xiàn)有技術(shù)，不作贅述。最后以離子注入工藝在P阱3中形成源極、漏極13，在η阱4中形成源極、漏極14。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本發(fā)明。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件，包括有表面溝道的PMOS器件，其特征是，該P(yáng)MOS器件的柵極由P型摻雜的第一多晶硅層及其之上的η型摻雜的第二多晶硅層組成，在第二多晶娃層的表面形成有多晶娃化物；所述第二多晶娃層的摻雜濃度大于第一多晶娃層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件，還包括有表面溝道的NMOS器件，其特征是，該NMOS器件的柵極由η型摻雜的第一多晶硅層及其之上的η型摻雜的第二多晶硅層組成，在第二多晶硅層的表面形成有多晶硅化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件，其特征是，所述PMOS器件的P型摻雜的第一多晶硅層在柵氧化層之上，且該P(yáng)型摻雜的第一多晶硅層的厚度不小于5 OOA。
4.一種具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件的制造方法，其特征是，包括如下步驟: 第I步，在P型襯底中制作隔離結(jié)構(gòu)，并注入形成P阱和η阱； 第2步，在襯底表面淀積一層氧化硅； 第3步，在氧化硅之上淀積第一多晶硅層； 第4步，對(duì)P阱之上的第一多晶硅層注入η型雜質(zhì)； 第5步，對(duì)η阱之上的第一多晶硅層注入P型雜質(zhì)； 第6步，在第一多晶硅層之上淀積并形成η型摻雜的第二多晶硅層； 第7步，在第二多晶硅層之上形成多晶硅化物； 第8步，刻蝕形成NMOS和PMOS的柵極，并在其兩側(cè)制作側(cè)墻，在P阱和η阱中注入形成源極、漏極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件的制造方法，其特征是，所述方法第6步中，在第一多晶硅層之上直接淀積η型摻雜的第二多晶硅層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件的制造方法，其特征是，所述方法第6步中，在第一多晶硅層之上先淀積無摻雜的第二多晶硅層，再對(duì)其注入η型雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件的制造方法，其特征是，所述方法第7步中，先在第二多晶硅層之上淀積一層難熔金屬，再以退火處理以在第二多晶硅層的表面形成多晶硅化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件的制造方法，其特征是，所述退火工藝為高溫爐退火，爐管溫度不高于900°C，退火時(shí)間不大于2小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件的制造方法，其特征是，所述退火工藝為快速熱退火，溫度不高于1100°C，時(shí)間不大于30秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有多晶硅化物的表面溝道CMOS器件，包括有表面溝道的PMOS器件，該P(yáng)MOS器件的柵極由p型摻雜的第一多晶硅層及其之上的n型摻雜的第二多晶硅層組成，在第二多晶硅層的表面形成有多晶硅化物，所述第二多晶硅層的摻雜濃度大于第一多晶硅層。本發(fā)明還公開了其制造方法。對(duì)PMOS而言，是由n型多晶硅和p型多晶硅的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)成柵極。一方面，由于和PMOS的柵氧化層接觸的是p型多晶硅柵，保證了表面溝道PMOS特性的實(shí)現(xiàn)，另一方面，在p型多晶硅上方疊加了n型多晶硅，又確保了其和多晶硅化物的良好歐姆接觸，實(shí)現(xiàn)表面溝道PMOS器件的多晶硅化物制造。對(duì)CMOS而言，其柵極由兩個(gè)n型多晶硅疊加形成，對(duì)其性能并無影響。
文檔編號(hào)H01L27/092GK103094280SQ201110344688
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月4日
發(fā)明者錢文生 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司