[发明专利]栅极及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种栅极及其形成方法。

背景技术

在半导体制造工艺中，日益增加的需求不断推动半导体制造工艺向着高集成度低功耗的方向发展。但是，随着芯片尺寸的减小，芯片的供电电压、工作电压并没有相应减少很多，所以相应的电场强度增加了，导致了电子的运动速率增加。当高能量的电子与晶格发生碰撞，就会使晶格原子电离，产生电子和空穴对，其中部分电子由于散射改变运动方向，就能克服氧化层势垒，进入栅氧化层，造成器件的电学参数退化，这种效应称为热载流子效应。所述热载流子效应会增加NMOS的阈值电压，减小PMOS的阈值电压。会导致MOS特性的退化，影响的参数包括阈值电压V_T、跨导g_m，亚阈值斜率S_t，饱和电流I_dsat等，并产生长期的可靠性问题。

衬底电流Isub可用来监控器件受热载流子影响的退化程度，并预测器件的寿命。其原因是：横向最大电场Emax越大，电子于晶格发生碰撞造成的电子-空穴越多，而空穴电流都被衬底收集，从而Isub就越大。

业内习知的解决热载流子效应的方法包括：一、对漏端采取特殊工艺以使电场的尖峰变圆；具体有以下几种结构，如选用磷掺杂漏区、双扩散漏区或改善轻掺杂漏区，通过改善轻掺杂漏区的结构以改善热载流子效应的方法如2005年4月13日公布的公开号为CN1606173A的中国专利申请中所提供的；二、增强栅氧化层与基底的交界面对于热电子注入的抵抗力；这种方法主要就是提高栅氧的质量；主要的方向有以下几种：减少交界面的H和H₂O；减少金属腐蚀等RIE(反应离子刻蚀)工艺中对于氧化层的等离子体损伤；采用氮氧化硅代替传统的SiO₂做栅氧；三、减少供电电压，在深亚微米工艺中电压逐步减小。

但是，应用上述传统方法改善热载流子效应时，都或多或少地存在一些弊端。如，选用磷掺杂漏区时，为了使源漏的电阻比较小，磷注入的剂量必须在1E15以上，因此器件的Isub比砷注入的要小一个数量级；选用双扩散漏区时，很难形成浅结，因此对于减少Emax的作用有限；选用改善轻掺杂漏区的方式时，由于引入了n-区域，LDD结构也会使串联电阻增大，从而导致驱动电流减小；致使LDD的工艺参数必须仔细优化以获得最佳的器件性能；选用减少供电电压的方式时，考虑到兼容性的问题，电压并不能完全按照线宽的缩小而同步减小，使得对热载流子效应的改善有限。由此，拓展改善热载流子效应的方式，以扩大在不同制程中为改善热载流子效应所采取的措施的选择范围成为本领域技术人员追求的目标。

发明内容

本发明提供了一种栅极形成方法，可在保持沟道电学长度不变的情况下，改善热载流子效应；本发明提供了一种栅极，可在保持沟道电学长度不变的情况下，扩大所述栅极与漏极的交叠区域，改善热载流子效应。

本发明提供的一种栅极形成方法，包括，

在基底上形成多晶硅层；

执行所述多晶硅层的第一刻蚀操作；

以包含溴基气体的刻蚀气体执行所述多晶硅层的第二刻蚀操作，形成栅极；若获得垂直于所述基底的栅极时，通入的所述溴基气体的流量为a₀，则通入所述溴基气体时的流量a大于a₀。

可选地，执行所述第一刻蚀操作时采用包含溴基气体的刻蚀气体；可选地，所述溴基气体为溴气或溴化氢中的一种或其组合；可选地，所述刻蚀气体中还包括氯基气体；可选地，所述氯基气体为氯气或四氯化碳中的一种或其组合；可选地，所述刻蚀气体中还包含氧气及/或氦气。

本发明提供的一种栅极，所述栅极形成于基底上，所述栅极包含多晶硅层，所述多晶硅层包括顶壁、与所述顶壁相对的底壁和由所述底壁边缘向上延伸后与顶壁接合的侧壁，至少部分所述侧壁与底壁间的夹角小于90度。

可选地，垂直于所述基底的栅极剖面呈梯形。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的栅极形成方法，通过在第二刻蚀过程中增加所述溴基气体的流量，可在刻蚀多晶硅层以形成栅极的过程中，随着刻蚀反应的进行，利用包含所述溴基气体的刻蚀气体在所述栅极的侧壁上产生聚合物，并以所述聚合物作为临时掩模层，以改变经历第二刻蚀过程获得的既定的栅极的形貌，可使所述栅极至少部分所述侧壁与底壁间的夹角小于90度，可使在保持沟道电学长度不变的情况下，扩大所述栅极与漏极的交叠区域，改善热载流子效应成为可能；