[发明专利]抑制PMOS器件工艺中栅极多晶硅耗尽的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造工艺方法，特别是涉及一种抑制PMOS工艺中栅极多晶硅耗尽（Poly Depletion Effects）的方法。

背景技术

现有工艺中，为了方便于NMOS器件集成，PMOS器件的栅极多晶硅采用和NMOS器件的栅极多晶硅相同的掺杂条件，即都为N型掺杂且都要求重掺杂，PMOS器件的栅极多晶硅N型掺杂后，必须在沟道区形成一P型埋沟（buried channel）才能解决N型栅极多晶硅造成的阈值电压（Vt）较高的问题，P型埋沟的引入又会产生较大的漏电流问题。为了解决现有PMOS器件的埋沟引起的较高的Vt和较大的漏电流的问题，现有技术中采用P型硼杂质来对PMOS器件的栅极多晶硅进行P型掺杂并且为重掺杂，即NMOS器件的栅极多晶硅形成N型掺杂的结构、PMOS器件的栅极多晶硅形成P型掺杂的结构，这样才能降低PMOS器件的P型栅极多晶硅和硅衬底上的沟道区之间的接触势，能达到降低PMOS器件的阈值电压和漏电的作用。但是由于NMOS器件和PMOS器件要集成在一起，故要保证NMOS器件的栅极和PMOS器件的栅极能够实现良好的接触，由于P型栅极多晶硅和N型栅极多晶硅之间存在接触问题，所以现有技术中采用在P型栅极多晶硅和N型栅极多晶硅上都分别形成钨硅层（WSI，Tungsten Polycide）来实现NMOS器件的栅极和PMOS器件的栅极的良好的接触连接。

PMOS器件的栅极多晶硅采用硼掺杂以及形成钨硅层后，由于硼在钨硅层与多晶硅中溶解度大致为100:1，这样容易受后续热处理的影响，导致硼穿越钨硅层和栅极多晶硅的界面，进入到钨硅层中并在钨硅层中聚积，即最后会产生PMOS器件的栅极多晶硅耗尽（Poly Depletion Effects），从而造成PMOS器件的阈值电压漂移。如图1所示，在硅衬底101上形成有栅氧化层102，以及栅极多晶硅层103和钨硅层104，其中栅极多晶硅层103中注入有P型硼杂质，该结构在进行后续热处理后，由于硼的在钨硅层104中的溶解度更大，故硼杂质会穿透到钨硅层104中，栅极多晶硅层103的硼杂质会大大减少，这样就会是最后形成的PMOS器件的阈值电压漂移。

为了克服上述硼穿透到钨硅层中的情况发生，如图2所示，现有一种工艺方法是在栅极多晶硅层103进行硼掺杂后，在栅极多晶硅层103的表面形成一层钛和氮化钛（Ti/TiN）的阻挡层105，再在阻挡层105上形成钨硅层104，其中在钨硅层104上的氮化硅层106为隔离保护层。即现有方法利用阻挡层105来阻止栅极多晶硅103中的硼杂质在加热后向钨硅层104中渗透聚集。虽然上述方法能够抑制栅极多晶硅耗尽发生，但是新引入的钛很容易在后续的栅极多晶硅的再氧化（Re-oxidation）工艺被氧化而发生膨胀，最后造成球形凸起（pilling），这会对栅极结构的形貌影响很大，不利于器件的性能稳定。同时，钛的引入，也对工艺线上的产品存在金属离子污染的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种抑制PMOS器件工艺中栅极多晶硅耗尽的方法，能抑制PMOS器件的栅极多晶硅中的硼穿透到钨硅层中，使PMOS器件的阈值电压稳定。

为解决上述技术问题，本发明提供的抑制PMOS器件工艺中栅极多晶硅耗尽的方法包括如下步骤：

步骤一、在硅衬底上形成栅极多晶硅后，在所述栅极多晶硅中注入硼离子，使所述栅极多晶硅呈P型掺杂结构；

步骤二、在硼离子注入之后，在所述栅极多晶硅表面注入铟离子,利用铟离子的轰击使所述栅极多晶硅表面被轰击的部分发生固态相变，使所述栅极多晶硅的表面被轰击的部分形成晶界缺陷得到减少的多晶硅新核；

步骤三、在所述栅极多晶硅的表面形成钨硅层，由所述钨硅层和所述栅极多晶硅组成所述PMOS器件的栅极。

进一步的改进是，步骤一中的注入硼离子的能量为3KeV～8Kev，注入剂量为1E15cm^-2～1E16cm^-2。

进一步的改进是，步骤二中的注入铟离子的能量为10KeV～30Kev，注入剂量为1E14cm^-2～6E14cm^-2。