[发明专利]一种改善MOS管的栅极漏电的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路中半导体工艺方法，具体涉及一种改善MOS管的栅极漏电的方法。

背景技术

在深亚微米集成电路CMOS工艺中，掺杂的多晶硅依然作为重要的栅极导电材料而不可替代。但是，为了降低栅极电阻以得到更快的操作速度，最常见的方式是在掺杂的多晶硅层上形成难熔金属硅化物层，此多晶硅层和其上的金属硅化物层组成复合栅极结构，被称为多晶硅化金属栅极（Polycide Gate）。

在多种难熔金属硅化物中，硅化钨（WSix）是最常用的多晶硅化金属栅极材料，具有低电阻和高热稳定性等优点。硅化钨的形成主要有两种方式：化学气相淀积（CVD）和物理气相淀积（PVD）。前者（CVD）通常采用六氟化钨（WF₆）和DCS（SiH₂C_l2）反应生成硅化钨，但反应过程中氟离子会穿过多晶硅层进入栅氧层，影响栅氧的质量。后者（PVD）采用硅化物合金靶材溅射的方式生成硅化钨，淀积温度低，速度快。

当器件尺寸缩小到一定程度之后，MOS管的源区（source）和漏区（drain）的接触孔和栅极之间的距离会设计的非常小。再加上受光刻套准精度的影响，源漏区的接触孔甚至可能与栅极形成交叠，如图1所示。为了防止在上述情况下栅极与源漏区形成短路，通常会在栅极外部包覆一层介质层，如图2中的栅极介质隔离层106和栅极侧墙介质层108。

常规工艺制作的MOS管栅极如图2所示，常规工艺中，多晶硅化钨金属栅极的制作流程如下：在硅衬底101上依次淀积栅氧层102、多晶硅层103、硅化钨层104和栅极介质隔离层106，然后利用光刻和各向异性刻蚀形成栅极图形。其中栅氧层102和多晶硅层103分别是利用高温炉管氧化和低压化学气相淀积法形成，硅化钨层104是利用物理气相淀积法形成。形成栅极图形后再进行高温热处理，包括在惰性气体（如氮气）氛围中进行热退火以改善硅化钨电阻以及均匀性、高温氧化以修复刻蚀过程中造成的等离子体损伤和形成侧壁氧化层107。最后，制作栅极侧墙介质层108。在栅极到源漏区接触孔110（contact）的距离很小的情况下，再加上受光刻套准(over layer)精度的影响，源漏区接触孔110可能会接触到栅极，所以需要在栅极外部包覆介质层以保护栅极不被损伤。由于物理气相淀积法生长的硅化钨晶粒较小，在后续的高温热处理过程中，硅化钨的晶粒会增大数倍，这会导致在栅极的硅化钨层104两侧形成大的鼓包，如图2所示。硅化钨层104两侧的大鼓包会导致栅极侧墙介质层108在鼓包处异常偏薄，严重的情况下会使侧墙断开，如图3所示。由于源漏区接触孔110和栅极的距离极小，甚至发生交叠，因此上述的栅极侧墙介质层的薄弱点会引起巨大的栅极漏电，甚至栅极短路。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种改善MOS管的栅极漏电的方法，该方法避免MOS管的栅极硅化钨层晶粒在高温制程中剧烈增大，改善栅极的侧墙形貌，从而极大地减小栅极漏电。

为解决上述技术问题，本发明提供一种改善MOS管的栅极漏电的方法，包含的主要步骤如下：

1.1.在硅衬底上形成一层栅极介质层；

1.2.在上述的栅极介质层上形成一层掺杂多晶硅层；

1.3.在上述的掺杂多晶硅层上形成一层硅化钨层；

1.4.在上述的硅化钨层上形成一层低阻金属层；

1.5.重复1.3和1.4步骤，直至栅极金属层的厚度满足器件需求；

1.6.在上述组合的栅极金属层上形成一层栅极介质隔离层；

1.7.利用光刻和各向异性的干法刻蚀形成栅极图形；

1.8.栅极图形形成后进行高温热处理；

1.9.制作栅极侧墙介质层。

步骤1.1中，所述栅极介质层是通过湿氧氧化形成，厚度为20-40埃。

步骤1.2中，所述掺杂多晶硅层为掺杂了磷元素或硼元素的掺杂多晶硅，所述掺杂多晶硅层通过低压化学气相淀积法生长，其厚度为1000～6500埃。

步骤1.3中，所述硅化钨层的淀积方式是物理气相淀积法，包括但不限于物理溅射；所述硅化钨层的厚度为100～450埃。

步骤1.4中，所述低阻金属层的材料包含但不限于钛、氮化钛、氮化钨、镍、钴，该低阻金属层的厚度为20～150埃。

步骤1.5.重复1.3和1.4步骤，直至栅极金属层的厚度满足器件需求；即在数层硅化钨层之间可以插入一层或多层低阻金属层。

步骤1.6中，所述栅极介质隔离层的厚度为1200-1800埃。