[发明专利]一种非晶硅薄膜及一种半导体器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种非晶硅薄膜及一种半导体器件的制造方法。

背景技术

随着超大规模集成电路(VLSI)和特大规模集成电路(ULSI)的飞速发展，MOS器件的尺寸不断地减小。为增加器件的反应速度、提高驱动电流与存储电容的容量，器件中栅介质层的厚度不断地降低。然而，随之而来的击穿和漏电两个问题成为了阻碍集成电路进一步发展的重要因素。当技术节点到45纳米以下，传统的多晶硅(Poly)/栅介质层(例如SiON)的栅极(Gate)堆叠结构导致MOS器件漏电过大而无法工作，已经不能满足器件的性能要求。随着技术的发展，晶体管的“高K栅介质层+金属栅极”堆叠所构成的高K金属栅(High K Metal Gate)能够解决上述问题，从而改善器件的性能。所述的金属栅常用后栅工艺(Gate-Last)形成，所述后栅工艺的基本流程是：首先在器件中形成High-K(高介电常数)/SiO₂栅介质层，然后在High-K/SiO₂栅介质层上覆盖一层虚拟非晶硅栅极(Dummy Poly Gate)，接着沉积层间介质层(ILD)，使用化学机械抛光工艺(CMP)对层间介质层进行平坦化至露出虚拟非晶硅栅极；去除虚拟非晶硅栅极，形成沟槽，然后在所述沟槽内部形成高K栅介质层，再沉积金属层填充所述沟槽形成金属栅。

后栅工艺中，虚拟非晶硅栅极的晶粒尺寸(Grain Size)具有关键的作用，直接影响用于沉积高K金属栅的沟槽的侧壁的平整度，而良好的沟槽侧壁的平整度能够提高器件的漏电等性能。其中，虚拟非晶硅栅极晶粒尺寸越小，越容易形成具有良好平整度的沟槽表面。虚拟非晶硅栅极一般通过低压化学气相沉积(LPCVD)设备，使用硅烷(SiH₄)作为工艺气体并在温度530℃～550℃、压力0.1Torr～0.5Torr的条件下成膜而形成，该工艺条件下的膜为非晶硅(Amorphous Poly)，晶粒尺寸较大，器件的漏电等性能较差。

因此，需要一种新的非晶硅薄膜的形成方法，能够获得较小的晶粒尺寸的非晶硅，以用于虚拟非晶硅栅极，最终提高具有高K金属栅的半导体器件的性能。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种非晶硅薄膜的制造方法，能够获得较小的晶粒尺寸的非晶硅。

本发明的另一目的在于提供一种半导体器件的制造方法，获得较小的晶粒尺寸的非晶硅，以用于虚拟非晶硅栅极，进而形成高K金属栅，提高器件性能。

为解决上述问题，本发明提出一种非晶硅薄膜的制造方法，包括：

提供一半导体衬底，采用原子层沉积工艺(ALD)形成第一非晶硅层；

然后在所述第一非晶硅层上继续沉积掺杂碳原子或氮原子的第二非晶硅层，以获得非晶硅薄膜。

进一步的，所述原子层沉积工艺的工艺温度为530℃～550℃，工艺气体包括硅烷SiH₄、乙硅烷Si₂H₆或二氯二氢硅DCS，循环次数(Cycle Times)为10～30。

进一步的，所述原子层沉积工艺的工艺气体还包括氮气。

进一步的，采用乙烯C₂H₄或甲基硅烷CH₃SiH₃气体形成掺杂碳原子的第二非晶硅层。

进一步的，采用氨气NH₃或重氨ND₃形成掺杂氮原子的第二非晶硅层。

进一步的，所述半导体衬底包括具有隔离结构、P阱和N阱结构的基底，以及依次形成在所述基底上的垫氧化层和高K介质层。

本发明还提出一种半导体器件的制造方法，包括：

在一半导体衬底上依次形成垫氧化层和高K介质层；

采用上述非晶硅薄膜的制造方法在所述高K介质层上形成非晶硅薄膜层；

依次刻蚀所述非晶硅薄膜层、高K介质层和垫氧化层，以形成非晶硅栅极结构；

在所述非晶硅栅极结构侧壁形成侧墙。

进一步的，所述半导体器件的制造方法，还包括：

以所述侧墙和非晶硅栅极结构为掩膜，对所述非晶硅栅极结构两侧的半导体衬底进行源/漏区离子注入，形成源/漏区；

采用金属硅化物工艺在所述源/漏区形成源/漏区金属硅化物。