CN101515544B - 一种多晶栅的生长方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多晶栅的生长方法，它包括以下步骤：步骤1：在密封反应室真空度为0.08～1托，温度为520～570摄氏度下，控制硅化合物的反应物流速在100～700标况毫升每分下，生长非晶态硅栅；步骤2：充入退火惰性气体，在退火温度为700～850摄氏度和退火时间为10～30分钟的退火条件下对步骤1中生长出的非晶态硅栅进行退火，将非晶态硅栅转化成多晶硅栅。本发明通过先形成非晶态的硅栅然后通过退火形成一定微结构的多晶栅，该多晶栅表面相对传统方法直接生长的多晶栅表面平整度有显著提高，从而可有效提高小特征尺寸下多晶栅良率和制作的半导体器件的平整度和均匀性。

Description

一种多晶栅的生长方法
技术领域
本发明涉及CMOS工艺中多晶栅的制作，尤其涉及多晶栅由非晶转换成多晶的生长方法。
背景技术
目前CMOS工艺制作中，MOS管的控制栅极均是制作为多晶栅。随着CMOS制作工艺特征尺寸的减小，制作的多晶栅厚度也不断在减薄。同时，制作的多晶栅厚度的误差裕度也在不断减小。在0.18um的制作工艺下，多晶栅常规厚度为2000埃(
Figure 2008100338135_0
)，误差裕度为±200
Figure 2008100338135_1
；在0.13um的制作工艺下，多晶栅常规厚度为1750
Figure 2008100338135_2
，误差裕度为±200
Figure 2008100338135_3
；在90nm的制作工艺下，多晶栅常规厚度为1250
Figure 2008100338135_4
，误差裕度为±100
Figure 2008100338135_5
；在65nm的制作工艺下，多晶栅作的厚度为1000；误差裕度为±40。因此，随着制作工艺特征尺寸不断减小，误差裕度的不断减小使得多晶栅表面的平整度对多晶栅厚度的影响愈来愈大，即多晶栅表面平整度直接决定着多晶栅厚度的均匀性。然而，在制作工艺特征尺寸小的情况下，例如制作工艺特征尺寸为65nm或65nm以下，多晶栅厚度的均匀性也很大程度影响着制作的半导体器件的均匀性。因此，为保证小的制作工艺特征尺寸下制作出的半导体器件具有良好的均匀性，必须保证制作出的多晶栅具有良好的平整度。
目前不同制作工艺特征尺寸下多晶栅的制作方法中多晶栅的生长方法都大致相同，即在一定真空度的密封室内在约620℃下，利用硅烷(SiH4)来生长多晶态硅栅。然而这种传统的多晶栅的生长方法制作的多晶栅表面平整度较低。由于小特征尺寸下，多晶栅厚度的均匀性直接受多晶栅表面平整度的影响，因此传统多晶栅生长方法制作出的多晶栅的良率较低，相应地，制作出的半导体器件均匀性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多晶栅的生长方法，以解决传统多晶栅生长方法存在的表面平整度低的问题，进一步解决小特征尺寸下多晶栅表面平整度较低导致的良率低和制作的半导体器件均匀性差的问题。
为达到上述目的，本发明的多晶栅的生长方法，它是在具有一定真空度的密封反应室内，在一定温度条件下，利用硅化合物的反应物来沉积多晶栅。它具体包括以下步骤：步骤1：在密封反应室真空度为0.08～1托，温度为520～570摄氏度下，控制硅化合物的反应物流速在100～700标况毫升每分下，生长非晶态硅栅；步骤2：充入退火惰性气体，在退火温度为700～850摄氏度和退火时间为10～30分钟的退火条件下对步骤1中生长出的非晶态硅栅进行退火，将非晶态硅栅转化成多晶硅栅。其中，惰性退火气体为氮气，氮气的流量为5～30标况升每分。硅化合物的反应物为硅烷。较佳地，步骤1中反应室的真空度为0.6托，温度为545摄氏度，硅化合物的反应物流速为350标况毫升每分。较佳地，步骤2中退火温度为800摄氏度，退火时间为10分钟。
与传统多晶栅的生长方法相比，本发明的多晶栅生长的方法先生成非晶态的硅栅，然后退火形成与传统多晶栅微观结构相同的多晶栅，本发明方法生长的多晶栅的平整度相对传统多晶栅的平整度有了大幅度的提高，从而可有效提高小特征尺寸下多晶栅良率和制作的半导体器件的平整度和均匀性。
附图说明
以下结合附图和具体实施例对本发明的多晶栅的生长方法作进一步详细具体的说明。
图1是本发明两种不同温度和退火条件下形成的多晶栅表面平整度变化图。
图2是本发明三种不同温度和退火条件下形成的多晶栅表面平整度变化图。
具体实施方式
为满足65nm及65nm以下特征尺寸的多晶栅要求，达到提高多晶栅表面平整度的目的，本发明的多晶栅的生长方法，它是在具有一定真空度的密封反应室内，在一定温度条件下，利用硅化合物的反应物来沉积多晶栅。它具体包括以下步骤：步骤1：在密封反应室真空度为0.08～1托，温度为520～570摄氏度下，控制硅化合物的反应物流速在100～700标况毫升每分下，生长非晶态硅栅；步骤2：充入退火惰性气体，在退火温度为700～850摄氏度和退火时间为10～30分钟的退火条件下对步骤1中生长出的非晶态硅栅进行退火，将非晶态硅栅转化成多晶硅栅。常规情况下，密封反应室的真空度是越高越好，即密封反应室内洁净度越高越好，可有效避免生长的非晶态硅栅受密封反应室内杂质污染，然而洁净度高的设备价格也相对昂贵些，在保证生长的硅栅质量的前提下，考虑成本的条件下可选择适中的真空度。本发明多晶栅的生长选择在0.6托的真空环境下进行，基于65nm的制作工艺特征尺寸进行制作。其中，硅化合物的反应物选择硅烷；步骤2中惰性退火气体采用氮气。
请参阅图1中反应室温度分别为520摄氏度和570摄氏度生长出非晶态硅栅在不同退火温度和退火时间下，最后形成的多晶栅表面平整度的变化图。图1中纵坐标是光学椭偏仪测量出的多晶栅表面的折射率，折射率越小示意着多晶栅表面平整度越高，横坐标中退火时间为分钟(M)。从图1中可看出570摄氏度时生长出的非晶态硅栅在相同的退火条件下形成的多晶栅的平整度均高于520摄氏度时生长出的非晶态硅栅退火形成的多晶栅的平整度。请参阅图2，这三个不同温度下生长出非晶态的硅栅在不同退火条件下形成多晶栅的表面平整度图。从图2中可看出，545摄氏度下生成的非晶态硅栅在不同的退火条件下形成的多晶栅表面的平整度均高于520摄氏度和570摄氏度下生长的非晶态硅栅在不同退火条件下形成的多晶栅表面的平整度。本发明在不同生长温度经退火制作的多晶栅平整度与传统多晶栅制作出的多晶栅平整度对比结果，请参阅表1。表1中测出的平整度均方根值RMS是采用原子力显微镜测量在620摄氏度生长出的多晶栅表面平整度和本发明520、545和570摄氏度下生长出的非晶态硅栅分别经过退火后形成的多晶栅表面平整度。由表1中的数据可以看出，本发明方法制作出的多晶栅表面平整度均高于传统方法制得的多晶栅表面平整度。表1的数据也显示出570摄氏度下生长出的非晶态硅栅经退火后形成的多晶栅表面的平整度高于520摄氏度下生长出的非晶态硅栅经退火后形成的多晶栅表面的平整度，与图1的结果一致。由表1的数据还可看出545摄氏度生长出的非晶态经过退火后形成的多晶栅表面的平整度高于其他温度环境生长非晶态硅栅经退火后形成的多晶栅表面平整度。
表1
  RMS
  多晶栅测量位置   中心   中部   边缘
  传统方法制作的多晶栅 2.046nm 2.004nm 1.919nm
  本发明520摄氏度制作的多晶栅 0.462nm 0.451nm 0.423nm
  本发明545摄氏度制作的多晶栅 0.358nm 0.352nm 0.290nm
  本发明570摄氏度制作的多晶栅 0.422nm 0.415nm 0.399nm
由图2可看出545摄氏度下生长出的非晶态硅栅在退火条件为800摄氏度，退火时间为10M时形成的多晶栅具有最佳表面平整度，与表1数据显示结果一致。为测试退火后形成的多晶栅结构稳定，在545摄氏度生长条件和在800摄氏度和10M的退火条件下形成的多晶栅在不同的退火条件下进行了再次退火，请见图2中545℃+800℃30min所示的曲线，该条曲线折射率比较平缓。由此可证明退火后形成的多晶栅结构稳定。在生长非晶态硅栅时，密封反应室内通入的硅化合物的反应气体硅烷的速率在350标况毫升每分，这个速率可根据不同制作条件例如不同的反应室设备进行调整，以保证生长的非晶态硅栅的生长速率适宜。在退火时，一定条件下为保证退火气体充足，氮气的流速控制在100～700标况毫升每分。
本发明的多晶栅的生长方法，并不仅局限于工艺条件的具体数值，通过先生成非晶态硅栅后再退火转换成传统多晶栅微结构的多晶栅的表面平整度易高于直接形成的多晶栅表面的平整度。本发明的多晶栅生长是依据具体设备根据上述所述温度条件和退火条件进行制作。实验数据证明采用该多晶栅生长方法制作的多晶栅表面的平整度相对传统方法制作的多晶栅表面有显著的提高，从而可有效提高小特征尺寸下多晶栅良率和制作的半导体器件的平整度和均匀性。

Claims (6)

1. 一种多晶栅的生长方法，它是在具有一定真空度的密封反应室内，在一定温度条件下，利用硅化合物的反应物来沉积多晶栅，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤1：在所述密封反应室真空度为0.08～1托，温度为520～570摄氏度下，控制所述硅化合物的反应物流速在100～700标况毫升每分下，生长非晶态硅栅；
步骤2：充入退火惰性气体，在退火温度为700～850摄氏度和退火时间为10～30分钟的退火条件下对步骤1中生长出的非晶态硅栅进行退火，将非晶态硅栅转化成多晶硅栅。
2. 如权利要求1所述的多晶栅的生长方法，其特征在于，所述惰性退火气体为氮气。
3. 如权利要求2所述的多晶栅的生长方法，其特征在于，所述氮气的流量为5～30标况升每分。
4. 如权利要求1所述的多晶栅的生长方法，其特征在于，所述硅化合物的反应物为硅烷。
5. 如权利要求1所述的多晶栅的生长方法，其特征在于，所述步骤1中反应室的真空度为0.6托，温度为545摄氏度，硅化合物的反应物流速为350标况毫升每分。
6. 如权利要求1所述的多晶栅的生长方法，其特征在于，所述步骤2中退火温度为800摄氏度，退火时间为10分钟。
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