CN107437500B - 一种多晶硅栅极的制造方法及多晶硅栅极 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多晶硅栅极的制造方法及多晶硅栅极，其中，多晶硅栅极的制造方法包括：在衬底上依次生成栅氧化层、多晶硅层和氮化硅层；对所述氮化硅层和所述多晶硅层进行光刻和刻蚀，且所述多晶硅层上被刻蚀的位置保留预设厚度的余量；对外露的所述多晶硅层进行氧化，得到氧化层；去除所述氮化硅层，并在露出的所述多晶硅层上生成硅化物，形成多晶硅栅极。本发明提供的方案通过在刻蚀多晶硅时保留一定的余量，然后通过氧化将其转化为二氧化硅(氧化层)，能够保证多晶硅层下方任何位置处的栅氧化层都不会被损伤到，简化了制作工艺；同时保留了完整的栅氧化层，不会存在交界，提高了器件性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片制造技术领域，特别是指一种多晶硅栅极的制造方法及多晶硅栅极。
背景技术
多晶硅的硅化物制作工艺，常规的做法中为了将多晶硅刻蚀干净，刻蚀时往往有一定的过刻蚀量，所以被刻蚀掉的多晶硅下方的栅氧化层也会被刻蚀掉一部分；并且，这部分氧化层会受到刻蚀的损伤，其质量受到较大的影响。后续，当表面生长金属Ti层后，再形成TiSi时，该氧化层不能阻挡Ti层与硅衬底反应。所以，需要在后续采用湿法腐蚀(含有氢氟酸的溶液)去除掉这部分栅氧化层，如图1所示；且湿法腐蚀时，存在横向腐蚀的效应，最后，多晶硅下方的栅氧化层也会被腐蚀掉，如图1中虚线圈中的位置。
另外，在生长氧化层的时候，多晶硅两侧也会被氧化成氧化层(二氧化硅)。同时新生长出来的氧化层与原来的栅氧化层间存在着交界，如图2中虚线圈处位置，该交界的存在，会影响到器件性能。
也可以说，多晶硅的硅化物制作工艺常规做法是，利用多晶硅以外区域的氧化层做屏蔽，生长金属Ti层，然后经过退火，使得多晶硅与Ti发生反应，生成TiSi。有个关键点就是，凡是不需要生成TiSi的区域，必须用足够厚的氧化层保护住硅衬底。否则，Ti可能穿透氧化层与其下方的硅衬底发生反应。为了达到这个目的，这个氧化层的质量或者厚度要求比较严格，对于受到过损伤的氧化层，必须事先用湿法腐蚀去除，然后再生长新的氧化层。这就会带来一些其他问题，诸如工艺复杂、损伤到多晶硅下方的栅氧化层等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多晶硅栅极的制造方法及多晶硅栅极，解决现有技术中多晶硅栅极的制造工艺复杂且器件性能差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种多晶硅栅极的制造方法，包括：
在衬底上依次生成栅氧化层、多晶硅层和氮化硅层；
对所述氮化硅层和所述多晶硅层进行光刻和刻蚀，且所述多晶硅层上被刻蚀的位置保留预设厚度的余量；
对外露的所述多晶硅层进行氧化，得到氧化层；
去除所述氮化硅层，并在露出的所述多晶硅层上生成硅化物，形成多晶硅栅极。
可选地，所述在露出的所述多晶硅层上生成硅化物，形成多晶硅栅极的步骤包括：
在所述氧化层和露出的所述多晶硅层上生成金属层，所述金属层的金属能够与硅反应，且生成物的电阻小于预设阈值；
通过热处理使所述金属层与接触的所述多晶硅层进行反应，生成硅化物；
去除未发生反应的所述金属层，形成多晶硅栅极。
可选地，在所述在露出的所述多晶硅层上生成硅化物后，还包括：
对所述硅化物进行热处理。
可选地，所述栅氧化层的生长温度范围为900～1200℃，厚度范围为0.01～1.0um；所述多晶硅层的生长温度范围为500～700℃，厚度范围为0.05～2.0um；所述氮化硅层的生长温度范围为500～1000℃，厚度范围为0.01～2.0um。
可选地，所述预设厚度的范围为0.01～0.1um。
可选地，对外露的所述多晶硅层进行氧化的温度范围为700～1200℃。
可选地，所述去除所述氮化硅层的步骤包括：
采用大于预设浓度的热磷酸腐蚀掉所述氮化硅层。
可选地，所述在所述氧化层和露出的所述多晶硅层上生成金属层的步骤包括：
采用溅射的方式生长所述金属层，所述金属层的厚度范围为0.01～0.50um。
可选地，所述金属层的材质为钛、钴或镍。
可选地，通过热处理使所述金属层与接触的所述多晶硅层进行反应，生成硅化物的步骤包括：
在650～750℃的温度下进行热处理，热处理的时间范围为20～40s。
可选地，所述去除未发生反应的所述金属层的步骤包括：
采用硫酸和双氧水的混合液，或者氨水和双氧水的混合液腐蚀掉未发生反应的所述金属层。
可选地，所述对所述硅化物进行热处理的步骤包括：
在850～900℃的温度下进行热处理，热处理的时间范围为20～40s。
本发明还提供了一种多晶硅栅极，包括：
衬底；
一体成形于所述衬底上的栅氧化层；
形成在所述栅氧化层的上表面的多晶硅层和氧化层，所述氧化层位于所述多晶硅层的两侧；
位于所述多晶硅层上的硅化物，所述硅化物与所述多晶硅层两侧的所述氧化层均接触。
本发明还提供了一种多晶硅栅极，所述多晶硅栅极采用上述的制造方法制备得到。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，所述多晶硅栅极的制造方法通过在刻蚀多晶硅时保留一定的余量，然后通过氧化将其转化为二氧化硅(氧化层)，能够保证多晶硅层下方任何位置处的栅氧化层都不会被损伤到，简化了制作工艺；同时保留了完整的栅氧化层，不会存在交界，提高了器件性能。
附图说明
图1为现有技术中去除受损栅氧化层时存在横向腐蚀示意图；
图2为现有技术中新生长出来的氧化层与原来的栅氧化层之间存在交界示意图；
图3为本发明实施例的多晶硅栅极的制造方法流程示意图；
图4为本发明实施例的栅氧化层、多晶硅层和氮化硅层的生长示意图；
图5为本发明实施例的氮化硅层/多晶硅层的光刻与刻蚀示意图；
图6为本发明实施例的多晶硅的氧化示意图；
图7为本发明实施例的氮化硅层的去除示意图；
图8为本发明实施例的金属Ti层的生长示意图；
图9为本发明实施例的TiSi的形成示意图；
图10为本发明实施例的多余Ti层的去除示意图；
图11为本发明实施例的多晶硅栅极结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的技术中多晶硅栅极的制造工艺复杂且器件性能差的问题，提供一种多晶硅栅极的制造方法，如图3所示，包括：
步骤31：在衬底上依次生成栅氧化层、多晶硅层和氮化硅层；
步骤32：对所述氮化硅层和所述多晶硅层进行光刻和刻蚀，且所述多晶硅层上被刻蚀的位置保留预设厚度的余量；
步骤33：对外露的所述多晶硅层进行氧化，得到氧化层；
步骤34：去除所述氮化硅层，并在露出的所述多晶硅层上生成硅化物，形成多晶硅栅极。
本发明实施例提供的所述多晶硅栅极的制造方法通过在刻蚀多晶硅时保留一定的余量，然后通过氧化将其转化为二氧化硅(氧化层)，能够保证多晶硅层下方任何位置处的栅氧化层都不会被损伤到，简化了制作工艺；同时保留了完整的栅氧化层，不会存在交界，提高了器件性能。
优选的，所述栅氧化层的生长温度范围为900～1200℃，厚度范围为0.01～1.0um；所述多晶硅层的生长温度范围为500～700℃，厚度范围为0.05～2.0um；所述氮化硅层的生长温度范围为500～1000℃，厚度范围为0.01～2.0um。
刻蚀多晶硅层优选使用干法刻蚀(反应离子刻蚀)；所述预设厚度的范围为0.01～0.1um。对外露的所述多晶硅层进行氧化的温度范围为700～1200℃。
上述生成的氮化硅层(不与氧气反应)主要作用是防止多晶硅层的上表面被氧化，以使得后续多晶硅能够与金属层反应生成硅化物。
其中，所述去除所述氮化硅层的步骤包括：采用大于预设浓度的热磷酸腐蚀掉所述氮化硅层。大于预设浓度的热磷酸也就是公知的浓的热磷酸。
具体的，所述在露出的所述多晶硅层上生成硅化物，形成多晶硅栅极的步骤包括：在所述氧化层和露出的所述多晶硅层上生成金属层，所述金属层的金属能够与硅反应，且生成物的电阻小于预设阈值；通过热处理(快速热退火)使所述金属层与接触的所述多晶硅层进行反应，生成硅化物；去除未发生反应的所述金属层，形成多晶硅栅极。
其中，所述在所述氧化层和露出的所述多晶硅层上生成金属层的步骤包括：采用溅射的方式生长所述金属层，所述金属层的厚度范围为0.01～0.50um。所述金属层的材质可为钛、钴或镍。
通过热处理使所述金属层与接触的所述多晶硅层进行反应，生成硅化物的步骤包括：在650～750℃的温度下进行热处理，热处理的时间范围为20～40s。
更具体的，所述去除未发生反应的所述金属层的步骤包括：采用硫酸和双氧水的混合液，或者氨水和双氧水的混合液腐蚀掉未发生反应的所述金属层。
其实就是将部件放入到腐蚀槽中即可，只有Ti会被腐蚀。
进一步的，为了降低硅化物的电阻值，在所述在露出的所述多晶硅层上生成硅化物后，还包括：对所述硅化物进行热处理(快速热退火)。
优选的，所述对所述硅化物进行热处理的步骤包括：在850～900℃的温度下进行热处理，热处理的时间范围为20～40s。
下面对本发明实施例提供的多晶硅栅极的制造方法进行具体说明。
如图4所示，包括栅氧化层、多晶硅层和氮化硅的生长；
其中，栅氧化层的生长温度约900～1200℃，厚度为0.01～1.0um。多晶硅层的生长温度约500～700℃，厚度为0.05～2.0um。氮化硅层的生长温度约500～1000℃，厚度为0.01～2.0um。
如图5所示，包括氮化硅/多晶硅的光刻与刻蚀；
其中，为了保证多晶硅下方的栅极氧化层不受到损伤，刻蚀多晶硅时需要剩余一部分。剩余量的厚度为0.01～0.1um。
如图6所示，包括多晶硅的氧化；
其中，将刻蚀剩余的少量多晶硅，通过氧化变成氧化层(二氧化硅)。同时栅极多晶硅两侧也会被氧化成氧化层(二氧化硅)。多晶硅层的氧化温度约700～1200℃。
如图7所示，包括氮化硅层的去除；
其中，采用浓的热磷酸腐蚀掉氮化硅层。
如图8所示，包括金属Ti层的生长；
其中，制作金属硅化物比较可行的材料有Ti(钛)，Co(钴)，Ni(镍)，以Ti为例，采用溅射的方式生长金属Ti层，厚度为0.01～0.50um。
如图9所示，包括硅化物TiSi的形成；
其中，通过热处理，使得Ti与多晶硅层反应，生成TiSi。温度在650～750℃之间，时间20～40秒，使得Ti可以与多晶硅发生反应，生成Ti-Si合金，而在此温度下，Ti又不至于和氧化层发生反应。
如图10所示，包括多余Ti层的去除；
其中，将没有反应的Ti腐蚀掉，药液可以选择硫酸(H2SO4)和双氧水(H2O2)的混合液，也可以选择氨水(NH4OH)和双氧水(H2O2)的混合液。
进一步，还包括通过再一次的热处理(快速热退火)，进一步降低TiSi的电阻值。
其中，快速热退火，让Ti-Si合金转相，使得电阻率可以更低。温度一般在850～900℃之间，时间20～40秒。
由上可知，本发明实施例提供的多晶硅栅极的制造方法，通过在刻蚀多晶硅时，剩余少量的多晶硅，然后通过氧化将其转换成二氧化硅，保证了多晶硅下方任何位置处的栅氧化层都不会被损伤到；简化了制作工艺，提高了器件可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种多晶硅栅极，如图11所示，包括：
衬底；
一体成形于所述衬底上的栅氧化层；
形成在所述栅氧化层的上表面的多晶硅层和氧化层，所述氧化层位于所述多晶硅层的两侧；
位于所述多晶硅层上的硅化物，所述硅化物与所述多晶硅层两侧的所述氧化层均接触。
本发明实施例提供的所述多晶硅栅极中栅氧化层为一体结构，内部不存在交界，提高了器件性能。
其中，上述多晶硅栅极的制造方法的所述实现实施例均适用于该多晶硅栅极的实施例中，也能达到相同的技术效果。
为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种多晶硅栅极，所述多晶硅栅极采用上述的制造方法制备得到。
需要说明的是，上述多晶硅栅极的制造方法的所述实现实施例均适用于该多晶硅栅极的实施例中，也能达到相同的技术效果。
以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述原理前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种多晶硅栅极的制造方法，其特征在于，包括：
在衬底上依次生成栅氧化层、多晶硅层和氮化硅层；
对所述氮化硅层和所述多晶硅层进行光刻和刻蚀，且所述多晶硅层上被刻蚀的位置保留预设厚度的余量；
对外露的所述多晶硅层进行氧化，得到氧化层；
去除所述氮化硅层，并在露出的所述多晶硅层上生成硅化物，形成多晶硅栅极；
其中，在所述在露出的所述多晶硅层上生成硅化物后，还包括：
对所述硅化物进行热处理。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述在露出的所述多晶硅层上生成硅化物，形成多晶硅栅极的步骤包括：
在所述氧化层和露出的所述多晶硅层上生成金属层，所述金属层的金属能够与硅反应，且生成物的电阻小于预设阈值；
通过热处理使所述金属层与接触的所述多晶硅层进行反应，生成硅化物；
去除未发生反应的所述金属层，形成多晶硅栅极。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述栅氧化层的生长温度范围为900～1200℃，厚度范围为0.01～1.0um；所述多晶硅层的生长温度范围为500～700℃，厚度范围为0.05～2.0um；所述氮化硅层的生长温度范围为500～1000℃，厚度范围为0.01～2.0um。
4.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述预设厚度的范围为0.01～0.1um。
5.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，对外露的所述多晶硅层进行氧化的温度范围为700～1200℃。
6.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述去除所述氮化硅层的步骤包括：
采用大于预设浓度的热磷酸腐蚀掉所述氮化硅层。
7.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述在所述氧化层和露出的所述多晶硅层上生成金属层的步骤包括：
采用溅射的方式生长所述金属层，所述金属层的厚度范围为0.01～0.50um。
8.如权利要求2或7所述的制造方法，其特征在于，所述金属层的材质为钛、钴或镍。
9.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，通过热处理使所述金属层与接触的所述多晶硅层进行反应，生成硅化物的步骤包括：
在650～750℃的温度下进行热处理，热处理的时间范围为20～40s。
10.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述去除未发生反应的所述金属层的步骤包括：
采用硫酸和双氧水的混合液，或者氨水和双氧水的混合液腐蚀掉未发生反应的所述金属层。
11.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述对所述硅化物进行热处理的步骤包括：
在850～900℃的温度下进行热处理，热处理的时间范围为20～40s。
12.一种多晶硅栅极，其特征在于，所述多晶硅栅极采用如权利要求1至11任一项所述的制造方法制备得到。
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