專(zhuān)利名稱(chēng)：一種柵工藝處理中的多層膜結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體集成電路工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種柵工藝中的多層膜結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在目前的半導(dǎo)體工藝中，有這樣一種工藝其處理的過(guò)程是，在硅片上先形成溝槽，然后進(jìn)行氧化，生成一層氧化膜作為柵。之后再生長(zhǎng)一層摻磷的多晶硅，用多晶硅填滿整個(gè)溝槽。在整個(gè)溝槽填滿后再進(jìn)行回刻，將沒(méi)有溝槽處的多晶硅全部刻掉，而在溝槽里留下的多晶硅就用來(lái)作為柵極。上述柵工藝的處理基本上是一種單層膜單濃度結(jié)構(gòu)。
為了提高器件的速度，就要求增加多晶硅中摻磷的濃度來(lái)降低多晶硅的電阻，但當(dāng)摻磷超過(guò)一定的濃度時(shí)，而且摻磷多晶硅超過(guò)一定厚度(由于溝槽要求全部填滿)時(shí)，回刻之后的表面形狀就有許多的凹陷，這種凹陷會(huì)帶來(lái)兩方面的問(wèn)題1 如果發(fā)生在柵的附近，那么此處的柵就會(huì)在回刻中受到損傷，并且此處多晶硅的凹陷在后續(xù)工藝中還會(huì)帶來(lái)其他問(wèn)題。
2 當(dāng)凹陷發(fā)生在溝槽的中心時(shí)，使溝槽中心本來(lái)較深的凹陷變得更深，在后來(lái)生成金屬膜時(shí)形成空洞。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提出一種新的保護(hù)柵的膜結(jié)構(gòu)，以解決柵附近在回刻后出現(xiàn)凹陷的問(wèn)題，使柵不受到損傷；同時(shí)可以減少回刻后溝槽中心的凹陷深度，使之在后來(lái)成長(zhǎng)金屬膜時(shí)不形成空洞，并且在回刻后可獲得同等的柵極電阻率。
在半導(dǎo)體工藝技術(shù)中，磷摻雜濃度越高，獲得的摻雜多晶硅柵極的電阻就越低。但是在柵工藝制作中，當(dāng)摻磷超過(guò)一定的濃度(＞1.5E20atm/cm3)，而且摻磷多晶硅超過(guò)一定厚度(＞0.5μm，由于溝槽要求全部填滿)時(shí)，回刻之后的表面形狀就有許多的凹陷，這一凹陷與摻磷多晶硅的厚度和磷的濃度有關(guān)摻磷的濃度越高，多晶硅的厚度越大，凹陷的程度越嚴(yán)重。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在摻磷的濃度低于1E20atm/cm3，多晶硅的厚度在2.0μm以下時(shí)，回刻后都能得到平整的表面。但當(dāng)摻磷的濃度超過(guò)1.5E20atm/cm3，多晶硅的厚度在0.5μm以上時(shí)，回刻后的表面就有凹陷。
凹凸現(xiàn)象的產(chǎn)生與其回刻時(shí)化學(xué)反應(yīng)中的速率差有關(guān)。通過(guò)加強(qiáng)物理刻蝕成分可以減弱凹凸現(xiàn)象。但在磷摻雜濃度超過(guò)一定的高度，成膜達(dá)到一定膜厚時(shí)，調(diào)整回刻的工藝參數(shù)已不能克服表面凹凸問(wèn)題。
為得到較小的中心凹陷，要求在溝槽全部填滿后再成長(zhǎng)一定厚度的多晶硅。多晶硅成長(zhǎng)完后表面越平，回刻后的中心凹陷就越小。但多晶硅越厚，所用的工藝時(shí)間越長(zhǎng)，成本越高，而且?guī)?lái)工藝過(guò)程中顆粒增加，回刻后表面凹陷增大的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)刻蝕速率的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)磷摻雜濃度越高則相應(yīng)的刻蝕速率也隨之上升。因此如果在溝槽全部填滿后再成長(zhǎng)一定厚度的不摻磷或低摻磷多晶硅來(lái)替代高摻磷多晶硅，就既可不影響回刻后摻雜多晶硅柵極的電阻，又可得到較小的中心凹陷。
本實(shí)用新型提出了一種新的保護(hù)柵不受回刻損傷的膜結(jié)構(gòu)，采用多層膜多濃度方式。其特征在于，柵成長(zhǎng)之后，其上依次成長(zhǎng)有一層摻磷濃度低的多晶硅，厚度為200-1500，一層濃度高的多晶硅，厚度為7700-5500，將溝槽全部填滿，一層摻磷濃度低或不摻磷的多晶硅，厚度為3000-5000。
上述摻磷濃度低的多晶硅的摻磷濃度為5E19-1.2E20atm/cm3；上述摻磷濃度高的多晶硅的摻磷濃度為2E20-5E20atm/cm3；上述濃度摻磷濃度低或不摻磷的多晶硅的摻磷濃度為0-1E20atm/cm3。
本實(shí)用新型由于改變了目前半導(dǎo)體柵工藝制作的結(jié)構(gòu)，通過(guò)處理可使得在第一層摻磷低的多晶硅在回刻后表面比較平整，以保證柵附近在回刻后不出現(xiàn)凹陷，使柵不受到損傷。在第三層低摻磷或不摻磷多晶硅的回刻速率低，以減少回刻后溝槽中心的凹陷深度，使之在后來(lái)成長(zhǎng)金屬膜時(shí)不形成空洞。同時(shí)通過(guò)調(diào)整第一，第二層多晶硅的摻磷濃度和厚度，可以保證在回刻后獲得同等的柵極電阻。


圖1是目前工藝處理的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型處理的結(jié)構(gòu)示意圖。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明1是柵、2是高摻磷多晶硅、3表示柵損傷、4表示中心凹陷變大、5表示回刻、7為低摻磷或不摻磷多晶硅、8為低摻磷多晶硅、9表示柵平整、9表示中心凹陷變小。
具體實(shí)施方式
以溝槽深度為1.0-2.0μm，溝槽寬度為0.8-1.3μm的情況為例。
成膜方案低壓化學(xué)氣相淀積；化學(xué)反應(yīng)式；成長(zhǎng)壓力1.85Torr，溫度520°~540℃；
1.在硅片上先形成溝槽，然后進(jìn)行氧化，生成一層氧化膜作為柵；2.生成第一層多晶硅其摻磷，濃度為(1E20atm/cm3，厚度800A.)；3.生成第二層多晶硅其摻磷，濃度為(3E20atm/cm3，，厚度6500A.)；4.生成第三層不摻磷多晶硅，厚度為(4000A.)；具體的濃度/厚度也可按所要求的多晶硅方塊電阻，及可接受的中心凹度深度而定。
5.進(jìn)行回刻，其步驟及條件為(1)第一步采用的氣體為CL2/CF4＝80/200sccm、Source power 500W、Bias power 100W、pressure 15mTorr、刻至多晶硅厚度為1500A時(shí)；(2)第二步采用的氣體為CL2/HBr/O2＝80/70/100sccm、Source power 500W、Bias power80W、pressure 30mTorr在柵露出初期時(shí)檢出終點(diǎn)切換到下一步；(3)第三步采用的氣體為HBr/O2＝100/1sccm、Source power 400W、Bias power 60W、pressure 50mTorr。
權(quán)利要求1.一種柵工藝處理中的多層膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，柵成長(zhǎng)之后，其上依次成長(zhǎng)有一層摻磷濃度低的多晶硅，厚度為200-1500，一層濃度高的多晶硅，厚度為7700-5500，一層摻磷濃度低或不摻磷的多晶硅，厚度為3000-5000。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述摻磷濃度低的多晶硅的摻磷濃度為5E19-1.2E20atm/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述摻磷濃度高的多晶硅的摻磷濃度為2E20-5E20atm/cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層膜結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述濃度摻磷濃度低或不摻磷的多晶硅的摻磷濃度為0-1E20atm/cm3。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種柵工藝中的多層膜結(jié)構(gòu)。具體是在柵成長(zhǎng)之后，依次成長(zhǎng)一層摻磷濃度低的多晶硅、一層濃度高的多晶硅、一層摻磷濃度低或不摻磷的多晶硅。第一層摻磷低的多晶硅在回刻后表面比較平整，以保證柵附近在回刻后不出現(xiàn)凹陷，使柵不受到損傷。在第三層低摻磷或不摻磷多晶硅的回刻速率低，減少回刻后溝槽中心的凹陷深度，使之在后來(lái)成長(zhǎng)金屬膜時(shí)不形成空洞。同時(shí)通過(guò)調(diào)整第一，第二層多晶硅的摻磷濃度和厚度，可以保證在回刻后獲得同等的柵極電阻。
文檔編號(hào)H01L21/70GK2694476SQ0226113
公開(kāi)日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2002年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月31日
發(fā)明者肖勝安, 汪激洋, 吳志丹, 陳菊英, 任昱 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司