一種多晶柵的生長方法
2023-06-22 18:35:41 1
專利名稱：：一種多晶柵的生長方法
技術領域：
：本發明涉及CMOS工藝中多晶柵的製作，尤其涉及多晶柵由非晶轉換成多晶的生長方法。
背景技術：
：目前CMOS工藝製作中，MOS管的控制柵極均是製作為多晶柵。隨著CMOS製作工藝特徵尺寸的減小，製作的多晶柵厚度也不斷在減薄。同時，製作的多晶柵厚度的誤差裕度也在不斷減小。在0.18um的製作工藝下，多晶柵常規厚度為2000埃(A),誤差裕度為土200A;在0.13um的製作工藝下，多晶柵常規厚度為1750A，誤差裕度為±200A;在90nm的製作工藝下，多晶柵常規厚度為1250A，誤差裕度為土100A;在65nm的製作工藝下，多晶柵作的厚度為1000A;誤差裕度為土40A。因此，隨著製作工藝特徵尺寸不斷減小，誤差裕度的不斷減小使得多晶柵表面的平整度對多晶柵厚度的影響愈來愈大，即多晶柵表面平整度直接決定著多晶柵厚度的均勻性。然而，在製作工藝特徵尺寸小的情況下，例如製作工藝特徵尺寸為65nm或65nm以下，多晶柵厚度的均勻性也很大程度影響著製作的半導體器件的均勻性。因此，為保證小的製作工藝特徵尺寸下製作出的半導體器件具有良好的均勻性，必須保證製作出的多晶柵具有良好的平整度。目前不同製作工藝特徵尺寸下多晶柵的製作方法中多晶柵的生長方法都大致相同，即在一定真空度的密封室內在約62(TC下，利用矽烷(SiH4)來生長多晶態矽柵。然而這種傳統的多晶柵的生長方法製作的多晶柵表面平整度較低。由於小特徵尺寸下，多晶柵厚度的均勻性直接受多晶柵表面平整度的影響，因此傳統多晶柵生長方法製作出的多晶柵的良率較低，相應地，製作出的半導體器件均勻性較差。
發明內容本發明的目的在於提供一種多晶柵的生長方法，以解決傳統多晶柵生長方法存在的表面平整度低的問題，進一步解決小特徵尺寸下多晶柵表面平整度較低導致的良率低和製作的半導體器件均勻性差的問題。為達到上述目的，本發明的多晶柵的生長方法，它是在具有一定真空度的密封反應室內，在一定溫度條件下，利用矽化合物的反應物來沉積多晶柵。它具體包括以下步驟步驟l:在密封反應室真空度為0.081託，溫度為520~570攝氏度下，控制矽化合物的反應物流速在100~700標況毫升每分下，生長非晶態矽柵；步驟2:充入退火惰性氣體，在退火溫度為700850攝氏度和退火時間為1030分鐘的退火條件下對步驟1中生長出的非晶態矽柵進行退火，將非晶態矽柵轉化成多晶矽柵。其衝，惰性退火氣體為氮氣，氮氣的流量為530標況升每分。矽化合物的反應物為矽烷。較佳地，步驟1中反應室的真空度為0.6託，溫度為545攝氏度，矽化合物的反應物流速為350標況毫升每分。較佳地，步驟2中退火溫度為800攝氏度，退火時間為IO分鐘。與傳統多晶柵的生長方法相比，本發明的多晶柵生長的方法先生成非晶態的矽柵，然後退火形成與傳統多晶柵微觀結構相同的多晶柵，本發明方法生長的多晶柵的平整度相對傳統多晶柵的平整度有了大幅度的提高，從而可有效提高小特徵尺寸下多晶柵良率和製作的半導體器件的平整度和均勻性。以下結合附圖和具體實施例對本發明的多晶柵的生長方法作進一步詳細具體的說明。圖l是本發明兩種不同溫度和退火條件下形成的多晶柵表面平整度變化圖。圖2是本發明三種不同溫度和退火條件下形成的多晶柵表面平整度變化圖。具體實施例方式為滿足65nm及65nm以下特徵尺寸的多晶柵要求，達到提高多晶柵表面平整度的目的，本發明的多晶柵的生長方法，它是在具有一定真空度的密封反應室內，在一定溫度條件下，利用矽化合物的反應物來沉積多晶柵。它具體包括以下步驟步驟1:在密封反應室真空度為0.081託，溫度為520-570攝氏度下，控制矽化合物的反應物流速在100-700標況毫升每分下，生長非晶態矽柵；步驟2:充入退火惰性氣體，在退火溫度為700-850攝氏度和退火時間為10~30分鐘的退火條件下對步驟1中生長出的非晶態矽柵進行退火，將非晶態矽柵轉化成多晶矽柵。常規情況下，密封反應室的真空度是越高越好，即密封反應室內潔淨度越高越好，可有效避免生長的非晶態矽柵受密封反應室內雜質汙染，然而潔淨度高的設備價格也相對昂貴些，在保證生長的矽柵質量的前提下，考慮成本的條件下可選擇適中的真空度。本發明多晶柵的生長選擇在0.6託的真空環境下進行，基於65nm的製作工藝特徵尺寸進行製作。其中，矽化合物的反應物選擇矽烷；步驟2中惰性退火氣體採用氮氣。請參閱圖1中反應室溫度分別為520攝氏度和570攝氏度生長出非晶態矽柵在不同退火溫度和退火時間下，最後形成的多晶柵表面平整度的變化圖。圖1中縱坐標是光學橢偏儀測量出的多晶柵表面的折射率，折射率越小示意著多晶柵表面平整度越高，橫坐標中退火時間為分鐘(M)。從圖1中可看出570攝氏度時生長出的非晶態矽柵在相同的退火條件下形成的多晶柵的平整度均高於520攝氏度時生長出的非晶態矽柵退火形成的多晶柵的平整度。請參閱圖2，這三個不同溫度下生長出非晶態的矽柵在不同退火條件下形成多晶柵的表面平整度圖。從圖2中可看出，545攝氏度下生成的非晶態矽柵在不同的退火條件下形成的多晶柵表面的平整度均高於520攝氏度和570攝氏度下生長的非晶態矽柵在不同退火條件下形成的多晶柵表面的平整度。本發明在不同生長溫度經退火製作的多晶柵平整度與傳統多晶柵製作出的多晶柵平整度對比結果，請參閱表1。表l中測出的平整度均方根值RMS是採用原子力顯微鏡測量在620攝氏度生長出的多晶柵表面平整度和本發明520、545和570攝氏度下生長出的非晶態矽柵分別經過退火後形成的多晶柵表面平整度。由表1中的數據可以看出，本發明方法製作出的多晶柵表面平整度均高於傳統方法製得的多晶柵表面平整度。表1的數據也顯示出570攝氏度下生長出的非晶態矽柵經退火後形成的多晶柵表面的平整度高於520攝氏度下生長出的非晶態矽柵經退火後形成的多晶柵表面的平整度，與圖1的結果一致。由表1的數據還可看出545攝氏度生長出的非晶態經過退火後形成的多晶柵表面的平整度高於其他溫度環境生長非晶態矽柵經退火後形成的多晶柵表面平整度。表1tableseeoriginaldocumentpage6由圖2可看出545攝氏度下生長出的非晶態矽柵在退火條件為800攝氏度，退火時間為IOM時形成的多晶柵具有最佳表面平整度，與表l數據顯示結果一致。為測試退火後形成的多晶柵結構穩定，在545攝氏度生長條件和在800攝氏度和IOM的退火條件下形成的多晶柵在不同的退火條件下進行了再次退火，請見圖2中545。C+800t:30min所示的曲線，該條曲線折射率比較平緩。由此可證明退火後形成的多晶柵結構穩定。在生長非晶態矽柵時，密封反應室內通入的矽化合物的反應氣體矽烷的速率在350標況毫升每分，這個速率可根據不同製作條件例如不同的反應室設備進行調整，以保證生長的非晶態矽柵的生長速率適宜。在退火時，一定條件下為保證退火氣體充足，氮氣的流速控制在100-700標況毫升每分。本發明的多晶柵的生長方法，並不僅局限於工藝條件的具體數值，通過先生成非晶態矽柵後再退火轉換成傳統多晶柵微結構的多晶柵的表面平整度易高於直接形成的多晶柵表面的平整度。本發明的多晶柵生長是依據具體設備根據上述所述溫度條件和退火條件進行製作。實驗數據證明採用該多晶柵生長方法製作的多晶柵表面的平整度相對傳統方法製作的多晶柵表面有顯著的提高，從而可有效提高小特徵尺寸下多晶柵良率和製作的半導體器件的平整度和均勻性。權利要求1、一種多晶柵的生長方法，它是在具有一定真空度的密封反應室內，在一定溫度條件下，利用矽化合物的反應物來沉積多晶柵，其特徵在於，它包括以下步驟步驟1在所述密封反應室真空度為0.08～1託，溫度為520～570攝氏度下，控制所述矽化合物的反應物流速在100～700標況毫升每分下，生長非晶態矽柵；步驟2充入退火惰性氣體，在退火溫度為700～850攝氏度和退火時間為10～30分鐘的退火條件下對步驟1中生長出的非晶態矽柵進行退火，將非晶態矽柵轉化成多晶矽柵。2、如權利要求1所述的多晶柵的生長方法，其特徵在於，所述惰性退火氣體為氮氣。3、如權利要求2所述的多晶柵的生長方法，其特徵在於，所述氮氣的流量為5~30標況升每分。4、如權利要求1所述的多晶柵的生長方法，其特徵在於，所述矽化合物的反應物為矽烷。5、如權利要求1所述的多晶柵的生長方法，其特徵在於，所述步驟l中反應室的真空度、為0.6託，溫度為545攝氏度，矽化合物的反應物流速為350標況毫升每分。6、如權利要求1所述的多晶柵的生長方法，其特徵在於，所述步驟2中退火溫度為800攝氏度，退火時間為IO分鐘。全文摘要本發明提供一種多晶柵的生長方法，它包括以下步驟步驟1在密封反應室真空度為0.08～1託，溫度為520～570攝氏度下，控制矽化合物的反應物流速在100～700標況毫升每分下，生長非晶態矽柵；步驟2充入退火惰性氣體，在退火溫度為700～850攝氏度和退火時間為10～30分鐘的退火條件下對步驟1中生長出的非晶態矽柵進行退火，將非晶態矽柵轉化成多晶矽柵。本發明通過先形成非晶態的矽柵然後通過退火形成一定微結構的多晶柵，該多晶柵表面相對傳統方法直接生長的多晶柵表面平整度有顯著提高，從而可有效提高小特徵尺寸下多晶柵良率和製作的半導體器件的平整度和均勻性。文檔編號H01L21/20GK101515544SQ20081003381公開日2009年8月26日申請日期2008年2月22日優先權日2008年2月22日發明者何有豐,樸松源,傑白申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司