[发明专利]半导体器件的栅极掺杂方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种半导体器件的栅极掺杂方法。

背景技术

随着电子设备的广泛应用，半导体的制造工艺得到了飞速的发展，半导体器件的特征尺寸也越来越小，半导体器件中的栅极特性也变得越来越重要。为了减小半导体器件中的栅极电阻，高浓度掺杂工艺被使用在源漏极的掺杂及栅极的预掺杂过程中。然而，随着半导体器件的栅极高度减小，在栅极的预掺杂过程中采用的高浓度掺杂工艺，会使预掺杂杂质穿透半导体器件衬底，严重影响最终得到半导体器件性能。

图1a～1f所示为现有技术半导体器件掺杂过程的剖面结构图。现有技术半导体器件的掺杂过程包括以下步骤：

步骤一，对半导体器件衬底101中的阱进行离子注入，制造倒掺杂阱100，如图1a所示。

在本步骤中，倒掺杂阱用于制造场效应管(MOSFET)的扩散区。

步骤二，参见图1b，在衬底101上形成栅氧化层102和多晶硅层103，以离子注入10的方法对多晶硅层103进行预掺杂注入；

在本步骤中，对于N型的MOSFET，预掺杂杂质为磷；对于P型的MOSFET，预掺杂杂质为硼或氟化硼。

步骤三，参见图1c，对多晶硅层103和栅氧化层102利用光刻、蚀刻工艺形成栅极203，进行再次氧化后，以离子注入20的方法进行轻掺杂。

步骤四，参见图1d，由于多晶硅层103在掺杂的过程中受到注入离子的撞击，导致硅结构的晶格发生损伤，为恢复损伤，离子注入20后进行快速热退火处理，并利用沉积、蚀刻工艺形成侧壁层204。

步骤五，参见图1e，以离子注入30的方法对栅极203和栅极203两侧的衬底101进行掺杂，形成漏极301和源极302。

步骤六，参见图1f，采用自对准硅化物(SAB)的方法沉积镍，形成镍化硅层401，然后进行快速退火处理后，采用化学方法刻蚀掉未反应的镍。

在步骤二中，为了防止预掺杂杂质穿透多晶硅层103，采用离子注入的方法进行预掺杂时，采用低能量或/和低浓度的预掺杂杂质。但是，这样进行掺杂后，栅极中的预掺杂杂质会减少且增大栅氧化层102的电学厚度，最终得到的半导体器件工作性能不能满足要求，如阈值电压增大、栅极电阻增大及栅极的耗尽效应(poly depletion)受到影响等。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种半导体器件的栅极掺杂方法，该方法解决的问题为：在保证半导体器件性能能满足要求的情况下，在预掺杂过程中防止预掺杂杂质穿透多晶硅层；且降低栅极电阻、减少栅氧化层的电学厚度、及改善栅极的耗尽效应。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案具体是这样实现的：

一种半导体器件的栅极掺杂方法，该方法应用于栅极的预掺杂过程，该方法包括：

将碳和用于形成非晶态层的无机物离子注入到半导体器件衬底上形成的氧化层和多晶硅层后，将预掺杂杂质离子注入到半导体器件衬底上形成的氧化层和多晶硅层；

光刻半导体器件衬底上形成的氧化层和多晶硅层形成栅极，再次氧化后，进行轻掺杂；

进行快速退后，刻蚀氧化层和多晶硅层，形成栅极。

所述将碳和用于形成非晶态层的无机物离子注入到半导体器件衬底上形成的氧化层和多晶硅层为：

先将碳离子注入到半导体器件衬底上形成的氧化层和多晶硅层；然后将用于形成非晶态层的无机物离子注入到半导体器件衬底上形成的氧化层和多晶硅层；

或者将碳和用于形成非晶态层的无机物同时离子注入到半导体器件衬底上形成的氧化层和多晶硅层。

对于N型的场效应管MOSFET，预掺杂杂质为磷；对于P型的MOSFET，预掺杂杂质为硼或氟化硼。

所述用于形成非晶态层的无机物为锗、硅或砷。

对于N型MOSFET，所述预掺杂杂质磷的剂量为2.0E15～5.0E15原子/平方厘米，能量为4～8千电子伏特；

所述锗注入的能量为15～50千电子伏特，剂量为1.0E14～5.0E15原子/平方厘米；所述碳注入的能量为6～12千电子伏特，剂量为1.0E14～1.0E15原子/平方厘米；

所述栅极厚度为0.93微米～0.1微米。

对于P型MOSFET，所述预掺杂杂质硼的剂量为2.0E15～3.0E15原子/平方厘米，能量为1～3千电子伏特；

所述锗注入的能量为15～50千电子伏特，剂量为1.0E14～5.0E15原子/平方厘米；所述碳注入的能量为6～12千电子伏特，剂量为1.0E14～1.0E15原子/平方厘米；

所述栅极厚度为0.93微米～0.1微米。