专利名称：一种多层膜结构的半导体栅工艺处理方法
技术领域：
本发明属于半导体集成电路工艺技术领域，具体涉及一种栅工艺中的多层膜结构工艺处理方法。
为了提高器件的速度，就要求增加多晶硅中掺磷的浓度来降低多晶硅的电阻，但当掺磷超过一定的浓度时，而且由于沟槽要求全部填满，而掺磷多晶硅的厚度超过一定厚度时，回刻之后的表面形状就有许多的凹陷，这种凹陷会带来两方面的问题1如果发生在栅的附近，那么此处的栅就会在回刻中受到损伤，并且此处多晶硅的凹陷在后续工艺中还会带来其他问题。
2当凹陷发生在沟槽的中心时，使沟槽中心本来较深的凹陷变得更深，在后来生成金属膜时形成空洞。
在半导体工艺技术中，磷掺杂浓度越高，获得的掺杂多晶硅栅极的电阻就越低。但是在栅工艺制作中，当掺磷超过一定的浓度(＞1.5E20atm/cm3)，而且掺磷多晶硅超过一定厚度(＞0.5μm，因为沟槽要求全部填满)时，回刻之后的表面形状就有许多的凹陷，这一凹陷与掺磷多晶硅的厚度和磷的浓度有关掺磷的浓度越高，多晶硅的厚度越大，凹陷的程度越严重。
实验发现在掺磷的浓度低于1E20atm/cm3，多晶硅的厚度在2.0μm以下时，回刻后都能得到平整的表面，但当掺磷的浓度超过1.5E20atm/cm3，多晶硅的厚度在0.5μm以上时，回刻后的表面就有凹陷。
凹凸现象的产生与其回刻时化学反应中的速率差有关。通过加强物理刻蚀成分可以减弱凹凸现象。但在磷掺杂浓度超过一定的高度，成膜达到一定膜厚时，调整回刻的工艺参数已不能克服表面凹凸问题。
为得到较小的中心凹陷，要求在沟槽全部填满后再成长一定厚度的多晶硅。多晶硅成长完后表面越平，回刻后的中心凹陷就越小。但多晶硅越厚，所用的工艺时间越长，成本越高，而且带来工艺过程中颗粒增加，回刻后表面凹陷增大的问题。经过刻蚀速率的测定，发现磷掺杂浓度越高则相应的刻蚀速率也随之上升。因此如果在沟槽全部填满后再成长一定厚度的不掺磷或低掺磷多晶硅来替代高掺磷多晶硅，就既可不影响回刻后掺杂多晶硅栅极的电阻，又可得到较小的中心凹陷。
本发明改变了目前单层高掺磷多晶硅结构，通过处理可使得第一层掺磷低的多晶硅在回刻后表面比较平整，保证栅附近在回刻后不出现凹陷，使栅不受到损伤。第三层低掺磷或不掺磷多晶硅的回刻速率低，减少回刻后沟槽中心的凹陷深度，使之在后来成长金属膜时不形成空洞。同时通过调整第一，第二层多晶硅的掺磷浓度和厚度，以保证在回刻后获得同等的栅极电阻。
本发明提出的栅工艺处理方法，是在栅成长之后首先成长一层掺磷浓度低的多晶硅，然后再生成一层掺磷浓度高的多晶硅，在沟槽全部填满后，再生成一层掺磷浓度低或不掺磷的多晶硅。
其工艺步骤为首先在硅片上形成沟槽，然后进行氧化，生成一层氧化膜作为栅；然后生成第一层掺磷浓度低的多晶硅，浓度为5E19-1.2E20atm/cm3，厚度200A-1500A；接着生成第二层掺磷浓度高多晶硅，浓度为2E20-5E20atm/cm3，厚度7700A-5500A；再生成第三层掺磷浓度低或不掺磷多晶硅，浓度为0-1E20atm/cm3，厚度1000A-5000A；最后进行回刻。
上述回刻的主要步骤为(1)第一步回刻采用的气体为CL2/CF4＝70-90/180-220sccm、Source power 400-600W、Bias power 100W、压力12-16mTorr；(2)第二步回刻采用的气体为CL2/HBr/O2＝80-90/70-80/100-110sccm、Source power500W、Bias power 80W、压力20-30mTorr；(3)第三步回刻采用的气体为HBr/O2＝100-120/1sccm、Source power 300-400W、Biaspower 50-60W、压力50-60mTorr。
图2是本发明处理的示意图标号说明1是栅、2是高掺磷多晶硅、3表示栅损伤、4表示中心凹陷变大、5表示回刻、7为低掺磷或不掺磷多晶硅、8为低掺磷多晶硅、9表示栅平整、9表示表示中心凹陷变小。
而通过第一、二层掺磷浓度和厚度的调整，可以保证在回刻后栅极的电阻率得到保证。
以沟槽深度为1.0-2.0μm，沟槽宽度为0.8-1.3μm的情况为例。
成膜方案低压化学气相淀积；化学反应式；成长压力1.85Torr，温度520°-540℃；1.在硅片上先形成沟槽，然后进行氧化，生成一层氧化膜作为栅；2.生成第一层多晶硅其掺磷，浓度为(1E20atm/cm3，厚度800A.)；3.生成第二层多晶硅其掺磷，浓度为(3E20atm/cm3，，厚度6500A.)；4.生成第三层不掺磷多晶硅，厚度为(4000A.)；具体的浓度、厚度也可按所要求的多晶硅方块电阻，及可接受的中心凹度深度而定。
5.进行回刻，其步骤及条件为1).气体CL2/CF4＝80/200sccm、Source power 500W、Bias power 100W、压力15mTorr、刻至多晶硅厚度为1500A时；2).气体CL2/HBr/O2＝80/70/100sccm、Source power 500W、Bias power 80W、压力30mTorr在栅露出初期时检出终点切换到下一步；3).气体HBr/O2＝100/1sccm、Source power 400W、Bias power 60W、压力50mTorr。
权利要求
1.一种多层膜结构的栅工艺处理方法，其特征在于，栅成长之后首先成长一层掺磷浓度低的多晶硅，然后再生成一层浓度高的多晶硅，在沟槽全部填满后，再生成一层掺磷浓度低或不掺磷的多晶硅，然后进行回刻。
2.根据权利要求1所述的多层膜结构的栅工艺处理方法，其特征在于，上述掺磷浓度低的多晶硅的掺磷浓度为5E19-1.2E20atm/cm3，厚度200A-1500A。
3.根据权利要求1所述的多层膜结构的栅工艺处理方法，其特征在于，上述掺磷浓度高的多晶硅的掺磷浓度为2E20-5E20atm/cm3，，厚度7700A-5500A。
4.根据权利要求1所述的多层膜结构的栅工艺处理方法，其特征在于，上述浓度掺磷浓度低或不掺磷的多晶硅的掺磷浓度为0-1E20atm/cm3，厚度1000A-5000A。
5.根据权利要求1所述的多层膜结构工艺处理方法，其特征在于，上述回刻的主要步骤为(1)第一步回刻采用的气体为CL2/CF4＝70-90/180-220sccm、Source power 400-600W、Bias power 100W、压力12-16mTorr；(2)第二步回刻采用的气体为CL2/HBr/O2＝80-90/70-80/100-110sccm、Source power500W、Bias power 80W、压力20-30mTorr；(3)第三步回刻采用的气体为HBr/O2＝100-120/1sccm、Source power 300-400W、Biaspower 50-60W、压力50-60mTorr。
全文摘要
本发明是一种多层膜结构的栅工艺处理方法，具体是在栅成长之后首先成长一层掺磷浓度低的多晶硅，然后再生成一层浓度高的多晶硅，在沟槽全部填满后，再生成一层掺磷浓度低或不掺磷的多晶硅，然后进行回刻。第一层掺磷低的多晶硅在回刻后表面比较平整，以保证栅附近在回刻后不出现凹陷，使栅不受到损伤。在第三层低掺磷或不掺磷多晶硅的回刻速率低，减少回刻后沟槽中心的凹陷深度，使之在后来成长金属膜时不形成空洞。同时通过调整第一，第二层多晶硅的掺磷浓度和厚度，可以保证在回刻后获得同等的栅极电阻。
文档编号H01L21/02GK1416154SQ0213773
公开日2003年5月7日 申请日期2002年10月31日 优先权日2002年10月31日
发明者肖胜安, 汪激洋, 吴志丹, 陈菊英, 任昱 申请人:上海华虹Nec电子有限公司