一种高压MOSFET器件及其制造方法与流程

一种高压mosfet器件及其制造方法
技术领域
1.本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种高压mosfet器件及其制造方法。


背景技术：

2.随着半导体技术的发展，先进逻辑芯片工艺已经达到28nm节点以下的工艺制程。在制备大尺寸(沟道长度》2um)高压(hv)mosfef器件时，为了解决由于金属栅极面积较大，导致金属栅cmp工艺可控性较差，进而造成金属栅高度严重损失的问题，提出在伪栅极多晶硅中插入间隙从而提升金属栅cmp制程的可控性的技术方案。
3.然而，我们发现该方案还存在漏洞，如图1所示，以衬底11为n型为例，图中mosfef器件包括衬底11、栅介质层13、金属栅12、间隙17、源极15、漏极16以及位于源极15和漏极16上方的金属硅化物19。在金属栅极12上加正向电压，会在栅介质层13之下的沟道区域出现反型电荷层14，在源极15和漏极16之间形成沟道，但间隙17的存在阻断了反型电荷层14传输沟道的连续性，如实线圈18所示，沟道不连续，这导致器件无法正常工作。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种高压mosfet器件及其制造方法，用以解决由于间隙导致的沟道不连续、器件无法正常工作的问题。
5.本发明提供一种高压mosfet器件的制造方法，包括以下步骤：
6.步骤一、提供衬底，所述衬底表面形成有栅介质层，所述栅介质层上形成有多晶硅栅；
7.步骤二、在所述多晶硅栅中形成位于所述栅介质层上方的若干间隙；
8.步骤三、在所述多晶硅栅侧面形成侧墙；
9.步骤四、利用光刻刻蚀工艺去除在所述衬底表面裸露的所述栅介质层；
10.步骤五、以所述多晶硅栅和所述侧墙为掩膜，对所述衬底进行杂质离子注入形成源漏极；
11.步骤六、形成覆盖所述多晶硅栅、所述侧墙、所述间隙以及所述源漏极的金属硅化物阻挡层；
12.步骤七、利用光刻刻蚀工艺去除所述间隙和所述源漏极表面的所述金属硅化物阻挡层；
13.步骤八、在所述间隙和所述源漏极上形成金属硅化物；
14.步骤九、利用湿法刻蚀工艺去除剩余的所述金属硅化物阻挡层。
15.优选地，步骤一中所述栅介质层为栅氧化层。
16.优选地，步骤二中所述间隙在所述多晶硅栅中均匀分布，间距为1um、宽度为0.1um。
17.优选地，步骤四包括以下步骤：
18.步骤a、形成具有多晶硅栅和侧墙图案的光刻胶层；
19.步骤b、以所述光刻胶层为掩膜，利用干法刻蚀将未被光刻胶挡住的所述栅介质层刻蚀掉；
20.步骤c、去除所述光刻胶层。
21.优选地，步骤六中所述金属硅化物阻挡层为采用化学气相沉积方法沉积的sio2薄膜。
22.优选地，步骤七包括以下步骤：
23.步骤d、在所述金属硅化物阻挡层上形成具有多晶硅栅和侧墙图案的光刻胶层；
24.步骤e、以所述光刻胶层为掩膜，利用干法刻蚀工艺对所述金属硅化物阻挡层进行刻蚀；
25.步骤f、采用湿法刻蚀去除所述光刻胶层。
26.优选地，步骤八包括以下步骤：
27.步骤g、利用物理气相沉积溅射工艺淀积nipt、tin；
28.步骤h、进行第一次退火处理生成高阻的金属硅化物ni2ptsi；
29.步骤i、利用湿法刻蚀清除tin和没有与硅反应的nipt；
30.步骤j、进行第二次退火处理将高阻态的ni2ptsi转化为低阻态的niptsi2。
31.优选地，该方法还包括步骤十：去除所述多晶硅栅并沉积形成金属栅。
32.本发明还提供一种高压mosfet器件，包括：
33.衬底；
34.形成于所衬底中的源极、漏极；
35.形成于所述衬底上方的栅介质层；
36.形成于所述栅介质层上方的金属栅；
37.形成于所述金属栅中且位于所述栅介质层上的若干间隙；
38.形成于所述金属栅侧面的侧墙；
39.形成于所述间隙、所述源极和所述漏极上方的金属硅化物；其中，所述间隙在所述金属栅中均匀分布，间距为1um、宽度为0.1um。
40.本发明的高压mosfet器件及其制造方法，在现有技术的基础上，增加在间隙区域上形成金属硅化物的工艺步骤，解决了由于在多晶硅中插入间隙导致的反型层断开、沟道不连续的问题，在实现金属珊cmp工艺可控的基础上，进一步实现了沟道连续使得器件得以正常工作。
附图说明
41.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
42.图1显示为在现有技术形成的高压mosfet器件的示意图；
43.图2显示为本发明实施例的高压mosfet器件的制造方法的流程图；
44.图3显示为本发明实施例的衬底的结构示意图；
45.图4显示为本发明实施例的形成若干间隙后的结构示意图；
46.图5显示为本发明实施例的形成侧墙后的结构示意图；
47.图6显示为本发明实施例的刻蚀衬底表面裸露的栅介质层后的结构示意图；
48.图7显示为本发明实施例的形成源漏极后的结构示意图；
49.图8显示为本发明实施例的形成金属硅化物后的结构示意图；
50.图9显示为本发明实施例的高压mosfet器件的示意图。
具体实施方式
51.以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
52.此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
53.除非上下文明确要求，否则整个申请文件中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
54.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
55.cmp全称为chemical mechanical polishing，即化学机械抛光，是普通抛光技术的高端升级版本。目前在集成电路制造中cmp技术的应用越来越广泛，从加工过程中最初的sti(浅沟槽隔离层)到ild(层间介质)再到金属互连层再到后期的顶层金属都需要用到。
56.28纳米以下的工艺中，通常采用具有高介电常数栅介质层的金属栅，通常缩写为hkmg，其中hk表示高介电常数(hk)的栅介质层，mg表示金属栅。hkmg的形成工艺中，为了解决由于金属栅极面积较大，金属栅cmp工艺制程导致金属栅的高度严重损失和工艺可控性较差的问题，在多晶硅上插入间隙(slot)，提升金属栅cmp制程的可控性。但是间隙(slot)的存在阻断了mos管反型层传输沟道的连续性，导致高压器件无法正常工作。因此，本发明提出一种高压mosfet器件及其制造方法，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
57.图2显示为本发明实施例高压mosfet器件的制造方法的流程图。如图2所示，本发明实施例高压mosfet器件的制造方法包括如下步骤：
58.步骤一，提供衬底1，所述衬底1表面形成有栅介质层2和多晶硅栅3。
59.如图3所示，本发明实施例中，衬底1的材料可以为硅(si)、锗(ge)、或硅锗(gesi)、碳化硅(sic)；也可以是绝缘体上硅(soi)，绝缘体上锗(goi)；或者还可以为其它的材料，例如砷化镓等
ⅲ‑ⅴ
族化合物。在所述衬底1内还形成有浅沟槽隔离结构(图中未示出)。栅介质层2为栅氧化层二氧化硅，所述多晶硅栅3为伪栅极，沟道长度大于2um。
60.步骤二，在多晶硅栅3中形成位于栅介质层2上方的若干间隙4。
61.在制备大尺寸(沟道长度》2um)器件时，为了解决由于金属栅极面积较大，导致金属栅cmp工艺可控性较差，进而造成金属栅高度严重损失的问题，在多晶硅栅中插入间隙。如图4所示，本发明实施例中,间隙4在所述多晶硅栅3中均匀分布，间距为1um、宽度为0.1um。较佳地，可通过多晶硅栅3的构图，在所述多晶硅栅3中形成若干条间隙4。
62.当然，在其他实施例中，也可为其他需求分布的间隙、多晶硅栅构图。
63.步骤三，在多晶硅栅3侧面形成侧墙5。
64.步骤二中所述若干间隙4将多晶硅栅3平均分成若干个小多晶硅栅，如图5所示，在若干个小多晶硅栅侧面形成侧墙5。本发明实施例中，侧墙5的材料为氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅。侧墙5可以为单层或多层(大于等于两层)堆叠结构。
65.步骤四，利用光刻刻蚀工艺去除在衬底1表面裸露的栅介质层2。
66.具体地，步骤四包括以下步骤：
67.步骤a、形成具有多晶硅栅和侧墙图案的光刻胶层；
68.步骤b、以所述光刻胶层为掩膜，利用干法刻蚀将未被光刻胶挡住的所述栅介质层刻蚀掉；
69.步骤c、去除所述光刻胶层。
70.如图6所示，刻蚀后，栅介质层2形成于多晶硅栅3底部。
71.步骤五，以多晶硅栅和侧墙为掩膜，对衬底进行杂质离子注入形成源漏极。
72.如图7所示，本发明实施例中，利用离子注入法形成源漏极6，注入的杂质离子可以为p型杂质离子或n型杂质离子。
73.步骤六，形成覆盖多晶硅栅、侧墙、间隙以及源漏极的金属硅化物阻挡层。
74.本发明实施例中，金属硅化物阻挡层(silicide area block，sab)为采用化学气相沉积方法沉积的sio2薄膜，目的是形成sio2覆盖在不需要形成金属硅化物(salicide)多晶硅栅和侧墙表面，防止它们形成金属硅化物。
75.步骤七，利用光刻刻蚀工艺去除间隙4和源漏极6表面的金属硅化物阻挡层。
76.具体地，步骤七包括以下步骤：
77.步骤d、在所述金属硅化物阻挡层上形成具有多晶硅栅和侧墙图案的光刻胶层；
78.步骤e、以所述光刻胶层为掩膜，利用干法刻蚀工艺对所述金属硅化物阻挡层进行刻蚀；
79.步骤f、采用湿法刻蚀去除所述光刻胶层。
80.在步骤f中，将没有被光刻胶层覆盖的sio2清除，裸露出需要形成金属硅化物间隙区域4和源漏极6，为下一步形成金属硅化物做准备。
81.步骤七之后还包括：清洗自然氧化层。具体地，利用化学溶液nh4oh和hf清除自然氧化层，因为后面一道工艺是淀积nipt，把表面的氧化物清除的更干净，更易的形成金属硅化物，所以淀积nipt前再过一道酸槽清除自然氧化层。
82.步骤八，在所述间隙和所述源漏极上形成金属硅化物。
83.具体地，步骤八包括以下步骤：
84.步骤g、利用物理气相沉积溅射工艺淀积nipt、tin；
85.利用pvd溅射工艺淀积nipt和厚tin，tin的作用是防止nipt在rta阶段流动导致金属硅化物厚度不一，电阻值局部不均匀。
86.步骤h、进行第一次退火处理生成高阻的金属硅化物ni2ptsi；
87.在高温约200-300℃的环境下，通入n2使nipt与有源区和多晶硅反应生成高阻的金属硅化物ni2ptsi。
88.步骤i、利用湿法刻蚀清除tin和没有与硅反应的nipt；
89.本发明实施例中，利用湿法刻蚀清除tin和没有与硅反应的nipt，防止它们桥连造
成电路短路。
90.步骤j、进行第二次退火处理将高阻态的ni2ptsi转化为低阻态的niptsi2。
91.在高温约400-450℃的环境下，通入n2把高阻态的ni2ptsi转化为低阻态的niptsi2。
92.步骤九，利用湿法刻蚀工艺去除剩余的金属硅化物阻挡层。
93.如图8所示，经过步骤六到步骤九，形成金属硅化物层7。
94.本发明实施例的高压mosfet器件的制造方法还包括：形成接触孔刻蚀停止层(cesl)和层间膜；
95.去除所述多晶硅栅并沉积形成金属栅。
96.具体地，形成接触孔刻蚀停止层(cesl)和层间膜等工艺结构之后，将多晶硅栅去除，然后在多晶硅栅去除的区域形成hkmg结构。这里不再赘述。
97.本发明的高压mosfet器件的制造方法，在现有技术的基础上，增加在间隙区上形成金属硅化物的工艺步骤，解决了由于在多晶硅中插入间隙导致的反型电荷层断开、沟道不连续的问题。
98.图9显示为本发明实施例的高压mosfet器件的结构示意图。如图9所示，包括衬底11、形成于衬底中的源极15、漏极16、位于衬底上的栅介质层13、位于栅介质层13上的金属栅12、形成于金属栅12中且位于栅介质层13上的若干间隙17、形成于源极15、漏极16及间隙17上方的金属硅化物19。
99.与图1所示的现有技术的高压mosfet器件相比，本发明实施例在间隙17上方形成金属硅化物19，金属硅化物19用于使沟道连续，如图9中实线圈20所示，金属硅化物19的存在解决由于间隙17的存在而阻断反型电荷层14传输沟道的连续性的问题，这种结构使得器件能够正常工作，提升了器件性能。
100.应当理解，许多其他层也可以存在，例如侧墙、接触孔刻蚀停止层(cesl)、层间膜、间隔元件和/或其他合适的部件，为了简化，图示中予以省略。
101.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。