[發明專利]提高柵極尺寸均勻性的方法有效

申請號：	200910053813.6	申請日：	2009-06-25
公開（公告）號：	CN101930921A	公開（公告）日：	2010-12-29
發明（設計）人：	張海洋;趙林林	申請（專利權）人：	中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
主分類號：	H01L21/336	分類號：	H01L21/336;H01L21/28
代理公司：	北京德琦知識產權代理有限公司 11018	代理人：	牛崢;王麗琴
地址：	201203 ***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	提高柵極尺寸均勻方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種提高柵極尺寸均勻性的方法。

背景技術

目前，伴隨著半導體制造技術的飛速發展，半導體器件為了達到更快的運算速度、更大的數據存儲量以及更多的功能，晶片朝向更高的元件密度、高集成度方向發展，半導體器件的柵極變得越來越細且長度變得較以往更短。

多晶硅是制造柵極的優選材料，其具有特殊的耐熱性以及較高的刻蝕成圖精確性。現有技術中刻蝕形成多晶硅柵的方法包括以下步驟：

步驟11、首先需在半導體襯底100上生成柵極氧化層110，然后在柵極氧化層110上沉積多晶硅層120，隨后涂布具有流動性的底部抗反射層(BARC)130和光阻膠140。底部抗反射層130作為吸光層，包括深紫外線吸收氧化物(DUO)等。如圖1所示。圖1為在半導體襯底上依次沉積柵氧化層、多晶硅層、底部抗反射層及光阻膠的結構示意圖。

步驟12、光阻修剪工藝(trim)。即定義出柵極的位置，圖案化光阻膠140。一般采用氯氣(Cl₂)和氧氣(O₂)相結合干法刻蝕光阻膠140。

步驟13、BARC主刻蝕(Main?Etch，ME)。以圖案化的光阻膠為掩膜，對BARC進行主刻蝕。BARC寬度與圖案化的光阻膠底部寬度相同。一般采用氯氣和氧氣相結合干法刻蝕BARC。

步驟14、BARC過刻蝕(Over?Etch，OE)。以確保整個晶片(wafer)各個地方的BARC全部打開。一般采用氯氣和氧氣相結合干法刻蝕BARC。

步驟15、以刻蝕后的光阻膠140和BARC層130為掩膜刻蝕多晶硅層120，形成柵極，并去除光阻膠和BARC，如圖2所示。圖2為形成柵極的結構示意圖。

由于柵極的寬度決定著源/漏極到柵極的距離，從而影響著器件的性能，所以，如何形成高質量的柵極是半導體制造工藝中必須關注的問題之一。尤其對于小尺寸器件，光刻柵極時對光刻的精度要求較高，工藝難度較大，由于圖案化的光阻膠形狀不均勻，很容易出現蝕刻的柵極局部寬度過窄，那么該局部源區極和漏極就可能穿通，導致器件失效。器件尺寸越小，相對來說柵極側壁粗糙度(poly?line?wall?roughness，LWR)越高，有的位置上柵極的寬度很窄，有的位置上柵極很寬。圖3A是形成理想柵極的俯視圖。如圖3A所示，由于柵極302刻蝕形狀良好，該源極301和漏極303工作正常。圖3B是局部過窄柵極的俯視圖。如圖3B所示，由于柵極302局部寬度過窄，該局部源極301和漏極303穿通，形成穿通電流，導致器件失效。

另一方面，按照現有技術中的BARC主刻蝕步驟，采用氯氣和氧氣相結合干法刻蝕BARC，導致在單線(Iso)處的刻蝕速率大于在密線(Dense)處的刻蝕速率。需要說明的是，器件在wafer上形成，所以會在wafer上制作形成柵極。在同一晶片上，從Iso處到Dense處，間距是逐漸減小的。Iso處和Dense處的區別是指wafer上圖案分布的密度不同。具體地，在Iso處的柵極間距比較寬，而在Dense處的柵極間距相對比較窄。這樣由于Iso處的刻蝕速率較大，在Iso處和Dense處相同刻蝕時間的情況下，會使刻蝕后的Iso處的柵極尺寸較小，與Dense處的柵極尺寸差異較大，那么Iso處和Dense處的柵極達不到相同的尺寸，就會導致生產出的器件性能降低。

發明內容

有鑒于此，本發明解決的技術問題是：提高柵極尺寸的均勻性，降低柵極側壁的粗糙度以及提高單線和密線處柵極尺寸的均勻性。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案具體是這樣實現的：

本發明公開了一種提高柵極尺寸均勻性的方法，所述柵極的形成包括：

在半導體襯底上依次形成柵氧化層、多晶硅層、底部抗反射層BARC及光阻膠；

對所述光阻膠進行修剪trim，用于定義柵極的位置；

對所述底部抗反射層進行主刻蝕；

對所述底部抗反射層進行過刻蝕；

刻蝕所述多晶硅層形成柵極，去除光阻膠及底部抗反射層；

關鍵在于，刻蝕反應腔內采用偏置電壓，對光阻膠進行修剪。

所述偏置電壓為50～200伏。

采用氯氣和氧氣相結合對光阻膠進行修剪。