[發(fā)明專利]刻蝕柵極的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010130254.7
• 申請日: 2010-03-11
• 公開（公告）號: CN102194678A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發(fā)明（設計）人: 王新鵬;黃怡;孟曉瑩;沈滿華
• 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: H01L21/28
• 分類號: 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

技術領域

本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種刻蝕柵極的方法。

背景技術

目前，伴隨著半導體制造技術的飛速發(fā)展，半導體器件為了達到更快的運算速度、更大的數(shù)據(jù)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(fā)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。那么，對柵極尺寸的精確控制變得越來越重要，而且柵極前端與前端之間的距離也需要準確控制。如圖3a所示，在Y軸方向上，兩個長條狀的柵極之間的距離，由雙向箭頭標示，為柵極前端與前端之間的距離。

多晶硅是制造柵極的優(yōu)選材料，其具有特殊的耐熱性以及較高的刻蝕成圖精確性?，F(xiàn)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上依次沉積多晶硅層120、接觸氧化層130，隨后涂布具有流動性的有機底部抗反射層(BARC)140和光阻膠150。其中，接觸氧化層130用于減少對多晶硅層進行摻雜時，離子對多晶硅層的損傷。BARC140用于在光阻膠曝光顯影時，增加光阻膠的抗反射系數(shù)，更為有效地曝光顯影定義柵極的位置。

步驟12、曝光顯影光阻膠。即圖案化光阻膠150，定義出柵極的位置。

步驟13、BARC刻蝕。以圖案化的光阻膠為掩膜，對BARC進行刻蝕。一般采用含氟的氣體，例如四氟化碳(CF₄)干法刻蝕BARC。該步驟中刻蝕反應腔內壓力為4毫托(mt)；源功率為350瓦；偏置功率為100瓦；刻蝕氣體CF₄的流量為25標準立方厘米每分鐘(sccm)。

步驟14、以刻蝕后的光阻膠150和BARC層140為掩膜依次刻蝕接觸氧化層130、多晶硅層120，形成柵極，如圖1所示。圖1為形成柵極的結構示意圖。

在同一晶片(wafer)上，從單線(Iso)處到密線(Dense)處，柵極與柵極之間的間距是逐漸減小的。Iso處和Dense處的區(qū)別是指wafer上圖案分布的密度不同。具體地，如圖3a所示，在X軸方向上，兩個長條狀的柵極之間的距離，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。采用含氟氣體進行BARC刻蝕時，同時會消耗BARC表面的光阻膠，產生聚合物(polymer)附著在柵極側壁，在Iso處，柵極間距較寬，產生的polymer對柵極側壁形成的保護相對較少，所以在以刻蝕后的光阻膠和BARC層為掩膜刻蝕柵氧化層和多晶硅層形成柵極時，所形成的Iso處的柵極尺寸比Dense處的柵極尺寸要小很多，因此Iso處和Dense處的柵極尺寸差異較大，達不到相同的尺寸，就會導致生產出的器件性能降低。

另一方面，由于采用含氟氣體進行BARC刻蝕，使得柵極前端與前端(head?to?head)之間的距離，其刻蝕前與刻蝕后的尺寸差異較大，即刻蝕偏移量(etch?bias)較大，同樣會導致生產出的器件性能降低。etch?bias等于刻蝕后檢測(After?Etch?Inspection，AEI)的特征尺寸減去顯影后檢測(AfterDevelopment?Inspection，ADI)的特征尺寸，這里刻蝕后檢測的特征尺寸為刻蝕柵極后，柵極的特征尺寸；顯影后檢測的特征尺寸為未刻蝕柵極前，光阻膠顯影后的特征尺寸。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明解決的技術問題是：提高柵極質量。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案具體是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明公開了一種刻蝕柵極的方法，該方法包括：

在半導體襯底上依次形成柵氧化層、多晶硅層、接觸氧化層、底部抗反射層和光阻膠；

曝光顯影圖案化所述光阻膠，定義柵極的位置；

以圖案化的光阻膠為掩膜，采用溴化氫HBr和氯氣Cl₂相結合干法刻蝕所述底部抗反射層；

以刻蝕后的光阻膠和底部抗反射層為掩膜，依次刻蝕接觸氧化層和多晶硅層，形成柵極。

刻蝕所述底部抗反射層在刻蝕反應腔內進行，所述刻蝕反應腔內HBr的流量為60～120標準立方厘米每分鐘sccm；Cl₂的流量為10～20sccm。

刻蝕所述底部抗反射層在刻蝕反應腔內進行，所述刻蝕反應腔內源功率為200～700瓦；偏置功率為100～500瓦。

刻蝕所述底部抗反射層在刻蝕反應腔內進行，所述刻蝕反應腔內壓力為2～5毫托mt。