專利名稱：刻蝕柵極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種刻蝕柵極的方法。
背景技術(shù)：
目前，伴隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件為了達(dá)到更快的運(yùn)算速度、 更大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(dǎo)體器件的柵極變得越來越細(xì)且長度變得較以往更短。那么，對(duì)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(zhǔn)確控制。如圖3a所示，在Y軸方向上，兩個(gè)長條狀的柵極之間的距離，由雙向箭頭標(biāo)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(shù)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(dǎo)體襯底100上生成柵極氧化層110，然后在柵極氧化層 Iio上依次沉積多晶硅層120、接觸氧化層130，隨后涂布具有流動(dòng)性的有機(jī)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(duì)多晶硅層進(jìn)行摻雜時(shí)，離子對(duì)多晶硅層的損傷。BARC140用于在光阻膠曝光顯影時(shí)，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(duì)BARC進(jìn)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(yīng)腔內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)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(gè)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(duì)比較窄。采用含氟氣體進(jìn)行BARC刻蝕時(shí)，同時(shí)會(huì)消耗BARC 表面的光阻膠，產(chǎn)生聚合物(polymer)附著在柵極側(cè)壁，在Iso處，柵極間距較寬，產(chǎn)生的 polymer對(duì)柵極側(cè)壁形成的保護(hù)相對(duì)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(shí)，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(dá)不到相同的尺寸，就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)出的器件性能降低。另一方面，由于采用含氟氣體進(jìn)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(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)出的器件性能降低。etch bias等于刻蝕后檢測(After Etch Inspection, ΑΕΙ)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(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提高柵極質(zhì)量。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)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(dǎo)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(jié)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?？涛g所述底部抗反射層在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)HBr的流量為 60 120標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)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(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)壓力為2 5毫托mt。由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明在形成柵極時(shí)，采用溴化氫(HBr)和氯氣(Cl2)相結(jié)合進(jìn)行BARC刻蝕，該BARC刻蝕氣體在BARC刻蝕過程中產(chǎn)生了較多的polymer，有效保護(hù) Iso處的柵極側(cè)壁，縮小在Iso處和Dense處對(duì)柵極側(cè)壁形成保護(hù)的差異，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(shí)，所形成的Iso處的柵極尺寸與Dense處的柵極尺寸趨于一致，不但提高了晶片上從Iso到Dense的柵極尺寸均勻性， 同時(shí)也使柵極前端與前端之間距離的etch bias有效減小，從而得到理想的柵極。


圖1為形成柵極的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明刻蝕形成多晶硅柵的方法流程示意圖。圖3a為對(duì)光阻膠顯影之后，柵極前端與前端之間距離的掃描示意圖。圖北為采用現(xiàn)有技術(shù)的方法進(jìn)行BARC刻蝕，得到的刻蝕之后柵極前端與前端之間距離的掃描示意圖。圖3c為采用本發(fā)明實(shí)施例的方法進(jìn)行BARC刻蝕，得到的刻蝕之后柵極前端與前端之間距離的掃描示意圖。圖4為分別采用本發(fā)明的方法和現(xiàn)有技術(shù)的方法，各自得到的在不同間距下量測的柵極尺寸曲線圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案、及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的核心思想是在形成柵極時(shí)，關(guān)鍵是采用HBr和Cl2相結(jié)合進(jìn)行BARC刻蝕，與現(xiàn)有技術(shù)中采用含氟氣體進(jìn)行BARC刻蝕相比，不但提高了晶片上從Iso到Dense的柵極尺寸均勻性，同時(shí)也使柵極前端與前端之間距離的etch bias有效減小。本發(fā)明刻蝕形成多晶硅柵的方法包括以下步驟，其流程示意圖如圖2所示。步驟21、首先需在半導(dǎo)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(dòng)性的有機(jī)BARC140和光阻膠150。其中，接觸氧化層130用于減少對(duì)多晶硅層進(jìn)行摻雜時(shí)，離子對(duì)多晶硅層的損傷。 BARC140用于在光阻膠曝光顯影時(shí)，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22、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23、BARC刻蝕。以圖案化的光阻膠為掩膜，對(duì)BARC進(jìn)行刻蝕。本發(fā)明采用 HBr和Cl2相結(jié)合干法刻蝕BARC。步驟24、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。對(duì)于本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行BARC刻蝕的具體工藝參數(shù)刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)壓力范圍為2 5mt，優(yōu)選為2mt、3mt或％it，該步驟在低壓下進(jìn)行，能夠有效去除BARC刻蝕過程產(chǎn)生的 polymer ；源功率為200 700瓦，優(yōu)選為300瓦、500瓦或600瓦；偏置功率為100 500 瓦，優(yōu)選為100瓦、200瓦或300瓦；將該步驟控制在上述功率范圍內(nèi)，能夠保護(hù)BARC層上的圖案化的光阻膠，不會(huì)在刻蝕過程中嚴(yán)重消耗；刻蝕氣體 HBr 的流量為 60 120sccm，優(yōu)選為 60sccm、80sccm 或 IOOsccm ；Cl2 的流量為 10 20sccm,優(yōu)選為 lOsccm、15sccm 或 20sccmo圖3a為對(duì)光阻膠顯影之后，柵極前端與前端之間距離的掃描示意圖；圖北為采用現(xiàn)有技術(shù)的方法進(jìn)行BARC刻蝕，得到的刻蝕之后柵極前端與前端之間距離的掃描示意圖； 圖3c為采用本發(fā)明上述實(shí)施例的方法進(jìn)行BARC刻蝕，得到的刻蝕之后柵極前端與前端之間距離的掃描示意圖。經(jīng)過量測，圖3a中柵極前端與前端之間ADI尺寸為66納米；圖北中柵極前端與前端之間AEI尺寸為79納米；圖3c中柵極前端與前端之間AEI尺寸為71納米。圖中長條狀為柵極，柵極前端與前端之間的距離由雙向箭頭標(biāo)示，圖中黑色區(qū)域?yàn)橛性磪^(qū)(AA)。由此可以看出，通過本發(fā)明的方法，etch bias = AEI-ADI = 71-66 = 5納米，與現(xiàn)有技術(shù)etch bias = AEI-ADI = 79-66 = 13納米相比，明顯減小，這意味著采用本發(fā)明的方法，刻蝕前后特征尺寸差異不大，不會(huì)出現(xiàn)刻蝕之后柵極前端與前端之間的距離太大， 導(dǎo)致柵極與其下的AA之間的重疊窗口縮小，也不會(huì)出現(xiàn)刻蝕之后柵極前端與前端之間的距離太小，導(dǎo)致柵極與柵極電連接。圖4為分別采用本發(fā)明的方法和現(xiàn)有技術(shù)的方法，各自得到的在不同間距下量測的柵極尺寸曲線圖。圖4中橫坐標(biāo)為柵極間距(poly pitch)，單位為納米；縱坐標(biāo)為刻蝕之后的柵極特征尺寸，單位也為納米。從圖4可以看出，柵極與柵極之間的間距從120納米到6000納米逐漸增大，采用現(xiàn)有技術(shù)的方法，形成的柵極尺寸在A-6 A+6納米之間，即變化范圍為12納米；而采用本發(fā)明的方法，形成的柵極尺寸在A-I A+5納米之間，即變化范圍只有6納米。也就是說采用本發(fā)明的方法，從wafer的Dense到Iso，柵極尺寸均勻性明顯提高，wafer上各處的柵極尺寸趨于一致。綜上所述，本發(fā)明關(guān)鍵是采用HBr和Cl2相結(jié)合進(jìn)行BARC刻蝕，BARC刻蝕時(shí)同時(shí)會(huì)消耗BARC表面的光阻膠，產(chǎn)生polymer，在Iso處，柵極間距較寬，產(chǎn)生的polymer對(duì)柵極側(cè)壁形成的保護(hù)相對(duì)較少。而本發(fā)明采用HBr和Cl2相結(jié)合進(jìn)行BARC刻蝕，恰好能夠在 BARC刻蝕過程中產(chǎn)生更多的聚合物，有效保護(hù)Iso處的柵極側(cè)壁，縮小在Iso處和Dense處對(duì)柵極側(cè)壁形成保護(hù)的差異，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(shí)，所形成的Iso處的柵極尺寸與Dense處的柵極尺寸趨于一致，不但提高了晶片上從Iso到Dense的柵極尺寸均勻性，同時(shí)也使柵極前端與前端之間距離的etch bias有效減小。而現(xiàn)有技術(shù)中BARC刻蝕采用含氟氣體，該類氣體并不會(huì)在BARC刻蝕過程中產(chǎn)生更多的聚合物，所以Iso處和Dense處的差異仍然存在，因此無法形成高質(zhì)量的柵極。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換以及改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種刻蝕柵極的方法，該方法包括在半導(dǎo)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(jié)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。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，刻蝕所述底部抗反射層在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)HBr的流量為60 120標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘sccm ；Cl2的流量為10 20sccmo
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，刻蝕所述底部抗反射層在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)源功率為200 700瓦；偏置功率為100 500瓦。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，刻蝕所述底部抗反射層在刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)進(jìn)行，所述刻蝕反應(yīng)腔內(nèi)壓力為2 5毫托mt。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種刻蝕柵極的方法，該方法包括在半導(dǎo)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(jié)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。采用本發(fā)明的方法能夠得到高質(zhì)量的柵極。
文檔編號(hào)H01L21/28GK102194678SQ20101013025
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者孟曉瑩, 沈滿華, 王新鵬, 黃怡 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司