CN101459134A

CN101459134A - 栅极及晶体管的制作方法

Info

Publication number: CN101459134A
Application number: CNA2007100944639A
Authority: CN
Inventors: 陈海华; 黄怡; 张海洋
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2027-12-13
Also published as: CN101459134B

Abstract

一种栅极的制作方法，包括：在半导体衬底上依次形成栅介电层和多晶硅层，所述半导体衬底分为器件密集区和器件非密集区；刻蚀多晶硅层和栅介电层至露出半导体衬底，形成栅极；刻蚀栅极，使器件密集区的栅极关键尺寸与器件非密集区的栅极关键尺寸一致，达到目标尺寸。本发明还提供一种晶体管的制作方法。使最终器件密集区的栅极关键尺寸比器件非密集区的栅极关键尺寸一致，达到目标尺寸。

Description

栅极及晶体管的制作方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制作领域，尤其涉及栅极及晶体管的制作方法。

背景技术

随着半导体制造技术的飞速发展，为了达到更快的运算速度、更大的数据存储量以及更多的功能，集成电路晶片朝向更高的元件密度、高集成度方向发展，半导体器件的栅极尺寸变得越来越细且长度变得较以往更短。

现有在形成栅极的工艺中，如图1所示，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100分为器件密集区I和器件非密集区II；在半导体衬底100上形成栅介电层102，所述形成栅介电层102的方法为热氧化法或化学气相沉积法；用化学气相沉积法在栅介电层102上沉积多晶硅层104；用物理气相沉积或化学气相沉积方法在多晶硅层104上形成腐蚀阻挡层106，所述腐蚀阻挡层106的材料为氮化硅或氮氧化硅等，用以在刻蚀过程中保护多晶硅层104；用旋涂法在腐蚀阻挡层106上形成光刻胶层108，经过曝光显影工艺，在光刻胶层108上定义栅极图形。

如图2所示，以光刻胶层108为掩膜，用干法蚀刻法刻蚀腐蚀阻挡层106、多晶硅层104和栅介电层102至露出半导体衬底100，在器件密集区I形成栅极104a，在器件非密集区II形成栅极104b。所述刻蚀气体为氯气和氧气组合，氯气与氧气的流量比为1～4，通入气体时间为10s～20s；氯气和氧气组合的刻蚀气体在刻蚀腐蚀阻挡层106和多晶硅层104，形成栅极104a、104b的过程中，会造成器件密集区I的栅极104a关键尺寸比器件非密集区II的栅极104b关键尺寸小，即器件非密集区II的栅极104b关键尺寸达到目标尺寸，而器件密集区I的栅极104a关键尺寸比目标尺寸小。

如图3所示，灰化法去除光刻胶层108；湿法刻蚀法去除残留光刻胶层108和腐蚀阻挡层106。

在申请号为200410093459的中国专利申请中，还可以发现更多与上述技术方案相关的信息，形成栅极的方法。

现有技术，氯气和氧气组合的刻蚀气体在刻蚀腐蚀阻挡层和多晶硅层，形成栅极的过程中，会造成器件密集区的栅极关键尺寸比器件非密集区的栅极关键尺寸短，进而会造成不同器件密集区栅极关键尺寸的不同，导致良率的下降的缺陷。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种栅极及晶体管的制作方法，使器件密集区与器件非密集区的栅极关键尺寸一致，达到目标尺寸。

为解决上述问题，本发明提供一种栅极的制作方法，包括：在半导体衬底上依次形成栅介电层和多晶硅层，所述半导体衬底分为器件密集区和器件非密集区；刻蚀多晶硅层和栅介电层至露出半导体衬底，形成栅极；刻蚀栅极，使器件密集区的栅极关键尺寸与器件非密集区的栅极关键尺寸一致，达到目标尺寸。

可选的，刻蚀多晶硅层和栅介电层的气体为氯气和氧气组合时，刻蚀栅极采用溴化氢和氧气的气体组合。所述氯气和氧气的流量比值为1～4。通入氯气和氧气的时间为5s～15s。所述溴化氢和氧气的流量比值为2～5。通入溴化氢和氧气的时间为5s～15s。

可选的，刻蚀多晶硅层和栅介电层的气体为溴化氢和氧气组合时，刻蚀栅极采用氯气和氧气的气体组合。所述溴化氢和氧气的流量比值为2～5。通入溴化氢和氧气的时间为5s～15s。所述氯气和氧气的流量比值为1～4。通入氯气和氧气的时间为5s～15s。

可选的，刻蚀多晶硅层和栅介电层的气体使器件密集区的栅极关键尺寸比器件非密集区的栅极关键尺寸小时，刻蚀栅极的气体使器件密集区的栅极关键尺寸变化比器件非密集区的栅极关键尺寸变化小；或者刻蚀多晶硅层和栅介电层的气体使器件密集区的栅极关键尺寸比器件非密集区的栅极关键尺寸大时，刻蚀栅极的气体使器件密集区的栅极关键尺寸变化比器件非密集区的栅极关键尺寸变化大。

本发明提供一种晶体管的制作方法，包括：在半导体衬底上依次形成栅介电层、多晶硅层和腐蚀阻挡层，所述半导体衬底分为器件密集区和器件非密集区；刻蚀腐蚀阻挡层、多晶硅层和栅介电层至露出半导体衬底，形成栅极；刻蚀栅极，使器件密集区的栅极关键尺寸与器件非密集区的栅极关键尺寸一致，达到目标尺寸；去除腐蚀阻挡层后，依次在栅极两侧的半导体衬底中形成低掺杂漏极，在栅极两侧形成侧墙，在栅极两侧的半导体衬底中形成源极/漏极。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：形成栅极后，刻蚀栅极，所述刻蚀气体使器件密集区的栅极关键尺寸比器件非密集区的栅极关键尺寸一致，达到目标尺寸。由于最终形成的器件密集区的栅极关键尺寸与器件非密集区的栅极关键尺寸一致，提高栅极的质量。

附图说明

图1至图3是现有工艺制作栅极的示意图；

图4是本发明制作栅极的具体实施方式流程图；

图5是本发明制作晶体管的具体实施方式流程图；

图6至图9是本发明制作栅极的第一实施例示意图；

图10至图13是本发明制作晶体管的第一实施例示意图；

图14至图17是本发明制作栅极的第二实施例示意图；

图18至图21是本发明制作晶体管的第二实施例示意图。

具体实施方式

本发明形成栅极后，刻蚀栅极，所述刻蚀气体使器件密集区的栅极关键尺寸比器件非密集区的栅极关键尺寸一致，达到目标尺寸。由于最终形成的器件密集区的栅极关键尺寸与器件非密集区的栅极关键尺寸一致，提高栅极的质量。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图4是本发明制作栅极的第一具体实施方式流程图。如图4所示，执行步骤S101，在半导体衬底上依次形成栅介电层和多晶硅层，所述半导体衬底分为器件密集区和器件非密集区；执行步骤S102，刻蚀多晶硅层和栅介电层至露出半导体衬底，形成栅极；执行步骤S103，刻蚀栅极，使器件密集区的栅极关键尺寸与器件非密集区的栅极关键尺寸一致，达到目标尺寸。

图5是本发明制作晶体管的具体实施方式流程图。如图5所示，执行步骤S201，在半导体衬底上依次形成栅介电层、多晶硅层和腐蚀阻挡层，所述半导体衬底分为器件密集区和器件非密集区；执行步骤S202，刻蚀腐蚀阻挡层、多晶硅层和栅介电层至露出半导体衬底，形成栅极；执行步骤S203，刻蚀栅极，使器件密集区的栅极关键尺寸与器件非密集区的栅极关键尺寸一致，达到目标尺寸；执行步骤S204，去除腐蚀阻挡层后，依次在栅极两侧的半导体衬底中形成低掺杂漏极，在栅极两侧形成侧墙，在栅极两侧的半导体衬底中形成源极/漏极。

实施例一

图6至图9是本发明制作栅极的第一实施例示意图。如图6所示，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200分为器件密集区I和器件非密集区II；在半导体衬底200上形成栅介电层202，所述形成栅介电层202的方法为热氧化法或化学气相沉积法；用化学气相沉积法在栅介电层202上沉积多晶硅层204；用物理气相沉积或化学气相沉积方法在多晶硅层204上形成腐蚀阻挡层206，所述腐蚀阻挡层206的材料为氮化硅或氮氧化硅等，用以在刻蚀过程中保护多晶硅层204；用旋涂法在腐蚀阻挡层206上形成光刻胶层208，经过曝光显影工艺，在光刻胶层208上定义栅极图形。

如图7所示，以光刻胶层208为掩膜，先用氯气和氧气组合的刻蚀气体207刻蚀腐蚀阻挡层206、多晶硅层204和栅介电层202至露出半导体衬底200，在器件密集区I形成栅极204a，在器件非密集区II形成栅极204b。所述氯气与氧气的流量比为1～4，通入气体时间为5s～15s；由于氯气和氧气组合的刻蚀气体在刻蚀腐蚀阻挡层206、多晶硅层204和栅介电层202，形成栅极204a、204b的过程中，会造成器件密集区I的栅极204a关键尺寸比器件非密集区II的栅极204b关键尺寸小；同时由于通入的气体时间为5s～15s，因此器件密集区I的栅极204a与器件非密集区II的栅极204b关键尺寸均未达到目标尺寸，与目标尺寸相差5nm～15nm。

本实施例中，所述氯气与氧气的流量比具体为1、2、3或4等；通入气体时间具体为5s、6s、7s、8s、9s、10s、11s、12s、13s、14s或15s等。

如图8所示，然后，继续以光刻胶层208为掩膜，用溴化氢和氧气组合的刻蚀气体209刻蚀腐蚀阻挡层206、多晶硅层204和栅介电层202至露出半导体衬底200，使栅极204a、204b的关键尺寸达到目标尺寸。所述溴化氢和氧气的流量比为2～5，通入气体时间为5s～15s；由于溴化氢和氧气组合的刻蚀气体刻蚀腐蚀阻挡层206、多晶硅层204和栅介电层202至露出半导体衬底200时，会使器件密集区I的栅极204a关键尺寸变化慢，而器件非密集区II的栅极204b关键尺寸变化快，因此在通入气体5s～15s内，器件密集区I的栅极204a关键尺寸与器件非密集区II的栅极204b关键尺寸一致。

本实施例中，所述溴化氢和氧气的流量比具体为2、3、4或5等，通入气体时间具体为5s、6s、7s、8s、9s、10s、11s、12s、13s、14s或15s等。

如图9所示，灰化法去除光刻胶层208；湿法刻蚀法去除残留光刻胶层208和腐蚀阻挡层206。

图10至图13是本发明制作晶体管的第一实施例示意图。如图10所示，提供半导体衬底300，所述半导体衬底300分为器件密集区I和器件非密集区II；在半导体衬底300上形成栅介电层302，所述形成栅介电层302的方法为热氧化法或化学气相沉积法；用化学气相沉积法在栅介电层302上沉积多晶硅层304；用物理气相沉积或化学气相沉积方法在多晶硅层304上形成腐蚀阻挡层306，所述腐蚀阻挡层306的材料为氮化硅或氮氧化硅等，用以在刻蚀过程中保护多晶硅层304；用旋涂法在腐蚀阻挡层306上形成光刻胶层308，经过曝光显影工艺，在光刻胶层308上定义栅极图形。

如图11所示，以光刻胶层308为掩膜，先用氯气和氧气组合的刻蚀气体307刻蚀腐蚀阻挡层306、多晶硅层304和栅介电层302至露出半导体衬底300，在器件密集区I形成栅极304a，在器件非密集区II形成栅极304b。所述氯气与氧气的流量比为1～4，通入气体时间为5s～15s；由于氯气和氧气组合的刻蚀气体在刻蚀腐蚀阻挡层306、多晶硅层304和栅介电层302，形成栅极304a、304b的过程中，会造成器件密集区I的栅极304a关键尺寸比器件非密集区II的栅极304b关键尺寸小；同时由于通入的气体时间为5s～15s，因此器件密集区I的栅极304a与器件非密集区II的栅极304b关键尺寸均未达到目标尺寸，与目标尺寸相差5nm～15nm。

如图12所示，然后，继续以光刻胶层308为掩膜，用溴化氢和氧气组合的刻蚀气体309刻蚀腐蚀阻挡层306、多晶硅层304和栅介电层302至露出半导体衬底300，使栅极304a、304b的关键尺寸达到目标尺寸。所述溴化氢和氧气的流量比为2～5，通入气体时间为5s～15s；由于溴化氢和氧气组合的刻蚀气体刻蚀腐蚀阻挡层306、多晶硅层304和栅介电层302至露出半导体衬底300时，会使器件密集区I的栅极304a关键尺寸变化慢，而器件非密集区II的栅极304b关键尺寸变化快，因此在通入气体5s～15s内，器件密集区I的栅极304a关键尺寸与器件非密集区II的栅极304b关键尺寸一致。

如图13所示，灰化法去除光刻胶层308；湿法刻蚀法去除残留光刻胶层308和腐蚀阻挡层306，具体为酸蚀法，采用的酸蚀溶液为磷酸；以栅极304a、304b为掩膜，向半导体衬底300内注入P型离子，形成低掺杂漏极310；用回蚀法在栅极304a、304b两侧形成侧墙312，所述侧墙312的材料为氧化硅、氮化硅或氧化硅-氮化硅-氧化硅等；以栅极304a、304b及侧墙312为掩膜，向半导体衬底300内注入N型离子，形成源/漏极314。

实施例二

图14至图17是本发明制作栅极的第二实施例示意图。如图14所示，提供半导体衬底400，所述半导体衬底400分为器件密集区I和器件非密集区II；在半导体衬底400上形成栅介电层402，所述形成栅介电层402的方法为热氧化法或化学气相沉积法；用化学气相沉积法在栅介电层402上沉积多晶硅层404；用物理气相沉积或化学气相沉积方法在多晶硅层404上形成腐蚀阻挡层406，所述腐蚀阻挡层406的材料为氮化硅或氮氧化硅等，用以在刻蚀过程中保护多晶硅层404；用旋涂法在腐蚀阻挡层406上形成光刻胶层408，经过曝光显影工艺，在光刻胶层408上定义栅极图形。

如图15所示，以光刻胶层408为掩膜，先用溴化氢和氧气组合的刻蚀气体407刻蚀腐蚀阻挡层406、多晶硅层404和栅介电层402至露出半导体衬底400，使栅极404a、404b的关键尺寸达到目标尺寸。所述溴化氢和氧气的流量比为2～5，通入气体时间为5s～15s；由于溴化氢和氧气组合的刻蚀气体在刻蚀腐蚀阻挡层406、多晶硅层404和栅介电层402，形成栅极404a、404b的过程中，会造成器件非密集区II的栅极404b关键尺寸比器件密集区I的栅极404a关键尺寸小；同时由于通入的气体时间为5s～15s，因此器件密集区I的栅极404a与器件非密集区II的栅极404b关键尺寸均未达到目标尺寸，与目标尺寸相差5nm～15nm。

本实施例中，所述溴化氢和氧气的流量比具体为2、3、4或5等；通入气体时间具体为5s、6s、7s、8s、9s、10s、11s、12s、13s、14s或15s等。

如图16所示，然后，继续以光刻胶层408为掩膜，用氯气和氧气组合的刻蚀气体409刻蚀腐蚀阻挡层406、多晶硅层404和栅介电层402至露出半导体衬底400，在器件密集区I形成栅极404a，在器件非密集区II形成栅极404b。所述氯气与氧气的流量比为1～4，通入气体时间为5s～15s；由于氯气和氧气组合的刻蚀气体刻蚀腐蚀阻挡层406、多晶硅层404和栅介电层402至露出半导体衬底400时，会使器件非密集区II的栅极404b关键尺寸变化慢，而器件密集区I的栅极404a关键尺寸变化快，因此在通入气体5s～15s内，器件密集区I的栅极404a关键尺寸与器件非密集区II的栅极404b关键尺寸一致。

本实施例中，所述氯气与氧气的流量比具体为1、2、3或4等，通入气体时间具体为5s、6s、7s、8s、9s、10s、11s、12s、13s、14s或15s等。

如图17所示，灰化法去除光刻胶层408；湿法刻蚀法去除残留光刻胶层408和腐蚀阻挡层406。

图18至图21是本发明制作晶体管的第二实施例示意图。如图18所示，提供半导体衬底500，所述半导体衬底500分为器件密集区I和器件非密集区II；在半导体衬底500上形成栅介电层502，所述形成栅介电层502的方法为热氧化法或化学气相沉积法；用化学气相沉积法在栅介电层502上沉积多晶硅层504；用物理气相沉积或化学气相沉积方法在多晶硅层504上形成腐蚀阻挡层506，所述腐蚀阻挡层506的材料为氮化硅或氮氧化硅等，用以在刻蚀过程中保护多晶硅层504；用旋涂法在腐蚀阻挡层506上形成光刻胶层508，经过曝光显影工艺，在光刻胶层508上定义栅极图形。

如图19所示，以光刻胶层508为掩膜，先用溴化氢和氧气组合的刻蚀气体507刻蚀腐蚀阻挡层506、多晶硅层504和栅介电层502至露出半导体衬底500，使栅极504a、504b的关键尺寸达到目标尺寸。所述溴化氢和氧气的流量比为2～5，通入气体时间为5s～15s；由于溴化氢和氧气组合的刻蚀气体在刻蚀腐蚀阻挡层506、多晶硅层504和栅介电层502，形成栅极504a、504b的过程中，会造成器件非密集区II的栅极504b关键尺寸比器件密集区I的栅极504a关键尺寸小；同时由于通入的气体时间为5s～15s，因此器件密集区I的栅极504a与器件非密集区II的栅极504b关键尺寸均未达到目标尺寸，与目标尺寸相差5nm～15nm。

如图20所示，然后，继续以光刻胶层508为掩膜，用氯气和氧气组合的刻蚀气体509刻蚀腐蚀阻挡层506、多晶硅层504和栅介电层502至露出半导体衬底500，在器件密集区I形成栅极504a，在器件非密集区II形成栅极504b。所述氯气与氧气的流量比为1～4，通入气体时间为5s～15s；由于氯气和氧气组合的刻蚀气体刻蚀腐蚀阻挡层506、多晶硅层504和栅介电层502至露出半导体衬底500时，会使器件非密集区II的栅极504b关键尺寸变化慢，而器件密集区I的栅极504a关键尺寸变化快，因此在通入气体5s～15s内，器件密集区I的栅极504a关键尺寸与器件非密集区II的栅极504b关键尺寸一致。

如图21所示，灰化法去除光刻胶层508；湿法刻蚀法去除残留光刻胶层508和腐蚀阻挡层506，具体为酸蚀法，采用的酸蚀溶液为磷酸；以栅极504a、504b为掩膜，向半导体衬底500内注入P型离子，形成低掺杂漏极510；用回蚀法在栅极504a、504b两侧形成侧墙512，所述侧墙512的材料为氧化硅、氮化硅或氧化硅-氮化硅-氧化硅等；以栅极504a、504b及侧墙512为掩膜，向半导体衬底500内注入N型离子，形成源/漏极514。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种栅极的制作方法，其特征在于，包括：

在半导体衬底上依次形成栅介电层和多晶硅层，所述半导体衬底分为器件密集区和器件非密集区；

刻蚀多晶硅层和栅介电层至露出半导体衬底，形成栅极；

刻蚀栅极，使器件密集区的栅极关键尺寸与器件非密集区的栅极关键尺寸一致，达到目标尺寸。

2.根据权利要求1所述栅极的制作方法，其特征在于，刻蚀多晶硅层和栅介电层的气体为氯气和氧气组合时，刻蚀栅极采用溴化氢和氧气的气体组合。

3.根据权利要求2所述栅极的制作方法，其特征在于，所述氯气和氧气的流量比值为1～4。

4.根据权利要求3所述栅极的制作方法，其特征在于，通入氯气和氧气的时间为5s～15s。

5.根据权利要求2所述栅极的制作方法，其特征在于，所述溴化氢和氧气的流量比值为2～5。

6.根据权利要求5所述栅极的制作方法，其特征在于，通入溴化氢和氧气的时间为5s～15s。

7.根据权利要求1所述栅极的制作方法，其特征在于，刻蚀多晶硅层和栅介电层的气体为溴化氢和氧气组合时，刻蚀栅极采用氯气和氧气的气体组合。

8.根据权利要求7所述栅极的制作方法，其特征在于，所述溴化氢和氧气的流量比值为2～5。

9.根据权利要求8所述栅极的制作方法，其特征在于，通入溴化氢和氧气的时间为5s～15s。

10.根据权利要求7所述栅极的制作方法，其特征在于，所述氯气和氧气的流量比值为1～4。

11.根据权利要求10所述栅极的制作方法，其特征在于，通入氯气和氧气的时间为5s～15s。

12.根据权利要求1所述栅极的制作方法，其特征在于，刻蚀多晶硅层和栅介电层的气体使器件密集区的栅极关键尺寸比器件非密集区的栅极关键尺寸小时，刻蚀栅极的气体使器件密集区的栅极关键尺寸变化比器件非密集区的栅极关键尺寸变化小；或者刻蚀多晶硅层和栅介电层的气体使器件密集区的栅极关键尺寸比器件非密集区的栅极关键尺寸大时，刻蚀栅极的气体使器件密集区的栅极关键尺寸变化比器件非密集区的栅极关键尺寸变化大。

13.一种晶体管的制作方法，其特征在于，包括：

在半导体衬底上依次形成栅介电层、多晶硅层和腐蚀阻挡层，所述半导体衬底分为器件密集区和器件非密集区；

刻蚀腐蚀阻挡层、多晶硅层和栅介电层至露出半导体衬底，形成栅极；

刻蚀栅极，使器件密集区的栅极关键尺寸与器件非密集区的栅极关键尺寸一致，达到目标尺寸；

去除腐蚀阻挡层后，依次在栅极两侧的半导体衬底中形成低掺杂漏极，在栅极两侧形成侧墙，在栅极两侧的半导体衬底中形成源极/漏极。

14.根据权利要求13所述晶体管的制作方法，其特征在于，刻蚀多晶硅层和栅介电层的气体为氯气和氧气组合时，刻蚀栅极采用溴化氢和氧气的气体组合。

15.根据权利要求14所述晶体管的制作方法，其特征在于，所述氯气和氧气的流量比值为1～4。

16.根据权利要求15所述晶体管的制作方法，其特征在于，通入氯气和氧气的时间为5s～15s。

17.根据权利要求14所述晶体管的制作方法，其特征在于，所述溴化氢和氧气的流量比值为2～5。

18.根据权利要求17所述晶体管的制作方法，其特征在于，通入溴化氢和氧气的时间为5s～15s。

19.根据权利要求13所述晶体管的制作方法，其特征在于，刻蚀多晶硅层和栅介电层的气体为溴化氢和氧气组合时，刻蚀栅极采用氯气和氧气的气体组合。

20.根据权利要求19所述晶体管的制作方法，其特征在于，所述溴化氢和氧气的流量比值为2～5。

21.根据权利要求20所述晶体管的制作方法，其特征在于，通入溴化氢和氧气的时间为5s～15s。

22.根据权利要求19所述晶体管的制作方法，其特征在于，所述氯气和氧气的流量比值为1～4。

23.根据权利要求22所述晶体管的制作方法，其特征在于，通入氯气和氧气的时间为5s～15s。

24.根据权利要求13所述晶体管的制作方法，其特征在于，刻蚀多晶硅层和栅介电层的气体使器件密集区的栅极关键尺寸比器件非密集区的栅极关键尺寸小时，刻蚀栅极的气体使器件密集区的栅极关键尺寸变化比器件非密集区的栅极关键尺寸变化小；或者刻蚀多晶硅层和栅介电层的气体使器件密集区的栅极关键尺寸比器件非密集区的栅极关键尺寸大时，刻蚀栅极的气体使器件密集区的栅极关键尺寸变化比器件非密集区的栅极关键尺寸变化大。