CN104425228B - 多晶硅栅极的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多晶硅栅极的形成方法,包括:提供衬底;在衬底上形成多晶硅层、及位于多晶硅层上的图形化掩模层;以图形化掩模层为掩模,对多晶硅层进行第一各向异性干法刻蚀,以去除部分厚度的多晶硅层,形成多晶硅栅极的上部;在加热条件下,利用含H2的气体进行第二各向异性干法刻蚀,以对多晶硅栅极上部的侧壁进行修整;第二各向异性干法刻蚀之后,对多晶硅层进行第三各向异性干法刻蚀,以去除部分厚度的多晶硅层下方的剩余多晶硅层,形成多晶硅栅极。利用该方法可以减小多晶硅栅极的线宽粗糙度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,特别是涉及一种多晶硅栅极的形成方法。
背景技术
现有多晶硅栅极的形成方法包括:
如图1所示,提供衬底1,在衬底1上形成多晶硅层2、位于多晶硅层2上的底部抗反射层(Barc)3、及位于底部抗反射层3上的光刻胶层4;
如图2所示,对光刻胶层4(如图1所示)进行图形化,形成图形化的光刻胶层41,对底部抗反射层3(如图1所示)进行图形化,形成图形化的底部抗反射层31;
如图3所示,以图形化的光刻胶层41为掩模,对多晶硅层2(如图2所示)进行刻蚀,形成多晶硅栅极21。
然而,利用上述方法所形成的多晶硅栅极21的线宽粗糙度(Line WidthRoughness,简称LWR)较大,给半导体器件的性能带来了不良的影响。
发明内容
本发明要解决的问题是:多晶硅栅极的线宽粗糙度较大。
为解决上述问题,本发明提供了一种多晶硅栅极的形成方法,包括:
提供衬底;
在所述衬底上形成多晶硅层、及位于多晶硅层上的图形化掩模层;
以所述图形化掩模层为掩模,对所述多晶硅层进行第一各向异性干法刻蚀,以去除部分厚度的多晶硅层,形成多晶硅栅极的上部;
在加热条件下,利用含H2的气体进行第二各向异性干法刻蚀,以对所述多晶硅栅极上部的侧壁进行修整;
所述第二各向异性干法刻蚀之后,对所述多晶硅层进行第三各向异性干法刻蚀,以去除所述部分厚度的多晶硅层下方的剩余多晶硅层,形成多晶硅栅极。
可选地,所述加热条件为500至1500℃,所述第二各向异性干法刻蚀的工艺参数包括:H2的流量为500至2000sccm,压强为0.5atm至1.5atm,时间为2至10min。
可选地,所述部分厚度占多晶硅层总厚度的三分之一至二分之一。
可选地,所述图形化掩模层的形成方法包括:
在所述多晶硅层上形成底部抗反射层、及位于底部抗反射层上的光刻胶层;
对所述光刻胶层及底部抗反射层进行图形化,形成所述图形化掩模层。
可选地,所述图形化掩模层的形成方法包括:
在所述多晶硅层上形成硬掩模层、位于硬掩模层上的底部抗反射层、及位于底部抗反射层上的光刻胶层;
对所述光刻胶层及底部抗反射层进行图形化;
以图形化的光刻胶层为掩模,对所述硬掩模层进行刻蚀,形成所述图形化掩模层;
去除图形化的光刻胶层及底部抗反射层。
可选地,所述图形化掩模层的形成方法包括:
在所述多晶硅层上形成硬掩模层、位于硬掩模层上的无定型碳层、位于无定型碳层上的介电抗反射层、位于介电抗反射层上的底部抗反射层、及位于底部抗反射层上的光刻胶层;
对所述光刻胶层及底部抗反射层进行图形化;
以图形化的光刻胶层为掩模,对所述介电抗反射层进行图形化;
去除所述图形化的光刻胶层及底部抗反射层之后,以图形化的介电抗反射层为掩模,对所述无定型碳层进行图形化;
去除所述图形化的介电抗反射层之后,以图形化的无定型碳层为掩模,对所述硬掩模层进行图形化,形成所述图形化掩模层;
去除所述图形化的无定型碳层。
可选地,所述介电抗反射层的材料为氮氧化硅。
可选地,所述硬掩模层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。
可选地,所述第二各向异性干法刻蚀之后、第三各向异性干法刻蚀之前,还包括:去除所述图形化掩模层。
与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下优点:
本发明的技术方案先形成多晶硅栅极的上部;然后,在加热条件下,利用含H2的气体进行各向异性干法刻蚀,以对多晶硅栅极上部的侧壁进行修整,修整后的多晶硅栅极上部的线宽粗糙度比修整前的多晶硅栅极上部的线宽粗糙度小;再以修整后的多晶硅栅极上部为掩模,形成多晶硅栅极的下部,由于修整后的多晶硅栅极上部的线宽粗糙度较小,因而在后续以多晶硅栅极的上部为掩模形成多晶硅栅极的下部时,所形成多晶硅栅极的下部的线宽粗糙度也较小,使得整个多晶硅栅极的线宽粗糙度也减小了。
进一步地,通过控制在利用含H2的气体进行各向异性干法刻蚀步骤中的工艺参数,可以调整多晶硅栅极的关键尺寸,使其符合设计要求值,而不至于因多晶硅栅极的关键尺寸不符合要求而使整个半导体器件报废,降低了制造成本。
附图说明
图1至图3是现有多晶硅栅极的形成方法中半导体器件在各个制作阶段的剖面结构示意图;
图4至图15是本发明的第一实施例中半导体器件在各个制作阶段的剖面结构示意图,其中,图12是修整前的多晶硅栅极上部的俯视图,图14是修整后的多晶硅栅极上部的俯视图。
具体实施方式
造成现有多晶硅栅极线宽粗糙度较大的原因为:由于多种因素的影响,作为掩模的图形化的光刻胶层的线宽粗糙度较大,导致后续以图形化的光刻胶层为掩模进行图形转印时,所形成多晶硅栅极的线宽粗糙度也较大。
为了解决现有多晶硅栅极线宽粗糙度较大的问题,本发明提供了一种改进的多晶硅栅极的形成方法,该方法先形成多晶硅栅极的上部;然后,在加热条件下、利用含H2的气体进行各向异性干法刻蚀,以对多晶硅栅极上部的侧壁进行修整,修整后的多晶硅栅极上部的线宽粗糙度比修整前的多晶硅栅极上部的线宽粗糙度小;再以修整后的多晶硅栅极上部为掩模,形成多晶硅栅极的下部,由于修整后的多晶硅栅极上部的线宽粗糙度较小,因而在后续以多晶硅栅极的上部为掩模形成多晶硅栅极的下部时,所形成多晶硅栅极的下部的线宽粗糙度也较小,使得整个多晶硅栅极的线宽粗糙度也减小了。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
如图4所示,提供衬底100,在衬底100上形成多晶硅层110。
衬底100可以为硅衬底、硅锗衬底、镓砷等常用的衬底。多晶硅层110的形成方法可以为化学气相沉积、原子层沉积等常用的沉积方法。多晶硅层110的总厚度为h1。
然后,在多晶硅层上形成图形化掩模层。
在本实施例中,所述图形化掩模层的形成方法包括:
如图5所示,在多晶硅层110上形成硬掩模层120、位于硬掩模层120上的无定型碳层(amorphous carbon)130、位于无定型碳层130上的介电抗反射层(Darc)140、位于介电抗反射层140上的底部抗反射层(Barc)150、及位于底部抗反射层150上的光刻胶层160;
如图6所示,对光刻胶层160及底部抗反射层150(如图5所示)进行图形化,形成图形化的光刻胶层161及图形化的底部抗反射层151;
如图7所示,以图形化的光刻胶层161为掩模,对介电抗反射层140(如图6所示)进行图形化,形成图形化的介电抗反射层141,在此步骤中,通过选择介电抗反射层140的材料,可以提高介电抗反射层140与图形化的光刻胶层161之间的刻蚀选择比,使得图形化的光刻胶层161的厚度可以减小;
如图8所示,去除图形化的光刻胶层161及图形化的底部抗反射层151(如图7所示)之后,以图形化的介电抗反射层141为掩模,对无定型碳层130(如图7所示)进行图形化,形成图形化的无定型碳层131,在此步骤中,通过选择图形化的介电抗反射层141的材料,可以提高无定型碳层130与图形化的介电抗反射层141之间的刻蚀选择比,使得图形化的介电抗反射层141的厚度可以减小;
如图9所示,去除图形化的介电抗反射层141(如图8所示)之后,以图形化的无定型碳层131为掩模,对硬掩模层120(如图8所示)进行图形化,形成图形化掩模层121,在此步骤中,通过选择硬掩模层120的材料,可以提高硬掩模层120与图形化的无定型碳层131之间的刻蚀选择比,使得图形化的无定型碳层131的厚度可以减小;
如图10所示,去除图形化的无定型碳层131(如图9所示)。
在具体实施例中,如图6所示,当介电抗反射层140的材料为氮氧化硅时,可以提高介电抗反射层140与图形化的光刻胶层161之间的刻蚀选择比,如图7所示,也可以提高无定型碳层130与图形化的介电抗反射层141之间的刻蚀选择比。
在具体实施例中,如图8所示,当硬掩模层120的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅时,可以提高硬掩模层120与图形化的无定型碳层131之间的刻蚀选择比。
然后,如图11所示,以图形化掩模层121为掩模,对多晶硅层110进行第一各向异性干法刻蚀,以去除部分厚度h2的多晶硅层,形成多晶硅栅极的上部111。
由于多种因素的影响,图形化掩模层121的线宽粗糙度较大,导致以图形化掩模层121为掩模将图形转印到多晶硅层上时,如图12所示,所形成多晶硅栅极的上部111的线宽粗糙度也较大。
在具体实施例中,可以利用CF4、SF6、C2F6、NF3中的一种或多种气体进行所述第一各向异性干法刻蚀。
在本实施例中,所述部分厚度h2占多晶硅层总厚度h1的三分之一至二分之一。
然后,如图13所示,在加热条件下、利用含H2的气体P进行第二各向异性干法刻蚀,以对多晶硅栅极上部111(如图11所示)的侧壁进行修整,修整后形成多晶硅栅极上部112(图14所示),比较图12(图11中多晶硅栅极上部的俯视图)和图14(图13中多晶硅栅极上部的俯视图)可知,修整后的多晶硅栅极上部112的线宽粗糙度,比修整前的多晶硅栅极上部111的线宽粗糙度小,即修整后的多晶硅栅极上部112的侧壁,比修整前的多晶硅栅极上部111的侧壁更为平坦。
所述第二各向异性干法刻蚀之后多晶硅栅极上部的线宽粗糙度减小的原因为:一方面,各向异性干法刻蚀可以对多晶硅栅极上部的侧壁进行刻蚀,使多晶硅栅极上部的侧壁更为平坦;另一方面,该各向异性干法刻蚀是在加热条件下进行,使多晶硅栅极上部具有一定的流动性能,因而使多晶硅栅极上部的侧壁更为平坦。
在具体实施例中,所述加热条件为500至1500℃,第二各向异性干法刻蚀的工艺参数包括:H2的流量为500至2000sccm,压强为0.5atm至1.5atm,时间为2至10min。
在进行所述第一各向异性干法刻蚀之后、第二各向异性干法刻蚀之前,由于多种因素的影响,可能会造成多晶硅栅极上部的关键尺寸大于设计要求值,在这种情况下,通过控制第二各向异性干法刻蚀步骤中的工艺参数(如H2的流量),不仅可以减小多晶硅栅极上部的线宽粗糙度,还可以调整多晶硅栅极上部的关键尺寸,使其符合设计要求值。
然后,如图15所示,对多晶硅层110(如图13所示)进行第三各向异性干法刻蚀,以去除所述部分厚度的多晶硅层下方的剩余多晶硅层,形成多晶硅栅极114。
由上述可知,在形成多晶硅栅极时,如图11所示,先形成多晶硅栅极的上部111;然后,如图13所示,在加热条件下、利用含H2的气体进行各向异性干法刻蚀,以对多晶硅栅极上部的侧壁进行修整,形成修整后的多晶硅栅极上部112,修整后的多晶硅栅极上部112的线宽粗糙度比修整前的多晶硅栅极上部111的线宽粗糙度小;如图15所示,再以修整后的多晶硅栅极上部112为掩模,形成多晶硅栅极的下部113,由于修整后的多晶硅栅极上部112的线宽粗糙度较小,因而在后续以多晶硅栅极的上部112为掩模形成多晶硅栅极的下部113时,所形成多晶硅栅极的下部113的线宽粗糙度也较小,使得整个多晶硅栅极114的线宽粗糙度也都减小了。
如前所述,通过控制第二各向异性干法刻蚀步骤中的工艺参数,还可以调整多晶硅栅极上部的关键尺寸,使其符合设计要求值。由于多晶硅栅极下部是以多晶硅栅极的上部为掩模形成的,因此,也能使多晶硅栅极下部的关键尺寸符合设计要求值。换言之,通过控制第二各向异性干法刻蚀步骤中的工艺参数,可以调整多晶硅栅极的关键尺寸,使其符合设计要求值,而不至于因多晶硅栅极的关键尺寸不符合要求,而使整个半导体器件报废,降低了制造成本。
第二实施例
第二实施例与第一实施例之间的区别在于:在第二实施例中,所述图形化掩模层的形成方法包括:在所述多晶硅层上形成硬掩模层、位于硬掩模层上的底部抗反射层、及位于底部抗反射层上的光刻胶层;对所述光刻胶层及底部抗反射层进行图形化;以图形化的光刻胶层为掩模,对所述硬掩模层进行刻蚀,形成所述图形化掩模层;去除图形化的光刻胶层及底部抗反射层。
第三实施例
第三实施例与第一实施例之间的区别在于:在第三实施例中,所述图形化掩模层的形成方法包括:在所述多晶硅层上形成底部抗反射层、及位于底部抗反射层上的光刻胶层;对所述光刻胶层及底部抗反射层进行图形化,形成所述图形化掩模层。
第四实施例
第四实施例与第一至第三任一实施例之间的区别在于:在第四实施例中,所述第二各向异性干法刻蚀之后、第三各向异性干法刻蚀之前,还包括:去除所述图形化掩模层。
在上述第一至第三实施例中,第三各向异性干法刻蚀之后,所形成多晶硅栅极上方的图形化掩模层在后续制程中还有其他用途,因此在第二各向异性干法刻蚀之后、第三各向异性干法刻蚀之前,并没有去除所述图形化掩模层。
在本发明中,所述第二各向异性干法刻蚀步骤中,所述加热条件的温度并不局限于所给实施例,只要使得温度高于室温即可。
需说明的是,在本发明中,所述图形化掩模层的形成方法并不能仅仅局限于上述所给实施例,其他适于形成图形化掩模层的方法也在本发明的保护范围之内。
本发明中,各实施例采用递进式写法,重点描述与前述实施例的不同之处,各实施例中的相同部分可以参照前述实施例。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种多晶硅栅极的形成方法,其特征在于,包括:
提供衬底;
在所述衬底上形成多晶硅层、及位于多晶硅层上的图形化掩模层;
以所述图形化掩模层为掩模,对所述多晶硅层进行第一各向异性干法刻蚀,以去除部分厚度的多晶硅层,形成多晶硅栅极的上部;
在加热条件下,利用含H2的气体进行第二各向异性干法刻蚀,以对所述多晶硅栅极上部的侧壁进行修整;
所述第二各向异性干法刻蚀之后,对所述多晶硅层进行第三各向异性干法刻蚀,以去除所述部分厚度的多晶硅层下方的剩余多晶硅层,形成多晶硅栅极。
2.根据权利要求1所述的形成方法,其特征在于,所述加热条件为500至1500℃,所述第二各向异性干法刻蚀的工艺参数包括:H2的流量为500至2000sccm,压强为0.5atm至1.5atm,时间为2至10min。
3.根据权利要求1所述的形成方法,其特征在于,所述部分厚度占多晶硅层总厚度的三分之一至二分之一。
4.根据权利要求1所述的形成方法,其特征在于,所述图形化掩模层的形成方法包括:
在所述多晶硅层上形成底部抗反射层、及位于底部抗反射层上的光刻胶层;
对所述光刻胶层及底部抗反射层进行图形化,形成所述图形化掩模层。
5.根据权利要求1所述的形成方法,其特征在于,所述图形化掩模层的形成方法包括:
在所述多晶硅层上形成硬掩模层、位于硬掩模层上的底部抗反射层、及位于底部抗反射层上的光刻胶层;
对所述光刻胶层及底部抗反射层进行图形化;
以图形化的光刻胶层为掩模,对所述硬掩模层进行刻蚀,形成所述图形化掩模层;
去除图形化的光刻胶层及底部抗反射层。
6.根据权利要求1所述的形成方法,其特征在于,所述图形化掩模层的形成方法包括:
在所述多晶硅层上形成硬掩模层、位于硬掩模层上的无定型碳层、位于无定型碳层上的介电抗反射层、位于介电抗反射层上的底部抗反射层、及位于底部抗反射层上的光刻胶层;
对所述光刻胶层及底部抗反射层进行图形化;
以图形化的光刻胶层为掩模,对所述介电抗反射层进行图形化;
去除所述图形化的光刻胶层及底部抗反射层之后,以图形化的介电抗反射层为掩模,对所述无定型碳层进行图形化;
去除所述图形化的介电抗反射层之后,以图形化的无定型碳层为掩模,对所述硬掩模层进行图形化,形成所述图形化掩模层;
去除所述图形化的无定型碳层。
7.根据权利要求6所述的形成方法,其特征在于,所述介电抗反射层的材料为氮氧化硅。
8.根据权利要求5或6所述的形成方法,其特征在于,所述硬掩模层的材料为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅。
9.根据权利要求1所述的形成方法,其特征在于,所述第二各向异性干法刻蚀之后、第三各向异性干法刻蚀之前,还包括:去除所述图形化掩模层。
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