CN112820640B - 多晶硅的刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多晶硅的刻蚀方法，针对两部分区域之间具有台阶的多晶硅刻蚀，所述两部分区域包含高压氧化层区域以及多晶硅栅极区域；两部分区域进行多晶硅同步刻蚀时，先通过第一步多晶硅刻蚀工艺形成过渡形貌，然后再通过两次多晶硅刻蚀将高压氧化层区域及多晶硅栅极区域的多晶硅形貌刻蚀到设计状态。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体是指一种多晶硅的刻蚀方法。
背景技术
多晶硅刻蚀是半导体器件制造中不可或缺的工艺步骤，通常都是通过改变刻蚀气体来调节多晶硅的形貌，常见的多晶硅刻蚀气体为氯气、溴气或者两者的混合气体。氯气能产生各向异性的硅侧壁剖面并对氧化硅有很好的选择比，溴基气体同样是各向异性的并对氧化硅和氮化硅的选择比很高。但刻蚀受到不同刻蚀率的影响，在有些情况下，改变刻蚀气体并不能完全满足器件对多晶硅的形貌要求。
对于采用特殊多晶硅栅极结构的器件来说，如图1所示，虚线左侧为高压氧化层HVOX区域，右侧为多晶硅栅极GPL结构区域。整个层次从上到下包含光刻胶层PR，抗反射涂层BARC，硬掩模层HM，多晶硅层POLY以及栅氧化层GOX，由于虚线左侧高压氧化层区域多了一层高压氧化层HVOX，使得左侧与右侧形成高度差异。由于高压氧化层HVOX的台阶高度差异导致的两种较大差异高度的多晶硅表面形貌，采用传统的多晶硅刻蚀工艺刻蚀会造成过刻蚀或HVOX台阶处的多晶硅残留，如图2及图3所示，图2中以光刻胶定义或者硬掩模HM出栅极进行刻蚀，继续刻蚀时如图3所示，当左侧高压氧化层HVOX区域刻蚀量足够时，右侧多晶硅栅极GPL结构区域又会出现过刻蚀的现象，如图3中上图虚线圆圈处所示；当保证右侧多晶硅栅极GPL结构区域形貌刻蚀完好时，左侧的高压氧化层HVOX区域刻蚀量又略显不足，导致如图3中虚线圆圈处的高压氧化层HVOX台阶处有多晶硅残留，后续造成一些工艺上的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多晶硅的刻蚀方法，保证在多晶硅栅极刻蚀形貌达到要求时，高压氧化层区域的刻蚀也能同步达到理想效果。
为解决上述问题，本发明提供一种多晶硅的刻蚀方法，所述的多晶硅刻蚀针对两部分区域之间具有台阶的多晶硅刻蚀，所述两部分区域包含高压氧化层区域以及多晶硅栅极区域；两部分区域进行多晶硅同步刻蚀时，先通过第一步多晶硅刻蚀工艺形成过渡形貌，然后再通过两次多晶硅刻蚀将高压氧化层区域及多晶硅栅极区域的多晶硅形貌刻蚀到设计状态。
进一步的改进是，所述的两部分区域，其中高压氧化层区域从上至下依次包含光刻胶、背面抗反射涂层、硬掩模层、多晶硅层、高压氧化层以及栅氧化层；所述的多晶硅栅极区域从上之下依次包含光刻胶、背面抗反射涂层、硬掩模层、多晶硅层以及栅氧化层。
进一步的改进是，对所述两部分区域进行同步刻蚀，首先利用光刻胶的定义将图形转移到硬掩模层上，然后去除光刻胶，在硬掩模层的定义下通过刻蚀形成过渡形貌；所述过渡形貌是将多晶硅层刻蚀掉一部分，使高压氧化层区域的栅氧化层上以及多晶硅栅极区域的栅氧化层上仍保留有多晶硅。
进一步的改进是，所述的两次多晶硅刻蚀，第一次刻蚀完成后使多晶硅栅极区域的多晶硅栅极两侧残留少量多晶硅，同时，高压氧化层区域的高压氧化层台阶下同步残留有多晶硅。
进一步的改进是，进行第二次刻蚀时，通过修饰性的精细刻蚀，将多晶硅栅极两侧残留的多晶硅以及高压氧化层区域的高压氧化层台阶下残留的多晶硅完全去除，此时多晶硅栅极具有完整形貌，高压氧化层区域的高压氧化层台阶下也无多晶硅残留。
进一步的改进是，所述的两次多晶硅辅助刻蚀，第一次多晶硅辅助刻蚀及第二次多晶硅辅助刻蚀均采用干法刻蚀工艺。
进一步的改进是，所述的第一步多晶硅刻蚀工艺形成过渡形貌，刻蚀采用干法刻蚀，刻蚀气体压强 6～10mt，刻蚀源功率：500～700W，偏置功率 80W，刻蚀气体为 HBr、Cl2、CF4以及O2。
进一步的改进是，所述的两次多晶硅辅助刻蚀，其中第一次多晶硅辅助刻蚀，刻蚀气体压强 6～10mt，源刻蚀功率：300～400W，偏置功率 35W，刻蚀气体为 HBr、He以及O2；所述的第二次多晶硅辅助刻蚀，刻蚀气体压强 40～60mt，刻蚀源功率：400～600W，偏置功率60W，刻蚀气体 HBr、He以及O2。
本发明所述的多晶硅的刻蚀方法，针对具有特殊形貌的多晶硅结构，先刻蚀形成过渡型形貌，然后再采用分布蚀刻工艺方法，精确去除多晶硅栅极及高压氧化层区域的残留多晶硅，保证刻蚀相貌达到理想状态时多晶硅能被完全去除。
附图说明
图1 是具有特殊多晶硅栅极结构的器件的剖面示意图。
图2 是现有工艺进行一次刻蚀之后器件剖面形貌示意图。
图3 是现有工艺刻蚀不足或者刻蚀过量之后的器件形貌示意图。
图4 是本发明刻蚀形成过渡型形貌的示意图。
图5 是本发明过渡型形貌之后第一次刻蚀的示意图。
图6 是本发明进行第二次修饰性的精确刻蚀示意图。
图7 是本发明工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明提供一种多晶硅的刻蚀方法，针对如图1所示的具有特殊多晶硅形貌的器件结构，图中器件结构包含两个部分，虚线左侧为高压氧化层HVOX区域，右侧为多晶硅栅极GPL结构区域。其中高压氧化层区域从上至下依次包含光刻胶、背面抗反射涂层、硬掩模层、多晶硅层、高压氧化层以及栅氧化层；所述的多晶硅栅极区域从上之下依次包含光刻胶、背面抗反射涂层、硬掩模层、多晶硅层以及栅氧化层。
由于虚线左侧高压氧化层区域多了一层高压氧化层HVOX，使得左侧与右侧形成高度差异。在对上述形貌进行多晶硅刻蚀形成多晶硅栅极时，所述的多晶硅刻蚀针对两部分区域之间具有台阶的多晶硅刻蚀，所述两部分区域包含高压氧化层区域以及多晶硅栅极区域；两部分区域进行多晶硅同步刻蚀时，先通过一步多晶硅刻蚀工艺形成过渡型形貌，如图4所示。本步骤刻蚀采用干法刻蚀工艺，刻蚀气体压强 6～10mt，刻蚀源功率：500～700W，偏置功率 80W，刻蚀气体为 HBr、Cl2、CF4以及O2的混合气体。同步刻蚀时，首先利用光刻胶的定义将图形转移到硬掩模层上，然后去除光刻胶，在硬掩模层的定义下通过刻蚀形成过渡形貌；所述过渡形貌是将多晶硅层刻蚀掉一部分，使高压氧化层区域的栅氧化层上以及多晶硅栅极区域的栅氧化层上仍保留有一层较薄的多晶硅。
然后再通过两次多晶硅辅助刻蚀将高压氧化层区域及多晶硅栅极区域的多晶硅形貌刻蚀到设计状态。
所述的两次多晶硅辅助刻蚀，第一次辅助刻蚀完成后使多晶硅栅极区域的多晶硅栅极两侧残留少量多晶硅，同时，高压氧化层区域的高压氧化层台阶下同步残留有多晶硅。如图5所示。本次辅助刻蚀采用干法刻蚀工艺对多晶硅进行刻蚀，刻蚀气体采用HBr、He以及O2的混合气体，气体压强 6～10mt，源刻蚀功率为300～400W，偏置功率 35W。
如图6所示，进行第二次多晶硅辅助刻蚀时，通过修饰性的精细刻蚀，将多晶硅栅极两侧残留的多晶硅以及高压氧化层区域的高压氧化层台阶下残留的多晶硅完全去除，此时多晶硅栅极具有完整形貌，高压氧化层区域的高压氧化层台阶下也无多晶硅残留。这一步的精细刻蚀采用干法刻蚀工艺，干法刻蚀工艺能精确地控制刻蚀区域以及刻蚀量，将残留的多晶硅全部去除。本次刻蚀采用的刻蚀气体为HBr、He以及O2的混合气体，刻蚀气体压强 40～60mt，刻蚀源功率：400～600W，偏置功率 60W。
在经过一步多晶硅刻蚀形成过渡形貌之后，再通过两次多晶硅辅助刻蚀，对剩余的多晶硅进行精细的修饰性刻蚀工艺，使需要被去除的多晶硅能完全去除干净，同时多晶硅栅极形成完好的形貌。
以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限定本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种多晶硅的刻蚀方法，其特征在于：所述的多晶硅刻蚀针对两部分区域之间具有台阶的多晶硅刻蚀，所述两部分区域包含高压氧化层区域以及多晶硅栅极区域；两部分区域进行多晶硅同步刻蚀时，先通过第一步多晶硅刻蚀工艺形成过渡形貌，然后再通过两次多晶硅辅助刻蚀将高压氧化层区域及多晶硅栅极区域的多晶硅形貌刻蚀到设计状态；所述过渡形貌是将多晶硅层刻蚀掉一部分，使高压氧化层区域的栅氧化层上以及多晶硅栅极区域的栅氧化层上仍保留有多晶硅；
所述的第一步多晶硅刻蚀工艺形成过渡形貌，刻蚀采用干法刻蚀，刻蚀气体压强 6～10mt，刻蚀源功率：500～700W，偏置功率 80W，刻蚀气体为 HBr、Cl2、CF4以及O2；所述的两次多晶硅辅助刻蚀，其中第一次多晶硅辅助刻蚀，刻蚀气体压强 6～10mt，源刻蚀功率：300～400W，偏置功率 35W，刻蚀气体为 HBr、He以及O2；第二次多晶硅辅助刻蚀，刻蚀气体压强40～60mt，刻蚀源功率：400～600W，偏置功率 60W，刻蚀气体 HBr、He以及O2；
所述的两次多晶硅辅助刻蚀，第一次辅助刻蚀完成后使多晶硅栅极区域的多晶硅栅极两侧残留少量多晶硅，同时，高压氧化层区域的高压氧化层台阶下同步残留有多晶硅；
进行第二次辅助刻蚀时，通过修饰性的精细刻蚀，将多晶硅栅极两侧残留的多晶硅以及高压氧化层区域的高压氧化层台阶下残留的多晶硅完全去除，此时多晶硅栅极具有完整形貌，高压氧化层区域的高压氧化层台阶下也无多晶硅残留。
2.如权利要求1所述的多晶硅的刻蚀方法，其特征在于：所述的两部分区域，其中高压氧化层区域从上至下依次包含光刻胶、底部抗反射涂层、硬掩模层、多晶硅层、高压氧化层以及栅氧化层；所述的多晶硅栅极区域从上至下依次包含光刻胶、底部抗反射涂层、硬掩模层、多晶硅层以及栅氧化层。
3.如权利要求2所述的多晶硅的刻蚀方法，其特征在于：对所述两部分区域进行同步刻蚀，首先利用光刻胶的定义将图形转移到硬掩模层上，然后去除光刻胶，在硬掩模层的定义下通过刻蚀形成过渡形貌；所述过渡形貌是将多晶硅层刻蚀掉一部分，使高压氧化层区域的栅氧化层上以及多晶硅栅极区域的栅氧化层上仍保留有多晶硅。
4.如权利要求1所述的多晶硅的刻蚀方法，其特征在于：所述的两次多晶硅辅助刻蚀，第一次刻蚀采用干法刻蚀工艺，第二次刻蚀采用干法刻蚀工艺。
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