刻蚀栅极的方法技术

本发明专利技术公开了一种刻蚀栅极的方法，该方法包括：在半导体衬底上依次形成栅氧化层、多晶硅层、接触氧化层、底部抗反射层和光阻胶；曝光显影图案化所述光阻胶，定义栅极的位置；以图案化的光阻胶为掩膜，采用溴化氢HBr和氯气Cl2相结合干法刻蚀所述底部抗反射层；以刻蚀后的光阻胶和底部抗反射层为掩膜，依次刻蚀接触氧化层和多晶硅层，形成栅极。采用本发明专利技术的方法能够得到高质量的栅极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种。
技术介绍
目前，伴随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件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，晶片朝向更高的元件密度、高集成度方向发展，半导体器件的栅极变得越来越细且长度变得较以往更短。那么，对栅极尺寸的精确控制变得越来越重要，而且栅极前端与前端之间的距离也需要准确控制。如图3a所示，在Y轴方向上，两个长条状的栅极之间的距离，由双向箭头标示，为栅极前端与前端之间的距离。多晶硅是制造栅极的优选材料，其具有特殊的耐热性以及较高的刻蚀成图精确性。现有技术中刻蚀形成多晶硅栅的方法包括以下步骤步骤11、首先需在半导体衬底100上生成栅极氧化层110，然后在栅极氧化层 Iio上依次沉积多晶硅层120、接触氧化层130，随后涂布具有流动性的有机底部抗反射层 (BARC) 140和光阻胶150。其中，接触氧化层130用于减少对多晶硅层进行掺杂时，离子对多晶硅层的损伤。BARC140用于在光阻胶曝光显影时，增加光阻胶的抗反射系数，更为有效地曝光显影定义栅极的位置。步骤12、曝光显影光阻胶。即图案化光阻胶150，定义出栅极的位置。步骤13、BARC刻蚀。以图案化的光阻胶为掩膜，对BARC进行刻蚀。一般采用含氟的气体，例如四氟化碳(CF4)干法刻蚀BARC。该步骤中刻蚀反应腔内压力为4毫托(mt)；源功率为350瓦；偏置功率为100瓦；刻蚀气体CF4的流量为25标准立方厘米每分钟(sccm)。步骤14、以刻蚀后的光阻胶150和BARC层140为掩膜依次刻蚀接触氧化层130、 多晶硅层120，形成栅极，如图1所示。图1为形成栅极的结构示意图。在同一晶片(wafer)上，从单线(Iso)处到密线(Dense)处，栅极与栅极之间的间距是逐渐减小的。Iso处和Dense处的区别是指wafer上图案分布的密度不同。具体地， 如图3a所示，在X轴方向上，两个长条状的栅极之间的距离，在Iso处的栅极间距比较宽， 而在Dense处的栅极间距相对比较窄。采用含氟气体进行BARC刻蚀时，同时会消耗BARC 表面的光阻胶，产生聚合物(polymer)附着在栅极侧壁，在Iso处，栅极间距较宽，产生的 polymer对栅极侧壁形成的保护相对较少，所以在以刻蚀后的光阻胶和BARC层为掩膜刻蚀栅氧化层和多晶硅层形成栅极时，所形成的Iso处的栅极尺寸比Dense处的栅极尺寸要小很多，因此Iso处和Dense处的栅极尺寸差异较大，达不到相同的尺寸，就会导致生产出的器件性能降低。另一方面，由于采用含氟气体进行BARC刻蚀，使得栅极前端与前端(head to head)之间的距离，其刻蚀前与刻蚀后的尺寸差异较大，即刻蚀偏移量(etch bias)较大， 同样会导致生产出的器件性能降低。etch bias等于刻蚀后检测(After Etch Inspection, ΑΕΙ)的特征尺寸减去显影后检测(AfterDevelopment Inspection,ADI)的特征尺寸，这里刻蚀后检测的特征尺寸为刻蚀栅极后，栅极的特征尺寸；显影后检测的特征尺寸为未刻蚀栅极前，光阻胶显影后的特征尺寸。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术解决的技术问题是提高栅极质量。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体是这样实现的本专利技术公开了一种，该方法包括在半导体衬底上依次形成栅氧化层、多晶硅层、接触氧化层、底部抗反射层和光阻胶；曝光显影图案化所述光阻胶，定义栅极的位置；以图案化的光阻胶为掩膜，采用溴化氢HBr和氯气Cl2相结合干法刻蚀所述底部抗反射层；以刻蚀后的光阻胶和底部抗反射层为掩膜，依次刻蚀接触氧化层和多晶硅层，形成栅极。刻蚀所述底部抗反射层在刻蚀反应腔内进行，所述刻蚀反应腔内HBr的流量为 60 120标准立方厘米每分钟sccm ；Cl2的流量为10 20sccm。刻蚀所述底部抗反射层在刻蚀反应腔内进行，所述刻蚀反应腔内源功率为200 700瓦；偏置功率为100 500瓦。刻蚀所述底部抗反射层在刻蚀反应腔内进行，所述刻蚀反应腔内压力为2 5毫托mt。由上述的技术方案可见，本专利技术在形成栅极时，采用溴化氢(HBr)和氯气(Cl2)相结合进行BARC刻蚀，该BARC刻蚀气体在BARC刻蚀过程中产生了较多的polymer，有效保护 Iso处的栅极侧壁，缩小在Iso处和Dense处对栅极侧壁形成保护的差异，所以在以刻蚀后的光阻胶和BARC层为掩膜刻蚀栅氧化层和多晶硅层形成栅极时，所形成的Iso处的栅极尺寸与Dense处的栅极尺寸趋于一致，不但提高了晶片上从Iso到Dense的栅极尺寸均勻性， 同时也使栅极前端与前端之间距离的etch bias有效减小，从而得到理想的栅极。附图说明图1为形成栅极的结构示意图。图2为本专利技术刻蚀形成多晶硅栅的方法流程示意图。图3a为对光阻胶显影之后，栅极前端与前端之间距离的扫描示意图。图北为采用现有技术的方法进行BARC刻蚀，得到的刻蚀之后栅极前端与前端之间距离的扫描示意图。图3c为采用本专利技术实施例的方法进行BARC刻蚀，得到的刻蚀之后栅极前端与前端之间距离的扫描示意图。图4为分别采用本专利技术的方法和现有技术的方法，各自得到的在不同间距下量测的栅极尺寸曲线图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术的核心思想是在形成栅极时，关键是采用HBr和Cl2相结合进行BARC刻蚀，与现有技术中采用含氟气体进行BARC刻蚀相比，不但提高了晶片上从Iso到Dense的栅极尺寸均勻性，同时也使栅极前端与前端之间距离的etch bias有效减小。本专利技术刻蚀形成多晶硅栅的方法包括以下步骤，其流程示意图如图2所示。步骤21、首先需在半导体衬底100上生成栅极氧化层110，然后在栅极氧化层110 上依次沉积多晶硅层120、接触氧化层130，随后涂布具有流动性的有机BARC140和光阻胶150。其中，接触氧化层130用于减少对多晶硅层进行掺杂时，离子对多晶硅层的损伤。 BARC140用于在光阻胶曝光显影时，增加光阻胶的抗反射系数，更为有效地曝光显影定义栅极的位置。步骤22、曝光显影光阻胶。即图案化光阻胶150，定义出栅极的位置。步骤23、BARC刻蚀。以图案化的光阻胶为掩膜，对BARC进行刻蚀。本专利技术采用 HBr和Cl2相结合干法刻蚀BARC。步骤24、以刻蚀后的光阻胶150和BARC层140为掩膜依次刻蚀接触氧化层130、 多晶硅层120，形成栅极。对于本专利技术实施例进行BARC刻蚀的具体工艺参数刻蚀反应腔内压力范围为2 5mt，优选为2mt、3mt或％it，该步骤在低压下进行，能够有效去除BARC刻蚀过程产生的 polymer ；源功率为200 700瓦，优选为300瓦、500瓦或600瓦；偏置功率为100 500 瓦，优选为100瓦、200瓦或300瓦；将该步骤控制在上述功率范围内，能够保护BARC层上的图案化的光阻胶，不会在刻蚀过程中严重消耗；刻蚀气体 HBr 的流量为 60 120sccm，优选为 60sccm、80sccm 或 IOOsccm ；Cl2 的流量为 10 20sccm,优选为 lOsccm、15sccm 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种刻蚀栅极的方法，该方法包括：在半导体衬底上依次形成栅氧化层、多晶硅层、接触氧化层、底部抗反射层和光阻胶；曝光显影图案化所述光阻胶，定义栅极的位置；以图案化的光阻胶为掩膜，采用溴化氢ＨＢｒ和氯气Ｃｌ２相结合干法刻蚀所述底部抗反射层；以刻蚀后的光阻胶和底部抗反射层为掩膜，依次刻蚀接触氧化层和多晶硅层，形成栅极。

【技术特征摘要】
1.一种刻蚀栅极的方法，该方法包括在半导体衬底上依次形成栅氧化层、多晶硅层、接触氧化层、底部抗反射层和光阻胶； 曝光显影图案化所述光阻胶，定义栅极的位置；以图案化的光阻胶为掩膜，采用溴化氢HBr和氯气Cl2相结合干法刻蚀所述底部抗反射层；以刻蚀后的光阻胶和底部抗反射层为掩膜，依次刻蚀接触氧化层和多晶硅层，形成栅极。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，刻蚀所述底部抗反射层在刻蚀反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新鹏，黄怡，孟晓莹，沈满华，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31