專(zhuān)利名稱(chēng)：提高深亞微米多晶硅柵刻蝕均勻性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高深亞微米多晶硅柵刻蝕均勻性的方法。此方法還可在線條底部形成micronotch(微溝槽)，一定程度上降低了溝道寬度，控制了線條形貌，從而提高了器件的性能。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)的柵極刻蝕工藝為了獲得陡直的圖形，往往避免在線條的刻蝕時(shí)出現(xiàn)底切、“鳥(niǎo)嘴”現(xiàn)象。但隨著半導(dǎo)體器件的進(jìn)一步縮小，現(xiàn)有的光刻能力漸漸不能適應(yīng)日益減小的線條尺寸。因此挖掘工藝的潛力成為必須。
在0.3um特征尺寸的工藝成為主流的時(shí)候，就有人提出并實(shí)行“T”型工藝步驟。即通過(guò)增加工藝步驟和氣體種類(lèi)形成上寬下窄的柵極結(jié)構(gòu)，這種方法可以有效地降低對(duì)光刻的要求，同時(shí)又減低了互連對(duì)準(zhǔn)的難度。但是，這種方法對(duì)工藝條件的要求非常嚴(yán)格，需要嚴(yán)格地定義每一步驟的工藝時(shí)間以及各氣體的配比關(guān)系，工藝窗口較小，不能適用于大規(guī)模的投產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種提高深亞微米多晶硅柵刻蝕均勻性的方法。
本方法針對(duì)的柵極結(jié)構(gòu)，從上到下依次包括光刻好的光刻膠層，是有機(jī)含碳材料，約3000A-5000A；硬掩模層，400A-2000A；多晶硅層，1500A-5000A；柵氧化層，15A-100A；底層是硅襯底。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明依次采用步驟A、B、C、D和E構(gòu)成(本發(fā)明的氣體組分，均采用體積百分比)A.對(duì)硬掩模層進(jìn)行刻蝕在硬掩膜刻蝕(hardmask open)后去膠?？涛g氣體包括40-60％的NF3或SF6、20-50％的Cl2和10-20％的Ar(都是體積比)。
對(duì)硬掩模的刻蝕，氣體的主要組成為含F(xiàn)氣體和Cl2、Ar?？涛g過(guò)程中F和Cl為反應(yīng)物質(zhì)，含F(xiàn)氣體可采用NF3或SF6，減少聚合物的產(chǎn)生；在等離子體激發(fā)后，Ar+主要起到物理轟擊的作用，以便打開(kāi)硬掩模層牢固的分子鍵，加速反應(yīng)的進(jìn)行。本步刻蝕的襯底偏壓是-100V至-200V，功率80W，這樣才能保證較高的刻蝕速率。優(yōu)選的，刻蝕氣體包括40-60vt％的NF3、20-50vt％的Cl2和10-20vt％的Ar(都是體積比)。
由于在深亞微米工藝中高寬比(aspect ratio)進(jìn)一步加大，因此如果在保留光刻膠的情況下繼續(xù)刻蝕，那么高寬比的持續(xù)增長(zhǎng)必然會(huì)引起嚴(yán)重的天線效應(yīng)，導(dǎo)致柵絕緣層擊穿，甚至器件失效。因此，本方法在hardmask open后即進(jìn)行去膠。可通入大流量O2等離子體去膠或是在獨(dú)立的去膠腔室內(nèi)去膠。
B.去膠通入大流量(3000～4000sccm)O2等離子體去膠或是在獨(dú)立的去膠腔室內(nèi)去膠。
由于在深亞微米工藝中高寬比(aspect ratio)進(jìn)一步加大，因此如果在保留光刻膠的情況下繼續(xù)刻蝕，那么高寬比的持續(xù)增長(zhǎng)必然會(huì)引起嚴(yán)重的天線效應(yīng)，導(dǎo)致柵絕緣層擊穿，甚至器件失效。因此，本方法在hardmask open后即進(jìn)行去膠?？赏ㄈ氪罅髁縊2等離子體去膠或是在獨(dú)立的去膠腔室內(nèi)去膠。
C.對(duì)多晶硅進(jìn)行主刻蝕刻蝕氣體包括10-30vt％的CHF3、40-80vt％的Cl2和10-30vt％的He/O2混合氣體(O2占He/O2混合氣體的30vt％)。
多晶硅刻蝕(主刻蝕)的襯底偏壓是-100V至-200V，這樣才能在側(cè)壁上形成良好的鈍化層。襯底偏壓功率為50～80W，在70W有較好效果。
需要指出的是，如果多晶硅層的摻雜在整個(gè)晶圓上的分布不同的話，比如同一晶圓上既有N型摻雜又有P型摻雜，那么單純?cè)贑l2這一種刻蝕劑的作用下刻蝕速率存在著很大的差異，很難保證刻蝕的均勻性。針對(duì)于這一點(diǎn)，含F(xiàn)氣體對(duì)N型或P型的多晶硅刻蝕速率相近，摻入含F(xiàn)氣體有助于刻蝕速率的均勻性。但由于F的刻蝕速率過(guò)高，容易導(dǎo)致過(guò)刻或側(cè)壁侵蝕，本方法選用CHF3，由于CHF3在反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多聚合物副產(chǎn)物，能夠鈍化側(cè)壁，所以既保證了刻蝕速率的均勻性又不會(huì)影響側(cè)壁的陡直。
D.柵極的過(guò)刻蝕階段，所用的氣體必須有良好的選擇性(至少150∶1，相對(duì)于柵下絕緣層，也就是氧化層)。其中含有Br、Cl和O的氣體具有良好的選擇性；HBr與多晶硅的反應(yīng)比氯慢得多，所以HBr的刻蝕容易控制輪廓。所用氣體組成70-90vt％的HBr、0-10vt％的Cl2和10-20vt％的He/O2混合氣體(O2占He/O2混合氣體的30vt％)。過(guò)刻蝕的偏壓功率是40～50W。
E.微溝槽形成階段，此時(shí)的氣體O2含量增大，同時(shí)襯底偏壓應(yīng)更小或?yàn)榱?。這樣才能避免破壞薄氧化層，同時(shí)對(duì)柵線條底部刻蝕，所用氣體可以由50-80vt％的HBr和20-50vt％的He/O2混合氣體(O2占He/O2混合氣體的30vt％)。此階段的選擇比可達(dá)到200∶1或更高?？筛鶕?jù)時(shí)間控制此步工藝中微溝槽的形成。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本方法的應(yīng)用可以降低對(duì)光刻技術(shù)的進(jìn)一步要求，同時(shí)保證了刻蝕輪廓的陡直以及整個(gè)晶圓的均勻性，提高了所做的半導(dǎo)體器件的性能。


圖1為本發(fā)明的微溝槽結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)果剖面圖。日立FE-SEM4700圖像，加速電壓1kV，放大倍數(shù)10萬(wàn)倍。
圖中，1為柵極，2為微槽，3為柵絕緣層，4為襯底。
具體實(shí)施例方式
下面提供的實(shí)施例用于進(jìn)一步闡述本發(fā)明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
1.材料實(shí)施例所用及其它的氣體由香港特氣公司提供，純度均大于99.999％。
2.設(shè)備使用RAINBOW4420多晶硅刻蝕機(jī)進(jìn)行處理。
實(shí)施例1～5如第4頁(yè)的表1所示。
如圖2所示，經(jīng)過(guò)本發(fā)明的處理方法，在柵極1的底部形成微槽2，可提高所做的半導(dǎo)體器件的性能。
表1

表中，V為氣體總流量，P為襯底偏壓功率。
權(quán)利要求
1.一種提高深亞微米多晶硅柵刻蝕均勻性的方法，其特征在于，依次采用步驟A、B、C、D和E構(gòu)成A.對(duì)硬掩模層進(jìn)行刻蝕；B.通入O2離子體去膠或是在獨(dú)立的去膠腔室內(nèi)去膠；C.對(duì)多晶硅進(jìn)行主刻蝕；D.對(duì)柵極進(jìn)行過(guò)刻蝕；E.形成微溝槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高深亞微米多晶硅柵刻蝕均勻性的方法，其特征在于所述的步驟A中，刻蝕氣體為40-60vt％的NF3或SF6、20-50vt％的Cl2和10-20vt％的Ar。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高深亞微米多晶硅柵刻蝕均勻性的方法，其特征在于所述的步驟B中，O2離子體的流量為3000～4000sccm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高深亞微米多晶硅柵刻蝕均勻性的方法，其特征在于所述的步驟C中，刻蝕氣體為10-30vt％的CHF3、40-80vt％的Cl2和10-30vt％的He/O2混合氣體，其中O2占He/O2混合氣體的30vt％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高深亞微米多晶硅柵刻蝕均勻性的方法，其特征在于所述的步驟D中，所用氣體組成70-90vt％的HBr、0-10vt％的Cl2和10-20vt％的He/O2混合氣體，其中O2占He/O2混合氣體的30vt％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高深亞微米多晶硅柵刻蝕均勻性的方法，其特征在于所述的步驟E中，所用氣體組成50-80vt％的HBr和20-50vt％的He/O2混合氣體，其中O2占He/O2混合氣體的30vt％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高深亞微米多晶硅柵刻蝕均勻性的方法，其特征在于所述的步驟A中，襯底偏壓是是-100V至-200V，功率80W。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高深亞微米多晶硅柵刻蝕均勻性的方法，其特征在于所述的步驟C中，襯底偏壓功率為50～80W。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的提高深亞微米多晶硅柵刻蝕均勻性的方法，其特征在于所述的步驟C中，襯底偏壓功率為70W。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高深亞微米多晶硅柵刻蝕均勻性的方法，其特征在于所述的所述的步驟D中，襯底偏壓功率是40～50W。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種提高深亞微米多晶硅柵刻蝕均勻性的方法，由對(duì)硬掩模層進(jìn)行刻蝕、去膠、對(duì)多晶硅進(jìn)行主刻蝕、對(duì)柵極進(jìn)行過(guò)刻蝕、微溝槽形成階段等五個(gè)步驟構(gòu)成。本發(fā)明在線條底部形成微溝槽，一定程度上降低了溝道寬度，控制了線條形貌，從而提高了器件的性能。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1588627SQ200410062489
公開(kāi)日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月12日
發(fā)明者唐果 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司