在晶圆上制造栅极的方法技术

本发明专利技术公开了一种在晶圆上制造栅极的方法，在晶圆衬底上依次沉积栅氧化层、多晶硅层、非晶态碳层、不含氮抗反射层及光刻胶层，图案化光刻胶层后，该方法还包括：按照光刻胶层的图形，刻蚀不含氮抗反射层，在不含氮抗反射层形成图形后，去除光刻胶层；按照不含氮抗反射层的图形，刻蚀非晶态碳层，在非晶态碳层形成图形；按照非晶态碳层的图形，依次刻蚀多晶硅层和栅氧化层后，进行灰化，在晶圆衬底上得到栅极。采用该方法制造的栅极能够符合预设的图形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制作技术，特别涉及一种。
技术介绍
在最近十年的半导体工业发展中，光刻技术的发展起着决定性作用。在半导体工 业的集成电路(IC，Intergrated Circuit)技术中，光刻技术的发展对每一片晶圆的成本节 约起着大部分的作用。随着光刻技术的稳定提高，光刻中的曝光采用的光信号波长越来越 短，在此基础上，IC的刻蚀技术的提高依赖于进行光刻的镜头和显影材料技术的发展。但 是，随着IC的特征尺寸(CD)缩小为45纳米或更小，IC进入亚微米尺寸，在IC中实现光刻 技术成为挑战，特别是采用光刻技术在IC的晶圆上制造栅极。随着晶圆的CD缩小，晶圆衬底上的栅极线宽也变小，从而在光刻线宽变小的栅极 时，所采用的光刻胶层(PR)的厚度也需要减小，否则I3R在曝光过程以及后续的刻蚀过程中 会出现倒坍，影响最终在晶圆上形成栅极的形状。但是，厚度减小的I3R在刻蚀过程中，相对 于作为栅极的多晶硅层，刻蚀选择比也会相应减小，而制造栅极时需要高刻蚀选择比才会 形成预先规定形状的栅极。因此，厚度减小的I3R会造成刻蚀栅极的效果不好，影响最终在 晶圆上制造的栅极形状。综上，为了解决上述矛盾，提出了在ra和晶圆衬底的多晶硅层之间，增加非晶态 碳(AC，Amorphous Carbon)层，该AC层和I3R相比，更坚硬，在曝光过程和后续过程中不会 出现倒坍，且相对于作为栅极的多晶硅层，提高刻蚀选择比，在刻蚀过程中保证I3R的厚度 比较薄。结合图Ia Id所示的现有技术在晶圆上制作栅极的剖面结构图，详细说明现有 技术在晶圆上制作栅极的过程。步骤一，在晶圆衬底100上沉积栅氧化层101和多晶硅层102后，再依次沉积AC 层 103、不含氮抗反射层(NFARL，Nitrogen Free Anti-Reflective Layer) 104 及 PR105，如 图Ia所示。在该步骤中，多晶硅层102的厚度为1900埃左右；AC层103在后续刻蚀过程中可 以构造比PR105所构造的硬的图形，提高栅极的⑶控制以及刻蚀性能，一般的厚度为2000 埃左右；NFARL 104在曝光过程防止光反射，厚度为750埃左右；PR105的厚度为2500埃左右ο在该步骤中，AC层可以采用化学气相沉积(CVD)方法沉积得到，NFARL也可以采用 CVD方法得到，或者采用等离子增强化学气相沉积(PECVD)方法得到。步骤二，对图Ia所示的结构进行曝光后，将图形转移到冊105上，如图Ib所示。在本步骤中，图形的形状就是最终在晶圆衬底100上形成的栅极形状。步骤三，按照在PR105上的图形，依次对NFARL 104、AC层103、多晶硅层102和栅 氧化层101进行刻蚀，在晶圆衬底100上得到栅极形状，如图Ic所示。在本步骤中，具体刻蚀NFARL 104、AC层103、多晶硅层102和栅氧化层101的过程可以采用业界标准进行，比如采用氟化氢HF进行刻蚀，这里不再累述。该步骤采用了一次刻蚀技术对多层进行了刻蚀，其中对NFARL 104和AC层103进 行刻蚀采用干法刻蚀，对多晶硅层102和栅氧化层101采用干法刻蚀，当然也可以采用湿法 刻蚀。步骤四，对图Ic所示的结构进行灰化步骤，去除rai05、NFARL 104和AC层103， 在晶圆衬底100上形成栅极，如图Id所示。在灰化流程中，晶圆衬底100被加热，同时晶圆衬底100上的PR105和AC层103暴露在氧等离子体或臭氧中反应，被消除。这里需要注意的是，由于NFARL104为无机物，其 主要成分为氧化硅，所以在灰化过程中不会被去除。在进行步骤四之后，该方法还包括清洗步骤，可以采用湿法清洗，比如比如采用硫 酸，过氧化氢和去离子水的混合液进行清洗等，去除灰化后所形成的栅极顶部及晶圆衬底 100表面的的残留物。采用这个过程可以在晶圆衬底100上制造栅极，但是所制造的栅极却存在缺陷。 这是因为由于NFARL 104是无机抗反射涂层，材料为无机物，在进行灰化的时候以及后续 清洗步骤很难被清除掉，而AC层103和PR105分别为有机物层，所以在灰化过程过程中易 被清除掉。这样，无法清除的NFARL 104就落在了晶圆衬底100所形成的栅极顶部，如图2 所示的所制造的栅极剖面结构图。在图中可以看出，未被灰化的NFARL 104落在了栅极顶 部上。这种制造得到的栅极会带来问题一方面，由于无法清除的NFARL 104有很大可能不 能垂直落在晶圆衬底100所形成的栅极顶部，导致在晶圆上所制造的栅极和栅极之间在顶 部互连，最终会导致制造的半导体器件出现短路；另一方面，在晶圆上制造完栅极后，还要 在上层制作金属互连层或/和介质层，但是由于无法清除的NFARL 104落在晶圆衬底100 所形成的栅极顶部，导致栅极顶部不平，在制造上层的金属互连层或/和介质层时出现困 难或无法制作。综上，采用现有技术的方法，无法在晶圆上制造符合预设图形的栅极。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种，采用该方法制造的栅极能 够符合预设的图形。为达到上述目的，本专利技术实施例的技术方案具体是这样实现的一种，在晶圆衬底上依次沉积栅氧化层、多晶硅层、非晶 态碳层、不含氮抗反射层及光刻胶层，图案化光刻胶层后，其特征在于，该方法还包括按照光刻胶层的图形，刻蚀不含氮抗反射层，在不含氮抗反射层形成图形后，去除 光刻胶层；按照不含氮抗反射层的图形，刻蚀非晶态碳层，在非晶态碳层形成图形；按照非晶态碳层的图形，依次刻蚀多晶硅层和栅氧化层后，进行灰化，在晶圆衬底 上得到栅极。在刻蚀非晶态碳层之前，该方法还包括按照不含氮抗反射层的图形，继续刻蚀不含氮抗反射层，打开非晶态碳层。所述刻蚀非晶态碳层为刻蚀非晶态碳层到多晶硅层为止，打开多晶硅层。所述刻蚀不含氮抗反射层采用干法刻蚀。所述干法刻蚀采用的气体为氟化碳CF4，并与氧气和氮气混合使用；或者为氟化氢HF。所述刻蚀非晶态碳层采用干法刻蚀。所述刻蚀多晶硅层和栅氧化层采用干法刻蚀。所述灰化为晶圆衬底被加热，同时晶圆衬底上未被刻蚀掉AC层暴露在氧等离子体或臭氧中 反应去除。该方法还包括采用湿法对所得到的栅极顶部及晶圆衬底表面进行清洗。由上述技术方案可见，本专利技术在晶圆上制造栅极时，采用多次刻蚀方式将冊105 图案化的图形转移到晶圆衬底100的栅氧化层101和多晶硅层102，形成栅极。在多次刻蚀 过程中，其难以被灰化及在后续清洗步骤难以被去除的NFARL104层被刻蚀掉，最终被灰化 的及清洗的仅是易被去除的剩余AC层103，这样，在最终形成的栅极顶部就不会出现任何 物质，使制造的栅极符合预设的图形。附图说明图Ia Id为现有技术在晶圆上制作栅极的剖面结构图；图2为现有技术所制造的栅极剖面结构图；图3a 3f为本专利技术在晶圆上制作栅极的剖面结构图；图4为流程图；图5为本专利技术所制造的栅极剖面结构图。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 本专利技术作进一步详细说明。从现有技术在晶圆上制作栅极的方法可以看出，造成在晶圆衬底100上所制造栅 极顶部出现NFARL104的原因为由于一次刻蚀形成栅极形状后，在后续灰化及清洗步骤 时，NFARL104难以被去除干净。为了在晶圆制造的栅极能够符合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在晶圆上制造栅极的方法，在晶圆衬底上依次沉积栅氧化层、多晶硅层、非晶态碳层、不含氮抗反射层及光刻胶层，图案化光刻胶层后，其特征在于，该方法还包括：按照光刻胶层的图形，刻蚀不含氮抗反射层，在不含氮抗反射层形成图形后，去除光刻胶层；按照不含氮抗反射层的图形，刻蚀非晶态碳层，在非晶态碳层形成图形；按照非晶态碳层的图形，依次刻蚀多晶硅层和栅氧化层后，进行灰化，在晶圆衬底上得到栅极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：游宽结，张文广，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]