多金属钨栅极刻蚀方法技术

本发明专利技术揭露了一种多金属钨栅极刻蚀方法，该刻蚀方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上依次形成有栅极氧化层、多晶硅层、阻挡层、钨层以及图形化的硬掩膜层；将所述半导体衬底放置于刻蚀设备的反应室中；以所述图形化的硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述钨层、阻挡层、多晶硅层以及栅极氧化层，以形成多金属钨栅极，其中，刻蚀所述钨层和阻挡层所采用的刻蚀气体为氯气和三氟化氮，所述氯气和三氟化氮的气体比例为１∶１～２∶１。本发明专利技术可减小负载效应，并可获得具有较佳的边缘轮廓的多金属钨栅极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种。
技术介绍
当半导体器件制造技术发展到深亚微米(de印submicron)工艺时，集成电路的集 成度越来越高，半导体器件的尺寸越来越小，栅极的尺寸也越来越小，为了解决RC延迟的 问题，业界尝试采用低电阻的材料作为栅极材料。目前，栅极有的是采用掺杂的多晶硅制 成，有的则是多晶硅层和金属层的叠层的多金属栅极结构，对于这种多金属栅极结构，普遍 采用钨作为多金属栅极中的金属层材料。 一般的，采用钨材料的多金属栅极结构也称为多 金属钨栅极。 在所述多金属钨栅极中，多晶硅层和钨层如果直接接触，将导致在后续进行的退 火工艺中，在钨层和多晶硅层之间形成硅化钨层，这会致使体积膨胀并由此产生应力。因 此，在多晶硅层和钨层之间形成阻挡层是非常有必要，目前，业界通常采用氮化钨(WN)和 钛(Ti)层作为阻挡层形成于多晶硅层上。 —般的，可采用干法刻蚀的方式来形成多金属钨栅极，具体的说，现有的多金属钨 栅极刻蚀方法包括以下步骤首先，提供半导体衬底，所述半导体衬底上依次形成有栅极氧 化层、多晶硅层、阻挡层、钨层以及图形化的硬掩膜层；接着，将所述半导体衬底放置于刻蚀 设备的反应室中，并以所述图形化的硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述钨层、阻挡层、多晶硅层以 及栅极氧化层，以形成所述多金属钨栅极。 其中，刻蚀钨层和阻挡层所采用的刻蚀气体通常为四氟化碳(CF4)和氯气(Cl2)的 混合物，然而，在实际生产中发现，利用四氟化碳和氯气刻蚀所述钨层和阻挡层存在以下两 个问题 首先，利用四氟化碳或氯气刻蚀钨层和阻挡层时，难以获得较佳的边缘轮廓 (profile);并且，利用四氟化碳和氯气刻蚀所述钨层和阻挡层时，出现严重的负载效应 (loading effect)，所述负载效应是指在具有密集特征(dense)的区域和具有隔离特征 (ISO)的区域，被刻蚀膜层的刻蚀速率有所不同，这就需要较长的过刻蚀时间，然而，过刻蚀 时间过长，又会增加栅极氧化层穿孔的风险，降低半导体器件的性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种，以解决现有的刻蚀方法导致出现负载效 应，且栅极的边缘轮廓较差的问题。 为解决上述技术问题，本专利技术提供一种，包括提供半导 体衬底，所述半导体衬底上依次形成有栅极氧化层、多晶硅层、阻挡层、钨层以及图形化的 硬掩膜层；将所述半导体衬底放置于刻蚀设备的反应室中；以所述图形化的硬掩膜层为掩 膜，刻蚀所述钨层、阻挡层、多晶硅层以及栅极氧化层，以形成多金属钨栅极，其中，刻蚀所 述钨层和阻挡层所采用的刻蚀气体为氯气和三氟化氮，所述氯气和三氟化氮的气体比例为3i : i 2 : i。 进一步的，所述反应室内的压力低于6mTorr。 进一步的，所述阻挡层包括钛层以及形成于所述钛层之上的氮化钨层。进一步的，所述钨层的厚度为300 500 A,所述氮化钨层的厚度为20 60 A,所述钛层的厚度为20 60A。 与现有技术相比，在本专利技术提供的中，采用氯气和三氟化氮刻蚀钨层和阻挡层，其中，氯气和三氟化氮的气体比例为i : 1 2 : i，本专利技术可形成具有垂直的边缘轮廓的栅极，且可减少负载效应，提高了半导体器件的性能。 附图说明 图1为本专利技术实施例所提供的的流程图； 图2A至图2B为本专利技术实施例所提供的的各步骤相应结构 的剖面示意图。具体实施例方式本专利技术的核心思想在于，提供一种，采用氯气和三氟化氮刻蚀钨层和阻挡层，其中，所述氯气和三氟化氮的气体比例为i : 1 2 : i，采用该气体比 例的氯气和三氟化氮作为刻蚀气体，可形成具有垂直的边缘轮廓的栅极，且可减少负载效 应，提高了半导体器件的性能。 请参考图i，其为本专利技术实施例所提供的的流程图，结合所述图，所述方法包括步骤 步骤S100，提供半导体衬底，所述半导体衬底上依次形成有栅极氧化层、多晶硅 层、阻挡层、钨层以及图形化的硬掩膜层； 步骤S200，将所述半导体衬底放置于刻蚀设备的反应室中； 步骤S300，以所述图形化的硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述钨层、阻挡层、多晶硅层以 及栅极氧化层，以形成多金属钨栅极，其中，刻蚀所述钨层和阻挡层所采用的刻蚀气体为氯气和三氟化氮，所述氯气和三氟化氮的气体比例为i : i 2 : i。 下面将结合剖面示意图对本专利技术的进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应所述理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术， 而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛 知道，而并不作为对本专利技术的限制。 为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本专利技术由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开 发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的 限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费 时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。 在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本专利技术。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非 精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。 请参照图2A，首先，提供半导体衬底100，其中，半导体衬底100上依次形成有栅极 氧化层110、多晶硅层120、阻挡层130、钨层140以及图形化的硬掩膜层150。 其中，阻挡层130包括钛层131以及形成于钛层131之上的氮化钨层132，所述氮 化钨层132可防止多晶硅层120与钨层140直接接触，避免在钨层140和多晶硅层120之 间形成硅化钨层，所述钛层131可用作多晶硅层120和氮化钨层132之间的欧姆层。 其中，栅极氧化层IIO和多晶硅层120可通过炉管沉积方式形成，阻挡层130和钨 层140则可通过物理气相沉积的方式形成，图形化的硬掩膜层150可通过化学气相沉积方 式形成。 在本专利技术的一个具体实施例中，钨层140的厚度为300 500 A,钛层131的厚度 为20 60 A，氮化鸨层132的厚度为20 60 A。然而，应当认识到，在本专利技术的其它具体 实施例中，根据半导体器件的实际需要，钨层140、钛层131以及氮化钨层132也可以是其它厚度。 在本专利技术的一个具体实施例中，图形化的硬掩膜层150的材质为氮化硅，详细的， 图形化的硬掩膜层150可通过以下步骤形成首先，在钨层140上形成硬掩膜层和光阻层； 接着，通过光刻和显影工艺，形成图案化的光阻层；接下来，再以所述图案化的光阻层为 掩膜，干法刻蚀所述硬掩膜层；最后，移除所述图案化的光阻层，以形成图案化的硬掩膜层 150。 参考图2B，接着，将半导体衬底IOO放置于刻蚀设备的反应室中，并以所述图形化 的硬掩膜层150为掩膜，依次刻蚀所述钨层140、阻挡层130、多晶硅层120以及栅极氧化层 IIO，以形成多金属钨栅极。 其中，刻蚀钨层140和阻挡层130所采用的刻蚀气体为氯气和三氟化氮，所述氯气和三氟化氮的气体比例为i : 1 2 : i，利用该气体比例的氯气和三氟化氮作为刻蚀气体，可形成具有垂直的边缘轮廓的栅极，并且可减小负载效应。 其中，在刻蚀多晶硅层120以及栅极氧化层110时，可采用常本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多金属钨栅极刻蚀方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底上依次形成有栅极氧化层、多晶硅层、阻挡层、钨层以及图形化的硬掩膜层；将所述半导体衬底放置于刻蚀设备的反应室中；以所述图形化的硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述钨层、阻挡层、多晶硅层以及栅极氧化层，以形成多金属钨栅极；其中，刻蚀所述钨层和阻挡层所采用的刻蚀气体为氯气和三氟化氮，所述氯气和三氟化氮的气体比例为１∶１～２∶１。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：齐龙茵，奚裴，
申请(专利权)人：上海宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]