多晶硅层的腐蚀方法技术

本发明专利技术涉及一种多晶硅层的腐蚀方法，包括：Ｓ５０２，干法腐蚀多晶硅层表面因为与空气接触而形成的氧化层；Ｓ５０４，对多晶硅层未被光刻胶覆盖部分正常进行干法腐蚀；Ｓ５０６，在多晶硅层侧壁形成保护层；Ｓ５０８，对多晶硅层进行过腐蚀，去除残留的多晶硅。本发明专利技术适用于多层多晶硅结构，相对于传统工艺，省去了形成隔离层的工序。且由于传统工艺台阶处的隔离层无法去除，还必须在形成隔离层之前，就对晶圆片进行一次额外的离子注入，因此还需要增加一块掩膜版和一次光刻过程。上述多晶硅的腐蚀方法一并省下了这个额外的工序，相对于传统工艺节省了生产成本，提高了生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体工业中的腐蚀Etching)工艺，尤其涉及一种多晶硅层的腐蚀 方法。
技术介绍
金属氧化物半导体(MOS)器件的栅极材料一般选用多晶硅(Poly Silicon)。为了 获得良好的器件电性能，对多晶硅栅的形貌有较高的要求。在一些工艺中，需要一层多晶硅 作为高压MOS的栅极，另一层多晶硅作为低压MOS的栅极，因此需要淀积多层多晶硅。对于 淀积多层多晶硅的工艺，若晶圆片图形结构存在台阶，那么在淀积第二层或之后层次的多 晶硅时，台阶处多晶硅在腐蚀之后，会由于各向异性腐蚀而造成当前层次的多晶硅残留。因 此在对多晶硅层进行腐蚀时，为了去除台阶处残留的当前层次多晶硅，需要较大的过腐蚀 量。图1为传统的对多晶硅层进行腐蚀的流程图。包括以下步骤S102，氧化层腐蚀。腐蚀多晶硅表面因为与空气接触而形成的氧化层。S104，多晶硅腐蚀。对多晶硅未被光刻胶覆盖部分进行腐蚀，腐蚀速率较高。S106，过腐蚀。去除未在S104中腐蚀掉的残留多晶硅。但若过腐蚀量较大，就会造成本层多晶硅侧壁被过量腐蚀，导致多晶硅形貌不良， 因此多晶硅侧壁的保护以及台阶处残留的多晶硅的清除效果难以兼顾。图2A、B是传统工 艺对多晶硅层进行腐蚀后透射电子显微镜下的照片。可以看到多晶硅台阶底部有明显的多 晶硅残留(如图2B中箭头所指的圆圈所示)，且多晶硅侧壁形貌凹凸不平。解决此问题采用的传统方案是在淀积了第一层多晶硅之后，在台阶位置形成隔离 层(spacer)结构。图3A、B是形成隔离层的示意图。包括场氧化层202，第一多晶硅层204， 隔离层206。对图3A中的隔离层206进行腐蚀，从而在台阶处形成如图所示的填充结构， 避免了后续淀积在该结构上的多晶硅层在该处形成垂直台阶结构，从而降低后续的多晶硅 淀积后的腐蚀工序中的过腐蚀量，确保了多晶硅形貌。申请号为200610030792. 2的中国专 利公开了类似的技术。然而由于隔离层结构被多晶硅覆盖后是无法去除的，会对后期的离子注入工艺造 成影响，所以需要在形成隔离层206之前，对晶圆片进行一次离子注入，这就额外增加了一 次光刻过程，还需要多做一块掩膜版。因此，采用传统的隔离层结构的技术方案成本较高、 耗费的时间较长。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种无需形成隔离层结构的。一种，包括S502，干法腐蚀多晶硅层表面因为与空气接触而 形成的氧化层；S504，对多晶硅层未被光刻胶覆盖部分正常进行干法腐蚀；S506，在多晶硅 层侧壁形成保护层；S508，对多晶硅层进行过腐蚀，去除残留的多晶硅。优选的，所述S504步骤的结束，是使用质谱仪进行终点检测来判定的。优选的，所述在多晶硅层侧壁形成保护层，具体是通过对覆盖在多晶硅层上的光 刻胶进行反应离子腐蚀，在多晶硅侧壁形成聚合物。优选的，所述聚合物是光刻胶在反应离子腐蚀后的产物，该反应离子腐蚀使用的 反应气体是氩气、溴化氢气体、氮气的混合气体；该聚合物成分是SixCYHBrzClN0，用以保护 多晶硅侧壁免受过腐蚀影响导致形貌被破坏。优选的，所述过腐蚀的腐蚀速率比S504步骤的腐蚀速率低。优选的，所述S508步骤结束后需要回到S506步骤，进行循环。优选的，所述循环的次数根据不同生产条件下预先进行的实验结果来设定。优选的，所述循环采用终点检测系统对过腐蚀的终点进行检测，来判定是否结束 循环。上述相对于传统工艺，省去了形成隔离层的工序。且由于传 统工艺台阶处的隔离层无法去除，还必须在形成隔离层之前，就对晶圆片进行一次额外的 离子注入，因此还需要增加一块掩膜版和一次光刻过程。上述多晶硅的腐蚀方法一并省下 了这个额外的工序，相对于传统工艺节省了生产成本，提高了生产效率。附图说明图1是传统的对多晶硅层进行腐蚀的流程2A是传统的对多晶硅层进行腐蚀后剖面的透射电镜照片。图2B是传统的对多晶硅层进行腐蚀后俯视的透射电镜照片。图3A、B是形成隔离层的示意图。图4是S502开始前晶圆片剖面的示意图。图5是的流程图。图6是S504结束时晶圆片剖面的示意图。图7是S506结束时晶圆片剖面的示意图。图8A是使用后剖面的透射电镜照片。图8B是使用后俯视的透射电镜照片。具体实施方式多晶硅的腐蚀方法适用于多层多晶硅结构，目的是在有效清除本层次的多晶硅残 留的前提下兼顾本层次的多晶硅形貌。图4是S502开始前晶圆片剖面的示意图，包括场氧化层202，第一多晶硅层204， 第二多晶硅层208，光刻胶210。图5是的流程图。多晶硅层的腐蚀方 法包括以下步骤S502，氧化层腐蚀。干法腐蚀多晶硅表面因为与空气接触而形成的氧化层(图4 中未示)。S504，多晶硅腐蚀。对多晶硅未被光刻胶覆盖部分正常进行干法腐蚀，腐蚀速率较 高。利用质谱仪进行终点(Endpoint)检测，指示该步骤的结束时刻。图6是S504结束时晶 圆片剖面的示意图，包括场氧化层202，第一多晶硅层204，第二多晶硅层208，光刻胶210 ；其中第二多晶硅层208包括多晶硅栅208a和多晶硅残留208b。多晶硅栅208a是作为芯片 栅极的部分，多晶硅残留208b是需要清除的部分。S506，形成保护层。图7是S506结束时晶圆片剖面的示意图，包括场氧化层202， 第一多晶硅层204，第二多晶硅层208，光刻胶210，聚合物212 ；其中第二多晶硅层208包括 多晶硅栅208a和多晶硅残留208b。通过对覆盖在多晶硅栅208a上的光刻胶进行反应离子 腐蚀，在多晶硅栅208a的侧壁形成独特的聚合物(polymer)212。该反应离子腐蚀选用的反 应气体是氩气、溴化氢气体、氮气的混合气体，腐蚀光刻胶210后生成的聚合物212的成分 主要为SixCYHBrzClN0的链状和网状聚合物。我们巧妙地将它作为保护层，保护多晶硅侧壁 免受过腐蚀影响而导致形貌被破坏。S508，过腐蚀。去除未在S504中被腐蚀的多晶硅残留208b，腐蚀速率较低。由于 聚合物212也会在过腐蚀中被缓慢腐蚀掉，因此需要在聚合物被腐蚀掉后返回S506，重新 生成聚合物212以形成保护层，从而组成一个循环。上述是在传统工艺的基础上，增加了 S506以及在S506与 S508间循环的步骤。当淀积第二层或第二层以后的多晶硅时，通过S506与S508多次循环， 就能达到在有效清除本层次的多晶硅残留的前提下，兼顾本层次的多晶硅形貌的效果。也 就是说，上述不仅限于实施例所述的双层多晶硅的工艺，也适用于两 层以上多晶硅的工艺，仅需将上述步骤重复进行即可。S506与S508间的循环次数可以根据不同生产条件下预先进行的实验结果来设 定，也可以采用质谱仪或激光干涉测量等常用的终点检测系统对过腐蚀的终点进行检测， 来判定是否结束循环。图8A、B是使用多晶硅的腐蚀方法后透射电子显微镜下的照片。与图2A、B相比， 多晶硅台阶底部无明显残留，侧壁较平整，形貌很好。上述多晶硅的腐蚀方法适用于多层多晶硅结构，巧妙地将会破坏栅极长度的聚合 物作为干法腐蚀的保护层，并且反复多次形成该聚合物，克服了技术偏见。其相对于传统工 艺，省去了形成隔离层的工序；且由于传统工艺台阶处的隔离层无法去除，还必须在形成隔 离层之前，对晶圆片进行一次额外的离子注入，因此还需要增加一块掩膜版和一次光刻过 程。上述多晶硅的腐蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多晶硅层的腐蚀方法，包括：Ｓ５０２，干法腐蚀多晶硅层表面因为与空气接触而形成的氧化层；Ｓ５０４，对多晶硅层未被光刻胶覆盖部分正常进行干法腐蚀；Ｓ５０６，在多晶硅层侧壁形成保护层；Ｓ５０８，对多晶硅层进行过腐蚀，去除残留的多晶硅。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱海锋，黄伟南，
申请(专利权)人：无锡华润上华半导体有限公司，无锡华润上华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32