[发明专利]半导体器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体器件的制造方法。

背景技术

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。在制造工艺进入65nm工艺节点之后，半导体器件的最小特征尺寸已经达到65nm以下。

为了在晶片上形成精细的图形，通常采用牺牲光掩膜刻蚀技术。先在材料层例如多晶硅表面沉积一层硬掩膜(hard mask)材料，例如氮化硅；然后涂布抗反射层(BARC)和光刻胶层。BARC是一种具有流动性的有机高分子材料，其作用降低曝光时底部硬掩膜层的反射率，以使显影后的图形更清晰。光刻胶曝光显影后，首先刻蚀硬掩膜，然后再以硬掩膜作为保护刻蚀多晶硅层。

申请号为200410062655.8的中国专利申请公开了一种栅极结构的制造方法，图1至图4为说明现有栅极制造方法的剖面示意图。如图1所示，在衬底100上生长一层栅极介质层110，在栅极氧化层110上沉积多晶硅层120，然后在多晶硅层120表面沉积硬掩膜层130，随后涂布BARC层140和光刻胶层150。图案化光刻胶层150以在晶片上定义栅极的位置，如图2所示。接下来如图3所示，以光刻胶作为牺牲层刻蚀BARC层，形成包括BARC层140和刻胶层150的牺牲层光掩膜图形。然后，利用上述牺牲层光掩膜图形刻蚀硬掩膜层130，为了减小图形尺寸，牺牲光掩膜层通常使用等离子刻蚀的方法，且刻蚀气体多为含氟(F)气体(例如四氟化碳CF₄等)，这种刻蚀气体在刻蚀BARC和硬掩膜层时，其中的氟离子和碳离子会与BARC发生反应生成一种高分子化合物，常温下与水汽凝结形成难溶的残留聚合物，如图4中所示的121，其附着在硬掩膜130侧壁和多晶硅120表面。

聚合残留物121的存在会使其下方的多晶硅刻蚀受到阻碍，使刻蚀后的多晶硅栅极发生桥连(bridge)现象，严重影响刻蚀后栅极图形的质量并因短路导致器件性能失效。申请号为200510136114.X的中国专利申请中描述了一种去除掩膜上生长的杂质残留物的方法，该方法利用含硫酸离子或铵离子的溶液清洗掩膜图形，再使用含水的HF溶液进行清洗，最后加热烘烤清洗后的掩膜图形。但是这种湿法清洗的方法可能会在掩膜表面残留部分硫酸离子和铵离子，硫酸离子和铵离子随着时间的推移还可能起反应生成新的杂质残留物。而且湿法清洗的方法工艺控制性较差，不利于实现与其它工艺的兼容性。

发明内容

本发明提供了一种半导体器件的制造方法，能够在半导体器件的制造过程中(例如形成栅极图形时)去除刻蚀时产生的聚合残留物，从而获得图形良好的半导体器件。

为达到上述目的，本发明提供了一种半导体器件的制造方法，包括：在半导体衬底上形成介质层；在所述电介质层上形成多晶硅层；在所述多晶硅层表面形成硬掩膜层；在所述硬掩膜层上形成抗反射层和光致抗蚀剂层；图案化所述光致抗蚀剂层以定义栅极的位置；刻蚀所述抗反射层和硬掩膜层；对所述衬底进行加热烘焙；刻蚀所述多晶硅层形成栅极。

所述烘焙为原位在线加热烘烤。所述烘焙的温度为100℃～200℃。所述烘焙时间为1～10分钟。所述抗反射层的材料为高分子有机聚合物或卤素水合物。所述烘焙包括升温和降温的过程。

本发明提供的另一种具有相同或相应特定技术特征的半导体器件的制造方法，包括：在半导体衬底上形成一材料层；在所述材料层上形成硬掩膜层；在所述硬掩膜层上形成抗反射层和光致抗蚀剂层；图案化所述光致抗蚀剂层；依次刻蚀所述抗反射层和硬掩膜层；对所述衬底进行加热烘焙；刻蚀所述材料层。

所述烘焙为原位在线加热烘烤。所述烘焙的温度为100℃～200℃。所述烘焙时间为1～10分钟。所述抗反射层的材料为高分子有机聚合物或卤素水合物。所述烘焙包括升温和降温的过程。所述材料层为金属层或电介质层。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的半导体器件制造方法在衬底表面形成刻蚀图形的过程中，在刻蚀抗反射层、硬掩膜层之后，刻蚀图形材料层之前，采用原位烘焙的方法，即在同一个反应室内对衬底进行加热处理，使刻蚀抗反射层时在硬掩膜侧壁和材料层表面产生的高分子聚合残留物无法与水汽凝结并使其充分挥发，从而去除聚合残留物，为后续栅极的刻蚀创造了良好的条件，能够得到良好的刻蚀图形。

此外，本发明的方法中高分子聚合残留物的去除工艺简便，易于控制和实现。

附图说明