[发明专利]栅极形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种栅极形成方法。

背景技术

在半导体制造工艺中，日益增加的需求不断推动半导体制造工艺向着高集成度低功耗的方向发展。栅极特征尺寸(critical dimension，CD)的不断减小是半导体制造工艺不断进步的象征之一。

当前，减小栅极特征尺寸的方法之一是使用更先进的光刻技术。但是，目前，集成度和器件性能的要求使得场效应晶体管的栅极特征尺寸已缩小至65纳米到45纳米，或者更低。传统的光刻工艺已经无力追上这一趋势。

如2005年6月29日公布的公开号为CN1632921的中国专利申请中所公开的，目前业界使用的减小栅极特征尺寸的方法是：增加一个额外的光刻胶处理工艺，以利用现有设备得到特征尺寸低于投影光刻特征尺寸的栅极。这种方法采用各向同性刻蚀法将光刻胶的特征尺寸修整至投影光刻技术无法得到的尺寸。如图1所示，首先在覆盖基底10的多晶硅层20上形成第一光刻胶掩模30。所述第一光刻胶掩模30的特征尺寸受限于投影光刻工艺。可以看出，如果不进行光刻胶修整，则在经过后续各向异性的多晶硅层刻蚀后，如图2所示，获得的栅极22的特征尺寸将等于第一光刻胶掩模30的特征尺寸。但是，当引入适当的各向同性刻蚀操作以对光刻胶进行尺寸修整处理后，如图3所示，将形成具有修整后的特征尺寸的第二光刻胶掩模32(所述第二光刻胶掩模32的特征尺寸小于第一光刻胶掩模30的特征尺寸)，进而形成具有第二光刻胶掩模32的特征尺寸的栅极22。

通常，采用等离子体刻蚀工艺修整(trim)所述第一光刻胶掩模。修整前的所述第一光刻胶掩模的特征尺寸可经由显影后检测(ADI)获得；修整后的第二光刻胶掩模的特征尺寸可经由栅极的刻蚀后检测(AEI)获得。传统工艺中，根据ADI结果确定修整(刻蚀)参数。实践中，执行所述等离子体刻蚀工艺时，通常保持其他参数不变而只调整刻蚀时间。显然，ADI后第一光刻胶掩模的特征尺寸小的基底，经历相同的修整操作后，在AEI后第二光刻胶掩模的特征尺寸也小，但是，实际生产发现，如图4所示，个别基底(如#4和#14)在ADI后第一光刻胶掩模的特征尺寸小时，经历修整操作后，在AEI后第二光刻胶掩模的特征尺寸反而更大或者与其他基底接近；或者，个别基底(如#3和#13)在ADI后第一光刻胶掩模的特征尺寸满足产品要求时，经历修整操作后，在AEI后第二光刻胶掩模的特征尺寸反而更小以至超出产品要求；(本文件内，特征尺寸的“大”和“小”意指超出或小于工艺允许的误差范围)。针对此现象，业界的普遍观点是由于修整参数控制得不合适而造成的。如何更准确地控制修整参数，以增强基底与基底之间修整操作的一致性成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种栅极形成方法，可更准确地控制掩模层的修整参数，以增强基底与基底之间修整操作的一致性，进而增强刻蚀后获得的栅极特征尺寸的一致性。

本发明提供的一种栅极形成方法，包括：

在基底上形成栅介质层和覆盖所述栅介质层的多晶硅层；

在所述多晶硅层上形成具有第一图形的掩模层，所述第一图形特征尺寸大于目标图形特征尺寸；

利用包含第一图形特征尺寸参量在内的两个参量调整所述掩模层的修整工艺；

执行所述掩模层的修整操作，获得具有第二图形的掩模层，所述第二图形特征尺寸等于目标图形特征尺寸；

以所述具有第二图形的掩模层为掩模，刻蚀所述多晶硅层，形成栅极。

可选地，形成具有第一图形的掩模层时采用曝光-显影工艺；可选地，获得具有第二图形的掩模层时采用等离子体刻蚀工艺；可选地，调整所述修整工艺的操作中包含确定刻蚀时间的步骤；可选地，确定所述刻蚀时间时采用包含第一图形特征尺寸参量在内的两个参量和时间的三维数据进行辅助分析；

可选地，确定刻蚀时间的步骤包括：

确定变量为第一图形特征尺寸和刻蚀时间的第一平面；

确定变量为另一参量和刻蚀时间的第二平面；

根据所述第一平面和第二平面的交界线对应的刻蚀时间执行修整工艺；

可选地，所述两个参量中还包括浅沟槽表面与所述栅介质层之间的高度差；可选地，所述两个参量中还包括所述栅介质层的厚度或具有第一图形的掩模层的坚膜温度中的一种；可选地，所述两个参量中还包括执行所述刻蚀操作时采用的刻蚀气体的流量、刻蚀反应压力、刻蚀反应功率中的一种。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：