[发明专利]在晶圆上制造栅极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制作技术，特别涉及一种在晶圆上制造栅极的方法。

背景技术

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PR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PR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PR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PR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PR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PR的厚度比较薄。

结合图1a～1d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1a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CD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。

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1a所示的结构进行曝光后，将图形转移到PR105上，如图1b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1c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1c所示的结构进行灰化步骤，去除PR105、NFARL 104和AC层103，在晶圆衬底100上形成栅极，如图1d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。