[发明专利]多金属钨栅极刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种多金属钨栅极刻蚀方法。

背景技术

当半导体器件制造技术发展到深亚微米(deep 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。

一般的，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。

发明内容

本发明提供一种多金属钨栅极刻蚀方法，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，本发明提供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。

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所述氮化钨层的厚度为20～60所述钛层的厚度为20～60

与现有技术相比，在本发明提供的多金属钨栅极刻蚀方法中，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1∶1～2∶1，本发明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为本发明实施例所提供的多金属钨栅极刻蚀方法的流程图；

图2A至图2B为本发明实施例所提供的多金属钨栅极刻蚀方法的各步骤相应结构的剖面示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想在于，提供一种多金属钨栅极刻蚀方法，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1∶1～2∶1，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1，其为本发明实施例所提供的多金属钨栅极刻蚀方法的流程图，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1∶1～2∶1。