[发明专利]一种栅极补偿隔离区刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，且特别涉及一种栅极补偿隔离区刻蚀方法。

背景技术

在先进集成电路工艺中，栅极补偿隔离区通常环绕栅极结构，防止后续工艺中更大剂量的离子注入临近区域而导致源/漏穿通。

栅极补偿隔离区刻蚀工艺一般有主刻蚀和过刻蚀两个主要步骤，主刻蚀完成对氧化层的刻蚀，过刻蚀则完成对于空旷区的残余氧化物清除。现有技术中主刻蚀步骤一般采用光学发光光谱仪(OES)或者固定时间来进行刻蚀终点的侦测。就采用光学发光光谱仪的刻蚀终点侦测而言，利用侦测等离子体中刻蚀生成物CO的光谱强度的原理，当刻蚀氧化硅大部分完成时，生成物CO的浓度减少，该波长的光谱强度就会减弱，以此来判断刻蚀终点。采用传统的光学发光光谱仪进行刻蚀终点侦测，由于刻蚀终止时，往往刻蚀界面已经达到底层的衬底硅表面，在刻蚀速度稍快的区域难以避免的造成一定量的衬底硅损失，一定程度上影响器件的性能。而就采用固定时间的刻蚀终点侦测而言，由于被刻蚀的氧化硅层的膜厚变化与实时工艺腔体内刻蚀速率的变化在刻蚀时间上都难以反映，增加了刻蚀的不可控性。

光学发光干涉仪（IEP：Interferometric Endpoint）在集成电路中一般用于90nm以下工艺的浅沟槽隔离（STI：Shadow Trench Isolation）刻蚀工艺和多晶硅栅极（Poly）刻蚀工艺，其侦测介质通常为硅。在浅沟槽隔离刻蚀工艺中，通过侦测沟槽的刻蚀深度来进行刻蚀终点的判断，沟槽的深度一般为3000至4000埃，所用光源的波长一般为200至400nm；而在多晶硅栅极刻蚀工艺中，通过侦测刻蚀剩余的多晶硅层厚度进行刻蚀终点的判断，所能侦测最小的多晶硅厚度一般为200埃左右，所用光源波长一般为200至400nm。

发明内容

为了克服现有技术中栅极补偿隔离区刻蚀对底层衬底硅的损伤以及等离子体对于衬底的损伤，本发明提供一种栅极补偿隔离区刻蚀方法。

为了实现上述目的，本发明提出一种栅极补偿隔离区刻蚀方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有栅极结构、覆盖所述栅极结构和所述半导体衬底的氧化层；

进行第一刻蚀过程，所述第一刻蚀过程刻蚀所述氧化层，直到光学发生干涉仪确定刻蚀终点，即被刻蚀的所述氧化层达到预定厚度；

进行第二刻蚀过程，所述第二刻蚀过程去除所述栅极结构顶部和半导体衬底上空旷区的氧化层，保留所述栅极结构侧壁的氧化层，形成栅极补偿隔离区。

进一步地，所述光学发生干涉仪的光源为波长30nm至100nm的极低紫外光。

进一步地，所述氧化层的预定厚度为40埃至50埃。

进一步地，所述氧化层材质为氧化硅或氮氧化硅。

进一步地，所述第一刻蚀过程为各向异性刻蚀，主导刻蚀方向为垂直于所述半导体衬底方向。

进一步地，所述第二刻蚀过程为各向同性刻蚀，刻蚀方向为垂直于所述半导体衬底方向。

进一步地，所述第一刻蚀过程的参数包括：腔体压力为10mtorr至30mtorr，RF功率为400W至700W，刻蚀气体流量为10sccm至20sccm。

进一步地，所述第一刻蚀过程的刻蚀气体包括CHF₃、CH₂F₂、CH₃F、C₄F₈和C₅F₈中的一种或多种的组合。

进一步地，所述第一刻蚀过程的刻蚀气体还包括惰性气体。

进一步地，所述第二刻蚀过程采用定时控制。

进一步地，所述第二刻蚀过程的参数包括：腔体压力为10mtorr至30mtorr，RF功率为200W至400W，刻蚀气体流量为12sccm至24sccm。

进一步地，所述第二刻蚀过程的刻蚀气体包括CHF₃、CH₂F₂、CH₃F、C₄F₈和C₅F₈中的一种或多种的组合。

进一步地，所述第二刻蚀过程的刻蚀气体还包括惰性气体。

与现有技术相比，本发明所述的栅极补偿隔离区刻蚀方法的有益效果主要表现在：