專利名稱：限定多晶硅圖案的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種限定多晶硅圖案的方法，特別是涉及一種蝕刻多晶硅層的方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的進(jìn)步，將N型多晶硅與P型多晶硅的工藝整合以獲得具有不同電性的柵極結(jié)構(gòu)，進(jìn)而滿足半導(dǎo)體元件的不同需求已是目前的趨勢(shì)。由于N型多晶硅與P型多晶硅所需的摻雜物不同，二者在工藝表現(xiàn)上亦有不同的結(jié)果，舉例來(lái)說(shuō)，隨著半導(dǎo)體元件的線寬不斷縮小，半導(dǎo)體工藝中的N型/P型多晶硅層的輪廓(profile)、蝕刻后臨界(after-etch-inspectioncritical dimension，AEI CD)線寬以及蝕刻后剩余的柵氧化層的均勻度均已發(fā)展至瓶頸的情況。因此，如何提供一理想的方法來(lái)限定N型/P型多晶硅層的圖案，使N型/P型多晶硅層的輪廓與蝕刻后臨界線寬相近，并且使蝕刻后的柵氧化層有足夠的剩余厚度，已成為目前半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域中的一大課題。
請(qǐng)參考圖1與圖2，圖1與圖2為現(xiàn)有一限定多晶硅圖案的方法示意圖。如圖1所示，現(xiàn)有方法先提供一基底10，并于基底10上依序形成一柵氧化層12、一多晶硅層14以及一圖案化的屏蔽層16，其中多晶硅層14包括一用來(lái)限定一N型多晶硅層的已摻雜多晶硅層14a，以及一用來(lái)限定一P型多晶硅層的未摻雜多晶硅層14b。至于屏蔽層16則為一光致抗蝕劑層或一硬屏蔽層。
如圖2所示，接著進(jìn)行一蝕刻工藝，將未被屏蔽層16覆蓋的部分多晶硅層14蝕除。在進(jìn)行蝕刻工藝時(shí)，由于已摻雜多晶硅層14a的蝕刻速度遠(yuǎn)大于未摻雜多晶硅層14b，造成已摻雜多晶硅層14a的二側(cè)邊產(chǎn)生側(cè)蝕18現(xiàn)象，所以無(wú)法使N型/P型多晶硅層的輪廓與蝕刻后臨界線寬相近。
請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D3與圖4，圖3與圖4為現(xiàn)有另一限定多晶硅圖案的方法示意圖。如圖3所示，現(xiàn)有方法先提供一基底30，并于基底30上依序形成一柵氧化層32、一多晶硅層34以及一圖案化的屏蔽層36，其中多晶硅層34包括用來(lái)限定N型/P型多晶硅層的不同區(qū)域(未顯示于圖中)，且多晶硅層34包括一未摻雜多晶硅層34a，以及一已摻雜多晶硅層34b設(shè)于未摻雜多晶硅層34a的上方。至于屏蔽層36則為一光致抗蝕劑層或一硬屏蔽層。
如圖4所示，接著進(jìn)行一蝕刻工藝，將未被屏蔽層36覆蓋的部分多晶硅層34蝕除。當(dāng)進(jìn)行蝕刻工藝時(shí)，因已摻雜多晶硅層34b的蝕刻速度大于未摻雜多晶硅層34a，而使已摻雜多晶硅層34b的二側(cè)邊產(chǎn)生側(cè)蝕38的現(xiàn)象。
有鑒于此，申請(qǐng)人提出一種限定多晶硅圖案的方法，尤其可使90納米以下的工藝的N型/P型多晶硅層的輪廓與蝕刻后臨界線寬相近并有較大的柵氧化層窗口，以有效改善多晶硅圖案的均勻度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種限定多晶硅圖案的方法，以使多晶硅圖案具有均勻的輪廓與線寬。
根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求，該方法包括于一基底上形成一多晶硅層，以及于多晶硅層上形成一圖案化的屏蔽層，接著進(jìn)行一第一蝕刻工藝，蝕刻未被屏蔽層覆蓋的部分多晶硅層，以于多晶硅層表面形成多個(gè)凹洞，然后進(jìn)行一剝除工藝，使用不含氧的氣體剝除屏蔽層，最后進(jìn)行一第二蝕刻工藝，繼續(xù)蝕刻部分的多晶硅層，以使多個(gè)凹洞通達(dá)至基底表面。
由于本發(fā)明是利用二階段的蝕刻工藝來(lái)限定多晶硅層的圖案，其包括先利用光致抗蝕劑屏蔽層作為蝕刻屏蔽，以將部分的多晶硅層蝕除，使用來(lái)限定N型摻雜多晶硅層與P型摻雜多晶硅層等區(qū)域的多晶硅層在外觀輪廓以及蝕刻后臨界線寬均相似，接著在去除光致抗蝕劑屏蔽層后，再繼續(xù)以硬屏蔽層進(jìn)行多晶硅層的蝕刻直至基底表面，完成多晶硅圖案的限定，因此本發(fā)明可以使多晶硅圖案的N型/P型多晶硅層的外觀和蝕刻后臨界線寬更為相近，有效改善多晶硅圖案的均勻度。


圖1至圖4為現(xiàn)有限定一多晶硅圖案的方法。
圖5至圖8為本發(fā)明限定一多晶硅圖案的方法。
簡(jiǎn)單符號(hào)說(shuō)明
10基底 12柵氧化層14多晶硅層 14a 已摻雜多晶硅層14b 未摻雜多晶硅層16屏蔽層18側(cè)蝕 30基底32柵氧化層 34多晶硅層34a 未摻雜多晶硅層34b 已摻雜多晶硅層36屏蔽層38側(cè)蝕50基底 52柵氧化層54多晶硅層 54a 未摻雜多晶硅層54b 已摻雜多晶硅層56硬屏蔽層58底部抗反射層 60光致抗蝕劑屏蔽層62凹洞具體實(shí)施方式
請(qǐng)參考圖5至圖8，圖5至圖8為本發(fā)明限定一多晶硅圖案的方法。如圖5所示，本發(fā)明提供一基底50，例如硅基底，接著于基底50上依序形成一柵氧化層52、一多晶硅層54、以及一圖案化的光致抗蝕劑屏蔽層60，例如光致抗蝕劑層。此外，本發(fā)明于光致抗蝕劑屏蔽層60以及多晶硅層54之間需形成一硬屏蔽層56，并選擇性使用一底部反射層58及/或其它材料層，以形成一復(fù)合性的屏蔽材料層，且包括硬屏蔽層56及底部反射層58在內(nèi)的復(fù)合性的屏蔽材料層均已圖案化，以于多晶硅層54表面限定出多個(gè)凹洞的位置。
多晶硅層54包括用來(lái)限定N型/P型多晶硅層的不同區(qū)域(未顯示于圖中)，且多晶硅層54包括一未摻雜多晶硅層54a，以及一已摻雜多晶硅層54b設(shè)于未摻雜多晶硅層54a的上方。其中已摻雜多晶硅層54b可以為N型摻雜，利用氮或磷等原子作為摻雜物。硬屏蔽層56的材料可選自下列材料中的至少一種介電材料(dielectrics)、二氧化硅(silica dioxide，SiO2)、氮化硅(siliconnitride，Si3N4)、氮氧化硅(silicon-oxy-nitride，SiOxNy)、磷硅玻璃(phosphosilicate，PSG)、硼磷硅玻璃(borophospho-silicate，BPSG)、硅氧化物(siloxanes)或碳化合物(α-C)等。至于底部反射層58可以為一硅氧層，例如氮氧化硅、有機(jī)化合物(碳?xì)浠衔?或四乙氧基硅烷(tetra-ethyl-ortho-silicate，TEOS)。
接著，如圖6所示，進(jìn)行一第一蝕刻工藝，將未被光致抗蝕劑屏蔽層60所覆蓋的部分多晶硅層54蝕除，并于多晶硅層54的表面形成多個(gè)凹洞62。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，此蝕刻步驟中蝕除部分大約為未被光致抗蝕劑屏蔽層60覆蓋的已摻雜多晶硅層54b，并且暴露出部分的未摻雜多晶硅層54a的表面。在蝕刻過(guò)程中，由于蝕刻氣體生成的等離子(plasmer)可與光致抗蝕劑屏蔽層60反應(yīng)，并提供豐富的高分子(polymer)沉積于多晶硅層54的側(cè)邊，因此可以保護(hù)已摻雜多晶硅層54b的側(cè)邊，避免因蝕刻速度過(guò)快造成側(cè)邊產(chǎn)生凹陷或側(cè)蝕的現(xiàn)象。
然后，如圖7所示，進(jìn)行一剝除工藝，利用不含氧(O2)的氣體，例如氫氣(H2)、氮?dú)?、氬氣、氦氣或其它稀釋氣體，將光致抗蝕劑屏蔽層60以及底部抗反射層58剝除，并使硬屏蔽層56殘留于多晶硅層54的表面，以用來(lái)當(dāng)作后續(xù)蝕刻工藝的屏蔽。其中，由于使用氧氣剝除光致抗蝕劑時(shí)，氧氣容易與多晶硅層的表面生成氧化物，反而造成后續(xù)蝕刻的問(wèn)題產(chǎn)生，因此本發(fā)明使用氫氣、氮?dú)狻鍤?、氦氣或其它稀釋氣體來(lái)剝除光致抗蝕劑，可避免氧化物產(chǎn)生于多晶硅層的表面上。
最后，如圖8所示，進(jìn)行一第二蝕刻工藝，將暴露的部分未摻雜多晶硅層54a蝕除，以使多個(gè)凹洞62通達(dá)至柵氧化層52的上表面，完成多個(gè)多晶硅柵極的圖案限定。其中，第二蝕刻工藝可視需求與剝除工藝于同一反應(yīng)室(in-situ)進(jìn)行，或者第二蝕刻工藝亦可與剝除工藝于不同的反應(yīng)室中進(jìn)行。
由于本發(fā)明是利用二階段的蝕刻工藝來(lái)限定多晶硅層的圖案，其包括先利用光致抗蝕劑屏蔽層60作為蝕刻屏蔽，以將部分的已摻雜多晶硅層54b蝕除，可提供豐富的高分子使用來(lái)限定N型摻雜多晶硅層與P型摻雜多晶硅層等區(qū)域的已摻雜多晶硅層54b在外觀輪廓以及蝕刻后臨界線寬均相似，接著在去除光致抗蝕劑等屏蔽層以及底部抗反射層后，再利用硬屏蔽層56當(dāng)?shù)诙g刻工藝的屏蔽，繼續(xù)進(jìn)行多晶硅層的蝕刻，以得到良好的多晶硅輪廓外觀。
再者，本發(fā)明同時(shí)利用屏蔽層(光致抗蝕劑層)60以及硬屏蔽層56來(lái)限定多晶硅層的圖案也可以避免現(xiàn)有方法使用光致抗蝕劑層或硬屏蔽層等單一屏蔽層來(lái)限定多晶硅圖案時(shí)所衍生的問(wèn)題。舉例來(lái)說(shuō)，僅使用光致抗蝕劑層來(lái)限定多晶硅圖案的方法時(shí)，由于光致抗蝕劑層會(huì)與蝕刻氣體反應(yīng)而于多晶硅層側(cè)邊形成高分子沉積，而光致抗蝕劑層與高分子層易殘留氟活化基(F□)，進(jìn)而造成柵氧化層被蝕穿的可能性增加的疑慮。另外，僅使用硬屏蔽層來(lái)限定多晶硅圖案的方法時(shí)雖能改善柵氧化層被蝕穿的問(wèn)題，然而失去光致抗蝕劑反應(yīng)生成的高分子沉積機(jī)制來(lái)保護(hù)已摻雜多晶硅(N型多晶硅)側(cè)邊，將導(dǎo)致N型/P型多晶硅層的輪廓及蝕刻后臨界線寬具有較大差異。
綜合上述，本發(fā)明的限定多晶硅層的方法利用光致抗蝕劑層與硬屏蔽層來(lái)當(dāng)作二次蝕刻工藝的屏蔽以及使用不含氧的氣體來(lái)進(jìn)行光致抗蝕劑層的剝除，因此不但擁有光致抗蝕劑層限定多晶硅圖案能夠有相近的N型與P型多晶硅層的外觀輪廓和蝕刻后臨界線寬的優(yōu)點(diǎn)，而且還有利用硬屏蔽層限定多晶硅圖案能夠得到更小線寬的工藝，且柵氧化層不易被蝕穿，因此本發(fā)明可以提高半導(dǎo)體元件的生產(chǎn)品質(zhì)與成品率。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種限定多晶硅圖案的方法，該方法包括提供一基底；于該基底上形成一多晶硅層，以及于該多晶硅層上形成一圖案化的屏蔽層；進(jìn)行一第一蝕刻工藝，蝕刻未被該屏蔽層覆蓋的部分該多晶硅層，以于該多晶硅層表面形成多個(gè)凹洞；進(jìn)行一剝除工藝，使用不含氧的氣體剝除該屏蔽層；以及進(jìn)行一第二蝕刻工藝，繼續(xù)蝕刻部分的該多晶硅層，以使該多個(gè)凹洞通達(dá)至該基底表面。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該屏蔽層包括一光致抗蝕劑層。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括于該多晶硅層表面形成一硬屏蔽層，以作為該第二蝕刻工藝的蝕刻屏蔽。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中該硬屏蔽層選自下列材料中的至少一種介電材料、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、硅氧化物或碳化物。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該基底還包括一柵氧化層設(shè)于該多晶硅層下方。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該基底為硅基底。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該多晶硅層包括一已摻雜多晶硅層以及一未摻雜多晶硅層設(shè)于該已摻雜多晶硅層下方。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該已摻雜多晶硅層為N型摻雜多晶硅層。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該第一蝕刻工藝去除屏蔽層限定的該已摻雜多晶硅層，以形成該多個(gè)凹洞。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該第二蝕刻工藝去除該未摻雜多晶硅層，以使該多個(gè)凹洞通達(dá)至該基底表面。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中剝除光致抗蝕劑工藝的該氣體包括氫氣、氮?dú)?、氬氣、氦氣或其它稀釋氣體。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該剝除工藝與該第二蝕刻工藝于同一反應(yīng)室中進(jìn)行。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該剝除工藝與該第二蝕刻工藝于不同反應(yīng)室中進(jìn)行。
14.一種限定多晶硅圖案的方法，該方法包括提供一基底；形成一柵氧化層于該基底層上、一多晶硅層于該柵氧化層上、一硬屏蔽層設(shè)于該多晶硅層上、一底部抗反射層設(shè)于該硬屏蔽層上以及一光致抗蝕劑層設(shè)于該底部抗反射層上；進(jìn)行一第一蝕刻工藝，蝕刻未被該光致抗蝕劑層覆蓋的部分該多晶硅層；進(jìn)行一剝除工藝，使用不含氧的氣體剝除該光致抗蝕劑層以及該底部反射層，并使該硬屏蔽層殘留于該多晶硅層表面；以及進(jìn)行一第二蝕刻工藝，蝕刻未被該硬屏蔽層覆蓋的部分該多晶硅層。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該硬屏蔽層選自下列材料中的至少一種介電材料、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、硅氧化物或碳化物。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該基底為硅基底。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該多晶硅層包括一已摻雜多晶硅層以及一未摻雜多晶硅層設(shè)于該已摻雜多晶硅層下方。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該已摻雜多晶硅層為N型摻雜多晶硅層。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該第一蝕刻工藝去除光致抗蝕劑層限定的該已摻雜多晶硅層。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中該第二蝕刻工藝去除該未摻雜多晶硅層。
21.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該氣體為氫氣、氮?dú)?、氬氣、氦氣或其它稀釋氣體。
22.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該剝除工藝與該第二蝕刻工藝于同一反應(yīng)室中進(jìn)行。
23.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該剝除工藝與該第二蝕刻工藝于不同反應(yīng)室中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種限定多晶硅圖案的方法，其方法包括于一基底上形成一多晶硅層，以及于多晶硅層上形成一圖案化的屏蔽層，接著進(jìn)行一第一蝕刻工藝，蝕刻未被屏蔽層覆蓋的部分多晶硅層，以于多晶硅層表面形成多個(gè)凹洞，然后進(jìn)行一剝除工藝，使用不含氧(O
文檔編號(hào)H01L21/768GK1885498SQ20051007942
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2005年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月21日
發(fā)明者周珮玉, 陳東郁 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司