專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。
技術(shù)背景隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的飛速發(fā)展，半導(dǎo)體器件為了達(dá)到更快的運(yùn)算速度、 更大的數(shù)據(jù)存儲量以及更多的功能，晶片朝向更高的元件密度、高集成度方 向發(fā)展，半導(dǎo)體器件的柵極變得越來越細(xì)且長度變得較以往更短。在制造工藝進(jìn)入65nm工藝節(jié)點(diǎn)之后，半導(dǎo)體器件的最小特征尺寸已經(jīng)達(dá)到65nm以下。為了在晶片上形成精細(xì)的圖形，通常采用犧牲光掩膜刻蝕技術(shù)。先在材 料層例如多晶硅表面沉積一層硬掩膜(hard mask)材料，例如氮化硅；然后 涂布抗反射層(BARC)和光刻膠層。BARC是一種具有流動性的有機(jī)高分子 材料，其作用降低曝光時底部硬掩膜層的反射率，以使顯影后的圖形更清晰。 光刻膠曝光顯影后，首先刻蝕硬掩膜，然后再以硬掩膜作為保護(hù)刻蝕多晶硅 層。申請?zhí)枮?00410062655.8的中國專利申請公開了 一種柵極結(jié)構(gòu)的制造方 法，圖1至圖4為說明現(xiàn)有柵極制造方法的剖面示意圖。如圖1所示，在襯底100 上生長一層?xùn)艠O介質(zhì)層110，在柵極氧化層110上沉積多晶硅層120，然后在多 晶硅層120表面沉積硬掩膜層130,隨后涂布BARC層140和光刻膠層150。圖案 化光刻膠層150以在晶片上定義4冊極的位置，如圖2所示。接下來如圖3所示， 以光刻膠作為犧牲層刻蝕BARC層，形成包括BARC層140和刻膠層150的犧牲 層光掩膜圖形。然后，利用上述犧牲層光掩膜圖形刻蝕硬掩膜層130,為了減 小圖形尺寸，犧牲光掩膜層通常使用等離子刻蝕的方法，且刻蝕氣體多為含 氟(F)氣體(例如四氟化碳CF4等)，這種刻蝕氣體在刻蝕BARC和硬掩膜層 時，其中的氟離子和碳離子會與BARC發(fā)生反應(yīng)生成一種高分子化合物，常溫 下與水汽凝結(jié)形成難溶的殘留聚合物，如圖4中所示的121,其附著在硬掩膜 130側(cè)壁和多晶硅120表面。聚合殘留物121的存在會使其下方的多晶硅刻蝕受到阻礙，使刻蝕后的多 晶硅柵極發(fā)生橋連(bridge)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響刻蝕后柵極圖形的質(zhì)量并因短路 導(dǎo)致器件性能失效。申請?zhí)枮?00510136114〗的中國專利申請中描述了一種 去除掩膜上生長的雜質(zhì)殘留物的方法，該方法利用含碌u酸離子或銨離子的溶液清洗掩膜圖形，再使用含水的HF溶液進(jìn)行清洗，最后加熱烘烤清洗后的掩 膜圖形。但是這種濕法清洗的方法可能會在掩膜表面殘留部分硫酸離子和銨 離子，硫酸離子和銨離子隨著時間的推移還可能起反應(yīng)生成新的雜質(zhì)殘留物。 而且濕法清洗的方法工藝控制性較差，不利于實(shí)現(xiàn)與其它工藝的兼容性。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了 一種半導(dǎo)體器件的制造方法，能夠在半導(dǎo)體器件的制造過 程中(例如形成柵極圖形時)去除刻蝕時產(chǎn)生的聚合殘留物，從而獲得圖形 良好的半導(dǎo)體器件。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在 半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層；在所述電介質(zhì)層上形成多晶硅層；在所述多晶硅 層表面形成硬掩膜層；在所迷硬掩膜層上形成抗反射層和光致抗蝕劑層；圖 案化所述光致抗蝕劑層以定義柵極的位置；刻蝕所述抗反射層和硬掩膜層； 對所述襯底進(jìn)行加熱烘焙；刻蝕所述多晶硅層形成柵極。所述烘焙為原位在線加熱烘烤。所述烘焙的溫度為100°C~200°C。所述烘 焙時間為1 10分鐘。所述抗反射層的材料為高分子有機(jī)聚合物或卣素水合物。 所述烘焙包括升溫和降溫的過程。方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成一材料層；在所述材料層上形成硬掩膜層； 在所述硬掩膜層上形成抗反射層和光致抗蝕劑層；圖案化所述光致抗蝕劑層； 依次刻蝕所述抗反射層和硬掩膜層；對所述襯底進(jìn)行加熱烘焙；刻蝕所述材料層。所述烘焙為原位在線加熱烘烤。所述烘焙的溫度為100°C~200°C。所述烘 焙時間為1 10分鐘。所述抗反射層的材料為高分子有機(jī)聚合物或由素水合物。 所述烘焙包括升溫和降溫的過程。所述材料層為金屬層或電介質(zhì)層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法在村底表面形成刻蝕圖形的過程中，在刻 蝕抗反射層、硬掩膜層之后，刻蝕圖形材料層之前，采用原位烘焙的方法， 即在同 一個反應(yīng)室內(nèi)對襯底進(jìn)行加熱處理，使刻蝕抗反射層時在硬掩膜側(cè)壁 和材料層表面產(chǎn)生的高分子聚合殘留物無法與水汽凝結(jié)并使其充分揮發(fā)，從 而去除聚合殘留物，為后續(xù)柵極的刻蝕創(chuàng)造了良好的條件，能夠得到良好的刻蝕圖形。此外，本發(fā)明的方法中高分子聚合殘留物的去除工藝簡便，易于控制和 實(shí)現(xiàn)。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及 其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同 的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中， 為清楚明了，放大了層和區(qū)域的厚度。圖1至圖4為說明現(xiàn)有柵極制造方法的剖面示意圖；圖5為說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法的流程圖；圖11為根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的上述目的，特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖 對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā) 明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不 違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施 的限制。本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件的制造方法適用于特征尺寸在65nm及以下的 半導(dǎo)體器件柵極的制造。所迷半導(dǎo)體器件不僅是MOS晶體管，還可以是CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體器件)中的PMOS晶體管和NMOS晶體管，也同樣 適用于其它利用含氟刻蝕氣體刻蝕有機(jī)抗反射層的場合，例如在層間介電層(ILD)中刻蝕形成溝槽結(jié)構(gòu)。圖5為說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法的流程圖。如圖5 所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法首先提供一半導(dǎo)體襯底(S101);在所 述襯底上形成介質(zhì)層和多晶硅層(S102);然后在多晶硅層表面利用化學(xué)氣 相淀積(CVD)工藝沉積硬掩膜層(S103)，硬掩膜層的材料為氮化硅或氮 氧化硅；接下來在硬掩膜層旋涂抗反射層和光致抗蝕劑層(S104);利用曝
光、顯影等工藝對光致抗蝕削層進(jìn)行圖案化(S105);刻蝕抗反射層和硬掩 膜層(S106)，采用等離子刻蝕工藝，刻蝕氣體為含氟氣體的混合氣體，包 括比如SF6、 CHF3、 CF3、 C3F6、氧氣02、氮?dú)?amp;、以及氦氣He等惰性氣體； 為去除含氟刻蝕氣體中的氟離子與有機(jī)抗反射層材料反應(yīng)生成的聚合殘留 物，本發(fā)明的方法采用原位(insuit)烘焙的方法，即在同一個反應(yīng)室內(nèi)對聚 合物進(jìn)行加熱烘烤，使其無法與水汽凝結(jié)并充分揮發(fā)，從而達(dá)到去除上述聚 合殘留物的目的，同時采用原位烘焙的方法不影響其它工藝流程，保證了整 個工藝流程的兼容性；隨后以硬掩膜層為掩膜刻蝕多晶硅層形成柵極(S108 )。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，步驟S102可以在介質(zhì)層表面形成層間介電層， 例如氣化硅或其它絕緣物質(zhì)，在步驟S108中再以硬掩膜層為掩膜刻蝕上述層 間介電層形成所需的溝槽。下面以形成多晶硅柵極為例詳細(xì)說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法。圖6了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法在半導(dǎo)體襯底上形成的多層結(jié) 構(gòu)。首先在半導(dǎo)體襯底IOO上形成介質(zhì)層IIO，介質(zhì)層IIO可以是氧化硅(Si02) 或氮氧化硅(SiON)。襯底100可以是整體半導(dǎo)體襯底，例如單晶、多晶或非 晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(SiGe)，混合的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(例如碳化硅、砷化鎵、磷 化鎵、銻化銦、磷化銦、砷化銦、砷化鎵或銻化鎵)。也可以是絕緣層上有 半導(dǎo)體的襯底，例如絕緣體上硅(SOI)。或者還可以包括合金半導(dǎo)體(例如 GaAsP、 AlInAs、 AlGaAs、 GalnAs、 GalnP、 GalnAsP)或其組合。雖然在此 描述了可以形成襯底100的材料的幾個示例，但是可以作為半導(dǎo)體襯底的任 何材料均落入本發(fā)明的精神和范圍。在深亞微米高端工藝節(jié)點(diǎn)，例如65nm以下工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)，介質(zhì)層110作 為柵極電介質(zhì)層，其材料優(yōu)選為高介電常數(shù)材料。本文中高介電常數(shù)材料是 指介電常數(shù)大于8的材料?？梢宰鳛樾纬蓶艠O電介質(zhì)層的高介電常數(shù)材料包 括氧化鉿、氧化鉿硅、氮氧化鉿硅、氧化鑭、氧化鋯、氧化鋯硅、氧化鈦、 氧化鉭、氧化鋇鍶鈦、氧化鋇鈦、氧化鍶鈦、氧化鋁等。特別優(yōu)選的是氧化 鉿、氧化鋯和氧化鋁。雖然在此描述了可以用來形成電介質(zhì)層110的材料的 少數(shù)示例，但是該層可以由減小柵極漏電流的其它材料形成。介質(zhì)層110的生長方法可以是任何常規(guī)真空鍍膜技術(shù)，比如原子層沉積 (ALD)、物理氣相淀積(PVD)、化學(xué)氣相淀積(CVD)、等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積(PECVD)工藝，優(yōu)選為原子層沉積工藝。在這樣的工藝中，襯底IOO 和電介質(zhì)層110之間會形成光滑的原子界面，可以形成理想厚度的柵極介質(zhì) 層。本發(fā)明方法中，柵極的線寬在65nm以下，電介質(zhì)層110優(yōu)選的厚度在 10-50A之間。值得注意的是，在不同的情況中，電介質(zhì)層110可以采用不同 的材料和不同的厚度。然后，在電介質(zhì)層110上形成多晶硅層120。多晶硅層120的材料為多晶 硅或攙雜金屬雜質(zhì)的多晶硅，金屬雜質(zhì)至少包括一種金屬(例如鈦、鉭、鶴 等)以及金屬硅化物。形成多晶硅層120的方法包括原子層沉積(ALD)、化 學(xué)氣相淀積(CVD)、物理氣相淀積(PVD)、等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積 (PECVD)工藝。多晶硅層120的成膜厚度為800A 1200A,優(yōu)選為1000 A。在接下來的工藝步驟中，在多晶硅層120上利用等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣 相淀積工藝形成硬掩膜層130，硬掩膜層130的材料為氮化硅或氮氧化硅，厚 度為1500A 2000A，優(yōu)選為1700 A。隨后，利用旋涂(spin-on )工藝在硬掩膜層130表面涂布BARC層140, 也就是底部抗反射層。所述BARC層為具有流動性的有機(jī)富硅聚合物材料， 優(yōu)選為布魯爾科技有限公司商標(biāo)為GF系列產(chǎn)品，例如GF315或GF320,厚 度為1000A 1200A,優(yōu)選為1100A。 BARC層能夠降低硬掩膜層130的光反 射率，有利于獲得清洗的圖案化光致抗蝕劑圖形。然后，在上述BARC層140 上形成光致抗蝕劑層150，其位于BARC層140表面，厚度為1500A 2500A, 優(yōu)選為1950A。接下來如圖7和圖8所示，利用常規(guī)光刻工藝?yán)缙毓?、顯影、清洗等 工藝圖案化光致抗蝕劑(即光刻膠)層150,以形成定義柵極位置的光刻膠圖 形151。本發(fā)明半導(dǎo)體器件的制造方法亦采用犧牲光掩膜刻蝕技術(shù)。在多晶硅層 120和光刻膠層150之間形成BARC層140和硬掩膜層130。采用這種多層結(jié) 構(gòu)能夠使得光刻膠層無需涂布的過厚，即使光刻膠圖形151非常窄，例如只 有40nm,也可以避免光刻膠圖形倒塌的問題，而且可以獲得更精細(xì)的刻蝕圖形。在反應(yīng)室內(nèi)，利用光刻膠圖形151為掩膜刻蝕BARC層140,暴露的部
分被刻蝕掉，得到與光刻膠圖形151—樣的刻蝕圖形141,此時由于刻蝕的作用光刻膠圖形151已被減薄,在反應(yīng)室內(nèi)繼續(xù)以光刻膠圖形151和BARC層 圖形141為掩膜刻蝕下方的硬掩膜層130,得到硬掩膜圖形131。在本實(shí)施例 中，等離子刻蝕的刻蝕劑采用氣體混合物，混合氣體可以包括比如SF6、 CHF3、 CF3、 C3F6、氮?dú)釴2、氦氣He以及惰性氣體。這種刻蝕劑對于BARC層140、 硬掩膜層130和多晶硅層120而言具有很高的刻蝕選擇性。反應(yīng)室內(nèi)部通入 刻蝕劑氣體的流量為50-400sccm,襯底溫度控制在20°C和90°C之間，腔體壓 力為4-80mTorr，等離子源輸出功率50W^2000W。在這個過程中，光刻膠圖 形151和BARC層圖形141作為刻蝕犧牲層而被刻蝕掉，由于刻蝕氣體為含 氟氣體，刻蝕時其中的氟離子與BARC層的材料和光刻膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成 高分子化合物，與水汽凝結(jié)形成聚合殘留物與附著在硬掩膜圖形131的側(cè)壁 和多晶硅層120表面，嚴(yán)重影響后續(xù)對多晶硅層120的刻蝕。為去除上述刻蝕殘留物，采用原位(insuit)烘焙的方法，即在同一個反 應(yīng)室內(nèi)，對聚合物進(jìn)行加熱烘烤160,如圖9所示。使生成的高分子化合物無 法與水汽凝結(jié)，并使其充分揮發(fā)，從而去除上述聚合殘留物。所述原位烘焙 的溫度為100°C 200°C，時間為1 10分鐘。在進(jìn)行烘烤的過程中通過排氣裝 置將所述烘烤產(chǎn)生的揮發(fā)物抽出。接下來如圖IO所示，以硬掩膜圖形131為掩膜刻蝕多晶硅層120形成柵 極121。在這個過程中，采用等離子體刻蝕工藝進(jìn)行刻蝕，刻蝕的方向性可以 通過控制等離子源的偏置功率和陰極(也就是村底)偏壓功率來實(shí)現(xiàn)。通過 控制偏壓功率可以控制多晶硅層120的刻蝕速率。圖11為根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施例的半導(dǎo)體器件制造方法的流程圖。前已提 及，本發(fā)明的方法可以推廣到其它利用含氟刻蝕氣體對光致抗蝕劑和抗反射 層進(jìn)行刻蝕的情形。如圖1]所示，在半導(dǎo)體襯底上形成一材料層(S201 )， 所述材料層可以是金屬層或電介質(zhì)層，后續(xù)工藝中可在其中刻蝕溝槽或通孔； 在所述材料層上形成硬掩膜層(S202);在所述硬掩膜層上形成抗反射層和光 致抗蝕劑層(S203 );圖案化所述光致抗蝕劑層(S204);依次刻蝕所述抗反 射層和硬掩膜層(S205 );對所述襯底進(jìn)行加熱烘焙(S206);刻蝕所述材料 層(S207 )。所述烘焙優(yōu)選為原位在線加熱烘烤，烘焙的溫度為100。C 20(TC， 烘焙時間為1 10分4中。
本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法采用烘焙的方法，在同 一個反應(yīng)室內(nèi)對襯底進(jìn)行加熱處理，使刻蝕BARC層和光刻膠層時產(chǎn)生的高分子聚合殘留物無法與水汽凝結(jié)并使其充分揮發(fā)，從而得到良好的刻蝕圖形。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上 的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。 任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利 用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修 飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成介質(zhì)層；在所述電介質(zhì)層上形成多晶硅層；在所述多晶硅層表面形成硬掩膜層；在所述硬掩膜層上形成抗反射層和光致抗蝕劑層；圖案化所述光致抗蝕劑層以定義柵極的位置；刻蝕所述抗反射層和硬掩膜層；對所述襯底進(jìn)行加熱烘焙；刻蝕所述多晶硅層形成柵極。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述烘焙為原位在線加熱烘烤。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述烘焙的溫度為100°C 200°C。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述烘焙時間為1 10分鐘。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述抗反射層的材料為高分子有機(jī)聚合物或卣素水合物
6、 如權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于所述烘焙包括升溫和降 溫的過程。
7、 一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括 在半導(dǎo)體襯底上形成 一 材料層；在所述材料層上形成硬掩膜層；在所述硬掩膜層上形成抗反射層和光致抗蝕劑層；圖案化所述光致抗蝕劑層；依次刻蝕所述抗反射層和硬掩膜層；對所述襯底進(jìn)4于加熱烘焙；刻蝕所述材料層。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述烘焙為原位在線加熱烘烤。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述烘焙的溫度為100°C 200。C。
10、 如才又利要求9所述的方法，其特^正在于所述烘焙時間為1 10分鐘。
11、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述抗反射層的材料為高 分子有機(jī)聚合物或卣素水合物。
12、 如權(quán)利要求11或'i2所述的方法，其特征在于所述烘焙包括升溫 和降溫的過程。
13、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述材料層為金屬層或電介質(zhì)層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括形成一材料層；在所述材料層上形成硬掩膜層；在所述硬掩膜層上形成抗反射層和光致抗蝕劑層；圖案化所述光致抗蝕劑層；依次刻蝕所述抗反射層和硬掩膜層；對所述襯底進(jìn)行加熱烘焙；刻蝕所述材料層。本發(fā)明方法能夠去除刻蝕時產(chǎn)生的聚合殘留物，從而減少下步刻蝕的蝕刻缺陷，獲得更好的蝕刻圖形。
文檔編號H01L21/02GK101154572SQ20061011684
公開日2008年4月2日 申請日期2006年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月30日
發(fā)明者張冬平, 濤 林, 王剛寧, 蔣曉鈞 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司