專利名稱：柵極的制造方法
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)體器件中柵極 的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷發(fā)展，作為衡量半導(dǎo)體制造技術(shù)工藝水
平的柵極的線寬也越來(lái)越??；小的柵極線寬可以減小形成的半導(dǎo)體器件 的驅(qū)動(dòng)電壓，進(jìn)而減小功耗；此外，小的柵極線寬也可以使形成的半導(dǎo) 體器件尺寸減小，提高集成度，增加單位面積上半導(dǎo)體器件的數(shù)量，降 低成本。
半導(dǎo)體集成電路制造工藝中，柵極一般通過(guò)光刻和刻蝕的工藝而形 成。圖1至圖4為現(xiàn)有的一種柵極的制造方法的各步驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的剖面示 意圖。
如圖1所示，提供半導(dǎo)體襯底IO，在所述半導(dǎo)體襯底上形成氧化層12， 在所述氧化層上沉積多晶硅層14。接著，在所述多晶硅層14上形成硬掩 膜層16,該硬掩膜層16可以是氮化硅。
如圖2所示，在所述硬掩膜層16上旋涂光刻膠層，并通過(guò)曝光和顯影 工藝形成柵極的光刻膠圖案18。
如圖3所示，以所述柵極的光刻膠圖案18作為刻蝕阻擋層，刻蝕去除 未被所述柵極的光刻膠圖案18保護(hù)的硬掩膜層16,將所述柵極的光刻膠 圖案18轉(zhuǎn)移到所述硬掩膜層16上，形成柵極的硬掩膜圖案16a。然后，去 除所述柵極的光刻膠圖案18 。
如圖4所示，刻蝕未^L所述柵極的石更掩膜圖案16a^t蓋的多晶硅層14， 形成4冊(cè)4及14a。
所述柵極的制造方法中，形成的柵極14a的線寬主要由光刻工藝的分 辨率決定，而光刻工藝的分辨率主要由曝光光源的波長(zhǎng)來(lái)決定。為獲得 更小線寬的柵極，曝光波長(zhǎng)的尺寸也需要相應(yīng)的減小。例如，為制造線 寬為45nm或更小的柵極，需要波長(zhǎng)為157nm甚至更小的曝光光源。然而，目前常用的石英玻璃材質(zhì)的光學(xué)透鏡對(duì)波長(zhǎng)為157nm或更短紫外光是不 透明的，這意味著不得不尋找新的替代材料制造光學(xué)透鏡，或者設(shè)計(jì)反 射光學(xué)系統(tǒng)；同時(shí)，獲得輸出強(qiáng)度足夠大的157nm或更短波長(zhǎng)的深紫外光 源也較為困難；從而使得曝光工藝復(fù)雜、成本較高。
在專利號(hào)為00128798的中國(guó)專利中，還可以發(fā)現(xiàn)更多與上述技術(shù)方 案相關(guān)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種柵極的制造方法，本發(fā)明工藝較為筒單，成本較低。 本發(fā)明提供的一種柵極的制造方法，包括 提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上具有多晶硅層； 在所述多晶硅層上形成金屬層； 加熱所述金屬層至第一溫度；
提供表面具有凹槽的模具，將所述模具具有凹槽的表面與所述金屬 層表面接觸，并在所述模具上施加壓力，在所述金屬層中壓印出凸起；
冷卻所述金屬層至第二溫度；
移除所述模具；
去除所述凸起之間的凹陷底部的金屬層材料；
刻蝕未被所述金屬層覆蓋的多晶硅層，形成柵極。
可選的，所述金屬層的熔點(diǎn)小于多晶硅層的熔點(diǎn)。
可選的，形成所述金屬層的方法為物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、 濺射、電鍍中的一種。
可選的，所述金屬層為一層或多層。
可選的，所述第一溫度大于或等于所述金屬層的熔點(diǎn)，但小于所述 多晶硅層的熔點(diǎn)。
可選的，所述模具的材質(zhì)為金剛石。
可選的，所述凹槽的寬度為柵極的線寬。
可選的，所述第二溫度小于所述金屬層的熔點(diǎn)?？蛇x的，加熱所述金屬層至冷卻所述金屬層的步驟均在氮?dú)饣蚨栊?氣體中進(jìn)行。
可選的，所述刻蝕為等離子體干法刻蝕，產(chǎn)生所述等離子體的氣體 包括含氯或溴的氣體。
可選的，該方法進(jìn)一步包括通過(guò)濕法刻蝕去除所述柵極上的金屬 層材料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
通過(guò)在多晶硅層上形成金屬層作為硬掩膜層，并通過(guò)模具在所述金 屬層中壓印出^^及圖案，以該一冊(cè)^l圖案作為刻蝕阻擋層，刻蝕所述多晶 硅層形成柵極，省去了光刻工藝，節(jié)省工藝步驟，使得制造工藝簡(jiǎn)單化， 成本降低；此外，也克服了光刻工藝分辨率的限制，能夠制造出線寬更 小的柵極；
通過(guò)模具在金屬層中形成柵極圖案，以所述金屬層作為硬掩膜層刻
蝕多晶硅層形成柵極，使得柵極的側(cè)壁輪廓更為光滑，有助于提高形成 的半導(dǎo)體器件的性能；
金屬層可以是能夠與多晶硅層形成金屬硅化物的金屬，通過(guò)對(duì)金屬 層加熱升溫至第一溫度的工藝，與多晶硅層接觸的金屬層表面的金屬直 接與多晶硅層形成金屬硅化物，通過(guò)壓印和刻蝕工藝形成柵極后，可通 過(guò)濕法腐蝕去除多晶硅柵極上的多余的金屬材料，但保留所述多晶硅柵 極上的金屬硅化物，該金屬硅化物與多晶硅柵極共同形成半導(dǎo)體器件的 柵極，降低柵極的電阻率，減小形成的半導(dǎo)體器件的功耗。


圖1為圖4為現(xiàn)有的一種柵極的制造方法的各步驟相應(yīng)的結(jié)構(gòu)的剖 面示意圖5為本發(fā)明的柵極的制造方法的實(shí)施例的流程圖6至圖15為本發(fā)明的柵極的制造方法的實(shí)施例的各步驟相應(yīng)的 結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。
圖5為本發(fā)明的4冊(cè)極的制造方法的實(shí)施例的流程圖；圖6至圖15 為本發(fā)明的柵極的制造方法的實(shí)施例的各步驟相應(yīng)的結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
如圖5所示，步驟S100,提供半導(dǎo)體村底，在所述半導(dǎo)體村底上 具有多晶硅層。
如圖6所示的剖面示意圖，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底 100可以是單晶硅或多晶硅或非晶硅；所述半導(dǎo)體襯底100也可以是硅 鍺化合物、砷化鎵中的一種；所述半導(dǎo)體襯底100還可以是絕緣層上硅 (Silicon On Insulator, SOI)或硅上外延層結(jié)構(gòu)。在所述半導(dǎo)體襯底100 中可以摻入P型雜質(zhì)或N型雜質(zhì)形成P阱或N阱。
在所述半導(dǎo)體村底100上形成有柵極介質(zhì)層102;所述柵極介質(zhì)層 102為氧化硅、氮氧化硅中的一種或組合。形成所述氧化硅的方法為爐 管氧化或快速熱氧化或原位水蒸氣產(chǎn)生氧化；對(duì)所述氧化硅進(jìn)行氮化處 理可形成氮氧化硅，所述氮化可以是高溫爐管氮化、快速熱退火氮化或 等離子體氮化中的一種。
如圖7所述的剖面示意圖，在所述柵極介質(zhì)層102上形成多晶硅層 104;形成所述多晶硅層104的方法為物理氣相沉積或化學(xué)氣相沉積或 原子層沉積；在所述多晶硅層104中可以摻有雜質(zhì)離子，以改善形成的 多晶硅柵極的電阻率；例如，在用作N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管柵極 的多晶硅層中可摻入磷或砷，在用作P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管柵極 的多晶硅層中可4參入硼或硼的化合物。
步驟S110，如圖5所示的流程圖，在所述多晶硅層上形成金屬層。 如圖8所示的剖面示意圖，在所述多晶硅層上形成金屬層106。形 成所述金屬層106的方法為物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、濺射、電鍍 中的一種。該金屬層106熔點(diǎn)小于所述多晶硅層104的熔點(diǎn)。即該金屬 層106為熔點(diǎn)較低的金屬，例如，金屬層106的熔點(diǎn)小于600度。在其 中的一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬層106的材質(zhì)為錫或鉛。該金屬層106作為后續(xù)刻蝕多晶硅層104的硬掩膜層；也即首先需要在該金屬層106中 形成柵極圖案，接著以該柵極圖案為刻蝕阻擋層，刻蝕多晶硅層104形 成柵極。
在其它的實(shí)施例中，所述金屬層106也可以是多層不同材質(zhì)的金屬 的層疊或合金。
步驟S120，如圖5所示的流程圖，加熱所述金屬層至第一溫度；
形成所述金屬層后，加熱所述金屬層106至第一溫度T，所述第一 溫度T大于或等于該金屬層106的熔點(diǎn)，但小于多晶硅層104的熔點(diǎn)； 若多晶硅層104為摻雜多晶硅，則第一溫度T須小于摻雜多晶硅的熔點(diǎn)。 加熱所述金屬層106后，可使所述金屬層106的硬度減小，在達(dá)到或超 過(guò)該金屬層106的熔點(diǎn)后，該金屬層106可處于一種熔融狀態(tài)。
若所述金屬層106為多層不同材質(zhì)的金屬層疊時(shí)，所述第一溫度T 要大于或等于該金屬層106最上層的金屬的熔點(diǎn)，但小于多晶硅層104 的熔點(diǎn)。
若所述金屬層106為合金時(shí)，所述第一溫度T要大于或等于該合金 的熔點(diǎn)，但小于多晶硅層104的熔點(diǎn)。
為避免在加熱過(guò)程中所述金屬層106被氧化，加熱所述金屬層106 在氮?dú)饣蚨栊詺怏w的環(huán)境中進(jìn)行。
步驟S130，如圖5所示的流程圖，提供表面具有凹槽的模具，將 所述模具具有凹槽的表面與所述金屬層表面接觸，并在所述模具上施加 壓力，在所述金屬層中壓印出凸起。
如圖9所示的剖面示意圖，提供模具IIO，在所述模具110的其中 一個(gè)表面具有凹槽lll,該凹槽111用于形成4冊(cè)極圖案，因而，該凹槽 111的寬度a等于或稍大于(彌補(bǔ)刻蝕偏差)待形成的多晶硅柵極的線 寬，凹槽111的深度b至少大于所述金屬層106的厚度的一半；所述凹 槽111可以是多個(gè)，多個(gè)凹槽111之間的間距等于或稍大于待形成的多 晶 石圭牙冊(cè)才及的間距。
該模具110的熔點(diǎn)大于所述金屬層106的熔點(diǎn)，模具110的硬度大于所述金屬層106在第一溫度T時(shí)的硬度。在其中的一個(gè)實(shí)施例中，所 述模具110為金剛石。
在另外的實(shí)施例中，可以僅在所述凹槽111的底部或側(cè)壁、以及所 述凹槽lll之間的凸棱表面形成有金剛石材質(zhì)的膜層(未示出)。
將所述模具IIO放置于所述金屬層106上方位置，使所述模具110 具有凹槽111的表面朝向所述金屬層106。
移動(dòng)所述模具110,將所述模具IIO具有凹槽111的表面與所述金 屬層106的表面接觸；然后，在所述才莫具IIO上施加朝向所述金屬層106 的壓力；由于所述金屬層106處于熔融狀態(tài)，硬度較小，在所述模具110 上施加壓力，可在所述金屬層106中壓印出如圖10所示的凸起106a， 在所述凸起106a之間形成凹陷106b;凸起106a的寬度與所述凹槽111 的寬度相同，該凸起106a即為柵極圖案。
在所述金屬層106中壓印出凸起106a的工藝在氮?dú)饣蚨栊詺怏w環(huán) 境中進(jìn)行。
步驟S140，如圖5所示的流程圖，冷卻所述金屬層至第二溫度， 該第二溫度小于所述金屬層的熔點(diǎn)。
在所述金屬層106中壓印出凸起106a后，冷卻所述金屬層106至 第二溫度，該第二溫度小于所述金屬層106的熔點(diǎn)；該冷卻工藝在氮?dú)?或惰性氣體環(huán)境中進(jìn)行；所述冷卻的方式可以是水冷卻或氣體冷卻。
通過(guò)冷卻所述金屬層106至第二溫度，可使所述金屬層106硬度比 熔融狀態(tài)大，從而使所述凸起106a的輪廓固化，在后續(xù)的移除所述模 具110的工藝中不會(huì)使所述凸起106a變形；
另外，由于熱張冷縮的效應(yīng)，通過(guò)冷卻可4吏所述凸起106a的尺寸 有少許的縮小，所述才莫具110的凹槽111也由于冷卻而變寬變深，從而 使所述凸起106a的表面和所述凹槽111的側(cè)壁、底部分離，如圖11所 示的剖面示意圖，使得后續(xù)的從所述金屬層106上移除所述模具110的 工藝變得較為容易。
步驟S150，如圖5所示的流程圖，移除所述模具。如圖12所示，在所述模具110上施加拉力，將所述模具110從所 述金屬層106上移除，由于所述的冷卻工藝〗吏得所述^^莫具110和所述凸 起106a的表面已經(jīng)分離，可較為容易的將所述4莫具110由所述金屬層 106上移除。
移除所述模具110的工藝在氮?dú)饣蚨栊詺怏w的環(huán)境中進(jìn)行。
移除所述模具110后，將所述金屬層106冷卻至常溫。
步驟S160，如圖5所示的流程圖，去除所述凸起之間的凹陷底部 的金屬層材料。
移除所述模具110后，使所述凸起106a表面被露出；由于在壓印 形成所述凸起106a時(shí)在所述凸起106a之間形成凹陷106b，所述凹陷 106b的底部還有一定厚度的金屬材料，該凹陷106b底部的金屬材料需 要被去除，使所述凹陷106b的底部露出所述多晶硅層104的表面。
在其中的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)等離子體干法刻蝕去除所述凹陷106b 底部的金屬材料，如圖13所示，去除所述金屬材料后，所述凹陷106b 底部露出所述多晶硅層104的表面。
步驟S170,如圖5所示的流程圖，刻蝕未被所述金屬層覆蓋的多 晶 硅層，形成柵極。
如圖14所示的剖面示意圖，以所述凸起106a作為刻蝕阻擋層，刻 蝕所述凸起106a之間的凹陷106b底部的多晶石圭層104，形成多晶硅柵 極104a。所述刻蝕可以是等離子體干法刻蝕，產(chǎn)生等離子體的氣體可以 為含氯的氣體或含溴的氣體。
如圖15所示的剖面示意圖，通過(guò)濕法刻蝕去除所述多晶硅柵極 104a上的凸起106a。所述濕法刻蝕的刻蝕溶液具有對(duì)凸起106a比對(duì)所 述多晶硅柵極104a大的刻蝕速率。
通過(guò)在多晶硅層104上形成金屬層106作為硬掩膜層，并通過(guò)模具 IIO在所述金屬層106中形成4冊(cè)^l圖案106a，以該柵4及圖案106a作為 刻蝕阻擋層，刻蝕所述多晶硅層104形成柵極104a,省去了光刻工藝， 節(jié)省工藝步驟，使得制造工藝簡(jiǎn)單化；此外，也克服了光刻工藝分辨率的限制，能夠制造出線寬更小的柵極；相對(duì)于光刻刻蝕工藝，成本降低； 通過(guò)模具110在金屬層106中直接形成柵極圖案，以所述金屬層106 作為硬掩膜層刻蝕多晶硅層104形成柵極104a，使得柵極104a的側(cè)壁 輪廓更為光滑，有助于提高形成的半導(dǎo)體器件的性能。
在另外的實(shí)施例中，所述金屬層106為能夠與多晶硅層104形成金 屬硅化物的金屬，例如，金屬鎳；通過(guò)對(duì)金屬層106加熱升溫至第一溫 度T的工藝，金屬層106表面的金屬可直接與多晶硅層104形成金屬硅 化物，通過(guò)壓印和刻蝕工藝形成多晶硅柵極后，可通過(guò)濕法腐蝕去除多 晶硅柵極上的多余的金屬材料，但保留多晶硅柵極上的金屬硅化物，該 金屬硅化物與多晶硅柵極共同形成半導(dǎo)體器件的柵極，可降低柵極電阻 率，減小形成的半導(dǎo)體器件的功耗。
本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但其并不是用來(lái)限定本發(fā)明， 任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能 的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的 范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種柵極的制造方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上具有多晶硅層；在所述多晶硅層上形成金屬層；加熱所述金屬層至第一溫度；提供表面具有凹槽的模具，將所述模具具有凹槽的表面與所述金屬層表面接觸，并在所述模具上施加壓力，在所述金屬層中壓印出凸起；冷卻所述金屬層至第二溫度；移除所述模具；去除所述凸起之間的凹陷底部的金屬層材料；刻蝕未被所述金屬層覆蓋的多晶硅層，形成柵極。
2、 如權(quán)利要求1所述的柵極的制造方法，其特征在于所述金屬 層的熔點(diǎn)小于多晶硅層的熔點(diǎn)。
3、 如權(quán)利要求2所述的柵極的制造方法，其特征在于形成所述 金屬層的方法為物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、濺射、電鍍中的一種。
4、 如權(quán)利要求1所述的柵極的制造方法，其特征在于所述金屬 層為一層或多層。
5、 如權(quán)利要求1所述的柵極的制造方法，其特征在于所述第一 溫度大于或等于所述金屬層的熔點(diǎn)，但小于所述多晶硅層的熔點(diǎn)。
6、 如權(quán)利要求1所述的柵極的制造方法，其特征在于所述模具 的材質(zhì)為金剛石。
7、 如權(quán)利要求1所述的柵極的制造方法，其特征在于所述凹槽 的寬度為柵極的線寬。
8、 如權(quán)利要求1所述的柵極的制造方法，其特征在于所述第二 溫度小于所述金屬層的熔點(diǎn)。
9、 如權(quán)利要求1所述的柵極的制造方法，其特征在于加熱所述 金屬層至冷卻所述金屬層的步驟均在氮?dú)饣蚨栊詺怏w中進(jìn)行。
10、 如權(quán)利要求1所述的柵極的制造方法，其特征在于所述刻蝕為等離子體干法刻蝕，產(chǎn)生所述等離子體的氣體包括含氯或溴的氣體。
11、如權(quán)利要求1所述的柵極的制造方法，其特征在于，該方法進(jìn) 一步包括通過(guò)濕法刻蝕去除所述柵極上的金屬層材料。
全文摘要
一種柵極的制造方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上具有多晶硅層；在所述多晶硅層上形成金屬層；加熱所述金屬層至第一溫度；提供表面具有凹槽的模具，將所述模具具有凹槽的表面與所述金屬層表面接觸，并在所述模具上施加壓力，在所述金屬層中壓印出凸起；冷卻所述金屬層至第二溫度；移除所述模具；去除所述凸起之間的凹陷底部的金屬層材料；刻蝕未被所述金屬層覆蓋的多晶硅層，形成柵極。本發(fā)明工藝較為簡(jiǎn)單，成本較低。
文檔編號(hào)H01L21/28GK101303974SQ200710040628
公開(kāi)日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2007年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月11日
發(fā)明者張海洋, 陳海華, 怡 黃 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司