專利名稱：在晶圓上制造柵極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及芯片制造技術(shù)，特別涉及一種在晶圓上制造柵極的方法。
背景技術(shù)：
在最近十年的半導(dǎo)體工業(yè)發(fā)展中，光刻蝕技術(shù)的發(fā)展起著決定性作用。在半導(dǎo)體 工業(yè)的集成電路(IC， Intergrated Circuit)技術(shù)中，光刻蝕技術(shù)的發(fā)展對(duì)每一片晶圓的成 本節(jié)約起著大部分的作用。隨著光刻蝕技術(shù)的穩(wěn)定提高，光刻采用的光信號(hào)波長越來越短， 在此基礎(chǔ)上，IC的光刻蝕技術(shù)的提高依賴于進(jìn)行光刻蝕的鏡頭和顯影材料技術(shù)的發(fā)展。但 是，隨著IC的特征尺寸縮小為45納米或更小，IC進(jìn)入亞微米尺寸，在IC中實(shí)現(xiàn)光刻蝕技 術(shù)成為挑戰(zhàn)，特別是采用光刻蝕技術(shù)在IC的晶圓上制造柵極。 為了可以在器件上制作尺寸更小的柵極，采用了間隔_刻蝕(spacer-etch)方法 制造柵極，圖la 圖le為現(xiàn)有技術(shù)采用spacer-etch方法制造柵極的結(jié)構(gòu)簡化剖面圖，具 體地， 首先，如圖la所示，在晶圓的多晶硅層IO表面生成氮化物層20 ;
生成的氮化物層20厚度可以刻蝕要求工藝設(shè)置；
在本步驟中，多晶硅層10下為柵氧化層和晶圓襯底； 然后，對(duì)氮化物層20按照需要的柵極圖形進(jìn)行光刻蝕，得到圖lb所示的結(jié)構(gòu)，包 括多晶硅層10和經(jīng)過光刻蝕的氮化物層20 ; 這個(gè)步驟主要是為了定位柵極所在的位置，即形成柵極圖形的開口位置； 在本步驟中，光刻蝕的方法為在氮化物層20表面形成光刻膠層，并按照需要的
柵極圖形對(duì)光刻膠層進(jìn)行曝光和顯影，形成光刻膠開口后，再采用干法刻蝕，即將晶圓表面
暴露在反應(yīng)室內(nèi)并在刻蝕反應(yīng)室產(chǎn)生用于刻蝕的等離子體，等離子體通過光刻膠中開口，
和晶圓表面發(fā)生反應(yīng)，去掉晶圓窗口上的氮化物層20，再去除光刻膠層，得到柵極圖形的開
口位置； 在這里，通常采用氟碳化合物的化學(xué)氣體作為干法刻蝕采用的氣體；
再次，在經(jīng)過光刻蝕的氮化物層20上采用化學(xué)氣相沉積(CVD， Chemical Vapor d印osition)方法沉積摻雜的多晶硅層40，得到圖lc所示的結(jié)構(gòu)，包括多晶硅層10、經(jīng)過光 刻蝕的氮化物層20、摻雜的多晶硅層40 ; 沉積的摻雜多晶硅層40用以制作柵極的頂部，沉積的高度決定了最終形成柵極 的厚度，比如，沉積的高度就是最終形成柵極的厚度； 再次，按照定位柵極所在的位置刻蝕摻雜多晶硅層40，即刻蝕掉在經(jīng)過光刻蝕的 氮化物層20上面的摻雜多晶硅層40，得到圖ld所示的結(jié)構(gòu)，包括多晶硅層10、經(jīng)過光刻蝕 的氮化物層20和經(jīng)過刻蝕后剩余的摻雜多晶硅層40 ; 在本步驟中，采用干法刻蝕摻雜的多晶硅層40 ;經(jīng)過刻蝕后剩余的摻雜的多晶硅 層40為要形成的柵極頂部； 最后，對(duì)氮化物層20進(jìn)行去除后，采用經(jīng)過刻蝕后剩余的摻雜的多晶硅層40形狀刻蝕多晶硅層IO，最終得到圖le所示的結(jié)構(gòu)，即柵極。 在這個(gè)制造柵極的過程中，是先采用刻蝕氮化物層20構(gòu)造柵極所在的位置，然后 再對(duì)沉積的摻雜多晶硅層40進(jìn)行刻蝕，形成需要的柵極頂部后，再去除氮化物層20后刻蝕 多晶硅層IO，得到柵極。采用這種方式存在著問題采用干法刻蝕摻雜多晶硅層40時(shí)，由 于要形成的柵極頂部兩側(cè)所處的環(huán)境不同，以圖ld所示左側(cè)結(jié)構(gòu)的柵極頂部為例，其左側(cè) 在刻蝕過程中沒有暴露在等離子體中，而右側(cè)則在刻蝕過程中暴露在等離子體中被刻蝕， 所以最終形成的柵極頂部從剖面圖來看，并不是一個(gè)平面，而是一個(gè)梯形結(jié)構(gòu)(如圖ld所 示)，從而會(huì)導(dǎo)致形成的柵極頂部寬度小于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致后續(xù)對(duì)在器件上進(jìn)行離子注入、接 觸刻蝕及金屬沉淀刻蝕的過程產(chǎn)生影響，影響了所形成器件的性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致器件失 效。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種在晶圓上制造柵極的方法，該方法能夠制造頂部為平
面且保持頂部和底部寬度相同的柵極，從而提高最終形成器件的性能。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的 —種在晶圓上制造柵極的方法，在晶圓的柵氧化層上依次沉積多晶硅層、第一氧
化物層、第一氮化物層、第二氧化物層和第二氮化物層，其中，沉積多晶硅層高度為柵極高
度，該方法還包括 按照柵極圖形光刻蝕第二氮化物層直到第二氧化物層，在所形成的柵極圖形開口 位置上，沉積摻雜的多晶硅層； 按照柵極圖形開口位置刻蝕摻雜的多晶硅層，得到摻雜的多晶硅層的柵極形狀， 去除光刻蝕剩余的第二氮化物層； 按照摻雜的多晶硅層的柵極形狀刻蝕第一氮化物層和第二氧化物層，直到第一 氧化物層，得到第一氮化物層的柵極形狀，去除摻雜的多晶硅層的柵極形狀和第二氧化物 層； 按照第一氮化物層的柵極形狀刻蝕多晶硅層后，去除第一氮化物層的柵極形狀和 第一氧化物層后，得到柵極。 所述多晶硅層、第一氧化物層、第一氮化物層、第二氧化物層和第二氮化物層分別 采用化學(xué)氣相沉積CVD工藝沉積。 所述第二氧化物層為所述第二氮化物層的刻蝕停止層，所述第一氧化物層為第一 氮化物層的刻蝕停止層。 所述第二氮化物層沉積的厚度為柵極高度，所述第一氮化物層沉積的厚度等于或 小于柵極高度。 所述沉積的摻雜的多晶硅層高度決定所述柵極的厚度，所述沉積的摻雜的多晶硅 層中摻雜的為鍺Ge。 所述沉積的摻雜的多晶硅層中的多晶硅占70% 90%。 所述去除摻雜的多晶硅層的柵極形狀和第一氧化物層采用硝酸或雙氧水去除。
所述第二氮化物層和第一氮化物層分別采用磷酸去除。 由上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明在晶圓的柵極氧化層上沉積多晶硅層、第一氧化物層、第一氮化物層、第二氧化物層和第二氮化物層，其中氧第一化物層和第二氧化物層 分別作為第一氮化物層和第二氮化物層的刻蝕停止層。然后本發(fā)明采用spacer-etch方法 制造柵極，過程為在光刻蝕第二氮化物層后形成柵極位置，沉積摻雜的多晶硅層后刻蝕得 到柵極形狀，去除第二氮化物層，再按照柵極形狀刻蝕第一氮化物層得到第一氮化物層的 柵極形狀，去除沉積的摻雜的多晶硅層后，按照經(jīng)過刻蝕的第一氮化物層的柵極形狀刻蝕 多晶硅層后，去除第一氮化物層，得到柵極。本發(fā)明由于將會(huì)導(dǎo)致柵極形狀頂部不是平面的 沉積摻雜的多晶硅層去除，而后續(xù)在刻蝕多晶硅層時(shí)由于在刻蝕過程中不存在頂部所處環(huán) 境不同而造成刻蝕得到的柵極頂部不是平面的情況，從而制造頂部為平面且保持頂部和底 部寬度相同的柵極，提高最終形成器件的性能。


圖la 圖le為現(xiàn)有技術(shù)采用spacer-etch方法制造柵極的結(jié)構(gòu)簡化剖面圖；
圖2為本發(fā)明提供的制造柵極方法流程圖； 圖3a 圖3i為本發(fā)明采用spacer-etch方法制造柵極的結(jié)構(gòu)簡化剖面圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 本發(fā)明將作為柵極的多晶硅層沉積在晶圓的柵氧化層上，然后在該摻雜的多晶硅 層上采用spacer-etch方法制造符合設(shè)計(jì)要求的柵極形狀后，再按照柵極形狀刻蝕該摻雜 的多晶硅層得到柵極。這樣，就可以不需要像現(xiàn)有技術(shù)那樣由沉積的摻雜的多晶硅層40制 造柵極頂部，而導(dǎo)致的由于在刻蝕過程中存在頂部所處環(huán)境不同而造成刻蝕得到的柵極頂 部不是平面的情況，從而制造頂部為平面且保持頂部和底部寬度相同的柵極。
圖2為本發(fā)明提供的制造柵極方法流程圖，結(jié)合圖3a 圖3i，具體說明如下
步驟201、如圖3a，在晶圓的柵氧化層10上采用CVD沉積作為柵極的多晶硅層11、 氧化物層12、氮化物層13、氧化物層14和氮化物層15 ; 在本步驟中，可以將氧化物層12稱為第一氧化物層，將氮化物層13稱為第一氮化
物層，將氧化物層14稱為第二氧化物層，將氮化物層15稱為第二氮化物層； 在本步驟中，氧化物層12和氧化物層14可以為氧化硅；氮化物層13和氮化物層
15可以相同，也可以不同，比如都可以為氮化硅等，是作為層間轉(zhuǎn)換用的，當(dāng)然，可以理解，
所有作為層間轉(zhuǎn)換用的現(xiàn)有技術(shù)的氮化物層都可以作為本發(fā)明的氮化物層13和氮化物層
15 ; 在本步驟中，氧化物層12和氧化物層14分別作為氮化物層13和氮化物層15的 刻蝕停止層，厚度很薄，也可以稱為薄氧墊，根據(jù)所采用的刻蝕工藝確定，在刻蝕氮化物層 13或氮化物層15時(shí)在刻蝕到刻蝕停止層時(shí)刻蝕速度很快變慢，從而可以采用現(xiàn)有的終點(diǎn) 檢測方法檢測到刻蝕氮化物層13或氮化物層15被刻蝕完； 在本步驟中，氮化物層15的沉積厚度可以設(shè)置為柵極高度，氮化物層13的沉積厚 度設(shè)置可以設(shè)置為小于或等于柵極高度。 步驟202、對(duì)氮化物層15按照設(shè)置的柵極圖案進(jìn)行光刻蝕，直到氧化物層14為止，得到如圖3b所示的經(jīng)過刻蝕的氮化物層15、氧化物層14、氮化物層13、氧化物層12、多晶 硅層11和多晶硅的柵氧化層10 ; 在本步驟中，對(duì)氮化物層15進(jìn)行光刻蝕，方法為在氮化物層15表面形成光刻膠
層，并按照需要的柵極圖形對(duì)光刻膠層進(jìn)行曝光和顯影，形成光刻膠開口后，再采用干法刻
蝕，即將晶圓表面暴露在反應(yīng)室內(nèi)并在刻蝕反應(yīng)室產(chǎn)生用于刻蝕的等離子體，等離子體通
過光刻膠中開口，和晶圓表面發(fā)生反應(yīng)，去掉晶圓窗口上的氮化物層20，直到氧化物層14
為止，去除光刻膠層，確定柵極所在的位置，即形成柵極圖形的開口位置。 步驟203、在刻蝕后形成的柵極圖形的開口位置上沉積摻雜的多晶硅層16，得到
圖3c所示的結(jié)構(gòu)； 在本步驟中，刻蝕后形成的柵極圖形的開口位置包括沒有經(jīng)過刻蝕的氮化物層20 和在開口刻蝕掉氮化物層20后露出的氮化物層15 ; 在本步驟中，摻雜的多晶硅層16中的摻雜物為鍺(Ge)，當(dāng)然也可以為摻雜其他金 屬，摻雜的多晶硅層16中的多晶硅占有70% 90%，摻雜的多晶硅層16和多晶硅層11的 組成并不相同，主要原因是便于摻雜的多晶硅層16在后續(xù)的去除，可以采用濕法去除；
在本步驟中，摻雜的多晶硅層沉積的高度決定了要制造柵極的厚度，比如摻雜的 多晶硅層沉積的高度就是制造柵極的厚度； 步驟204、按照形成柵極圖形的開口位置刻蝕摻雜的多晶硅層16，得到圖3d所示 的結(jié)構(gòu)； 在本步驟中，刻蝕摻雜的多晶硅層16留下的摻雜的多晶硅形狀就是柵極的形狀， 由于刻蝕時(shí)也采用干法刻蝕，所以刻蝕也導(dǎo)致?lián)诫s的多晶硅形狀的頂部不是平面，而是一 個(gè)梯形，這與現(xiàn)有技術(shù)的情況相同。 步驟205、去除氮化物層15，得到圖3e所示的結(jié)構(gòu)，包括刻蝕得到的摻雜的多晶硅 形狀、氧化物層14、氮化物層13、氧化物層12、多晶硅層11和晶圓的柵氧化層10 ;
在本步驟中，可以采用磷酸(H3P04)去除氮化物層15 ; 步驟206、根據(jù)摻雜的多晶硅形狀刻蝕氧化物層14和氮化物層13，直到刻蝕到氧 化物層12為止，得到包括摻雜的多晶硅層16、氧化物層14、氮化物層13構(gòu)成的氮化物層形 狀，如圖3f所示； 在本步驟中，仍然采用干法刻蝕，氮化物層形狀為柵極的形狀。
步驟207、去除摻雜的多晶硅形狀； 在本步驟中，摻雜的多晶硅形狀可以采用硝酸或雙氧水去除摻雜的多晶硅形狀，
得到如圖3g所示的結(jié)構(gòu)，包括氮化物層形狀、多晶硅層11和晶圓的柵氧化層10 ; 步驟208、按照氮化物層形狀刻蝕多晶硅層ll，如圖3h所示，去除氮化物形狀和氧
化物層12，得到最終的柵極，如圖3i所示的結(jié)構(gòu)。 在本步驟中，氮化物形狀和氧化物層12可以采用H3P04去除。 由于本發(fā)明采用五層結(jié)構(gòu)，即摻雜的多晶硅層、氮化物層2、氧化物層2、氮化物層
1和氧化物層l，按照采用現(xiàn)有技術(shù)的spacer-etch方法構(gòu)造柵極形狀后，再通過該柵極形
狀刻蝕沉積的多晶硅層得到柵極后去除柵極形狀，從而在刻蝕時(shí)可以保證形成柵極頂部的
兩側(cè)在刻蝕反應(yīng)室中所處的等離子體環(huán)境相同，從而制造頂部為平面且保持頂部和底部寬
度相同的柵極，提高最終形成器件的性能。
6
以上舉較佳實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所 應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的 精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
一種在晶圓上制造柵極的方法，其特征在于，在晶圓的柵氧化層上依次沉積多晶硅層、第一氧化物層、第一氮化物層、第二氧化物層和第二氮化物層，其中，沉積多晶硅層高度為柵極高度，該方法還包括按照柵極圖形光刻蝕第二氮化物層直到第二氧化物層，在所形成的柵極圖形開口位置上，沉積摻雜的多晶硅層；按照柵極圖形開口位置刻蝕摻雜的多晶硅層，得到摻雜的多晶硅層的柵極形狀，去除光刻蝕剩余的第二氮化物層；按照摻雜的多晶硅層的柵極形狀刻蝕第一氮化物層和第二氧化物層，直到第一氧化物層，得到第一氮化物層的柵極形狀，去除摻雜的多晶硅層的柵極形狀和第二氧化物層；按照第一氮化物層的柵極形狀刻蝕多晶硅層后，去除第一氮化物層的柵極形狀和第一氧化物層后，得到柵極。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多晶硅層、第一氧化物層、第一氮化物 層、第二氧化物層和第二氮化物層分別采用化學(xué)氣相沉積CVD工藝沉積。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二氧化物層為所述第二氮化物層的 刻蝕停止層，所述第一氧化物層為第一氮化物層的刻蝕停止層。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二氮化物層沉積的厚度為柵極高度， 所述第一氮化物層沉積的厚度等于或小于柵極高度。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉積的摻雜的多晶硅層高度決定所述 柵極的厚度，所述沉積的摻雜的多晶硅層中摻雜的為鍺Ge。
6. 如權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述沉積的摻雜的多晶硅層中的多晶硅 占70% 90%。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除摻雜的多晶硅層的柵極形狀和第 一氧化物層采用硝酸或雙氧水去除。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二氮化物層和第一氮化物層分別采 用磷酸去除。
全文摘要
一種在晶圓上制造柵極的方法按照柵極圖形光刻蝕第二氮化物層直到第二氧化物層，在所形成的柵極圖形開口位置上，沉積摻雜的多晶硅層；按照柵極圖形開口位置刻蝕摻雜的多晶硅層，得到摻雜的多晶硅層的柵極形狀，去除光刻蝕剩余的第二氮化物層；按照摻雜的多晶硅層的柵極形狀刻蝕第一氮化物層和第二氧化物層，直到第一氧化物層，得到第一氮化物層的柵極形狀，去除摻雜的多晶硅層的柵極形狀和第二氧化物層；按照第一氮化物層的柵極形狀刻蝕多晶硅層后，去除第一氮化物層的柵極形狀和第一氧化物層后，得到柵極。本發(fā)明可以制造頂部為平面且保持頂部和底部寬度相同的柵極。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101728255SQ20081022459
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)明者張海洋, 陳海華 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司