專利名稱：一種消除柵刻蝕橫向凹槽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及柵電極刻蝕時橫向凹槽的消除方法。
背景技術(shù)：
柵電極刻蝕工藝通常是主要是由以下三步組成，第一步抗反射層的刻蝕(ARC OPEN)，這一步是用來打開光刻抗反射層的，柵電極的尺寸(CD)主要由這一步?jīng)Q定；第二步主刻蝕(Main Etch)，用來形成柵電極的主體形狀，在這一步大部分硅被快速刻盡形成柵線條，這一步主要影響柵電極的主體垂直度；第三步過刻蝕(Over Etch)，這一步用來去除主刻蝕步驟中沒有刻盡的硅殘留，相對于主刻蝕步驟而言，此步驟對柵氧化層的選擇性非常高(對氧化層的刻蝕速率很慢)，主要是為了防止刻穿柵氧化層，保護(hù)氧化層下面的硅襯底不受到損傷。
橫向凹槽正是在這步產(chǎn)生的，其產(chǎn)生機(jī)理是由于等離子體中離子和電子的入射角度的分布差異(離子入射角度分布小，垂直方向上的方向性好，電子入射角度分布大，方向性差如附圖1所示)在刻蝕結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生局部電場，當(dāng)主刻蝕結(jié)束時，柵氧化層暴露在等離子體中，此時局部電場的強(qiáng)度在柵的底部為最大，當(dāng)離子入射時由于此局部電場的存在導(dǎo)致離子入射軌跡的偏轉(zhuǎn)，由于物理上的轟擊和化學(xué)反應(yīng)引起了底部的橫向刻蝕(如附圖2所示)，從而產(chǎn)生橫向凹槽?，F(xiàn)有的用于解決橫向凹槽的方法是在過刻蝕步驟中增大偏轉(zhuǎn)電壓(Bias power)使離子垂直方向上的能量增大、方向性增強(qiáng)，從而減小局部電場對離子的橫向偏轉(zhuǎn)，同時減小過刻蝕步驟中氧氣的流量，為了精確調(diào)節(jié)氧氣的流量通常是采用氦(He)稀釋的氧氣(70％∶30％)，但是氧氣流量的減小會降低對柵氧的選擇性，增加?xùn)叛醮┩ǖ娘L(fēng)險，正是由于這些矛盾使得柵刻蝕工藝成為整個集成電路刻蝕工藝中的難點(diǎn)，使得用于該模塊的研發(fā)耗費(fèi)了大量的人力物力。同時有些柵刻蝕設(shè)備并沒有現(xiàn)成氦-氧混合氣路可用，單純使用O2來調(diào)節(jié)菜單，就更增加了柵刻蝕中橫向凹槽的去除難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的難度和復(fù)雜性，尤其是在沒有氦-氧混合氣路的設(shè)備條件下，提出一種可簡化工藝、調(diào)節(jié)難度的消除柵刻蝕橫向凹槽的方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，通過提高過刻蝕步驟中的壓力，使得等離子體傾向于產(chǎn)生更多的聚合物以鈍化柵的側(cè)壁和襯底，從而減小由離子偏轉(zhuǎn)引起的橫向刻蝕，同時還保持住了對柵氧化層的高選擇性。
本發(fā)明方法的特征是在常規(guī)抗反射層的刻蝕(ARC OPEN)、主刻蝕(Main Etch)、恒定壓力過刻蝕(Over Etch)等主要工藝步驟實(shí)現(xiàn)的柵電極刻蝕工藝過程中，將上述的過刻蝕分為變壓力兩個步驟，即第一步為60-80mTorr的高壓力步驟和第二步為40-60mTorr低壓力步驟，用高壓力步驟中產(chǎn)生的聚合物對側(cè)壁進(jìn)行鈍化保護(hù)，在第一步的基礎(chǔ)上，用第二步類似常規(guī)過刻蝕來清除未刻盡的硅殘留并調(diào)整柵側(cè)壁的垂直度，去除柵刻蝕橫向凹槽。
上述的變壓力過刻蝕中第一步高壓力的相關(guān)工作參數(shù)為壓力(pressure mTorr)60~80mTorr(毫托)；源功率(source power w)400~1000W；偏轉(zhuǎn)功率(bias power)60~120w；氣體比率HBr 90~200sccm；O21~7sccm。
上述的高壓力刻蝕的時間可控制在10~50秒。
上述的變壓力過刻蝕中第二步低壓力的相關(guān)工作參數(shù)為壓力(pressure mTorr)40~60mTorr(毫托)；源功率(source power w)400~1000W；偏轉(zhuǎn)功率(bias power)60~120w；氣體比率HBr 90~200sccm；O21~7sccm。
上述的低壓力刻蝕的時間可控制在10~50秒。
將柵的過刻蝕步驟分為兩步，提高第一步中壓力，形成足夠的聚合物以保護(hù)側(cè)壁后，通過第二步低壓力(常規(guī))柵過刻蝕步驟來清除未去盡的硅，并調(diào)整柵形貌使其側(cè)壁垂直。其具體工藝菜單可設(shè)置如下第一步抗反射層刻蝕(ARC OPEN)；第二步主刻蝕；第三步高壓力的過刻蝕1；第四步低壓力常規(guī)過刻蝕2。
本發(fā)明不但能成功地消除柵刻蝕中的橫向凹槽，保持柵側(cè)壁垂直及對柵氧化層很高的選擇性，還簡化了原本極端復(fù)雜的柵刻蝕菜單的調(diào)試，同時使得那些沒有氦氧氣路的設(shè)備無需進(jìn)行硬件的升級改造就能刻蝕更為先進(jìn)一代的柵電極，大大縮短了研發(fā)時間并節(jié)約了研發(fā)成本和生產(chǎn)成本。


圖1是等離子體在被刻蝕圖形上產(chǎn)生局部電場的原理圖。
圖2是被刻蝕圖形上局部電場而引起橫向凹槽的原理圖。
圖中標(biāo)號1表示入射離子、2表示入射電子、3為光刻膠、4為硅柵、5為柵氧化層
具體實(shí)施例方式
以0.18um 2000A非摻雜多晶硅刻蝕為例(所用設(shè)備為AMAT DPS CENTURA)，本發(fā)明的具體實(shí)施過程如下第一步無機(jī)抗反射層刻蝕(ARC OPEN)壓力(pressure mTorr)7mTorr(毫托)；源功率(source power w)500W；偏轉(zhuǎn)功率(bias power)90w；氣體比率CF4 80sccm，時間可由終點(diǎn)檢測(EPD)決定；第二步主刻蝕壓力(pressure mTorr)4mTorr(毫托)；源功率(source power w)500W；偏轉(zhuǎn)功率(bias power)90w；氣體比率Cl2 60sccm；HBr 110sccm；O2 2sccm，時間可由終點(diǎn)檢測(EPD)決定；第三步高壓力的過刻蝕1壓力(pressure mTorr)70mTorr(毫托)；源功率(source power w)700W；偏轉(zhuǎn)功率(bias power)90w；氣體比率HBr 160sccm；O2 3sccm，時間為30秒；第四步低壓力的常規(guī)過刻蝕2壓力(pressure mTorr)50mTorr(毫托)；源功率(source power w)700W；偏轉(zhuǎn)功率(bias power)90w；氣體比率HBr 160sccm； O2 3sccm，時間為30秒；以上各步驟的具體實(shí)施時間一般應(yīng)依賴于具體的刻蝕膜層厚度及膜質(zhì)不同而不同，高壓力的過刻蝕1和常規(guī)(低壓力)過刻蝕2的具體實(shí)施時間也是依賴于主刻蝕后的形貌不同而不同，具體特點(diǎn)是過刻蝕1越長側(cè)壁的鈍化保護(hù)層就越厚，形貌就越傾斜，橫向凹槽出現(xiàn)的可能性也越小，過刻蝕2的時間越長柵就越垂直，但是橫向凹槽出現(xiàn)的可能性也就越大。為了確保既沒有橫向凹槽，又盡可能的側(cè)壁垂直過刻蝕1和過刻蝕2的時間比例非常關(guān)鍵。這樣通過反復(fù)調(diào)節(jié)過刻蝕1、2的時間比例即可達(dá)到柵刻蝕要求，從而簡化柵刻蝕菜單的調(diào)試。
權(quán)利要求
1.一種消除柵刻蝕橫向凹槽的方法，其特征在于在抗反射層的刻蝕、主刻蝕、過刻蝕等主要工藝步驟中，將過刻蝕步驟分為變壓力的兩個步驟第一步為60-80mTorr的高壓力步驟和第二步為40-60mTorr低壓力步驟，用高壓力步驟中產(chǎn)生的聚合物對側(cè)壁進(jìn)行鈍化保護(hù)，用第二步類似常規(guī)過刻蝕來清除未刻盡的硅殘留并調(diào)整柵側(cè)壁的垂直度，去除柵刻蝕橫向凹槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于上述的變壓力過刻蝕中第一步高壓力的相關(guān)工作參數(shù)為壓力60~80mTorr；源功率400~1000W；偏轉(zhuǎn)功率60~120w；氣體比率HBr 90~200sccm；O21~7sccm，上述的變壓力過刻蝕中第二步低壓力的相關(guān)工作參數(shù)為壓力40~60mTorr源功率400~1000W偏轉(zhuǎn)功率60~120w氣體比率HBr 90~200sccm；O21~7sccm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的方法，其特征在于上述的高壓力刻蝕的時間控制在10~50秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的方法，其特征在于上述的低壓力刻蝕的時間控制在10~50秒。
全文摘要
半導(dǎo)體制造工藝中，通過柵刻蝕工藝形成柵電極。它要求刻蝕后柵的側(cè)壁垂直，沒有橫向凹槽；刻蝕盡量停止在柵氧化層上，以避免損傷下面的硅襯底，即沒有柵氧化層的穿透，這就要求柵刻蝕工藝保持高的選擇性，以上的要求是保證晶體管正常工作的基礎(chǔ)。然而消除橫向凹槽和保持刻蝕對柵氧化層的高選擇性歷來是一對矛盾，這也是柵刻蝕工藝的難點(diǎn)所在。本發(fā)明通過將過刻蝕步驟分為兩步，第一步用高壓力過刻蝕，此高壓力容易使等離子體中產(chǎn)生高分子聚合物，使柵側(cè)壁上及底部形成鈍化保護(hù)層，第二步是一般常規(guī)的過刻蝕，它的壓力相較第一步而言稍低，用來去除未刻盡的硅殘留，并調(diào)整柵的側(cè)壁垂直度。本發(fā)明方法既能保持柵的側(cè)壁垂直、沒有橫向凹槽，又能保持高的選擇比，解決了0.18μm以上柵刻蝕工藝的一大難點(diǎn)。
文檔編號H01L21/306GK1555087SQ20031012290
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月27日
發(fā)明者易春燕 申請人:上海華虹(集團(tuán))有限公司, 上海集成電路研發(fā)中心有限公司