專(zhuān)利名稱(chēng)：一種半導(dǎo)體器件柵極的制作方法及調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制作技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體器件柵極的制作
方法及調(diào)整方法。
背景技術(shù)：
目前，對(duì)于亞微米以下的半導(dǎo)體器件而言，柵極的形狀對(duì)器件的性能有重要影響。如何形成合適的柵極形狀，以有效改善器件的性能參數(shù)，已經(jīng)成為當(dāng)今半導(dǎo)體器件制作領(lǐng)域中備受關(guān)注的問(wèn)題之一。 圖1為現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體器件柵極的制作方法的器件剖面圖。如圖1所示，先在襯底101上生成柵氧化層102，再在該柵氧化層102上沉積多晶硅層103。然后，對(duì)多晶硅層進(jìn)行光刻處理，在多晶硅層上定義出柵極圖形，再進(jìn)行刻蝕以形成多晶硅柵極203，如圖2所示。圖2所示為理想的情況，即刻蝕后形成的柵極203側(cè)壁陡直，其截面為頂部與底部大小相同的方形形狀。實(shí)際上，在形成柵極的刻蝕工藝中，最終形成的柵極形狀是由多種因素決定的，如刻蝕終點(diǎn)的控制、襯底表面的平整度等等，通常難以形成如圖2所示的具有垂直側(cè)壁的方形理想結(jié)構(gòu)。 圖3A和3B為兩種常見(jiàn)的柵極形狀的示意圖。其中，圖3A為具有足部(footing)的柵極，該柵極303的的底部要大于其頂部。這一足部柵極出現(xiàn)的原因有多種，一種常見(jiàn)的原因是當(dāng)刻蝕終點(diǎn)監(jiān)控不佳時(shí)，會(huì)使刻蝕后的襯底表面仍殘留較多的柵極材料，導(dǎo)致刻蝕后的柵極底部出現(xiàn)了足部的情況。這一足部柵極的出現(xiàn)使得柵極的實(shí)際長(zhǎng)度大于設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度值，結(jié)果導(dǎo)致器件工作速度緩慢，嚴(yán)重時(shí)甚至基本不能工作。圖3B為具有缺角(notch)的柵極，該柵極313的底部小于頂部。這一缺角柵極出現(xiàn)的一種原因是刻蝕多晶硅時(shí)出現(xiàn)了過(guò)刻蝕，使實(shí)際的多晶硅柵極長(zhǎng)度小于設(shè)計(jì)值，如果多晶硅柵極長(zhǎng)度過(guò)短的話，源區(qū)和漏區(qū)就可能穿通，導(dǎo)致器件失效。因此，如何在制作柵極時(shí)保證柵極的形狀正常，對(duì)器件的性能至關(guān)重要。 通常對(duì)于尺寸不是很小的器件，實(shí)現(xiàn)其柵極的特征尺寸對(duì)于光刻?hào)艠O工藝而言并不困難，此時(shí)，該器件的柵極最好具有垂直的側(cè)壁形狀。但對(duì)于尺寸已小至65nm以下的器件，因其柵極尺寸過(guò)小，光刻?hào)艠O時(shí)對(duì)光刻的精度要求較高，工藝難度較大，此時(shí)，為了降低光刻的精度要求，最好形成底部具有缺角的柵極形狀，且不同的器件對(duì)該缺角大小也會(huì)有不同的要求。 通常是利用對(duì)柵極刻蝕工藝條件的調(diào)整實(shí)現(xiàn)柵極側(cè)壁形狀?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)刻蝕時(shí)停止終點(diǎn)的控制實(shí)現(xiàn)所需要的柵極形狀刻蝕不足時(shí)形成足部的柵極，過(guò)刻蝕時(shí)形成缺角的柵極。但是，在刻蝕多晶硅層形成柵極時(shí)，如果不進(jìn)行過(guò)刻蝕處理，將難以去除附著在柵極側(cè)壁上的聚合物，因此，在進(jìn)行主刻蝕后通常加入過(guò)刻蝕的操作，這樣，就形成了具有缺角的柵極，而這一具有缺角的柵極往往并不能符合器件設(shè)定的最優(yōu)的柵極形狀，即具有較大的缺角。但是對(duì)于較大缺角的形成，需要的過(guò)刻蝕時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)損傷襯底表面，對(duì)器件性能不利。因此實(shí)際上難以通過(guò)調(diào)整刻蝕工藝條件來(lái)實(shí)現(xiàn)所需用的柵極形狀。
申請(qǐng)?zhí)枮?00610147435. 4的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種半導(dǎo)體器件柵極的制作方法及調(diào)整方法，采用了沉積具有應(yīng)力的多晶硅層來(lái)制作器件柵極的方法，分別形成具有垂直側(cè)壁、底部為足部或缺角的柵極，并且利用光學(xué)特征尺寸方法對(duì)制作出的器件柵極底部形狀，通過(guò)直接改變多晶硅的沉積溫度進(jìn)行調(diào)整。但是該方法是直接對(duì)多晶硅層的生長(zhǎng)條件進(jìn)行調(diào)整，由于多晶硅層的類(lèi)型不同，會(huì)帶來(lái)一些如柵極電學(xué)特性方面的負(fù)效應(yīng)，影響柵極的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種半導(dǎo)體器件柵極的制作方法，準(zhǔn)確地形成具有垂直側(cè)壁、底部為足部或者缺角的柵極。 本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種半導(dǎo)體器件柵極的調(diào)整方法，在制作方法的基
礎(chǔ)上，更靈活準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)所要求的柵極底部形狀。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的 根據(jù)上述目的的第一個(gè)方面，本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體器件柵極的制作方法，在襯底上生成柵氧化層之后，關(guān)鍵是該方法還包括以下步驟
在所述柵氧化層上沉積多晶硅層； 在所述多晶硅層上沉積具有應(yīng)力的氮化硅層，使所述多晶硅層具有相應(yīng)的應(yīng)力；
去除所述氮化硅層； 刻蝕所述多晶硅層，形成柵極，且所述柵極的形狀由所述多晶硅層具有的應(yīng)力確定，當(dāng)所述應(yīng)力為拉應(yīng)力時(shí)，形成的柵極底部具有缺角；當(dāng)所述應(yīng)力為壓應(yīng)力時(shí)，形成的柵極形狀為側(cè)壁垂直或底部具有足部。 所述多晶硅層具有的應(yīng)力由所述氮化硅層的的沉積溫度確定，當(dāng)所述氮化硅層的沉積溫度在400°C至600°C之間時(shí)，所述多晶硅層具有拉應(yīng)力，且所述拉應(yīng)力隨溫度的降低而增大；當(dāng)所述氮化硅層的的沉積溫度在60(TC以上時(shí)，所述多晶硅層具有壓應(yīng)力，且所述壓應(yīng)力隨溫度的升高而增大。 所述沉積具有應(yīng)力的氮化硅層之后，該方法進(jìn)一步包括對(duì)所述氮化硅層進(jìn)行退火處理的步驟。 所述沉積多晶硅層的方法為化學(xué)氣相沉積法，工藝參數(shù)包括反應(yīng)室壓力為0. 05Torr 0. 5Torr，硅烷的流量為50sccm 500sccm，沉積溫度為550°C 700°C ，沉積時(shí)間為500s 2000s。 所述沉積具有應(yīng)力的氮化硅層的方法為等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法。所述沉積方法的工藝參數(shù)包括反應(yīng)室壓力為1Torr 15Torr，射頻功率為
10W 200W，高頻為10MHZ 15MHZ，低頻為100KHZ 500KHZ，硅烷的流量為5sccm
100sc2cm，氨氣的流量為5sccm 50sccm，氮?dú)獾牧髁繛?00sccm 1000sccm。 所述氮化硅層的厚度為200A IOOOA。 所述去除所述氮化硅層的方法為熱磷酸濕法刻蝕。 根據(jù)上述目的的第二個(gè)方面，本發(fā)明還公開(kāi)了一種半導(dǎo)體器件柵極的調(diào)整方法，
包括以下步驟 設(shè)定柵極的形狀；
5所述形狀確定用于制作柵極的多晶硅層應(yīng)具有的應(yīng)力，當(dāng)所述柵極的形狀為
底部具有缺角時(shí)，所述多晶硅層應(yīng)具有拉應(yīng)力，當(dāng)所述柵極的形狀為側(cè)壁垂直或底部具有
足部時(shí)，所述多晶硅層應(yīng)具有壓應(yīng)力；根據(jù)所述多晶硅層應(yīng)具有的應(yīng)力確定氮化硅層的沉
積溫度；按照所述氮化硅層的沉積溫度在已沉積的多晶硅層上沉積氮化硅層；去除氮化硅
層；刻蝕多晶硅層，形成柵極； 對(duì)所述形成柵極的形狀進(jìn)行檢測(cè)； 對(duì)檢測(cè)得到的柵極形狀與設(shè)定形狀進(jìn)行比較判斷，并確定是否調(diào)整下一批氮化硅 層的沉積溫度。 所述對(duì)檢測(cè)得到的柵極形狀與設(shè)定形狀進(jìn)行比較判斷，并確定是否調(diào)整下一批氮 化硅層的沉積溫度的具體方法為 當(dāng)檢測(cè)得到的柵極形狀與設(shè)定的柵極形狀相符，進(jìn)入后續(xù)工藝，并保持下一批器 件的所述氮化硅層的沉積溫度不變； 當(dāng)檢測(cè)得到的柵極形狀底部比設(shè)定的柵極形狀底部大，降低下一批器件的所述氮 化硅層的沉積溫度； 當(dāng)檢測(cè)得到的柵極形狀底部比設(shè)定的柵極形狀底部小，升高下一批器件的所述氮 化硅層的沉積溫度。 所述檢測(cè)，是利用光學(xué)特征尺寸方法實(shí)現(xiàn)的。 由上述的技術(shù)方案可見(jiàn)，本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體器件柵極的制作方法，利用了 氮化硅(SIN)具有的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，在半導(dǎo)體柵氧化層上沉積多晶硅層之后，再在多晶 硅層上沉積一層具有應(yīng)力的氮化硅，該應(yīng)力使氮化硅層下的多晶硅層也具有了相應(yīng)的應(yīng) 力。所以當(dāng)?shù)鑼尤コ?，多晶硅層具有的?yīng)力仍然存在，利用多晶硅層具有的應(yīng)力的 不同，可以在相同的刻蝕條件下形成具有不同形狀的多晶硅柵極。其實(shí)現(xiàn)原理在于控制氮 化硅層的應(yīng)力，使其下的多晶硅層應(yīng)力隨之變化。當(dāng)多晶硅層具有不同的應(yīng)力時(shí)，多晶硅層 與其下的柵氧化層的交界處的表面應(yīng)力也會(huì)隨之不同，若該應(yīng)力為壓應(yīng)力，刻蝕時(shí)在具有 應(yīng)力的交界處的多晶硅的刻蝕速率會(huì)較低，結(jié)果在交界處形成足部；反之，若該應(yīng)力為拉應(yīng) 力，該交界處的多晶硅刻蝕速率會(huì)有所升高，結(jié)果在交界處形成缺角。另外，對(duì)壓應(yīng)力大小 控制得當(dāng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)僅彌補(bǔ)過(guò)刻蝕多晶硅層導(dǎo)致的柵極缺角現(xiàn)象，形成具有垂直側(cè)壁的 柵極形狀。與現(xiàn)有技術(shù)相比，消除了直接對(duì)多晶硅層沉積溫度進(jìn)行調(diào)整時(shí)，由于多晶硅的類(lèi) 型不同，帶來(lái)很多負(fù)效應(yīng)，可以準(zhǔn)確地形成具有垂直側(cè)壁、底部為足部或者缺角的柵極。
本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體器件柵極的調(diào)整方法，在制作方法的基礎(chǔ)上，利用光學(xué) 特征尺寸方法對(duì)制作出的器件柵極底部形狀進(jìn)行檢測(cè)，并可在實(shí)際制作出的形狀與設(shè)定的 形狀有所偏差時(shí)，通過(guò)調(diào)整該氮化硅層具有的應(yīng)力種類(lèi)及大小，對(duì)下一批器件的柵極底部 形狀進(jìn)行調(diào)整，最終得到刻蝕多晶硅層后形成的柵極底部形狀與設(shè)定的形狀相符，更靈活 準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)所要求的柵極底部形狀。


圖1和圖2為現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體器件柵極的制作方法的形成理想器件的剖面圖。
圖3A和3B為兩種常見(jiàn)的柵極形狀的示意圖。 圖4A至4D為本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件柵極的制作方法的器件剖面圖。
6
圖5A至5D為本發(fā)明實(shí)施例二半導(dǎo)體器件柵極的制作方法的器件剖面圖。
圖6為說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件柵極的調(diào)整方法的流程圖。
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)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件柵極的制作方法，利用了氮化硅(SIN)具有的壓應(yīng)力和 拉應(yīng)力，在半導(dǎo)體柵氧化層上沉積多晶硅層之后，再在多晶硅層上沉積一層具有應(yīng)力的氮 化硅，該應(yīng)力使氮化硅層下的多晶硅層也具有了相應(yīng)的應(yīng)力。所以當(dāng)?shù)鑼尤コ?，?晶硅層具有的應(yīng)力仍然存在，利用多晶硅層具有的應(yīng)力的不同，可以在相同的刻蝕條件下 形成具有不同形狀的多晶硅柵極。其實(shí)現(xiàn)原理在于控制氮化硅層的應(yīng)力，使其下的多晶硅 層應(yīng)力隨之變化。當(dāng)多晶硅層具有不同的應(yīng)力時(shí)，多晶硅層與其下的柵氧化層的交界處的 表面應(yīng)力也會(huì)隨之不同，若該應(yīng)力為壓應(yīng)力，刻蝕時(shí)在具有應(yīng)力的交界處的多晶硅的刻蝕 速率會(huì)較低，結(jié)果在交界處形成足部；反之，若該應(yīng)力為拉應(yīng)力，該交界處的多晶硅刻蝕速 率會(huì)有所升高，結(jié)果在交界處形成缺角。另外，對(duì)壓應(yīng)力大小控制得當(dāng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)僅彌補(bǔ) 過(guò)刻蝕多晶硅層導(dǎo)致的柵極缺角現(xiàn)象，形成具有垂直側(cè)壁的柵極形狀。 本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體器件柵極的調(diào)整方法，在制作方法的基礎(chǔ)上，利用光學(xué) 特征尺寸方法對(duì)制作出的器件柵極底部形狀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并可在實(shí)際制作出的形狀與設(shè)定的 形狀有所偏差時(shí)，通過(guò)調(diào)整氮化硅層的應(yīng)力種類(lèi)和大小，對(duì)下一批器件的柵極底部形狀進(jìn) 行調(diào)整，最終使得柵極底部形狀與設(shè)定的形狀相符。 本發(fā)明的處理方法可被廣泛地應(yīng)用到許多應(yīng)用中，并且可利用許多適當(dāng)?shù)牟牧霞?方法制作，下面是通過(guò)較佳實(shí)施例來(lái)加以說(shuō)明，當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng) 域的技術(shù)人員所熟知的一般的替換無(wú)疑地涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。 為了得到具有最優(yōu)形狀的柵極，下面是對(duì)本發(fā)明半導(dǎo)體器件柵極的制作方法的詳 細(xì)說(shuō)明。 圖4A至4D為本發(fā)明實(shí)施例一半導(dǎo)體器件柵極的制作方法的器件剖面圖。 本實(shí)施例中，設(shè)定的柵極形狀為具有垂直側(cè)壁的方形形狀，所以沉積的氮化硅層
應(yīng)具有一定的壓應(yīng)力。 步驟401，先在襯底101上生成柵氧化層102，再在該柵氧化層102上沉積多晶硅 層103，如圖4A所示。 本實(shí)施例中，多晶硅層103是利用原有的化學(xué)氣相沉積方法得到，其厚度由器件
要求的柵極高度所決定。工藝參數(shù)包括反應(yīng)室壓力為0. 05Torr 0. 5Torr，硅烷的流量
為50sccm 500sccm，沉積溫度為550°C 700。C，沉積時(shí)間為500s 2000s。 步驟402，在多晶硅層103上沉積具有壓應(yīng)力的氮化硅層404，在對(duì)氮化硅層404
進(jìn)行退火處理后，從而使多晶硅層103也具有相應(yīng)的壓應(yīng)力，如圖4B所示。 本實(shí)施例中，氮化硅層的沉積利用了等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法。其工藝
參數(shù)包括反應(yīng)室壓力為1Torr 15Torr，射頻功率為10W 200W，高頻為10MHZ 15MHZ，
低頻為100KHZ 500KHZ，硅烷的流量為5sccm 100sccm，氨氣的流量為5sccm 50sccm，
氮?dú)獾牧髁繛?00sccm 1000sccm。沉積的氮化硅層的厚度為2OOA ~ 1 OOOA。
由于氮化硅層與其下面的多晶硅層之間可以通過(guò)應(yīng)力傳遞，使多晶硅層具有與氮 化硅層相應(yīng)的應(yīng)力，所以控制氮化硅層的生長(zhǎng)條件，如沉積溫度、反應(yīng)氣體流量、腔室壓力 等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氮化硅層具有的應(yīng)力種類(lèi)及大小的控制，從而控制多晶硅層具有的應(yīng)力種 類(lèi)及大小。 本實(shí)施例中通過(guò)控制氮化硅層的沉積溫度實(shí)現(xiàn)對(duì)多晶硅層應(yīng)力的控制。因?yàn)樾枰?生成具有壓應(yīng)力的氮化硅層，則該氮化硅層的沉積溫度應(yīng)當(dāng)在60(TC以上，且該壓應(yīng)力隨著 溫度的升高而增大，對(duì)應(yīng)形成柵極的足部也越大。 步驟403，去除上述氮化硅層404，如圖4C所示。本實(shí)施例中，用熱磷酸濕法去除 上述氮化硅層。 步驟404，在形成具有壓應(yīng)力的多晶硅層103后，蝕刻多晶硅層103形成具有垂直 側(cè)壁的柵極405，如圖4D所示。 在具有壓應(yīng)力的多晶硅層103上光刻出柵極圖形，接著利用干法刻蝕方法刻蝕多
晶硅層103，在進(jìn)行干法刻蝕時(shí)，仍延用原有的干法刻蝕方法。由于多晶硅層具有了壓應(yīng)力，
其在多晶硅與柵氧化層交界處的刻蝕速率較慢，在主蝕刻工藝完成時(shí)，在多晶硅柵極的底
部會(huì)形成一足部，因此，主蝕刻后加入過(guò)蝕刻步驟，可以令柵極底部原本因刻蝕速率較慢而
形成的足部被取消，并最終形成了與設(shè)定的垂直側(cè)壁的形狀相符的柵極405。 圖5A至5D為本發(fā)明實(shí)施例二半導(dǎo)體器件柵極的制作方法的器件剖面圖。 本實(shí)施例中，設(shè)定的柵極為具有較大缺角的形狀，所以沉積的氮化硅層應(yīng)具有一
定的拉應(yīng)力。 步驟501，先在襯底101上生成柵氧化層102，再在該柵氧化層102上沉積多晶硅 層103，如圖5A所示。 步驟502，在多晶硅層103上沉積具有拉應(yīng)力的氮化硅層404，對(duì)氮化硅層404進(jìn)
行退火處理后，從而使多晶硅層103也具有相應(yīng)的拉應(yīng)力，如圖5B所示。 本實(shí)施例中，因?yàn)樾枰删哂欣瓚?yīng)力的氮化硅層，則該氮化硅層的沉積溫度應(yīng)
當(dāng)在400°C至600°C之間，且該拉應(yīng)力隨著溫度的降低而增大，對(duì)應(yīng)形成柵極的缺角也越大。 步驟503，去除上述氮化硅層404，如圖5C所示。 步驟504，在形成具有拉應(yīng)力的多晶硅層103后，蝕刻多晶硅層103形成具有較大 缺角的柵極505，如圖5D所示。 由于多晶硅層具有了拉應(yīng)力，其在多晶硅與柵氧化層交界處的刻蝕速率較快，刻 蝕后形成具有缺角的柵極?？刂贫嗑Ч鑼拥某练e溫度越低，形成的柵極底部缺角越大。
圖6為說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件柵極的調(diào)整方法的流程圖，下面結(jié)合圖6詳細(xì)介 紹該調(diào)整方法的一個(gè)具體實(shí)施例。 步驟601，制作器件前，先根據(jù)器件的性能、工藝要求、設(shè)定該器件柵極的底部形 狀。本實(shí)施例中，設(shè)定的柵極形狀為底部尺寸(45nm)比頂部尺寸(50nm)小5nm的底部具 有缺角的形狀。 步驟602，由設(shè)定的柵極底部形狀確定多晶硅層應(yīng)具有的應(yīng)力。 當(dāng)柵極底部要求為缺角時(shí)，該多晶硅層的應(yīng)力要求為拉應(yīng)力，且需要形成的柵極
缺角越大，要求該多晶硅層具有的拉應(yīng)力也就越大；當(dāng)柵極底部要求為垂直或者足部形狀
8時(shí)，該多晶硅層的應(yīng)力要求為壓應(yīng)力，且需要形成的柵極足部越大，要求該多晶硅層具有的 壓應(yīng)力也就越大。本實(shí)施例中，形成的是底部具有較大缺角的柵極，因而需要多晶硅層具有 一定的拉應(yīng)力，假設(shè)該應(yīng)力大小為20MPa左右。 步驟603，根據(jù)上述確定的多晶硅層的應(yīng)力要求確定氮化硅層的沉積溫度。
當(dāng)多晶硅層的應(yīng)力要求為拉應(yīng)力時(shí)，氮化硅層的沉積溫度需設(shè)置在40(TC至 60(TC之間，且沉積溫度隨著多晶硅層所要求的拉應(yīng)力的增大而降低；當(dāng)多晶硅層的應(yīng)力要 求為壓應(yīng)力時(shí)，氮化硅層的沉積溫度需設(shè)置在60(TC以上，且沉積溫度隨著多晶硅層所要求 的壓應(yīng)力的增大而升高。本實(shí)施例中，為生長(zhǎng)具有20MPa的拉應(yīng)力的多晶硅層，須將氮化硅 層的沉積溫度設(shè)置在55(TC左右。 步驟604，按照上述確定的氮化硅層的沉積溫度，在已沉積的多晶硅層上沉積氮化 硅層，并進(jìn)行退火處理。 本實(shí)施例中，在55(TC的溫度下，沉積出了具有20MPa左右的具有拉應(yīng)力的氮化硅層。 步驟605，去除氮化硅層。 步驟606，刻蝕多晶硅層，形成柵極。本實(shí)施例中，由于該多晶硅層也同樣具有 了 20MPa左右的具有拉應(yīng)力，在多晶硅層與柵極氧化層的交界處，多晶硅的刻蝕速率較 快，因此，在刻蝕后形成的柵極應(yīng)與設(shè)定的柵極形狀相符，即柵極的底部(45nm)小于頂部 (50nm)，且底部具有較大的缺角。 但是，考慮到刻蝕后形成的柵極側(cè)壁形狀會(huì)受到多種因素的影B向，如襯底表面的 平整度也會(huì)影響到器件的柵極形狀，因此，在實(shí)際制作中，可能會(huì)出現(xiàn)制作出的柵極形狀與 設(shè)定形狀不符的情況，而這會(huì)導(dǎo)致器件性能的偏離。為確保制作出的器件柵極形狀與設(shè)計(jì) 形狀相符，在刻蝕形成柵極后，對(duì)其進(jìn)行抽樣檢測(cè)，即進(jìn)行步驟607，利用光學(xué)特征尺寸方法 對(duì)柵極形狀進(jìn)行檢測(cè)。這是檢測(cè)方法的較佳實(shí)施例，也可以利用掃描電鏡等其他方法對(duì)制 作的柵極形狀進(jìn)行檢測(cè)。 步驟608，對(duì)檢測(cè)得到的柵極形狀與設(shè)定形狀進(jìn)行比較判斷。如果檢測(cè)得到的柵極 形狀與設(shè)定形狀相符，則表明氮化硅層的沉積溫度合適，可以直接執(zhí)行步驟609，進(jìn)入后續(xù) 工藝，且可以直接按上述步驟中的氮化硅層沉積溫度沉積下一批器件的氮化硅層；但如果 檢測(cè)得到的柵極形狀與設(shè)定形狀不相符，則進(jìn)一步執(zhí)行步驟610，調(diào)整下一批氮化硅層的沉 積溫度。 如果形成的缺角比設(shè)定的小或者形成的足部比設(shè)定的大，則執(zhí)行步驟611，降低氮 化硅層的沉積溫度，然后按照這一降低了的沉積溫度沉積下一批器件的氮化硅層；如果形 成的缺角比設(shè)定的大或者形成的足部比設(shè)定的小，則執(zhí)行步驟612，升高氮化硅層的沉積溫 度，然后按照這一升高了的沉積溫度沉積下一批器件的氮化硅層。 本實(shí)施例中，若檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，制作出的柵極底部缺角不夠大，即柵極底部?jī)H比頂部縮 小了 3nm，與設(shè)定的縮小5nm相比，柵極的底部缺角比設(shè)定的小，所以執(zhí)行步驟612。適當(dāng)降 低氮化硅層的沉積溫度，如降至52(TC，并在下一批器件中，按照該設(shè)置溫度沉積氮化硅層。
經(jīng)過(guò)上述反復(fù)檢測(cè)調(diào)整后，最終可以得到與設(shè)定形狀相符的器件，此后，可按由上 述調(diào)整方法得到的氮化硅層沉積條件進(jìn)行器件生產(chǎn)。 由上述的實(shí)施例可見(jiàn)，本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體器件柵極的制作方法，利用了氮化硅(SIN)具有的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力，在半導(dǎo)體柵氧化層上沉積多晶硅層之后，再在多晶硅 層上沉積一層具有應(yīng)力的氮化硅，該應(yīng)力使氮化硅層下的多晶硅層也具有了相應(yīng)的應(yīng)力。 所以當(dāng)?shù)鑼尤コ?，多晶硅層具有的?yīng)力仍然存在，利用多晶硅層具有的應(yīng)力的不
同，可以在相同的刻蝕條件下形成具有不同形狀的多晶硅柵極。其實(shí)現(xiàn)原理在于控制氮 化硅層的應(yīng)力，使其下的多晶硅層應(yīng)力隨之變化。當(dāng)多晶硅層具有不同的應(yīng)力時(shí)，多晶硅層 與其下的柵氧化層的交界處的表面應(yīng)力也會(huì)隨之不同，若該應(yīng)力為壓應(yīng)力，刻蝕時(shí)在具有 應(yīng)力的交界處的多晶硅的刻蝕速率會(huì)較低，結(jié)果在交界處形成足部；反之，若該應(yīng)力為拉應(yīng) 力，該交界處的多晶硅刻蝕速率會(huì)有所升高，結(jié)果在交界處形成缺角。另外，對(duì)壓應(yīng)力大小 控制得當(dāng)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)僅彌補(bǔ)過(guò)刻蝕多晶硅層導(dǎo)致的柵極缺角現(xiàn)象，形成具有垂直側(cè)壁的 柵極形狀。與現(xiàn)有技術(shù)相比，消除了直接對(duì)多晶硅層沉積溫度進(jìn)行調(diào)整時(shí)，由于多晶硅的類(lèi) 型不同，帶來(lái)很多負(fù)效應(yīng)，可以準(zhǔn)確地形成具有垂直側(cè)壁、底部為足部或者缺角的柵極。
本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體器件柵極的調(diào)整方法，在制作方法的基礎(chǔ)上，利用光學(xué) 特征尺寸方法對(duì)制作出的器件柵極底部形狀進(jìn)行檢測(cè)，并可在實(shí)際制作出的形狀與設(shè)定的 形狀有所偏差時(shí)，通過(guò)調(diào)整該氮化硅層具有的應(yīng)力種類(lèi)及大小，對(duì)下一批器件的柵極底部 形狀進(jìn)行調(diào)整，最終得到刻蝕多晶硅層后形成的柵極底部形狀與設(shè)定的形狀相符，更靈活 準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)所要求的柵極底部形狀。 本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體器件柵極的制作方法及調(diào)整方法，簡(jiǎn)化了器件制作工 藝，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，通用性較強(qiáng)。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體器件柵極的制作方法，在襯底上生成柵氧化層之后，其特征在于，該方法還包括以下步驟在所述柵氧化層上沉積多晶硅層；在所述多晶硅層上沉積具有應(yīng)力的氮化硅層，使所述多晶硅層具有相應(yīng)的應(yīng)力；去除所述氮化硅層；刻蝕所述多晶硅層，形成柵極，且所述柵極的形狀由所述多晶硅層具有的應(yīng)力確定，當(dāng)所述應(yīng)力為拉應(yīng)力時(shí)，形成的柵極底部具有缺角；當(dāng)所述應(yīng)力為壓應(yīng)力時(shí)，形成的柵極形狀為側(cè)壁垂直或底部具有足部。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多晶硅層具有的應(yīng)力由所述氮化硅層 的沉積溫度確定，當(dāng)所述氮化硅層的的沉積溫度在40(TC至60(TC之間時(shí)，所述多晶硅層具 有拉應(yīng)力，且所述拉應(yīng)力隨溫度的降低而增大；當(dāng)所述氮化硅層的的沉積溫度在600°C以 上時(shí)，所述多晶硅層具有壓應(yīng)力，且所述壓應(yīng)力隨溫度的升高而增大。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉積具有應(yīng)力的氮化硅層之后，該方法 進(jìn)一步包括對(duì)所述氮化硅層進(jìn)行退火處理的步驟。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉積多晶硅層的方法為化學(xué)氣相沉積 法，工藝參數(shù)包括反應(yīng)室壓力為0. 05Torr 0. 5Torr，硅烷的流量為50sccm 500sccm， 沉積溫度為550°C 700。C，沉積時(shí)間為500s 2000s。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉積具有應(yīng)力的氮化硅層的方法為等 離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相沉積方法。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述沉積方法的工藝參數(shù)包括反應(yīng)室壓 力為1Torr 15Torr，射頻功率為10W 200W，高頻為10MHZ 15MHZ，低頻為100KHZ 500KHZ，硅烷的流量為5sccm 100sccm，氨氣的流量為5sccm 50sccm，氮?dú)獾牧髁繛?100sccm 1000sccm。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述氮化硅層的厚度為200A 1000A。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除所述氮化硅層的方法為熱磷酸濕法刻蝕。
9. 一種半導(dǎo)體器件柵極的調(diào)整方法，其特征在于，包括以下步驟 設(shè)定柵極的形狀；根據(jù)所述形狀確定用于制作柵極的多晶硅層應(yīng)具有的應(yīng)力，當(dāng)所述柵極的形狀為底部 具有缺角時(shí)，所述多晶硅層應(yīng)具有拉應(yīng)力，當(dāng)所述柵極的形狀為側(cè)壁垂直或底部具有足部 時(shí)，所述多晶硅層應(yīng)具有壓應(yīng)力；根據(jù)所述多晶硅層應(yīng)具有的應(yīng)力確定氮化硅層的沉積溫 度；按照所述氮化硅層的沉積溫度在已沉積的多晶硅層上沉積氮化硅層；去除氮化硅層； 刻蝕多晶硅層，形成柵極；對(duì)所述形成柵極的形狀進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)檢測(cè)得到的柵極形狀與設(shè)定形狀進(jìn)行比較判斷，并確定是否調(diào)整下一批氮化硅層的 沉積溫度。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述對(duì)檢測(cè)得到的柵極形狀與設(shè)定形狀進(jìn) 行比較判斷，并確定是否調(diào)整下一批氮化硅層的沉積溫度的具體方法為當(dāng)檢測(cè)得到的柵極形狀與設(shè)定的柵極形狀相符，進(jìn)入后續(xù)工藝，并保持下一批器件的所述氮化硅層的沉積溫度不變；當(dāng)檢測(cè)得到的柵極形狀底部比設(shè)定的柵極形狀底部大，降低下一批器件的所述氮化硅 層的沉積溫度；當(dāng)檢測(cè)得到的柵極形狀底部比設(shè)定的柵極形狀底部小，升高下一批器件的所述氮化硅 層的沉積溫度。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述檢測(cè)，是利用光學(xué)特征尺寸方法實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體器件柵極的制作方法，在襯底上生成柵氧化層之后，在所述柵氧化層上沉積多晶硅層；在所述多晶硅層上沉積具有應(yīng)力的氮化硅層，使所述多晶硅層具有相應(yīng)的應(yīng)力；去除所述氮化硅層；刻蝕所述多晶硅層，形成柵極，且所述柵極的形狀由所述多晶硅層具有的應(yīng)力確定，當(dāng)所述應(yīng)力為拉應(yīng)力時(shí)，形成的柵極底部具有缺角；當(dāng)所述應(yīng)力為壓應(yīng)力時(shí)，形成的柵極形狀為側(cè)壁垂直或底部具有足部。本發(fā)明還公開(kāi)了一種半導(dǎo)體器件柵極的調(diào)整方法。應(yīng)用本發(fā)明可以靈活準(zhǔn)確地形成具有垂直側(cè)壁、底部為足部或者缺角的柵極。
文檔編號(hào)H01L21/66GK101728253SQ20081022459
公開(kāi)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, 杜珊珊 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(北京)有限公司