專(zhuān)利名稱：刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種刻蝕方法。
背景技術(shù)：
集成電路制造過(guò)程中，采用光刻技術(shù)對(duì)覆蓋于半導(dǎo)體襯底上的光刻膠層(photoresist, PR)進(jìn)行曝光，顯影后形成圖案化的光刻膠層，然后再采用刻蝕技術(shù)將光刻膠層中的電路圖案轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體襯底上，從而形成集成電路結(jié)構(gòu)。 在O. 35微米以上特征尺寸的集成電路制造工藝中，通常使用365nm波長(zhǎng)的I-line光源進(jìn)行曝光，以節(jié)省光刻的成本，相應(yīng)的，被此光源曝光的光刻膠層使用正性的I線光刻膠，例如重氮萘醌線性酚醛樹(shù)脂。 實(shí)際曝光時(shí)，為減小來(lái)自光刻膠層下面膜層對(duì)光的反射，通常在光刻膠層下面還具有底部抗反射層(bottom anti-reflective coating,BARC)。但是，由于I-line光源在光刻膠層下面的反射不如波長(zhǎng)更短的深紫外(de印ultra-violet， DUV)光源顯著，實(shí)際工藝過(guò)程中為了提高生產(chǎn)效率，在采用I-line光源的光刻工藝中往往沒(méi)有底層防反射層。這樣以來(lái)曝光并顯影后，圖案化的光刻膠層中柵極圖案的線條線寬往往隨線條在整個(gè)半導(dǎo)體襯底上的分布密度不同而有所差別，導(dǎo)致在線條密度大的區(qū)域(Dense area)線條寬，在密度小的區(qū)域(Iso area)線條窄。 這種由于線條分布密度不均而導(dǎo)致顯影后圖案化的光刻膠層(或稱光刻膠圖案)中線條寬度不均勻的現(xiàn)象，會(huì)通過(guò)刻蝕工藝轉(zhuǎn)移到被光刻膠層圖案覆蓋的下層材料上，比如0. 5微米的鎢柵(WSi Gate)刻蝕過(guò)程，由于顯影后光刻膠層中Dense區(qū)鎢柵圖案的線條往往比Iso區(qū)鎢柵圖案的線條寬0. 01微米，則刻蝕后形成的鎢柵線條的寬度也會(huì)呈現(xiàn)出Dense區(qū)和Iso區(qū)的差別，雖然這種差別很小，只占總線寬的2%，但有些對(duì)線寬的精度要求比較高產(chǎn)品例如邏輯器件，這種差別就要盡可能的縮小。上述由于顯影后PR圖案中柵極線寬在Dense區(qū)和Iso區(qū)的差別，而造成刻蝕后線寬表現(xiàn)出相應(yīng)差別的現(xiàn)象，就是所謂的PR-loading(光刻膠負(fù)載)效應(yīng)。 一般說(shuō)來(lái)，顯影后(即刻蝕前)檢測(cè)得到PR圖案中的柵極線寬值為ADI(after-develop inspection)線寬；刻蝕后檢測(cè)得到實(shí)際柵極的線寬為AEI (after-etch inspection)線寬。 所述PR-loading效應(yīng)可以通過(guò)刻蝕過(guò)程中的微負(fù)載效應(yīng)(micro-loading)來(lái)對(duì)線寬的差別進(jìn)行補(bǔ)償，以提高線寬的均勻性。具體如下 刻蝕工藝由通常由三步刻蝕組成第一步是初刻蝕(break through, BT)，即通過(guò)氟基刻蝕氣體的等離子體將覆蓋于待刻蝕膜層表面的自然氧化層去除；第二步是主刻蝕(main etch， ME)，這一步用來(lái)刻蝕去大部分的膜層材料，在低壓條件下使用高密度等離子
體與待刻蝕膜層發(fā)生作用，直到達(dá)到刻蝕終點(diǎn)(該刻蝕終點(diǎn)通過(guò)終點(diǎn)監(jiān)測(cè)裝置自動(dòng)檢測(cè))；第三步是過(guò)刻蝕(overetch， 0E)，將ME步驟的刻蝕殘留物通過(guò)此步驟去除，并去除部分被刻蝕膜層下層的材料，該步驟要求對(duì)下層材料有足夠的選擇比。 在主刻蝕的步驟中，刻蝕副產(chǎn)物會(huì)在氣相中生成聚合物(ploymer)，并覆蓋于線
3條的側(cè)壁表面，在刻蝕過(guò)程中形成對(duì)側(cè)壁的保護(hù)，而由于在Iso區(qū)刻蝕副產(chǎn)物較Dense區(qū) 的濃度更高，則刻蝕過(guò)程形成的聚合物也比Dense區(qū)更多，所以通常ISO區(qū)的線條側(cè)壁 保護(hù)比Dense區(qū)更重，這樣使得Iso區(qū)的AEI線寬往往比Dense區(qū)的要大，稱為微負(fù)載 (micro-loading)效應(yīng)。 可見(jiàn)，PR-loading效應(yīng)使Dense區(qū)的AEI線寬比Iso區(qū)的要大，而微負(fù)載效應(yīng)卻 使Iso區(qū)的AEI線寬往往比Dense區(qū)的要大，兩者對(duì)整個(gè)襯底上線寬均勻性的作用相反，換 言之，在ME步驟中發(fā)生的微負(fù)載效應(yīng)抵消或削弱了在先發(fā)生的PR-loading效應(yīng)產(chǎn)生的線 寬不均勻。 然而問(wèn)題在于，微負(fù)載效應(yīng)的產(chǎn)生與刻蝕氣體和被刻蝕的材料有關(guān)，在ME步驟， 不同的刻蝕材料選擇不同的氣體組合。例如，對(duì)于多晶硅、單晶硅通常都會(huì)使用到Cl2/HBr/ He02這樣的混合氣體，對(duì)于硅氧化物使用CF4/HBr/02或者CF4/CH2F2/02這樣的混合氣體，對(duì) 于硅化鎢(WSi)通常使用的是CF"C1^K的混合氣體。 對(duì)于那些不易產(chǎn)生聚合物的刻蝕工藝來(lái)說(shuō)，例如使用Cl2和02為刻蝕氣體的工藝， 就沒(méi)有明顯的微負(fù)載效應(yīng)，這種情況下就無(wú)法通過(guò)主刻蝕步驟來(lái)抵消或削弱PR-loading 效應(yīng)，從而導(dǎo)致刻蝕線條不均勻的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種刻蝕方法，能夠抵消或削弱PR-loading效應(yīng)，從而 改善刻蝕線條的均勻性。 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種刻蝕方法，包括初刻蝕、主刻蝕和過(guò)刻蝕，所述
初刻蝕采用氟基氣體和氯基氣體的混合氣體形成等離子體。 所述氟基氣體包括CF4、 CH2F2、 CHF3中的一種或至少兩種的組合。 所述氯基氣體包括Cl2、 CH2C12、 CH3C1中的一種或至少兩種的組合。 所述氟基氣體為C^，所述氯基氣體為Cl^其中，C^和Cl2的流量比為2 : 1至
i : L 所述氟基氣體為CF4，所述氯基氣體為Cl^其中，C^和Cl2的總流量大于或等于 40sccm。 所述主刻蝕采用不易產(chǎn)生微負(fù)載效應(yīng)的刻蝕氣體形成等離子體。 所述主刻蝕中采用的刻蝕氣體包括CF4和02的混合氣體，或Cl2和02的混合氣體。 所述主刻蝕采用容易產(chǎn)生微負(fù)載效應(yīng)的刻蝕氣體形成等離子體。 所述主刻蝕中采用的刻蝕氣體至少包括CH2F2、 HBr或N2中的一種或其任意組合。 所述初刻蝕采用CF4和Cl2的混合氣體形成等離子體，所述主刻蝕采用02和Cl2的
混合氣體形成等離子體。 上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn) 由于I線光刻膠通常為酚醛樹(shù)脂，在傳統(tǒng)的以CF4等氟基氣體為刻蝕氣體的初刻 蝕步驟中，氟基的等離子體與光刻膠的側(cè)壁發(fā)生反應(yīng)，打亂原本的酚醛樹(shù)脂高聚物的穩(wěn)定 結(jié)構(gòu)，與光刻膠中的C和0結(jié)合生成C02， CFX等氣體而排出反應(yīng)腔室，從而將光刻膠層中線 條圖案的線寬縮小，因此氟基氣體對(duì)光刻膠層以刻蝕作用為主，而上述技術(shù)方案中，在刻蝕 氣體里增加氯基氣體，C1的自由基或者離子(CI基粒子)與光刻膠層中的C結(jié)合形成覆蓋物，因此可以抑制氟基對(duì)光刻膠層的刻蝕作用，而在Iso區(qū)內(nèi)參與刻蝕反應(yīng)的CI基粒子濃 度高，產(chǎn)生的覆蓋物多，所以在Iso區(qū)的光刻膠層中，線條圖案的線寬反而略有增加，而在 Dense區(qū)的光刻膠層中，線條圖案的線寬則有所降低，于是剛好補(bǔ)償PR-loading效應(yīng)對(duì)線 寬均勻性的影響，從而能夠在主刻蝕步驟進(jìn)行之前改善線寬的均勻性。
在初刻蝕步驟中增加氯基氣體如Cl2作為刻蝕氣體，使得Dense區(qū)圖案中線條線 寬的縮小量比Iso區(qū)圖案中線條線寬的縮小量更大，這一趨勢(shì)與PR-loading效應(yīng)導(dǎo)致的 Dense區(qū)圖案中線條線寬比Iso區(qū)更大剛好相反，從而最終補(bǔ)償PR-loading效應(yīng)對(duì)線寬均 勻性的影響，進(jìn)而在半導(dǎo)體晶片各處獲得均勻的AEI線寬。 另夕卜，對(duì)于PR-loading效應(yīng)對(duì)線寬均勻性的影響，初刻蝕和主刻蝕中都可以進(jìn) 行補(bǔ)償，相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)中僅能夠通過(guò)主刻蝕的微負(fù)載效應(yīng)補(bǔ)償?shù)目涛g方法，所述刻蝕方 法能夠在主刻蝕的補(bǔ)償量不夠時(shí)，也即，向相反的方向(PR-loading效應(yīng)引起的Iso區(qū)和 Dense區(qū)的線寬差)的補(bǔ)償量不足時(shí)，以初刻蝕的補(bǔ)償量作為微負(fù)載效應(yīng)的補(bǔ)充，從而進(jìn)一 步改善線條線寬在整個(gè)半導(dǎo)體晶片上的均勻性。


通過(guò)附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)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。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示 出本發(fā)明的主旨。
圖1至圖5為實(shí)施例一中刻蝕方法的示意圖；
圖6為實(shí)施例一中刻蝕方法的流程圖； 圖7A為在主刻蝕采用Cl2和02為刻蝕氣體的條件下傳統(tǒng)方法補(bǔ)償PR-loading的 效果圖； 圖7B為在主刻蝕采用Cl2和02為刻蝕氣體的條件下實(shí)施例一中的刻蝕方法補(bǔ)償 PR-loading的效果圖； 圖8為實(shí)施例一中初刻蝕的刻蝕氣體中Cl2的流量與補(bǔ)償量的關(guān)系圖；
圖9至圖12為實(shí)施二中刻蝕方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式
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(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)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)明還可以 采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限 制。 其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，表 示裝置結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng) 限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。
為突出本發(fā)明的特點(diǎn)，附圖中沒(méi)有給出與本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)必然直接相關(guān)的部分。 例如有源區(qū)、淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。 衡量半導(dǎo)體刻蝕工藝成功與否的主要標(biāo)準(zhǔn)之一是控制能力，包括對(duì)刻蝕輪廓(得
5到的柵極、通孔或溝槽的形狀)的控制，對(duì)損傷和殘留物的控制，以及對(duì)特征尺寸、線邊緣 粗糙度和線寬粗糙度的控制等。其中，還包括對(duì)刻蝕均勻性的控制。 在邏輯器件或存儲(chǔ)器件中，柵極的線寬直接影響了器件的性能，因此，對(duì)整個(gè)晶片
上的柵極線寬均勻性的控制尤為重要。傳統(tǒng)的柵極制造過(guò)程中，當(dāng)采用I線光刻膠并且沒(méi)
有底部抗反射層的掩膜結(jié)構(gòu)時(shí)，將產(chǎn)生所謂的PR-loading效應(yīng)，導(dǎo)致AEI柵極線寬在Dense
區(qū)和Iso區(qū)的差別，Dense區(qū)的線寬更大，進(jìn)而影響集成電路芯片的性能。 通常主刻蝕步驟中的微負(fù)載效應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致柵極線寬在Dense區(qū)和Iso區(qū)的差別，
而且剛好與PR-loading效應(yīng)的作用相反，使得Dense區(qū)的線寬更小，從而補(bǔ)償或抵消了
PR-loading效應(yīng)的影B向，改善了柵極線條的均勻性。然而，微負(fù)載效應(yīng)的產(chǎn)生與刻蝕氣體和
待刻蝕的材料密切相關(guān)，當(dāng)微負(fù)載效應(yīng)不明顯時(shí)，柵極線條的均勻性就變得比較差。 基于此，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種刻蝕方法，在初刻蝕階段以氟基為主的刻蝕
氣體中加入Cl2， Cl2與PR發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成對(duì)側(cè)壁的保護(hù)，防止過(guò)分側(cè)向刻蝕，以補(bǔ)償
PR-loading效應(yīng)而在晶片各處獲得均勻的AEI線寬。 具體的，以下結(jié)合附圖給出所述刻蝕方法的一個(gè)實(shí)施例。 實(shí)施例一 通常動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器件(Dynamic Random-Access Memory, DRAM)的柵極結(jié)構(gòu)為多 晶硅和金屬硅化物組成的復(fù)合柵，例如，上層為硅化鎢、下層為摻雜多晶硅的疊層?xùn)艠O。本 實(shí)施例中，就以DRAM的柵極結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程為背景，詳細(xì)說(shuō)明所述的刻蝕方法。
圖1至圖5為本實(shí)施中所述刻蝕方法的示意圖，圖6為所述刻蝕方法的流程圖。
所述刻蝕方法包括 參照?qǐng)D1所示，如步驟S1，提供半導(dǎo)體晶片100，所述半導(dǎo)體晶片100可以包括元 素半導(dǎo)體，例如單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅或硅鍺(SiGe)，也可以包括化合物半導(dǎo)體，例如 碳化硅、銻化銦、碲化鉛、砷化銦、磷化銦、砷化鎵銻化鎵或它們的組合，也可以為絕緣體上 硅(SOI); 所述半導(dǎo)體晶片100中具有有源區(qū)(圖中未示出)，所述有源區(qū)通過(guò)離子注入等工 藝進(jìn)行摻雜，進(jìn)而獲得不同的導(dǎo)電類(lèi)型，其中n型雜質(zhì)可為磷、砷或銻，p型雜質(zhì)可為硼、鋁 或銦；所述半導(dǎo)體晶片100中還具有DRAM的電容結(jié)構(gòu)(圖中未示出)；
所述半導(dǎo)體晶片100裸露的表面上覆蓋有柵極介質(zhì)層109，該柵極介質(zhì)層109例如 為氧化硅，可以采用熱氧化法制作，也可以為高介電常數(shù)(高K)材料，例如為氧化鉿、氧化 鋯或氧化鋁； 所述柵極介質(zhì)層109上覆蓋有多晶硅層101，所述多晶硅層101可以采用低壓化學(xué) 氣相沉積法(LPCVD)通過(guò)硅烷分解反應(yīng)制備并隨后進(jìn)行摻雜以提高導(dǎo)電性；
所述柵極介質(zhì)層109上覆蓋有硅化物層103，所述硅化物層103可以為難熔性金屬 硅化物，例如為硅化物、硅化鈦或硅化鈷，采用化學(xué)氣相沉積法制作； 所述硅化物層103上具有自然氧化物層105，該自然氧化物層105也可以為硬掩膜 層； 所述自然氧化物層105上具有已經(jīng)形成柵極圖案的光刻膠層108(即圖案化的光 刻膠層108)，該光刻膠層108為正性的I線光刻膠，例如重氮萘醌線性酚醛樹(shù)脂，采用此類(lèi) 光刻膠時(shí)，相應(yīng)的曝光過(guò)程采用365nm波長(zhǎng)的I線光源，而掩膜結(jié)構(gòu)中為降低成本沒(méi)有底部
6抗反射層；如圖1可見(jiàn)，由于所謂的PR-loading效應(yīng)，使圖案化的光刻膠層108中Dense區(qū) 的ADI柵極線寬比Iso區(qū)的要大。 接下來(lái)通過(guò)刻蝕工藝形成硅化物柵極，所述刻蝕工藝可以采用感應(yīng)耦合等離子體 (inductively coupled plasma, ICP)設(shè)備。 首先，如步驟S2，進(jìn)行初刻蝕步驟，參照?qǐng)D2所示，以圖案化的光刻膠層108為掩膜 刻蝕所述自然氧化物層105，該初刻蝕步驟中采用氟基氣體和氯基氣體的混合氣體形成等 離子體；所述氟基氣體包括CF4、CiyVCHF3中的一種或至少兩種的組合；所述氯基氣體包括 C12、CH2C12、CH3C1中的一種或至少兩種的組合； 由于I線光刻膠通常為酚醛樹(shù)脂，在傳統(tǒng)的以CF4等氟基氣體為刻蝕氣體的初刻 蝕步驟中，氟基的等離子體與光刻膠的側(cè)壁發(fā)生反應(yīng)，打亂原本的酚醛樹(shù)脂高聚物的穩(wěn)定 結(jié)構(gòu)，與光刻膠中的C和0結(jié)合生成C02， CFX等氣體而排出反應(yīng)腔室，從而將光刻膠層中柵 極圖案的線寬縮小，因此氟基氣體對(duì)光刻膠層以刻蝕作用為主，而本實(shí)施例中，在刻蝕氣體 里增加氯基氣體，C1的自由基或者離子(Cl基粒子)與光刻膠層中的C結(jié)合形成覆蓋物，因 此可以抑制氟基對(duì)光刻膠層的刻蝕作用，而在Iso區(qū)內(nèi)參與刻蝕反應(yīng)的CI基粒子濃度高， 產(chǎn)生的覆蓋物多，所以在Iso區(qū)的光刻膠層中，柵極圖案的線寬反而略有增加，而在Dense 區(qū)的光刻膠層中，柵極圖案的線寬則有所降低，于是剛好補(bǔ)償PR-loading效應(yīng)對(duì)線寬均勻 性的影響，從而能夠在主刻蝕步驟進(jìn)行之前改善線寬的均勻性。 優(yōu)選的，所述氟基氣體為CF4，所述氯基氣體為Cl^其中，C^和Cl2的流量比為 2 : l至l : 1，CF4和Cl2的總流量大于或等于40sccm，例如，采用如下的工藝參數(shù)進(jìn)行初刻 蝕反應(yīng)腔室氣壓7mT，激勵(lì)功率300W，下電極功率80W， CF4流量30sccm， Cl2流量20sccm， 刻蝕時(shí)間10s 。 然后，如步驟S3，進(jìn)行主刻蝕步驟，參照?qǐng)D3所示，以圖案化的光刻膠層108為掩膜
刻蝕硅化物層103 (見(jiàn)圖2)，去除未被光刻膠保護(hù)的部分，形成硅化物柵極104。 此過(guò)程中，采用不易產(chǎn)生微負(fù)載效應(yīng)的刻蝕氣體形成等離子體，所述主刻蝕中采
用的刻蝕氣體例如為Cl2和02的混合氣體；例如，采用如下的工藝參數(shù)進(jìn)行初刻蝕反應(yīng)腔
室氣壓6mT，激勵(lì)功率250W，下電極功率40W， 02流量lsccm， Cl2流量90sccm，刻蝕終點(diǎn)通
過(guò)等離子體光譜監(jiān)測(cè)法確定。Cl2和02的混合氣體形成的等離子體對(duì)下層材料具有較高的
刻蝕選擇比，而且能夠保證一定的刻蝕速率，雖然產(chǎn)生的微負(fù)載效應(yīng)并不明顯，不能夠補(bǔ)償
PR-loading效應(yīng)對(duì)線寬均勻性的影響，但是由于在初刻蝕步驟中已經(jīng)進(jìn)行了補(bǔ)償，改善了
均勻性，因此主刻蝕中就不必局限在微負(fù)載效應(yīng)明顯的刻蝕氣體，可以從刻蝕選擇比、刻蝕
速率等角度考慮，提供更多的選擇刻蝕氣體的空間。 接著，如步驟S4，進(jìn)行過(guò)刻蝕步驟，參照?qǐng)D4所示，將主刻蝕步驟的刻蝕殘留物 107(見(jiàn)圖3)通過(guò)此步驟去除，并保證對(duì)下層的多晶硅層101的高選擇比，露出多晶硅層的 表面，過(guò)刻蝕的工藝參數(shù)與主刻蝕相同，但刻蝕時(shí)間為主刻蝕的40% 。 然后，以圖案化的光刻膠層108、圖案化的自然氧化物層106和硅化物柵極104的 疊層結(jié)構(gòu)為掩膜，刻蝕多晶硅層101從而形成多晶硅柵極102，由于多晶硅層101上沒(méi)有自 然氧化物層或硬掩膜層，因此這一刻蝕過(guò)程僅包括主刻蝕和過(guò)刻蝕步驟，而且之前的硅化 物柵極104的刻蝕過(guò)程中已經(jīng)將PR-loading效應(yīng)補(bǔ)償，這里的AEI柵極線寬在Dense區(qū)和 Iso區(qū)的分布較均勻，幾乎沒(méi)有差別。
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最后，參照?qǐng)D5所示，清洗去除圖案化的光刻膠層108和自然氧化物層106，形成由 硅化物柵極104和多晶硅柵極102組成的復(fù)合柵極結(jié)構(gòu)。 由以上可見(jiàn)，本實(shí)施例中所述的刻蝕方法，相對(duì)于傳統(tǒng)的柵極刻蝕方法，實(shí)際上通 過(guò)在初刻蝕步驟增加氯基氣體例如Cl2，而對(duì)PR有明顯的修飾作用。如圖7A和圖7B所示， 圖7A表示在主刻蝕采用C12和02為刻蝕氣體的條件下，傳統(tǒng)方法對(duì)補(bǔ)償PR-loading的效 果；圖7B表示修改初刻蝕(BT)的刻蝕氣體的方法(即本實(shí)施例中所述的刻蝕方法)對(duì)補(bǔ) 償PR-loading的效果；其中，縱坐標(biāo)表示線寬(nm)，橫坐標(biāo)表示ADI線寬和AEI線寬，從圖 7A可以看到使用傳統(tǒng)方法PR-loading效應(yīng)導(dǎo)致的Dense區(qū)和Iso區(qū)的ADI線寬差別經(jīng)過(guò) 刻蝕工藝后被完全復(fù)制到刻蝕后的AEI線寬上，從圖7B可以看到，使用本實(shí)施例的刻蝕方 法，則能夠獲得Iso區(qū)和Dense區(qū)更加接近的AEI線寬，即PR-loading效應(yīng)的影響在初刻 蝕得到補(bǔ)償甚至抵消。 這是因?yàn)?，在初刻蝕步驟中增加氯基氣體如Cl2作為刻蝕氣體，使得Dense區(qū)圖案 中柵極線寬的縮小量比Iso區(qū)圖案中柵極線寬的縮小量更大，這一趨勢(shì)與PR-loading效應(yīng) 導(dǎo)致的Dense區(qū)圖案中柵極線寬比Iso區(qū)更大剛好相反，從而最終補(bǔ)償PR-loading效應(yīng)對(duì) 線寬均勻性的影響，進(jìn)而在半導(dǎo)體晶片各處獲得均勻的AEI線寬。 更進(jìn)一步的，初刻蝕步驟的氯基刻蝕氣體的流量可以為在一定范圍內(nèi)的任一流 量，如圖8所示初刻蝕的刻蝕氣體中Cl2的流量與補(bǔ)償量的關(guān)系，其中，縱坐標(biāo)表示Dense 區(qū)和Iso區(qū)的線寬差，圖中兩條曲線分別表示PR-loading效應(yīng)導(dǎo)致的ADI線寬差和經(jīng)過(guò) 所述刻蝕方法刻蝕后的AEI線寬差，從圖8可以看到，Cl2的流量從15sccm到25sccm，對(duì) PR-loading效應(yīng)的補(bǔ)償趨勢(shì)基本沒(méi)有發(fā)生變化，補(bǔ)償量穩(wěn)定在12 14nm的范圍內(nèi)。
本實(shí)施例所述刻蝕方法中，主刻蝕采用不易產(chǎn)生微負(fù)載效應(yīng)的刻蝕氣體，也即，當(dāng) 不能利用主刻蝕的微負(fù)載效應(yīng)對(duì)PR-loading效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償以改善線寬均勻性時(shí)，通過(guò)初 刻蝕步驟可以提前進(jìn)行PR-loading效應(yīng)的補(bǔ)償，除此以外，也可以當(dāng)主刻蝕采用能夠產(chǎn)生 微負(fù)載效應(yīng)的刻蝕氣體時(shí)，也即，主刻蝕中的微負(fù)載效應(yīng)可以對(duì)PR-loading效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償 時(shí)，也可以通過(guò)初刻蝕步驟的提前補(bǔ)償作為微負(fù)載效應(yīng)的補(bǔ)充，以增強(qiáng)補(bǔ)償效果，具體在以 下實(shí)施例中詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例二 與DRAM不同，通常金屬氧化物半導(dǎo)體(Metal Oxide Semiconductor,M0S)器件的 柵極結(jié)構(gòu)僅為一層多晶硅柵極，本實(shí)施例中，就以的M0S器件的多晶硅柵極的形成過(guò)程為 背景，詳細(xì)說(shuō)明所述的刻蝕方法。 圖9至圖12為本實(shí)施中所述刻蝕方法的示意圖。
所述刻蝕方法包括 參照?qǐng)D1所示，提供半導(dǎo)體晶片200，所述半導(dǎo)體晶片200中具有用于形成MOS器 件源極和漏極的有源區(qū)(圖中未示出)，以及用于將不同的有源區(qū)隔離絕緣的淺溝槽隔離 結(jié)構(gòu)(圖中未示出)，該半導(dǎo)體晶片200的組成與實(shí)施例一相同，可以包括元素半導(dǎo)體，也可 以包括化合物半導(dǎo)體不再一一列舉； 所述半導(dǎo)體晶片200裸露的表面上覆蓋有柵極介質(zhì)層209，該柵極介質(zhì)層209例 如為氧化硅，也可以為高介電常數(shù)(高K)材料，例如為氧化鉿、氧化鋯或氧化鋁；所述柵極 介質(zhì)層209上覆蓋有經(jīng)過(guò)摻雜的多晶硅層201，所述柵極介質(zhì)層209上具有自然氧化物層205，該自然氧化物層205也可以為硬掩膜層； 所述自然氧化物層205上具有已經(jīng)形成柵極圖案的光刻膠層208(即圖案化的光 刻膠層208)，該光刻膠層208為正性的I線光刻膠，例如重氮萘醌線性酚醛樹(shù)脂，與實(shí)施例 一相同，采用365nm波長(zhǎng)的I線光源進(jìn)行曝光，由于PR-loading效應(yīng)，光刻膠層的圖案中， Dense區(qū)的ADI柵極線寬比I so區(qū)的要大。 接下來(lái)通過(guò)刻蝕工藝形成多晶硅柵極，所述刻蝕工藝可以采用感應(yīng)耦合等離子體 (inductively coupled plasma, ICP)設(shè)備； 首先，進(jìn)行初刻蝕步驟，參照?qǐng)D10所示，以圖案化的光刻膠層208為掩膜刻蝕所述 自然氧化物層205，該初刻蝕步驟中采用氟基氣體和氯基氣體的混合氣體形成等離子體。
所述氟基氣體包括CF4、 CH2F2、 CHF3中的一種或至少兩種的組合；所述氯基氣體包 括(:12、(^2(:12、(^3(:1中的一種或至少兩種的組合；優(yōu)選的，所述氟基氣體為CF4，所述氯基氣 體為Cl2，其中，CF4和Cl2的流量比為2 : l至l : 1，CF4和Cl2的總流量大于或等于40sccm。 此過(guò)程中，Cl的自由基或者離子(Cl基粒子)與光刻膠層中的C結(jié)合形成覆蓋物，因此可 以抑制氟基對(duì)光刻膠層的刻蝕作用，而在Iso區(qū)內(nèi)參與刻蝕反應(yīng)的Cl基粒子濃度高，產(chǎn)生 的覆蓋物多，所以在Iso區(qū)的光刻膠層中，柵極圖案的線寬反而略有增加，而在Dense區(qū)的 光刻膠層中，柵極圖案的線寬則有所降低，于是剛好補(bǔ)償PR-loading效應(yīng)對(duì)線寬均勻性的 影響。 然后，進(jìn)行主刻蝕步驟，參照?qǐng)D11所示，以圖案化的光刻膠層208和自然氧化層 206為掩膜，刻蝕多晶硅層201 (見(jiàn)圖10)，去除未被光刻膠保護(hù)的部分，形成多晶硅柵極 202。 此過(guò)程中，采用容易產(chǎn)生微負(fù)載效應(yīng)的刻蝕氣體形成等離子體，所述主刻蝕中采 用的刻蝕氣體例如為Cl2、HBr和He02的混合氣體，或者CF4、HBr和02的混合氣體，或者CF4、 (^2&和02的混合氣體。主刻蝕的刻蝕終點(diǎn)通過(guò)等離子體光譜監(jiān)測(cè)法確定，由于采用上述刻 蝕氣體，主刻蝕過(guò)程中的微負(fù)載效應(yīng)比較明顯，使得Iso區(qū)的AEI線寬往往比Dense區(qū)的要 大，剛好與PR-loading效應(yīng)的影響相反。 最后，參照?qǐng)D12所示，進(jìn)行過(guò)刻蝕步驟，將主刻蝕步驟的刻蝕殘留物207 (見(jiàn)圖11) 通過(guò)此步驟去除，并清洗去除圖案化的光刻膠層208 (見(jiàn)圖11)和自然氧化物層206 (見(jiàn)圖 11)，形成由多晶硅柵極202。 由本實(shí)施例所述的刻蝕方法可見(jiàn)，對(duì)于PR-loading效應(yīng)對(duì)線寬均勻性的影響，
初刻蝕和主刻蝕中都可以進(jìn)行補(bǔ)償，相對(duì)于傳統(tǒng)技術(shù)中僅能夠通過(guò)主刻蝕的微負(fù)載效
應(yīng)補(bǔ)償?shù)目涛g方法，所述刻蝕方法能夠在主刻蝕的補(bǔ)償量不夠時(shí)，也即，向相反的方向
(PR-loading效應(yīng)引起的Iso區(qū)和Dense區(qū)的線寬差)的補(bǔ)償量不足時(shí)，以初刻蝕的補(bǔ)償量
作為微負(fù)載效應(yīng)的補(bǔ)充，從而進(jìn)一步改善柵極線寬在整個(gè)半導(dǎo)體晶片上的均勻性。 需要說(shuō)明的是，通?？涛g氣體的組成與被刻蝕材料密切相關(guān)，不同的被刻蝕材料
則刻蝕氣體也不同，例如，刻蝕硅化鎢采用CF4/C12/N2的混合氣體，或者Cl2/02的混合氣體，
而刻蝕多晶硅采用Cl2/HBr/He02的混合氣體、或CF4/HBr/02的混合氣體、或CF4/CH2F2/02的
混合氣體、或CF"(^的混合氣體。因此，所述主刻蝕中采用的不易產(chǎn)生微負(fù)載效應(yīng)的刻蝕氣
體和容易產(chǎn)生微負(fù)載效應(yīng)的刻蝕氣體也不限于以上實(shí)施例中列舉出的那些。 此外，雖然實(shí)施例中均以柵極線條的刻蝕過(guò)程為背景，但本發(fā)明的所述的刻蝕方法不僅限于此，還可以用于淺溝槽隔離溝槽、DRAM器件中的電容溝槽、以及金屬互連的溝槽 等涉及線寬均勻性的半導(dǎo)體線條結(jié)構(gòu)的刻蝕過(guò)程。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)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)施例披露如上，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(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)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)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單 修改、等同變化及修飾，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
一種刻蝕方法，包括初刻蝕、主刻蝕和過(guò)刻蝕，其特征在于，所述初刻蝕采用氟基氣體和氯基氣體的混合氣體形成等離子體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述氟基氣體包括CF4、CiyVCHF3中 的一種或至少兩種的組合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的刻蝕方法，其特征在于，所述氯基氣體包括Cl2、 CH2C12、 CH3C1中的一種或至少兩種的組合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述氟基氣體為CF4，所述氯基氣體為ci2，其中，CF4和ci2的流量比為2 : i至i : i。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的刻蝕方法，其特征在于，所述氟基氣體為CF4，所述氯基 氣體為Cl^其中，CF4和Cl2的總流量大于或等于40sccm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述主刻蝕采用不易產(chǎn)生微負(fù)載效 應(yīng)的刻蝕氣體形成等離子體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的刻蝕方法，其特征在于，所述主刻蝕中采用的刻蝕氣體包括 CF4和02的混合氣體，或Cl2和02的混合氣體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述主刻蝕采用容易產(chǎn)生微負(fù)載效 應(yīng)的刻蝕氣體形成等離子體。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的刻蝕方法，其特征在于，所述主刻蝕中采用的刻蝕氣體至少 包括CH2F2、 HBr或N2中的一種或其任意組合。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的刻蝕方法，其特征在于，所述初刻蝕采用CF4和Cl2的混合 氣體形成等離子體，所述主刻蝕采用02和Cl2的混合氣體形成等離子體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種刻蝕方法，包括初刻蝕、主刻蝕和過(guò)刻蝕，所述初刻蝕采用氟基氣體和氯基氣體的混合氣體形成等離子體。所述氟基氣體包括CF4、CH2F2、CHF3中的一種或至少兩種的組合，所述氯基氣體包括Cl2、CH2Cl2、CH3Cl中的一種或至少兩種的組合。本發(fā)明所述的刻蝕方法，在初刻蝕步驟中增加氯基氣體如Cl2作為刻蝕氣體，使得Dense區(qū)圖案中線條線寬的縮小量比Iso區(qū)圖案中線條線寬的縮小量更大，這一趨勢(shì)與PR-loading效應(yīng)導(dǎo)致的Dense區(qū)圖案中線條線寬比Iso區(qū)更大剛好相反，從而最終補(bǔ)償PR-loading效應(yīng)對(duì)線寬均勻性的影響，進(jìn)而在半導(dǎo)體晶片各處獲得均勻的AEI線寬。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101777485SQ20091007664
公開(kāi)日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月12日
發(fā)明者白志民 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司