專利名稱：多晶硅刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種多晶硅刻蝕方法。
背景技術(shù)：
在互補(bǔ)金屬氧化物器件(CMOS)的制造工藝中，柵極的制造工藝舉足輕重，其代表 整個(gè)半導(dǎo)體制造工藝的工藝水準(zhǔn)，這是由于柵極的線寬、電阻率等參數(shù)直接影響形成的互 補(bǔ)金屬氧化物器件的響應(yīng)速率、功耗等參數(shù)，因此必須嚴(yán)格控制柵極的輪廓和尺寸。目前，互補(bǔ)金屬氧化物器件的柵極通常由多晶硅制成，一般采用干法刻蝕工藝來(lái) 刻蝕所述多晶硅。具體請(qǐng)參考圖IA 1D，其為現(xiàn)有的多晶硅刻蝕方法的各步驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的 剖面示意圖。參考圖1A，首先，提供具有第一區(qū)域和第二區(qū)域的晶片10，所述晶片10上形成有 柵極氧化層20，所述第一區(qū)域的柵極氧化層20上形成有第一多晶硅層31，所述第二區(qū)域的 柵極氧化層20上形成有第二多晶硅層32。其中，所述第一區(qū)域用以形成NMOS器件，所述第二區(qū)域用以形成PMOS器件，所述 第一多晶硅層31包括非摻雜層31a以及位于非摻雜層31a上的摻雜層31b，所述摻雜層 31b中摻入了 N型雜質(zhì)，例如，磷離子、砷離子或銻離子，以改善NMOS器件的電阻率，而所 述第二多晶硅層32未摻入雜質(zhì)。一般的，第一多晶硅層31和第二多晶硅層32的厚度為 1000 3000A。參考圖1B，接著，可利用曝光顯影等工藝，在第一多晶硅層31和第二多晶硅層32 上形成圖案化光阻層40。參考圖1C，接下來(lái)，以圖案化光阻層40為掩膜，執(zhí)行主刻蝕(Main etch)步驟，以 去除未被圖案化光阻層40覆蓋的部分的第一多晶硅層31，同時(shí)去除未被圖案化光阻層40 覆蓋的部分的第二多晶硅層32。一般的，在所述主刻蝕步驟中，未被圖案化光阻層40覆蓋 的摻雜層3 Ib未被完全去除。其中，所述主刻蝕步驟所使用的刻蝕氣體通常包括氯氣、四氟化碳、氧氣以及溴化 氫，反應(yīng)腔室壓力范圍為7 9mTorr，射頻功率范圍為700 900W，控制電壓為-100V，所述 主刻蝕步驟的刻蝕速率較快，且輪廓的控制效果較好。參考圖1D，執(zhí)行軟著陸刻蝕步驟，以去除未被剩余的第一多晶硅層和剩余的第二 多晶硅層，也就是說(shuō)，在軟著陸刻蝕步驟中，去除第一多晶硅層31的全部非摻雜層以及剩 余的摻雜層，并去除剩余的第二多晶硅層，以在所述第一區(qū)域上形成第一柵極，并在所述第 二區(qū)域上形成第二柵極。其中，所述軟著陸刻蝕步驟所使用的刻蝕氣體包括二氧化氦、氦氣以及溴化氫，且 所述軟著陸刻蝕步驟的射頻功率小于所述主刻蝕步驟的射頻功率，并可通過(guò)光學(xué)終點(diǎn)檢測(cè) 的方式，使所述軟著陸刻蝕操作停留在柵極氧化層20上，因此，所述軟著陸刻蝕步驟對(duì)柵 極氧化層20的選擇比較高，可避免損傷柵極氧化層20，但是該軟著陸刻蝕步驟對(duì)柵極輪廓 的控制效果不如主刻蝕步驟理想。
然而，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，由于在軟著陸刻蝕步驟中，同時(shí)去除第一多晶硅層31 的全部非摻雜層31b以及剩余的摻雜層，而剩余的摻雜層的刻蝕速率比非摻雜層31b的刻 蝕速率快，并且，該軟著陸刻蝕步驟的輪廓控制效果不如所述主刻蝕步驟理想，因此導(dǎo)致最 終形成的第一柵極上形成了弓形缺陷(圖ID中虛線所示區(qū)域)，所述弓形缺陷通常發(fā)生在 摻雜層31a和非摻雜層31b的分界處，所述弓形缺陷導(dǎo)致最終形成的柵極輪廓較差，且柵極 的尺寸偏差較大，影響了半導(dǎo)體器件的性能
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種多晶硅刻蝕方法，以解決現(xiàn)有的多晶硅刻蝕方法形成的柵極輪廓 較差，且柵極的尺寸偏差較大的問(wèn)題。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種多晶硅刻蝕方法，包括提供具有第一區(qū)域 和第二區(qū)域的晶片，所述第一區(qū)域形成有第一多晶硅層，所述第二區(qū)域形成有第二多晶硅 層，所述第一多晶硅層包括非摻雜層以及位于所述非摻雜層上的摻雜層；在所述第一多晶 硅層和第二多晶硅層上形成圖案化光阻層；執(zhí)行第一刻蝕步驟，以去除未被所述圖案化光 阻層覆蓋的部分第一多晶硅層和部分第二多晶硅層；執(zhí)行第二刻蝕步驟，以去除未被所述 圖案化光阻層覆蓋的剩余的第一多晶硅層和剩余的第二多晶硅層；在所述第一刻蝕步驟 中，未被所述圖案化光阻層覆蓋的摻雜層被完全去除。進(jìn)一步的，所述第一刻蝕步驟持續(xù)的時(shí)間根據(jù)所述晶片的摻雜層的厚度與選定的 刻蝕速率計(jì)算獲得。進(jìn)一步的，所述晶片的摻雜層的厚度利用以下步驟獲得提供具有第三區(qū)域和第 四區(qū)域的試片，所述第三區(qū)域形成有第三多晶硅層，所述第四區(qū)域形成有第四多晶硅層，所 述第三多晶硅層包括試片非摻雜層以及位于該試片非摻雜層上的試片摻雜層；在所述第三 多晶硅層和第四多晶硅層上形成圖案化光阻層；執(zhí)行主刻蝕步驟，以去除未被圖案化光阻 層覆蓋的部分試片摻雜層和部分第四多晶硅層；執(zhí)行軟著陸刻蝕步驟，以去除未被圖案化 光阻層覆蓋的剩余的第三多晶硅層和剩余的第四多晶硅層；對(duì)所述試片進(jìn)行切片分析，并 根據(jù)所述切片分析結(jié)果確定所述試片摻雜層的厚度，進(jìn)而確定所述晶片的摻雜層的厚度。進(jìn)一步的，所述第一刻蝕步驟所使用的刻蝕氣體包括氯氣、四氟化碳、氧氣以及溴 化氫，所述主刻蝕步驟所使用的刻蝕氣體包括氯氣、四氟化碳、氧氣以及溴化氫，所述第二 刻蝕步驟所使用的刻蝕氣體包括二氧化氦、氦氣以及溴化氫，所述軟著陸刻蝕步驟所使用 的刻蝕氣體包括二氧化氦、氦氣以及溴化氫。進(jìn)一步的，所述摻雜層摻入了 N型雜質(zhì)，所述第二多晶硅層未摻入雜質(zhì)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明確保在第一刻蝕步驟中，未被圖案化光阻層覆蓋的摻雜 層被完全去除，從而確保在第二刻蝕步驟中，僅僅刻蝕非摻雜層，可形成具有垂直輪廓的柵 極，并可減小柵極的尺寸偏差，提高了半導(dǎo)體器件的性能。


圖IA ID為現(xiàn)有多晶硅刻蝕方法的各步驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的多晶硅刻蝕方法的流程圖；圖3A 3D為本發(fā)明實(shí)施例所提供的多晶硅刻蝕方法的各步驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的核心思想在于，提供一種多晶硅刻蝕方法，該刻蝕方法在第一刻蝕步驟 中，確保未被圖案化光阻層覆蓋的摻雜層被完全去除，進(jìn)而確保在第二刻蝕步驟中，僅僅刻 蝕非摻雜層，以形成具有垂直輪廓的柵極，并可減小柵極的尺寸偏差，提高了半導(dǎo)體器件的 性能。請(qǐng)參考圖2，其為本發(fā)明實(shí)施例所提供的多晶硅刻蝕方法的流程圖，結(jié)合該圖，該 方法包括以下步驟步驟S210，提供具有第一區(qū)域和第二區(qū)域的晶片，所述第一區(qū)域形成有第一多晶 硅層，所述第二區(qū)域形成有第二多晶硅層，所述第一多晶硅層包括非摻雜層以及位于所述 非摻雜層上的摻雜層；步驟S220，在所述第一多晶硅層和第二多晶硅層上形成圖案化光阻層；步驟S230，執(zhí)行第一刻蝕步驟，以去除未被所述圖案化光阻層覆蓋的部分第一多 晶硅層和部分第二多晶硅層，在所述第一刻蝕步驟中，未被所述圖案化光阻層覆蓋的摻雜 層被完全去除；步驟S240，執(zhí)行第二刻蝕步驟，以去除未被所述圖案化光阻層覆蓋的剩余的第一 多晶硅層和剩余的第二多晶硅層。下面將結(jié)合剖面示意圖對(duì)本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示 了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí) 現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并 不作為對(duì)本發(fā)明的限制。為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能 和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開(kāi) 發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的 限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開(kāi)發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi) 時(shí)間的，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)僅僅是常規(guī)工作。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要 求書(shū)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非 精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。請(qǐng)參考圖3A，首先，提供具有第一區(qū)域和第二區(qū)域的晶片100，所述晶片100上形 成有柵極氧化層200，所述第一區(qū)域的柵極氧化層200上形成有第一多晶硅層310，所述第 二區(qū)域的柵極氧化層200上形成有第二多晶硅層320。其中，所述第一區(qū)域用以形成NMOS 器件，所述第二區(qū)域用以形成PMOS器件，所述第一多晶硅層310和第二多晶硅層320的厚 度可以為1000 3000A。所述第一多晶 硅層310包括非摻雜層310a以及位于非摻雜層310a上的摻雜層 310b，所述摻雜層310b中摻入了 N型雜質(zhì)，所述第二多晶硅層320則未摻入任何雜質(zhì)。優(yōu) 選的，摻雜層310b的N型雜質(zhì)是通過(guò)離子注入的方式摻入的，所述N型雜質(zhì)可以是磷離子、 砷離子或銻離子。
請(qǐng)參考圖3B，接下來(lái)，可利用曝光顯影等工藝，同時(shí)在第一多晶硅層310以及第二 多晶硅層320上形成圖案化光阻層400，所述圖案化光阻層400用于后續(xù)刻蝕步驟的掩膜層。請(qǐng)參考圖3C，以圖案化光阻層400為掩膜，執(zhí)行第一刻蝕步驟，以去除未被圖案化 光阻層400覆蓋的部分第一多晶硅層310，同時(shí)去除未被圖案化光阻層400覆蓋的部分第 二 多晶硅層320。需要說(shuō)明的是，在所述第一刻蝕步驟中，需確保未被圖案化光阻層400覆蓋 的摻雜層310b被完全去除。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述第一刻蝕步驟所使用的刻蝕氣體包括氯氣、 四氟化碳、氧氣以及溴化氫氣體，所述第一刻蝕步驟的反應(yīng)腔室壓力范圍為7 9mT0rr，射 頻功率范圍為700 900W，控制電壓為-100V，所述第一刻蝕步驟的刻蝕速率較快，且輪廓 的控制效果較好。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述第一刻蝕步驟持續(xù)的時(shí)間可根據(jù)摻雜層310b 的厚度與選定的刻蝕速率計(jì)算獲得。較佳的，所述晶片100的摻雜層310b的厚度可利用以 下步驟獲得首先，提供與晶片100具有相同的結(jié)構(gòu)的試片(也稱為測(cè)試晶片)，具體的說(shuō)，所述 試片具有第三區(qū)域和第四區(qū)域，所述第三區(qū)域形成有第三多晶硅層，所述第四區(qū)域形成有 第四多晶硅層，所述第三多晶硅層包括試片非摻雜層以及位于該試片非摻雜層上的試片摻 雜層，其中，所述第三多晶硅層相當(dāng)于晶片100的第一多晶硅層310，第四多晶硅層相當(dāng)于 晶片100的第二多晶硅層320。接著，執(zhí)行主刻蝕步驟，以去除未被所述圖案化光阻層覆蓋的部分試片摻雜層和 部分第四多晶硅層；接下來(lái)，執(zhí)行軟著陸刻蝕步驟，以去除未被所述圖案化光阻層覆蓋的 剩余的第三多晶硅層和剩余的第四多晶硅層。其中，所述主刻蝕步驟和軟著陸刻蝕步驟的 工藝條件與現(xiàn)有技術(shù)相同，也就是說(shuō)，所述主刻蝕步驟所使用的刻蝕氣體仍然為氯氣、四氟 化碳、氧氣以及溴化氫，反應(yīng)腔室壓力為7 9mTorr，射頻功率為700 900W，控制電壓 為-100V ；所述軟著陸刻蝕步驟所使用的刻蝕氣體包括二氧化氦、氦氣以及溴化氫氣體，反 應(yīng)腔室壓力為70 90mTorr，射頻功率為200 300W，控制電壓為-240V。之后，可利用掃描式電子顯微鏡對(duì)所述試片進(jìn)行切片分析(check crosssection)，由于在軟著陸刻蝕步驟中，需要同時(shí)刻蝕所述試片非摻雜層以及剩余的試 片摻雜層，而剩余的試片摻雜層的刻蝕速率比試片非摻雜層的刻蝕速率快，并且，該軟著陸 刻蝕步驟的輪廓控制效果不如所述主刻蝕步驟理想，導(dǎo)致所述試片上會(huì)出現(xiàn)弓形缺陷，所 述弓形缺陷出現(xiàn)在試片摻雜層和試片非摻雜層的分界處，因此，可根據(jù)所述切片分析結(jié)果 確定所述試片的摻雜層的厚度，進(jìn)而確定所述晶片的摻雜層的厚度，從而確定所述第一刻 蝕步驟需持續(xù)的時(shí)間。請(qǐng)參考圖3D，執(zhí)行第二刻蝕步驟，以去除剩余的第一多晶硅層和剩余的第二多晶 硅層，也就是說(shuō)，在所述第二刻蝕步驟中，僅僅刻蝕未被圖案化光阻層400覆蓋的非摻雜層 310a，并同時(shí)刻蝕未被圖案化光阻層400覆蓋的剩余的第二多晶硅層。由于在輪廓控制效果相對(duì)較差的第二刻蝕步驟中，無(wú)需同時(shí)刻蝕摻雜的多晶硅和 非摻雜的多晶硅，避免由于摻雜多晶硅與非摻雜多晶硅的刻蝕速率不一致而導(dǎo)致出現(xiàn)弓形 缺陷，減小了柵極的尺寸偏差，提高了半導(dǎo)體器件的性能。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述第二刻蝕步驟所使用的刻蝕氣體包括二氧 化氦、氦氣以及溴化氫氣體，反應(yīng)腔室壓力范圍為70 90mTorr，射頻功率范圍為200 300W,控制電壓為-240V。在所述第二刻蝕步驟中，可通過(guò)光學(xué)終點(diǎn)檢測(cè)的方式，使所述刻蝕 操作停留在柵極氧化層200上，以提高刻蝕選擇比，避免損傷柵極氧化層200。在本發(fā)明第一實(shí)施例中，所述第一刻蝕步驟是在摻雜層310b被去除后，即停止刻 蝕操作，然而應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明其它實(shí)施例中，也可在刻蝕掉所述摻雜層310b后，再持 續(xù)2 3秒鐘，然后再進(jìn)行第二刻蝕步驟，以進(jìn)一步確保摻雜層310被 完全去除。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
一種多晶硅刻蝕方法，包括提供具有第一區(qū)域和第二區(qū)域的晶片，所述第一區(qū)域形成有第一多晶硅層，所述第二區(qū)域形成有第二多晶硅層，所述第一多晶硅層包括非摻雜層以及位于所述非摻雜層上的摻雜層；在所述第一多晶硅層和第二多晶硅層上形成圖案化光阻層；執(zhí)行第一刻蝕步驟，以去除未被所述圖案化光阻層覆蓋的部分第一多晶硅層和部分第二多晶硅層；執(zhí)行第二刻蝕步驟，以去除未被所述圖案化光阻層覆蓋的剩余的第一多晶硅層和剩余的第二多晶硅層；其特征在于，在所述第一刻蝕步驟中，未被所述圖案化光阻層覆蓋的摻雜層被完全去除。
2.如權(quán)利要求1所述的多晶硅刻蝕方法，其特征在于，所述第一刻蝕步驟持續(xù)的時(shí)間 根據(jù)所述晶片的摻雜層的厚度與選定的刻蝕速率計(jì)算獲得。
3.如權(quán)利要求2所述的多晶硅刻蝕方法，其特征在于，所述晶片的摻雜層的厚度利用 以下步驟獲得提供具有第三區(qū)域和第四區(qū)域的試片，所述第三區(qū)域形成有第三多晶硅層，所述第四 區(qū)域形成有第四多晶硅層，所述第三多晶硅層包括試片非摻雜層以及位于該試片非摻雜層 上的試片摻雜層；在所述第三多晶硅層和第四多晶硅層上形成圖案化光阻層；執(zhí)行主刻蝕步驟，以去除未被所述圖案化光阻層覆蓋的部分試片摻雜層和部分第四多晶娃層；執(zhí)行軟著陸刻蝕步驟，以去除未被所述圖案化光阻層覆蓋的剩余的第三多晶硅層和剩 余的第四多晶硅層；對(duì)所述試片進(jìn)行切片分析，并根據(jù)所述切片分析結(jié)果確定所述試片摻雜層的厚度，進(jìn) 而確定所述晶片的摻雜層的厚度。
4.如權(quán)利要求3所述的多晶硅刻蝕方法，其特征在于，所述第一刻蝕步驟所使用的刻 蝕氣體包括氯氣、四氟化碳、氧氣以及溴化氫。
5.如權(quán)利要求4所述的多晶硅刻蝕方法，其特征在于，所述主刻蝕步驟所使用的刻蝕 氣體包括氯氣、四氟化碳、氧氣以及溴化氫。
6.如權(quán)利要求3所述的多晶硅刻蝕方法，其特征在于，所述第二刻蝕步驟所使用的刻 蝕氣體包括二氧化氦、氦氣以及溴化氫。
7.如權(quán)利要求6所述的多晶硅刻蝕方法，其特征在于，所述軟著陸刻蝕步驟所使用的 刻蝕氣體包括二氧化氦、氦氣以及溴化氫。
8.如權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的多晶硅刻蝕方法，其特征在于，所述摻雜層摻入 了 N型雜質(zhì)。
9.如權(quán)利要求8所述的多晶硅刻蝕方法，其特征在于，所述第二多晶硅層未摻入雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多晶硅刻蝕方法，該方法包括提供具有第一區(qū)域和第二區(qū)域的晶片，所述第一區(qū)域形成有第一多晶硅層，所述第二區(qū)域形成有第二多晶硅層，其中，第一多晶硅層包括非摻雜層以及位于非摻雜層上的摻雜層；在第一多晶硅層和第二多晶硅層上形成圖案化光阻層；執(zhí)行第一刻蝕步驟，以去除未被圖案化光阻層覆蓋的部分第一多晶硅層和部分第二多晶硅層；執(zhí)行第二刻蝕步驟，以去除未被圖案化光阻層覆蓋的剩余的第一多晶硅層和剩余的第二多晶硅層；在所述第一刻蝕步驟中，未被圖案化光阻層覆蓋的摻雜層被完全去除，從而確保形成具有垂直輪廓的柵極，提高了半導(dǎo)體器件的性能。
文檔編號(hào)H01L21/28GK101866844SQ201010172660
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者奚裴, 張振興 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司