多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法，使用含氫的氣體對(duì)所述含氮的硬掩膜層進(jìn)行退火工藝處理，減少所述含氮的硬掩膜層中游離氮的含量，從而防止游離氮污染后續(xù)形成的光阻層，避免了所述光阻層氮中毒，從而確保以所述光阻層為掩膜的刻蝕工藝能夠?qū)λ龆嗑Ч鑼舆M(jìn)行按要求的刻蝕，最終形成的多晶硅結(jié)構(gòu)不存在橋連現(xiàn)象。
【專利說明】多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體集成電路芯片的工藝制作利用批量處理技術(shù)，在同一硅襯底上形成大量各種類型的復(fù)雜器件，并將其互相連接以具有完整的電子功能。隨著超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，芯片集成度越來越高，元器件的尺寸越來越小，因器件的高密度、小尺寸引發(fā)的各種效應(yīng)對(duì)半導(dǎo)體工藝制作結(jié)果的影響也日益突出。
[0003]通常，MOS晶體管的柵極包括柵極氧化層(柵極介質(zhì)層)以及形成于柵極氧化層上的多晶硅結(jié)構(gòu)，由于器件尺寸比例的下降，對(duì)形成多晶硅結(jié)構(gòu)過程中的曝光、顯影和蝕刻等工藝提出了更高的要求，如果光阻在曝光、顯影過程中出現(xiàn)問題或者光阻與其它層的薄膜發(fā)生了反應(yīng)，都將會(huì)導(dǎo)致后續(xù)以光阻作為掩膜蝕刻出的多晶硅結(jié)構(gòu)出現(xiàn)橋連的現(xiàn)象，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致器件之間的短路，甚至失效。
[0004]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中多晶硅結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖，圖2-圖3為現(xiàn)有技術(shù)中多晶硅結(jié)構(gòu)形成方法過程中的器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖1、圖2及圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)中的步驟包括:
[0005]S1:提供半導(dǎo)體襯底10，所述半導(dǎo)體襯底10上形成有多晶硅層20 ；
[0006]S2:在所述多晶硅層20上形成含氮的硬掩膜層30 ；
[0007]S3:在所述含氮的硬掩膜層30上形成圖案化的光阻層40 ；
[0008]S4:以所述圖案化的光阻層40為掩膜，依次刻蝕所述含氮的硬掩膜層30和多晶硅層20，如圖3所示；
[0009]S5:去除所述圖案化的光阻層40和含氮的硬掩膜層30，在理想情況下，形成多晶硅結(jié)構(gòu)20’，如圖4所示。
[0010]然而，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，往往蝕刻出的多晶硅結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)如圖5所示的橋連現(xiàn)象，即多晶硅結(jié)構(gòu)彼此之間出現(xiàn)互相連接，成為橋連缺陷21。橋連缺陷將導(dǎo)致相鄰器件的柵極短接，造成器件的損傷。因而，如何徹底解決多晶娃結(jié)構(gòu)橋連現(xiàn)象，提聞晶圓的良率是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出一種多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法，其目的在于解決多晶娃結(jié)構(gòu)出現(xiàn)橋連現(xiàn)象的問題，從而提聞晶圓的良率。
[0012]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:
[0013]提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有多晶硅層；
[0014]在所述多晶硅層上形成含氮的硬掩膜層；
[0015]使用含氫的氣體對(duì)所述含氮的硬掩膜層進(jìn)行退火工藝處理；
[0016]在所述含氮的硬掩膜層上形成圖案化的光阻層；[0017]以所述圖案化的光阻層為掩膜，依次刻蝕所述含氮的硬掩膜層和多晶硅層；
[0018]去除所述圖案化的光阻層和含氮的硬掩膜層，形成多晶硅結(jié)構(gòu)。
[0019]進(jìn)一步的，所述含氮的硬掩膜層的材質(zhì)為氮化硅。
[0020]進(jìn)一步的，在所述多晶硅層上形成含氮的硬掩膜層之前，在所述多晶硅層上形成多晶硅氧化硅層。
[0021]進(jìn)一步的，在使用含氫的氣體對(duì)所述含氮的硬掩膜層進(jìn)行退火工藝處理之后，在所述含氮的硬掩膜層上形成氧化硅層。
[0022]進(jìn)一步的，在所述含氮的硬掩膜層上形成氧化硅層之后，使用氧等離子體對(duì)所述氧化硅層表面進(jìn)行轟擊工藝處理。
[0023]進(jìn)一步的，使用電源電解離O2或O3得到所述氧等離子體，所述O2或O3的氣體流量范圍為100sccnT20000sccm，所述電源功率范圍為50W?2000W，所述轟擊工藝的反應(yīng)壓力范圍為 Itorr?lOOtorr。
[0024]進(jìn)一步的，使用氧等離子體對(duì)所述氧化硅層表面進(jìn)行轟擊工藝處理之后，在所述述氧化硅層上形成不定形碳層。
[0025]進(jìn)一步的，所述退火工藝的溫度范圍為500攝氏度?800攝氏度，所述退火工藝的反應(yīng)壓力范圍為IOtorr?760torr。
[0026]進(jìn)一步的，所述含氫的氣體是氫氣。
[0027]進(jìn)一步的，所述氫氣的流量范圍為IOsccm?lOOOsccm。
[0028]進(jìn)一步的，在所述含氮的硬掩膜層上形成圖案化的光阻層之前，在所述含氮的硬掩膜層上形成抗反射層。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在:使用含氫的氣體對(duì)所述含氮的硬掩膜層進(jìn)行退火工藝處理，從而防止游離氮污染后續(xù)形成的光阻層，避免了所述光阻層氮中毒，從而確保以所述光阻層為掩膜的刻蝕工藝能夠?qū)λ龆嗑Ч鑼舆M(jìn)行按要求的刻蝕，最終形成的多晶硅結(jié)構(gòu)不存在橋連現(xiàn)象。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中多晶硅結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖；
[0031]圖2-圖3為現(xiàn)有技術(shù)中多晶硅結(jié)構(gòu)形成方法過程中的器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4為理想情況下多晶硅結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0033]圖5為帶有橋連缺陷的多晶娃結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0034]圖6為本發(fā)明一實(shí)施例中多晶硅結(jié)構(gòu)形成方法的流程圖；
[0035]圖7-圖11為本發(fā)明一實(shí)施例中多晶硅結(jié)構(gòu)形成方法過程中的器件剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖12為本發(fā)明一實(shí)施例中形成的多晶硅結(jié)構(gòu)的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]在【背景技術(shù)】中已經(jīng)提及，利用現(xiàn)有技術(shù)的方法蝕刻出的多晶硅結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)如圖5所示的橋連現(xiàn)象，即多晶硅結(jié)構(gòu)彼此之間出現(xiàn)互相連接，成為橋連缺陷21。經(jīng)本申請(qǐng)的發(fā)明人反復(fù)實(shí)驗(yàn)和研究發(fā)現(xiàn)，之所以出現(xiàn)這種橋連缺陷是因?yàn)楹挠惭谀又械暮杏坞x氮，游離氮溢出與光阻層發(fā)生反應(yīng)，使所述光阻層氮中毒，進(jìn)而影響后續(xù)的刻蝕。
[0038]為了便于理解，下面結(jié)合具體實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0039]請(qǐng)參考圖6至圖11，一種多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:
[0040]SlOO:提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底上形成有多晶硅層300。其中，所述半導(dǎo)體襯底100可以為硅襯底或鍺硅襯底；所述多晶硅層300可以通過化學(xué)氣相沉積形成。本實(shí)施例中，如圖7所示，在所述多晶硅層300形成之前，在所述半導(dǎo)體襯底100表面形成一層?xùn)艠O氧化層200，所述柵極氧化層200和多晶硅結(jié)構(gòu)共同用于形成MOS晶體管的柵極。所述柵極氧化層200為通過熱氧化法或者化學(xué)氣相沉積法形成的氧化硅。
[0041]S200:在所述多晶硅層300上形成含氮的硬掩膜層420。其中，所述含氮的硬掩膜層420材質(zhì)為氮化硅，作為刻蝕掩膜層，便于阻擋刻蝕氣體。在本實(shí)施例中，如圖8所示，在所述多晶硅層300上形成含氮的硬掩膜層420之前，先在所述多晶硅層300上形成多晶硅氧化硅層410。所述多晶硅氧化層410用于增加所述多晶硅層300與所述含氮的硬掩膜層420之間的粘附性，防止所述含氮的硬掩膜層420發(fā)生脫落。所述多晶硅氧化層410可以采用化學(xué)氣相沉積或熱氧化法形成。
[0042]S300:使用含氫的氣體對(duì)所述含氮的硬掩膜層420進(jìn)行退火工藝處理。其中，所述含氫的氣體是氫氣，流量范圍為IOsccm?IOOOsccm,優(yōu)選是800sccm ;所述退火工藝的溫度范圍為500攝氏度?800攝氏度，優(yōu)選是600攝氏度；反應(yīng)壓力范圍為IOtorf760torr，優(yōu)選是 500tor;r。
[0043]在本實(shí)施例中，在使用含氫的氣體對(duì)所述含氮的硬掩膜層420進(jìn)行退火工藝處理之后，如圖9所示，還在所述含氮的硬掩膜層420上形成氧化硅層430，所述氧化硅層430的厚度范圍為100埃?1000埃，優(yōu)選是200埃。所述氧化硅層430 —方面便于后續(xù)刻蝕工藝選擇不同選擇比的刻蝕氣體對(duì)所述含氮的硬掩膜層420和所述多晶硅層300進(jìn)行刻蝕，另一方面用于阻擋所述含氮的硬掩膜層中的游離氮。
[0044]在本實(shí)施例中，形成氧化硅層430之后，使用氧等離子體對(duì)所述氧化硅層430表面進(jìn)行轟擊工藝處理，使所述氧化硅層430表面變的更加致密，從而可以進(jìn)一步的阻擋游離氮穿透，防止其污染所述光阻層。所述氧等離子體是使用電源電解離O2或O3得到的，所述O2或O3的氣體流量范圍為100sccnT20000sccm，優(yōu)選是lOOOsccm，所述電源功率范圍為50W?2000W，優(yōu)選是1000W，所述轟擊工藝的反應(yīng)壓力范圍為Itorr?lOOtorr，優(yōu)選是50torr。
[0045]如圖9所示，其中，使用氧等離子體對(duì)所述氧化硅層430表面進(jìn)行轟擊工藝處理之后，在所述述氧化硅層430上形成不定形碳層440。所述不定形碳層440的厚度范圍為100埃?1000埃，優(yōu)選是500埃。由于不定形碳440比較穩(wěn)定，其可以防止在蝕刻過程中出現(xiàn)崩塌現(xiàn)象。
[0046]在本實(shí)施例中，所述多晶硅氧化層410采用化學(xué)氣相沉積或熱氧化法形成；含氮的硬掩膜層420、氧化硅層430和不定形碳層440均采用化學(xué)氣相沉積方法形成，此技術(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知常用技術(shù)手段，在此不再贅述。
[0047]S400:在所述含氮的硬掩膜層420上形成圖案化的光阻層600。其中，形成圖案化的光阻層600包括:涂覆光阻層，對(duì)所述光阻層進(jìn)行曝光和顯影處理。此技術(shù)為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知常用技術(shù)手段，在此不再贅述。在本實(shí)施例中，在所述含氮的硬掩膜層420上形成圖案化的光阻層600之前，在所述不定形碳層440上形成抗反射層。其中，所述抗反射層包括不含氮的無機(jī)抗反射層510和有機(jī)抗反射層520，此組合可以減少光的反射的物質(zhì)，用于減少曝光過程中光在所述光阻層的下表面的反射，以使曝光的大部分能量都被所述光阻層吸收，提高曝光效率。所述不含氮的無機(jī)抗反射層510和有機(jī)抗反射層520均是采用化學(xué)氣相沉積形成，所述不含氮的無機(jī)抗反射層510的厚度范圍為100埃?1000埃，優(yōu)選是200埃；所述有機(jī)抗反射層520的厚度范圍為100埃?1000埃，優(yōu)選是600埃。
[0048]S500:以所述圖案化的光阻層600為掩膜，依次刻蝕所述含氮的硬掩膜層420和多晶硅層300。詳細(xì)的，在本實(shí)施例中，依次刻蝕所述抗反射層、所述不定形碳層440、所述氧化硅層430、所述硬掩膜層420、所述多晶硅氧化層410、所述多晶硅層300和柵極氧化層200。在此步驟中，刻蝕工藝為本領(lǐng)域技術(shù)人員慣用的技術(shù)手段，在此不再贅述。
[0049]S600:去除所述圖案化的光阻層600和含氮的硬掩膜層420，形成多晶硅結(jié)構(gòu)300’(如圖12所示)。在本實(shí)施例中，依次去除所述光阻層600、所述抗反射層、所述不定形碳層440、所述氧化硅層430、所述硬掩膜層420以及所述多晶硅氧化層410。去除的方法可以為干法蝕刻和濕法蝕刻，為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的慣用技術(shù)手段，在此不再贅述。
[0050]其中需要詳細(xì)說明的是，所述含氮的硬掩膜層420內(nèi)會(huì)含有很多游離氮。由于所述氧化硅層430、不定形碳層440、以及反射層均為厚度較薄，導(dǎo)致游離氮易穿透并且與所述光阻600發(fā)生反應(yīng)，使之氮中毒。本發(fā)明的核心思想在于，使用氫氣對(duì)所述含氮的硬掩膜層420表面進(jìn)行退火工藝處理，可以減少所述含氮的硬掩膜層420中游離氮的含量，從根本上解決了所述光阻層600發(fā)生氮中毒的問題，進(jìn)而也就可以避免所述多晶硅結(jié)構(gòu)300’產(chǎn)生橋連現(xiàn)象。
[0051]其次，為了進(jìn)一步防止游離氮污染所述光阻層600，本發(fā)明還使用等離子體氧對(duì)所述氧化硅層430表面進(jìn)行轟擊工藝處理，此步驟可以使所述氧化硅層430表面變得更加致密。如若步驟S300未能把所述含氮的硬掩膜層420表面的游離氮全部固定住，那么增加此步驟也會(huì)阻擋游離氮穿過所述含氮的硬掩膜層430污染所述光阻層600，從而進(jìn)一步避免所述多晶硅結(jié)構(gòu)300’產(chǎn)生橋連現(xiàn)象。
[0052]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不對(duì)本發(fā)明起到任何限制作用。任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明揭露的技術(shù)方案和技術(shù)內(nèi)容做任何形式的等同替換或修改等變動(dòng)，均屬未脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的內(nèi)容，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有多晶硅層； 在所述多晶硅層上形成含氮的硬掩膜層； 使用含氫的氣體對(duì)所述含氮的硬掩膜層進(jìn)行退火工藝處理； 在所述含氮的硬掩膜層上形成圖案化的光阻層； 以所述圖案化的光阻層為掩膜，依次刻蝕所述含氮的硬掩膜層和多晶硅層； 去除所述圖案化的光阻層和含氮的硬掩膜層，形成多晶硅結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述含氮的硬掩膜層的材質(zhì)為氮化娃。
3.如權(quán)利要求1所述的多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述多晶硅層上形成含氮的硬掩膜層之前，在所述多晶硅層上形成多晶硅氧化硅層。
4.如權(quán)利要求1所述的多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在使用含氫的氣體對(duì)所述含氮的硬掩膜層進(jìn)行退火工藝處理之后，在所述含氮的硬掩膜層上形成氧化硅層。
5.如權(quán)利要求4所述的多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述含氮的硬掩膜層上形成氧化硅層之后，使用氧等離子體對(duì)所述氧化硅層表面進(jìn)行轟擊工藝處理。
6.如權(quán)利要求5所述的多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，使用電源電解離O2或O3得到所述氧等離子體，所述O2或O3的氣體流量范圍為100sccnT20000sccm,所述電源功率范圍為50W?2000W，所述轟擊工藝的反應(yīng)壓力范圍為Itorr?lOOtorr。
7.如權(quán)利要求5所述的多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，使用氧等離子體對(duì)所述氧化硅層表面進(jìn)行轟擊工藝處理之后，在所述述氧化硅層上形成不定形碳層。
8.如權(quán)利要求1所述的多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述退火工藝的溫度范圍為500攝氏度?800攝氏度，所述退火工藝的反應(yīng)壓力范圍為10torr?760torr。
9.如權(quán)利要求1所述的多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述含氫的氣體是氫氣。
10.如權(quán)利要求9所述的多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述氫氣的流量范圍為IOsccm ?lOOOsccm。
11.如權(quán)利要求1所述的多晶硅結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述含氮的硬掩膜層上形成圖案化的光阻層之前，在所述含氮的硬掩膜層上形成抗反射層。
【文檔編號(hào)】H01L21/28GK103794485SQ201210434969
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月2日
【發(fā)明者】張彬, 鄧浩 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司