栅极的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种栅极的形成方法。
【背景技术】
[0002]采用栅极切断(Poly Cut)技术对条状栅极进行切断，切断后栅极与不同的晶体管相对应，可以提高晶体管的集成度。此外，多个栅极沿着延伸方向排列成一列时，通过栅极切断，能够高精度地缩小栅极切断后断开的栅极间的对接方向的间距(Poly Cut CD)。
[0003]现有栅极切断工艺中，通常先在衬底上形成多晶硅层，再在多晶硅层表面形成图形化的硬掩模层，所述图形化的硬掩模层具有与条状栅极相对应的条状图形。为了将条状的栅极切断，需要在硬掩模层的条状图形上方形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层具有露出条状图形的开口图形。所述图形化的光刻胶层与硬掩模层之间还形成有介质层，光刻时以所述图形化的光刻胶层为掩模对所述介质层进行刻蚀，形成开口，再对开口露出的所述硬掩模层的条状图形进行刻蚀，使得条状图形断开，再以断开的条状图形为掩模，对多晶硅层进行刻蚀，得到断开的条状栅极，断开的栅极的对接方向的间距对应所述开口的宽度(沿条状栅极的延伸方向的尺寸)。
[0004]然而现有技术形成栅极的方法中，在实现栅极切断时，容易出现断开的条状栅极在对接方向的间距相较于设计值增大的问题。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题是提供一种栅极的形成方法，减小栅极在对接方向的间距相较于设计值增大的问题。
[0006]为解决上述问题，本发明提供一种栅极的形成方法，包括:
[0007]提供衬底；
[0008]在衬底上形成多晶硅层；
[0009]在多晶硅层上形成硬掩模层，所述硬掩模层具有对应栅极形状的多个条状图形；
[0010]在所述硬掩模层上依次形成有机抗蚀剂层以及有机抗反射材料层；
[0011]对所述有机抗反射材料层进行第一刻蚀，在有机抗反射材料层中形成露出所述有机抗蚀剂层的开口，所述开口横跨硬掩模层中的至少一个条状图形；
[0012]对所述开口露出的有机抗蚀剂层进行第二刻蚀，去除所述开口下方的有机抗蚀剂层，直至露出条状图形的顶部；所述第二刻蚀包括依次进行的第一干法刻蚀、第二干法刻蚀，所述第一干法刻蚀采用包括甲烷的混合气体；
[0013]去除所述开口露出的硬掩模层，使所述条状图形断开，以形成硬掩模图形；
[0014]以所述硬掩模图形为掩模，图形化所述多晶硅层，去除硬掩模图形露出的多晶硅层部分同时保留硬掩模图形下方的多晶硅层部分，以形成栅极。
[0015]可选的，在所述第一干法刻蚀的步骤中，甲烷的流量在2标况毫升每分到20标况晕升每分的范围内。
[0016]可选的，在所述第一干法刻蚀的步骤中，所述混合气体还包括氧气、氮气，其中氧气的流量在2标况晕升每分到20标况晕升每分，氮气的流量在5标况晕升每分到100标况晕升每分的范围内。
[0017]可选的，在所述第一干法刻蚀的步骤中，刻蚀机的功率在100瓦到1000瓦，刻蚀腔体内的气压在2毫托到20毫托的范围内。
[0018]可选的，在所述第二干法刻蚀的步骤中，刻蚀气体包括氯气，氯气的流量在10标况晕升每分到100标况晕升每分的范围内。
[0019]可选的，在所述第二干法刻蚀的步骤中，刻蚀气体包括溴化氢，溴化氢的流量在10标况晕升每分到100标况晕升每分的范围内。
[0020]可选的，在所述第二干法刻蚀的步骤中，所述混合气体还包括氧气，氧气的流量在2标况晕升每分到50标况晕升每分的范围内。
[0021]可选的，在所述第二干法刻蚀的步骤中，刻蚀机的功率在100瓦到1000瓦，刻蚀腔体内的气压在2毫托到20毫托的范围内。
[0022]可选的，在对有机抗蚀剂层进行刻蚀的过程中，所述第一干法刻蚀的刻蚀量占对有机抗蚀剂层刻蚀量的70%到90%。
[0023]可选的，在对有机抗蚀剂层进行刻蚀的过程中，所述第二干法刻蚀的刻蚀量占对有机抗蚀剂层刻蚀量的10%到30%。
[0024]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0025]在对条状的栅极进行栅极切断的方法中，对有机抗反射材料层进行刻蚀时，依次进行采用包括甲烷的混合气体的第一干法刻蚀和第二干法刻蚀，其中第一干法刻蚀由于采用了甲烷作为刻蚀气体，第一干法刻蚀的各向异性较强，对有机抗蚀剂层的侧向刻蚀很少，减小了开口尺寸增大的问题，再对开口下的硬掩模层进行刻蚀，形成的栅极在对接方向的间距与设计值相比增大量很小。
[0026]进一步，所述第一干法刻蚀的刻蚀量占对有机抗反射材料层刻蚀量的70%到90%，所述第二干法刻蚀的刻蚀量占对有机抗反射材料层刻蚀量的10%到30%，在干法刻蚀过程中各向异性更好的第一干法刻蚀的刻蚀量占对有机抗反射材料层刻蚀量的比例较大，在干法刻蚀过程中，侧向刻蚀更少，使得刻蚀形成的开口的尺寸增大量更小。
【附图说明】
[0027]图1是本发明栅极形成方法一实施例的流程图；
[0028]图2至图17是图1所示形成方法一实施例的各个步骤的示意图。
【具体实施方式】
[0029]在缩小栅极对接方向的设计时，通过两次光刻对条状的栅极进行栅极切断，但是最终形成的断开的条状的栅极的对接方向的间距比设计值增大。
[0030]为了获得条状的栅极的对接方向的间距比设计值增大的原因，对现有技术进行栅极切断的工艺进行了分析。现有技术中介质层通常包括自上而下的有机抗反射材料层和有机抗蚀剂层，对介质层进行刻蚀形成开口时通常采用氯气或溴化氢对有机抗蚀剂层进行刻蚀，使开口露出硬掩模层中的条状图形顶部，但是采用氯气或溴化氢进行刻蚀的各向异性较差，如果刻蚀强度较低则会使得位于条状图形上方的有机抗蚀剂层残留，最后形成的断开的条状的栅极容易产生桥接；为了避免桥接，将刻蚀强度提高，则会使得对有机抗蚀剂层侧向刻蚀过多，开口的尺寸相对图形化的光刻胶层上的开口图形的尺寸增大。这样，去除所述开口露出的硬掩模层中条状图形时，去除的条状图形过多，所以之后再以硬掩模层为掩模刻蚀形成的断开的条状栅极时，被断开的栅极沿对接方向的间距相较于设计值增大。
[0031]为了解决上述技术问题，本发明提供一种栅极的形成方法。对有机抗蚀剂层进行刻蚀时，依次进行采用包括甲烷的混合气体的第一干法刻蚀和第二干法刻蚀，其中第一干法刻蚀由于采用了甲烷作为刻蚀气体，第一干法刻蚀的各向异性较强，对有机抗蚀剂层的侧向刻蚀很少，使得刻蚀形成的开口宽度的增大量很小，去除所述开口露出的硬掩模层时，不会使所述条状图形被过多地去除，因而，以硬掩模图形为掩模对多晶硅层进行刻蚀实现栅极切断时，被断开的栅极在对接方向的间距基本不会增大。
[0032]参考图1，示出了本发明栅极的形成方法的流程图，本发明栅极的形成方法包括以下大致步骤:
[0033]步骤SI，提供衬底；
[0034]步骤S2，在衬底上形成多晶硅层；
[0035]步骤S3，在多晶硅层上形成硬掩模层，所述硬掩模层具有对应栅极形状的多个条状图形；
[0036]步骤S4，在所述硬掩模层上依次形成有机抗蚀剂层以及有机抗反射材料层；
[0037]步骤S5，对所述有机抗反射材料层进行第一刻蚀，在有机抗反射材料层中形成露出所述有机抗蚀剂层的开口，所述开口横跨硬掩模层中的至少一个条状图形；
[0038]步骤S6，对所述开口露出的有机抗蚀剂层进行第二刻蚀，去除所述开口下方的有机抗蚀剂层，直至露出条状图形的顶部；所述第二刻蚀包括依次进行的第一干法刻蚀、第二干法刻蚀，所述第一干法刻蚀采用包括甲烷的混合气体；
[0039]步骤S7，去除所述开口露出的硬掩模层，使所述条状图形断开，以形成硬掩模图形；
[0040]步骤S8，以所述硬掩模图形为掩模，图形化所述多晶硅层，去除硬掩模图形露出的多晶硅层部分同时保留硬掩模图形下方的多晶硅层部分，以形成栅极。
[0041]通过上述步骤，能够使得最终形成的栅极在对接方向的间距较设计值基本不增大。
[0042]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0043]结合参考图2、图3，图3为图2沿AA'线的剖视图。执行步骤SI，提供衬底100，在本实施例中，所述衬底100为硅衬底，在其他实施例中，所述衬底100还可以为锗硅层衬底或绝缘体上硅衬底等其它衬底，对此本发明不做任何限制。
[0044]继续参考图2、图3，执行步骤S2，在衬底100上形成多晶硅层102，所述多晶硅层102用于形成栅极。
[0045]在本实施例中，在形成多晶硅层102之前，先在衬底100上形成一层栅氧层101作为栅极的绝缘层，所述栅氧层101的材料为氧化硅，在其他实施例中，所述栅氧层101的材料也可以为高K材料等其他材料。
[0046]在本实施例中，所述栅氧层101及多晶硅层102均为化学气相沉积法形成，但是本发明对此不作限制，所述栅氧层101及多晶硅层102还可以采用其他方法形成。
[0047]继续参考图2、图3，执行步骤S3，在多晶硅层102上形成硬掩模层，所述硬掩模层具有对应栅极形状的多个条状图形。
[0048]具体地，在本实施例中，共形成条状图形103A、条状图形103B、条状图形103C、条状图形103D共4个条状图形，但是本发明对所述条状图形的数量不做限制。
[0049]在本实施例中，所述条状图形103A、条状图形103B所对应的栅极将被切断，形成断开的栅极。
[0050]结合参考图4和图5，图5为图4沿BB'线的剖视图，执行步骤S4，在所述硬掩模层上依次形成有机抗蚀剂层104以及有机抗反射材料层105。
[0051]所述有机抗蚀剂层104的材料主要为有机物，有机抗蚀剂层104将硬掩模层覆盖，用于为后续的光刻工艺提供平整的表面；所述有机抗反射材料层105的材料主要为有机聚合物，其作用是提高后续光刻工艺的精度。
[0052]结合参考图6，图7为图6沿CC'线的剖视图，执行步骤S5，对所述有机抗反射材料层105进行第一刻蚀，在有机抗反射材料层105中形成露出所述有机抗蚀剂层104的开口，所述开口横跨硬掩模层中的至少一个条状图形。
[0053]需要说明的是，此处开口横跨硬掩模层中条状图形的意思是，开口位于条状图形上方且与条状图形的位置相对应，所述开口在条状图形表面上的投影沿所述条状图形宽度方向上能够完全覆盖所述条状图形，以便于实现条状图形沿宽度方向的完全去除。
[0054]具体地，先在有机抗反射材料层105上方形成图形化的光刻胶层106，所述图形化的光刻胶层