专利名称：在晶圆上制造栅极的方法
技术领域：
本发明涉及芯片制造技术，特别涉及一种在晶圆上制造栅极的方法。
背景技术：
随着半导体制造技术的飞速发展，集成电路制造工艺已经进入深亚微米时代，比 如65纳米或更小，半导体器件的尺寸和隔离半导体器件的隔离结构亦随之縮小；在通过光 刻胶开出的窗口对晶圆进行干法刻蚀时，窗口之间的空隙也越来越小，这给采用干法刻蚀 制造晶圆上的栅极带来了困难。 图la 图lc为现有技术采用干法刻蚀制造晶圆上的栅极过程的结构简化剖面 图，具体地， 首先，如图la，在晶圆的栅氧化层10采用化学气相沉积(CVD， ChemicalVapor
exposition)方法沉积多晶硅层20作为栅极； 在这个步骤中，栅氧化层10下层为晶圆的衬底； 其次，在多晶硅层20上涂抹光刻胶层后，按照需要的掩模板图案进行曝光和显影 后，得到图lb所示的结构，包括晶圆的栅氧化层10、多晶硅层20和经过显影的光刻胶层
30 ; 在这里，可以称为图案化多晶硅层20 ; 再次，进行刻至终点的主刻蚀，将没有被图案覆盖的多晶硅层20刻蚀掉，得到图 lc所示的结构； 在这个步骤中，为了在对多晶硅层刻蚀时保证不损伤晶圆的栅氧化层，即不使晶 圆的栅氧化层形成凹陷点，使用终点检测方法。终点检测方法通过检测刻蚀速率的变化、在 刻蚀中被去除的腐蚀产物类型或在刻蚀反应室中气体放电中活性反应剂的变化来确定是 否停止刻蚀； 具体说明，可以使用终点检测方法中的光发射谱方式实现主刻蚀，即在刻蚀过程
中，在刻蚀反应室中对被激发的原子或分子所发出的不同光进行光发射谱分析，从而检测
出多晶硅层已经被刻蚀完，并进行了晶圆的栅氧化层的刻蚀，停止主刻蚀； 在进行主刻蚀中，使用的主刻蚀气体可以为氟化硅(SiF4)、氯化硅(SiCl4)或溴化
硅(SiBr4)等，等到主刻蚀后将主刻蚀气体抽走。 再次，进行过刻蚀，去除主刻蚀残留物； 在这个步骤中，不需要像主刻蚀过程那样采用终点检测方法确定是否停止过刻
蚀，由于剩余的残留物不是很多，可以采用设定较少时间去除刻蚀残留物。 最后，采用灰化方法和全湿法去胶方法去除经过显影的光刻胶层30，最终得到栅极。 在这个过程中，由于作为栅极的多晶硅比较难以刻蚀，所以在主刻蚀过程中需要 仔细且精密。为了不损伤晶圆的栅氧化层，不造成晶圆的栅氧化层的多个凹陷点，要保证刻 蚀多晶硅层的刻蚀速率比刻蚀晶圆的栅氧化层的速率要高很多，即采用高选择比的刻蚀工艺进行，这样才能在采用终点检测方法检测得到停止主刻蚀时，还没有对晶圆的栅氧化层 进行过度刻蚀。当然，在进行过刻蚀中，所采用的选择比更高于主刻蚀所采用的选择比，保 证对晶圆的栅氧化层不损坏。 目前，提高多晶硅层对晶圆的栅氧化层刻蚀速率的选择比，从而在主刻蚀多晶硅 层不损伤晶圆的栅氧化层，可以通过更改刻蚀气体或在刻蚀反应室中减少轰击离子能量 的方法来完成，其中，更改刻蚀气体，即将传统采用的氟基气体更改为能够提高选择比的 Si&、SiCh或SiBiv减少轰击离子能量可以避免在刻蚀时溅射掉晶圆的栅氧化层。但是，采 用这种方法虽然可以提高多晶硅层对晶圆的栅氧化层刻蚀速率的选择比，但是主刻蚀过程 仍然是采用终点检测方法检测到已刻蚀晶圆的栅氧化层时才停止的，所以无法避免对晶圆 的栅氧化层的凹陷损伤。如图2所示，图2为晶圆栅极制造后的平面结构示意图，可以看出， 图中的晶圆的栅氧化层上有很多的凹陷点，使得最终得到的有源区域(AA，Active area)存 在很多凹陷点，造成AA的断路，使得最终得到的集成电路的性能降低，从而导致可靠性问 题和器件失效。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种在晶圆上制造栅极的方法，该方法能够保证在制造栅 极过程中，避免对晶圆栅氧化层的损伤。 为达到上述目的，本发明实施例的技术方案具体是这样实现的 —种在晶圆上制造栅极的方法，其特征在于，在晶圆的栅氧化层上沉积作为栅极
的多晶硅层之前，沉积掺杂的多晶硅层，该方法还包括 图案化多晶硅层后，采用终点检测方法主刻蚀多晶硅层，去除没有被图案覆盖的 多晶硅层； 对掺杂的多晶硅层进行过刻蚀，去除没有被图案覆盖的掺杂多晶硅层，得到栅极。
所述对掺杂的多晶硅层进行过刻蚀时，还去除主刻蚀的残留物。
所述掺杂的多晶硅层厚度为沉积的多晶硅层厚度的百分之五到百分之十五。
所述掺杂的多晶硅层采用化学气相沉积工艺进行。 所述掺杂的多晶硅层中掺杂的聚合物为磷P、氮N、砷As、锑Sb、铋Bi、硼B、铝Al、 镓Ga、铟In或铊Tl中的一种或多种组合。 所述采用终点检测方法主刻蚀多晶硅层，去除没有被图案覆盖的多晶硅层为
采用终点检测方法通过检测刻蚀速率的变化、在刻蚀中去除的腐蚀产物类型或在 刻蚀反应室中气体放电中活性反应剂的变化确定去除没有被图案覆盖的多晶硅层，完成主 刻蚀。 所述采用终点检测方法主刻蚀多晶硅层，去除没有被图案覆盖的多晶硅层的过程 为 采用终点检测方法中的光发射谱方式，在刻蚀反应室中对被激发的原子或分子所 发出的不同光进行光发射谱分析，当检测到掺杂的多晶硅层中所掺杂的原子时，完成主刻 蚀。
在得到栅极之前，该方法还包括
进行灰化和全湿去除法去除所述图案。
4
在去除所述图案时，还包括 去除过刻蚀残留的没有被图案覆盖的掺杂多晶硅层。 所述沉积的掺杂的多晶硅层和多晶硅层厚度之和为所述栅极的高度。 由上述技术方案可见，本发明在晶圆的栅氧化层上沉积作为栅极的多晶硅层之
前，沉积一层掺杂的多晶硅层，从而在制造栅极的主刻蚀中，将该掺杂的多晶硅层作为主刻
蚀停止层，避免对晶圆的栅氧化层的损伤。
图la 图lc为现有技术采用干法刻蚀制造晶圆上的栅极过程的结构简化剖面 图； 图2为晶圆栅极制造后的平面结构示意图； 图3a 图3e为本发明采用干法刻蚀制造晶圆上的栅极过程的结构简化剖面图； 图4为本发明采用干法刻蚀制造晶圆上的栅极过程流程图； 图5为采用本发明晶圆栅极制造后的平面结构图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对 本发明作进一步详细说明。 本发明提出了在晶圆的栅氧化层上沉积作为栅极的多晶硅之前，沉积一层掺杂 的多晶硅层，在进行主刻蚀时，刻蚀到该掺杂的多晶硅层为止，在进行过刻蚀时，则刻蚀掉 该掺杂的多晶硅层，从而保证在主刻蚀过程中，不会对晶圆的栅氧化层表面损伤，造成凹陷 点。 在本发明中，沉积的掺杂的多晶硅层中掺杂的聚合物可以为磷(P)、氮(N)、砷 (As)、锑(Sb)、铋(Bi)、硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)或铊(Tl)中的一种或多种组合，主 要用于采用终点检测方法时进行检测判别，停止主刻蚀过程。 结合图3a 图3e所示的采用干法刻蚀制造晶圆上的栅极过程的结构简化剖面 图，具体说明图4所示的本发明采用干法刻蚀制造晶圆上的栅极过程流程图，其具体步骤 为 步骤401、在晶圆的栅氧化层IO上沉积掺杂的多晶硅层ll，得到图3a所示的结 构； 在本步骤中，沉积的掺杂的多晶硅层厚度是根据所沉积的多晶硅层厚度确定的， 一般为所沉积的作为栅极的多晶硅层厚度的百分之五到百分之十五之间，比如，如果所沉 积的多晶硅层厚度为100纳米，则沉积的掺杂的多晶硅层厚度为5纳米到15纳米之间，也 可以为5纳米或15纳米； 在本步骤中，沉积掺杂的多晶硅层可以采用CVD工艺进行。 步骤402、掺杂的多晶硅层ll上沉积作为栅极的多晶硅，形成图3b所示的结构，包 括晶圆的栅氧化层10、掺杂的多晶硅层11和多晶硅层20。 步骤403、图案化多晶硅层20，得到图3c所示的结构，包括晶圆的栅氧化层10、掺 杂的多晶硅层11、多晶硅层20和经过显影的光刻胶层30 ;
5
在本步骤中，按照现有技术进行，即在多晶硅层20上涂抹光刻胶层后，按照需要 的掩模板图案进行曝光和显影后，图案化多晶硅层20。 步骤404、以光刻胶为掩膜，对多晶硅层20进行刻至终点的主刻蚀，将没有被图案 覆盖的多晶硅层20刻蚀掉，得到图3d所示的结构； 在这个步骤中，对多晶硅层20进行刻至终点的主刻蚀时，将掺杂的多晶硅层11作 为刻蚀停止层，由于掺杂的多晶硅层11和多晶硅层20的刻蚀速率变化、腐蚀产物类型或在 刻蚀反应室中气体放电中活性反应剂不同，所以可以采用终点检测方法通过检测刻蚀速率 的变化、在刻蚀中去除的腐蚀产物类型或在刻蚀反应室中气体放电中活性反应剂的变化确 定到达刻蚀终止层，停止刻蚀； 具体地，可以使用终点检测方法中的光发射谱方式实现主刻蚀，即在刻蚀过程中， 在刻蚀反应室中对被激发的原子或分子所发出的不同光进行光发射谱分析，当检测到掺杂 的多晶硅层掺杂的原子时，从而检测出多晶硅层20已经被刻蚀完，并进行了掺杂的多晶硅 层ll的刻蚀，停止刻蚀； 在进行主刻蚀中，使用的主刻蚀气体可以为SiF4、SiCl4或SiBr4等，等到主刻蚀后 将主刻蚀气体抽走。 步骤405、进行过刻蚀，去除主刻蚀残留物和没有被图案覆盖的掺杂的多晶硅层层 11，得到如图3e所示的结构，包括晶圆的栅氧化层10、被图案覆盖的掺杂的多晶硅层ll、被 图案覆盖的多晶硅层20和经过显影的光刻胶层30 ; 在本发明中，采用的过刻蚀技术和现有的过刻蚀技术相同，由于现有的过刻蚀技 术中采用的过刻蚀气体可以和掺杂的多晶硅层11反应，所以没有被图案覆盖的掺杂的多 晶硅层ll可以被去除掉。 步骤406、采用现有技术灰化方法和全湿法去胶方法去除经过显影的光刻胶层 30，即去除光刻胶图案，最终得到栅极； 在这个步骤中，也可以进一步腐蚀掉没有被图案覆盖的掺杂的多晶硅层11。 可以看出，由于本发明在晶圆的栅氧化层上沉积了掺杂的多晶硅层，所以在主刻
蚀作为栅极的多晶硅层时，采用终点检测方法检测得到停止主刻蚀过程，只需要刻蚀到掺
杂的多晶硅层，不会损伤晶圆的栅氧化层造成凹陷点，采用本发明提供的方法制造栅极最
终得到的平面图如图5所示，可以看出，在晶圆的栅氧化层上没有凹陷点，没有造成的栅氧
化层上的损伤。 另外，作为刻蚀停止层的掺杂的多晶硅层11也具有形成栅极的多晶硅，可以作为 所形成栅极的一部分存在。 因此，采用本发明提供的方法制造栅极，不会在晶圆的栅氧化层上形成凹陷点，使 得最终得到的AA平滑，使得最终得到的集成电路的性能较高，从而保证器件的可靠性。
以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所 应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的 精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之 内。
权利要求
一种在晶圆上制造栅极的方法，其特征在于，在晶圆的栅氧化层上沉积作为栅极的多晶硅层之前，沉积掺杂的多晶硅层，该方法还包括图案化多晶硅层后，采用终点检测方法主刻蚀多晶硅层，去除没有被图案覆盖的多晶硅层；对掺杂的多晶硅层进行过刻蚀，去除没有被图案覆盖的掺杂多晶硅层，得到栅极。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对掺杂的多晶硅层进行过刻蚀时，还去 除主刻蚀的残留物。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掺杂的多晶硅层厚度为沉积的多晶硅 层厚度的百分之五到百分之十五。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掺杂的多晶硅层采用化学气相沉积工 艺进行。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掺杂的多晶硅层中掺杂的聚合物为磷 P、氮N、砷As、锑Sb、铋Bi、硼B、铝Al、镓Ga、铟In或铊Tl中的一种或多种组合。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用终点检测方法主刻蚀多晶硅层，去 除没有被图案覆盖的多晶硅层为采用终点检测方法通过检测刻蚀速率的变化、在刻蚀中去除的腐蚀产物类型或在刻 蚀反应室中气体放电中活性反应剂的变化确定去除没有被图案覆盖的多晶硅层，完成主刻 蚀。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用终点检测方法主刻蚀多晶硅层，去 除没有被图案覆盖的多晶硅层的过程为采用终点检测方法中的光发射谱方式，在刻蚀反应室中对被激发的原子或分子所发出 的不同光进行光发射谱分析，当检测到掺杂的多晶硅层中所掺杂的原子时，完成主刻蚀。
8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在得到栅极之前，该方法还包括 进行灰化和全湿去除法去除所述图案。
9. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，在去除所述图案时，还包括 去除过刻蚀残留的没有被图案覆盖的掺杂多晶硅层。
10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉积的掺杂的多晶硅层和多晶硅层厚 度之和为所述栅极的高度。
全文摘要
本发明公开了一种在晶圆上制造栅极的方法，在晶圆的栅氧化层上沉积作为栅极的多晶硅层之前，沉积掺杂的多晶硅层，该方法还包括图案化多晶硅层后，采用终点检测方法主刻蚀多晶硅层，去除没有被图案覆盖的多晶硅层；对掺杂的多晶硅层进行过刻蚀，去除没有被图案覆盖的掺杂多晶硅层，得到栅极。本发明提供的方法保证了在制造栅极过程中，避免对晶圆的栅氧化层的损伤。
文档编号H01L21/336GK101728254SQ20081022459
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月21日 优先权日2008年10月21日
发明者何其旸, 张海洋, 陈海华, 黄怡 申请人:中芯国际集成电路制造(北京)有限公司