一种用于MOS管栅极制作的多晶硅栅的制造和蚀刻方法与流程

一种用于mos管栅极制作的多晶硅栅的制造和蚀刻方法
技术领域
1.本发明涉及mos管栅极制造技术领域，具体涉及一种用于mos管栅极制作的多晶硅栅的制造和蚀刻方法。


背景技术：

2.在半导体工艺技术中，随着cmos电路线宽的不断缩小，晶体管的一个关键指标“栅氧层厚度”也要不断缩小，但是晶体管的栅氧层厚度不能无限的缩小，否则会出现明显的隧穿效应，并且隧穿效应会随着栅氧层厚度的减小将呈现指数级上升。基于此，目前在28nm以下的技术节点中都采用hk来替代二氧化硅作为介电层，然后为了改善栅极耗尽问题将栅极材料换成了金属栅极，而在此制造工艺中需要将原先在栅极氧化层上制作的多晶硅栅去除。
3.目前常通过干法蚀刻加湿法刻蚀的方法或者通过湿法蚀刻的方法来将多晶硅栅蚀刻掉，蚀刻停止层在多晶硅栅下方的栅氧化层上，而为了能够将多晶硅栅全部移除，在蚀刻过程中都会需要过刻蚀量，因此该蚀刻工艺会对栅氧化层或者栅氧化层的侧壁产生一定的损伤，从而影响goi(gate oxide integrity)的可靠性评估。另外在衬底上由于mos管的种类不同和mos管的栅极长度不同，不同mos管的蚀刻速率也存在不同，因此在对不同位置的多晶硅栅同时进行蚀刻时，当不同位置的多晶硅栅的蚀刻速率不同时，不同mos管上的蚀刻终点在栅氧化层上的位置也不同，有的在栅氧化层上蚀刻过多，从而影响goi的可靠性评估，影响器件的整体性能。


技术实现要素：

4.鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种用于mos管栅极制作的多晶硅栅的制造和蚀刻方法，来减小在制作和蚀刻mos管的多晶硅栅时对多晶硅栅下方的栅氧化层的蚀刻量。
5.为解决以上技术问题，本发明第一方面提供了一种用于mos管栅极制作的多晶硅栅的制造方法，包括如下步骤：
6.s1：在衬底上制作第一厚度的第一多晶硅栅层；
7.s2：在所述第一多晶硅栅层上制作第二厚度的蚀刻停止层；
8.s3：在所述第一蚀刻停止层上制作第二厚度的第二多晶硅栅层，所述第二多晶硅栅层的蚀刻选择比大于所述蚀刻停止层。
9.在第一方面的某种实施方式中，步骤s2中在对所述第一多晶硅栅层进行氧化，在所述第一多晶硅栅层的顶部生长第二厚度的氧化层，该氧化层为所述蚀刻停止层。
10.在第一方面的某种方实施方式中，所述蚀刻停止层的材料为sin或者sion。
11.在某种实施方式中，所述第二多晶硅栅层的厚度与所述第一多晶硅栅层的厚度的比值在9～11之间。
12.在第一方面的某种实施方式中，步骤s1、s2和s3中分别使用化学气相沉积工艺、物
理气相沉积工艺或者原子层沉降工艺来制作所述第一多晶硅栅层、蚀刻停止层和第二多晶硅栅层。
13.在第一方面的某种实施方式中，所述蚀刻停止层的厚度在9a～11a之间。
14.第二方面，本发明提供了一种用于mos管栅极制作的多晶硅栅的蚀刻方法，对于上述的用于mos管栅极制作的多晶硅栅的制造方法制作的多晶硅栅进行蚀刻，包括以下步骤：
15.s1：在所述第二多晶硅层上方制作掩模版；
16.s2：对所述掩模版上与所述多晶硅栅对应的区域进行曝光；
17.s3：使用第一蚀刻工艺蚀刻所述第二多晶硅栅层；
18.s4：使用第二蚀刻工艺蚀刻所述蚀刻停止层；
19.s5：使用第三蚀刻工艺蚀刻所述第一多晶硅栅层。
20.在第二方面的某种实施方式中，在步骤s3中，所述第一蚀刻工艺中用到的蚀刻材料对所述第二多晶硅栅层的蚀刻选择比大于对所述蚀刻停止层的蚀刻选择比。
21.在第二方面的某种实施方式中，在步骤s4中，所述第二蚀刻工艺中用到的蚀刻材料对所述蚀刻停止层的蚀刻选择比大于对所述第一多晶硅栅层的蚀刻选择比。
22.本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：本发明在制作mos管的多晶硅栅时，通过先在衬底上制作第一厚度的第一多晶硅栅层、然后再依次制作蚀刻停止层和第二厚度的第二多晶硅栅层，当对第二多晶硅栅层蚀刻时，由于第二多晶硅栅层的蚀刻选择比大于蚀刻停止层，因此通过设置蚀刻停止层的厚度可以使在对第二多晶硅层蚀刻时的蚀刻终点在蚀刻停止层上，在对蚀刻停止层蚀刻时，由于蚀刻停止层的蚀刻选择比大于第一多晶硅栅层的蚀刻选择比，因此在对蚀刻停止层蚀刻时的蚀刻终点在第一多晶硅栅层上，最后通过对第一多晶硅栅层进行蚀刻，当第一多晶硅栅层的厚度很小例如在50a以下时，无论在蚀刻完蚀刻停止层时蚀刻了多少厚度的第一多晶硅栅层，在蚀刻第一多晶硅栅层时会蚀刻栅氧化层的最大厚度不超过50a，从而确保在对多个mos管的多晶硅栅同时蚀刻时，不会由于mos管的种类和沟道长度不同而导致蚀刻终点在栅氧化层的位置差异过大、不会过多的蚀刻栅氧化层。
附图说明
23.图1为现有衬底上的多晶硅栅蚀刻后的栅氧化层的厚度示意图；
24.图2为实施例中本发明的制作方法的流程图；
25.图3为实施例中的衬底的结构示意图；
26.图4为在图3的结构上制作完第一多晶硅栅层后的结构示意图；
27.图5为在图4的结构上制作完蚀刻停止层的结构示意图；
28.图6为在图5的结构上制作完第二多晶硅栅层后的结构示意图；
29.图7本发明的蚀刻方法的流程图；
30.图8为在图6的结构上蚀刻完第二多晶硅栅层后的结构示意图；
31.图9为在图8的结构上蚀刻完蚀刻停止层后的结构示意图；
32.图10为在图9的结构上蚀刻完第一多晶硅栅层后的结构示意图。
具体实施方式
33.本技术的说明性实施例包括但不限于一种用于mos管栅极制作的多晶硅栅的制造和蚀刻方法。
34.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
35.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
36.应当理解，尽管在本技术可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在......时”或“当......时”或“响应于确定”。
37.如图1所示，现有衬底上的mos管由于种类和沟长不同，当同时对栅氧化层上的多晶硅上刻蚀时，由于刻蚀速率不同，导致会过多或者过少的蚀刻栅氧化层，进而导致多晶硅栅蚀刻完后，栅氧化层的可靠性和性能受到影响。
38.为解决上述问题，如图2所示，本实施例中提供了一种用于mos管栅极制作的多晶硅栅的制造方法，包括如下步骤：
39.s1：在衬底1上制作第一厚度的第一多晶硅栅层3；
40.s2：在第一多晶硅栅层3上制作第二厚度的蚀刻停止层4；
41.s3：在第一蚀刻停止层4上制作第二厚度的第二多晶硅栅层5，第二多晶硅栅层5的蚀刻选择比大于蚀刻停止层4。
42.在实际使用时，衬底1可以是soi衬底或者体硅衬底。在某种实施方式上，可以采用本发明在其余类型的衬底制造和蚀刻多晶硅栅。
43.以图3中的衬底1结构为例，图3中的衬底上设有nmos管、pmos管和用于io的io nmos管，在对图3中的衬底1上生长第一多晶硅栅层时，分别在nmos管上的栅氧化层2、pmos管上的栅氧化层2和io nmos管上的栅氧化层上分别生长第一厚度的第一多晶硅栅层3，第一多晶硅栅层3制作完成后的示意图如图4所示。在实际使用时，为了方便蚀刻停止层4的制作，在第一多晶硅栅层3制作完成后，会通过cmp(化学机械抛光)工艺来对第一多晶硅栅层3的顶面进行打磨，使第一多晶硅栅层3的顶面齐平。
44.在第一多晶硅栅层3制作完成后，分别在第一多晶硅栅层3上制作蚀刻停止层4，蚀刻停止层4制作完后的结构示意图如图5所示，同样地，为了方便第二多晶硅栅层5的制作，在蚀刻停止层4制作完成后，会通过cmp(化学机械抛光)工艺来对蚀刻停止层4的顶面进行
打磨，使蚀刻停止层4的顶面齐平。
45.在蚀刻停止层4制作完成后，分别在蚀刻停止层4上制作第二多晶硅栅层5，第二多晶硅栅层5制作完后的结构示意图如图6所示，同样地，为了方便后续地蚀刻工艺，在第二多晶硅栅层5制作完成后，会通过cmp(化学机械抛光)工艺来对第二多晶硅栅层5的顶面进行打磨，使第二多晶硅栅层5的顶面齐平。
46.在实际使用时，蚀刻停止层2有以下两种制作方式。方式一：步骤s2中在对第一多晶硅栅层3进行氧化，在第一多晶硅栅层3的顶部生长第二厚度的氧化层，该氧化层为蚀刻停止层4；方式二：在第一多晶硅栅层3的顶部沉积第二厚度sin薄膜或者sion薄膜，sin薄膜或者sion薄膜为蚀刻停止层4。
47.具体地，本实施例中，蚀刻停止层4的厚度在9a～11a之间。
48.具体地，本实施例中，第二多晶硅栅层5的厚度与第一多晶硅栅层3的厚度的比值在9～11之间。
49.具体地，本实施例中，当步骤s2中不对第一多晶硅栅层3氧化时，步骤s1、s2和s3中分别使用化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或者原子层沉积工艺来制作第一多晶硅栅层、蚀刻停止层和第二多晶硅栅层，当步骤s2中对第一多晶硅栅层3氧化时，步骤s1和s3中分别使用化学气相沉积工艺、物理气相沉积工艺或者原子层沉积工艺来制作第一多晶硅栅层、蚀刻停止层和第二多晶硅栅层。
50.如图2所示，本发明提供了一种用于mos管栅极制作的多晶硅栅的蚀刻方法，对于上述的用于mos管栅极制作的多晶硅栅的制造方法制作的多晶硅栅进行蚀刻，包括以下步骤：
51.s1：在第二多晶硅层5上方制作掩模版；
52.s2：对掩模版上与多晶硅栅对应的区域进行曝光；
53.s3：使用第一蚀刻工艺蚀刻第二多晶硅栅层5；
54.s4：使用第二蚀刻工艺蚀刻所述蚀刻停止层4；
55.s5：使用第三蚀刻工艺蚀刻第一多晶硅栅层3。
56.其中步骤s2中的多晶硅栅包括第一多晶硅栅层3、蚀刻停止层4和第二多晶硅栅层5。步骤s1中制作的掩模版上的光刻胶可以是正性光刻胶，也可以是负性光刻胶，同时根据曝光光源和辐射源的不同可以采用紫外光刻胶、深紫外光刻胶、x-射线胶、电子束胶或者离子束胶。步骤s2中根据采用的光刻胶的种类不同，在曝光时可以采用紫外光、电子束、离子束或者x射线进行照射或者辐射，实现曝光。
57.以图6中的结构为例，在使用第一蚀刻工艺对第二多晶硅栅层5蚀刻时，由于不同类型和不同沟长的mos管中的第二多晶硅栅层5的蚀刻速度不同，第二多晶硅栅层5先蚀刻完的mos管会继续蚀刻所述蚀刻停止层4，通过设置蚀刻停止层4的厚度以及蚀刻停止层4的蚀刻选择比，可以让在对不同类型、不同沟长的mos管的第二多晶硅栅层5蚀刻时的蚀刻终点都在蚀刻停止层4上，因此在实际使用时，第一蚀刻工艺中用到的蚀刻材料对第二多晶硅栅层5的蚀刻选择比大于对蚀刻停止层4的蚀刻选择比，图6中的结构执行完步骤s3的结构示意图如图8所示。
58.具体地，在对第二多晶硅栅层5蚀刻时，在接近真空的环境中例如5～10mtorr大气压的环境，用蚀刻气体hbr或者cl2来蚀刻第二多晶硅栅层，蚀刻时间在1～2分钟之内。
59.在第二多晶硅栅层5蚀刻完成后，使用第二蚀刻工艺来蚀刻所述蚀刻停止层4，由于在步骤s3中，第二多晶硅栅层5先蚀刻完的mos管，其蚀刻停止层4也会先蚀刻一部分，因此步骤s4中的不同mos管的蚀刻停止层4的厚度会存在差异，为了让步骤s4中的蚀刻终点都在第一多晶硅栅层3上，在第二蚀刻工艺中用到的蚀刻材料对蚀刻停止层4的蚀刻选择比大于对第一多晶硅栅层3的蚀刻选择比。
60.具体地，在接近真空的环境中例如5～10mtorr大气压的环境中，使用蚀刻气体chf3/cf4/o2来蚀刻蚀刻停止层4，蚀刻时间在10～20秒之间，对图8中的结构执行完步骤s4的结构示意图如图9所示。
61.在实际使用时，通过步骤s3和步骤s4可以降低因mos管的类别和mos管的沟长差异对多晶硅栅的蚀刻影响，使步骤s5中的蚀刻的第一多晶硅栅层3的厚度彼此更加接近，且差异性小，这样当同时对衬底1上不同mos管的第一多晶硅栅层3蚀刻时，蚀刻掉栅氧化层2的最大的量不会超过第一多晶硅栅层3的厚度，进而确保对不同类别和不同沟长的mos管的多晶硅栅同时蚀刻时，对mos管的栅氧化层2最大刻蚀量不会超过第一多晶硅栅层3的厚度，而且不会过多的蚀刻栅氧化层2。
62.具体地，第三蚀刻工艺是在接近真空的环境中(例如5～10mtorr大气压的环境)使用hbr/cl2来蚀刻第一多晶硅栅层3，对图9中的结构执行完步骤s5后的结构示意图如图10所示。在实际使用时第三蚀刻工艺蚀刻第一多晶硅栅层的蚀刻时间是30秒。
63.综上，本发明在制作mos管的多晶硅栅时，通过先在衬底1上制作第一厚度的第一多晶硅栅层3、然后再依次制作蚀刻停止层4和第二厚度的第二多晶硅栅层5，当对第二多晶硅栅层5蚀刻时，由于第二多晶硅栅层5的蚀刻选择比大于蚀刻停止层4，因此通过设置蚀刻停止层4的厚度可以使在对第二多晶硅层5蚀刻时的蚀刻终点在蚀刻停止层4上，在对蚀刻停止层4蚀刻时，由于蚀刻停止层4的蚀刻选择比大于第一多晶硅栅层5的蚀刻选择比，因此在对蚀刻停止层4蚀刻时的蚀刻终点在第一多晶硅栅层3上，最后通过对第一多晶硅栅层3进行蚀刻，当第一多晶硅栅层的厚度很小例如在50a以下时，无论在蚀刻完蚀刻停止层4时蚀刻了多少厚度的第一多晶硅栅层3，在蚀刻第一多晶硅栅层3时会蚀刻栅氧化层2的最大厚度不超过50a，从而确保在对多个mos管的多晶硅栅同时蚀刻时，不会由于mos管的种类和沟道长度不同而导致蚀刻终点在栅氧化层2的位置差异过大、不会过多的蚀刻栅氧化层2。
64.上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。