專利名稱：一種制作半導體器件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件制造工藝，特別涉及一種制作半導體器件的方法。
背景技術：
隨著半導體器件關鍵尺寸的不斷縮小，工藝上必須考慮熱效應，即溫度對于半導體器件電學性能的影響。因此，現(xiàn)在半導體制造工藝中使用化學氣相沉積(CVD)方法代替爐管氧化法來形成半導體器件中的各種膜層結構?；瘜W氣相沉積是反應物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學反應，生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進而制得固體材料的工藝技術。其優(yōu)點是可以在較低溫度下實現(xiàn)大面積薄膜的生長。但是，與爐管氧化法相比，化學氣相沉積法具有其缺點，即化學氣相沉積法形成的薄膜的厚度和覆蓋均勻性較差。尤其對于襯墊層和間隙壁層的沉積表現(xiàn)明顯，原因在于襯墊層和間隙壁層要依次覆蓋在柵極結構的側壁以及襯底上，表面的不平坦使得薄膜的厚度和覆蓋的均勻性差表現(xiàn)得尤為突出。并且在隨后的刻蝕工藝中會將這種薄膜沉積的不均勻性傳遞下去，導致柵極結構與側壁的整體關鍵尺寸均勻性較差。通常表現(xiàn)為晶片的中心和邊緣的整體關鍵尺寸差異較大。然而，由于每個晶片上有多個管芯，每個管芯對應一個半導體器件，如果分布不均勻就會使每個半導體器件的質(zhì)量都不同，從而使半導體器件的電學性質(zhì)的均勻性較差。如圖1所示，為具有側壁的柵極結構的半導體器件的剖面圖。在半導體襯底100 上具有柵極結構101，柵極結構101包括形成在襯底上的柵氧化物層IOlA和柵極材料層 101B。在柵極結構101的側壁上設置有一層很薄的襯墊層102和間隙壁層103。實踐證明， 柵極結構101與襯墊層102的整體關鍵尺寸的均勻性對半導體器件的靜態(tài)電流分布的影響更為突出，靜態(tài)電流分布越收斂，該半導體器件的電學性能的均勻性會越好。在利用化學氣相沉積工藝制作如圖1所示的半導體器件，特別是沉積形成襯墊層所需的材料層時，由于上述化學氣相沉積的固有缺點，因此從化學氣相沉積工藝本身很難改善薄膜沉積的均勻性。襯墊層不均勻會直接影響柵極結構與襯墊層的整體關鍵尺寸的均勻性，進一步影響半導體器件電學性質(zhì)均勻性，從而降低良品率。因此，目前急需一種制作半導體器件的方法，以改善半導體器件電學性質(zhì)均勻性， 提高良品率。

發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式
部分中進一步詳細說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。為了解決現(xiàn)有技術中半導體器件的電學性質(zhì)均勻性較差的問題，本發(fā)明提出一種半導體器件的制作方法，包括提供襯底；在所述襯底上沉積形成柵極結構所需的材料層以及具有圖案的光刻膠；根據(jù)預定的柵極結構關鍵尺寸偏差來調(diào)整刻蝕機臺的溫度偏差，修剪所述具有圖案的光刻膠；刻蝕所述材料層，形成具有實際的柵極結構關鍵尺寸的柵極結構；以及在所述襯底和所述柵極結構上采用化學氣相沉積方法形成襯墊材料層，并刻蝕形成襯墊層。根據(jù)本發(fā)明一個方面，所述修剪為通入包含氧氣的反應氣體對光刻膠開口的關鍵尺寸進行調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明一個方面，所述預定的柵極結構關鍵尺寸偏差與襯墊層的關鍵尺寸偏差互為相反數(shù)。根據(jù)本發(fā)明一個方面，所述形成柵極結構所需的材料層包括柵氧化物層和柵極材料層。根據(jù)本發(fā)明一個方面，所述根據(jù)預定的柵極結構關鍵尺寸偏差來調(diào)整溫度偏差， 包括當所述實際的柵極結構關鍵尺寸偏差小于所述預定的柵極結構關鍵尺寸偏差時，減小所述溫度偏差；以及當所述實際的柵極結構關鍵尺寸偏差大于所述預定的柵極結構關鍵尺寸偏差時，增大所述溫度偏差。根據(jù)本發(fā)明一個方面，所述根據(jù)預定的柵極結構關鍵尺寸偏差來調(diào)整溫度偏差， 包括預確定柵極結構關鍵尺寸偏差與所述溫度偏差之間的關系曲線；以及根據(jù)所述預定的柵極結構關鍵尺寸偏差，按照所述關系曲線來調(diào)整所述溫度偏差。根據(jù)本發(fā)明一個方面，所述預確定關系曲線的步驟包括在修剪所述具有圖案的光刻膠過程中，改變所述溫度偏差；形成所述柵極結構后分別檢測所述柵極結構關鍵尺寸偏差；以及對所述溫度偏差和所述柵極結構關鍵尺寸偏差組成的數(shù)據(jù)點進行擬合，獲得所述關系曲線。根據(jù)本發(fā)明一個方面，所述刻蝕機臺的溫度為30 50°C。根據(jù)本發(fā)明一個方面，所述溫度偏差為-15 15°C。根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠有效地改善半導體器件電學性質(zhì)的均勻性，提高良品率。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中，圖1是具有側壁的柵極結構的半導體器件的剖面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的剖面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制作方法的流程圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式得到的柵極結構的關鍵尺寸偏差與刻蝕機臺的溫度偏差的關系曲線；圖5是未經(jīng)過補償和經(jīng)過補償?shù)陌雽w器件的靜態(tài)電流的對比圖。
具體實施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其它的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。
為了徹底了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的步驟，以便說明根據(jù)本發(fā)明制作半導體器件的方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導體領域的技術人員所熟習的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其它實施方式。本發(fā)明的方法通過改變晶片上柵極結構的關鍵尺寸來補償襯墊層的關鍵尺寸，從而使柵極結構與襯墊層的整體關鍵尺寸在整個晶片的各個區(qū)域分布均勻。如圖2所示，在襯底200上形成有柵極結構201，柵極結構201包括柵氧化物層20IA和柵極材料層201B。 柵極結構201的兩側形成有襯墊層202。其中，柵極結構201的關鍵尺寸為Cl1,襯墊層202 的關鍵尺寸為d2，柵極結構201和襯墊層202的整體關鍵尺寸為(4+2( )。根據(jù)本發(fā)明的方法，可以預先測定襯墊層的關鍵尺寸d2在晶片上的分布，然后根據(jù)該分布來調(diào)整柵極結構的關鍵尺寸Cl1在晶片上的分布，從而使整體關鍵尺寸(4+2( )在晶片上不同區(qū)域基本相等。具體地說，如果預先測定的襯墊層的關鍵尺寸d2在晶片的中心區(qū)域較大，則在形成柵極結構時，縮小中心區(qū)域柵極結構的關鍵尺寸Cl1，進而達到晶片上各處的整體關鍵尺寸基本相等的目的。下面將詳細描述根據(jù)本發(fā)明的方法。圖3為根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制作方法的流程圖。在步驟301中，提供具有淺溝槽隔離結構的襯底。所述襯底可以包含但不限于以下所提到的材料中的至少一種例如硅、絕緣體上硅(silicon oninsulator，SOI)、絕緣體上層疊硅(stacked silicon on insulator, SS0I)、絕緣體上層疊鍺化硅(stacked SiGe on insulator，S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化硅(SiGe on insulator, SiGeOI)以及絕緣體上鍺 (Ge on insulator, GeOI)。在步驟302中，在襯底上沉積形成柵極結構所需的各種材料層以及具有圖案的光刻膠。其中，所述各種材料層例如包括通過傳統(tǒng)的沉積形成的柵氧化物層和柵極材料層等。在步驟303中，根據(jù)預定的柵極結構關鍵尺寸偏差來調(diào)整刻蝕機臺的溫度偏差， 修剪具有圖案的光刻膠，以補償由于襯墊層的沉積和刻蝕所產(chǎn)生的關鍵尺寸偏差。所述修剪為通入包含氧氣的反應氣體對光刻膠開口的關鍵尺寸進行調(diào)整。通過控制反應氣體的通入時間來調(diào)整開口的關鍵尺寸，從而調(diào)整柵極結構的關鍵尺寸。其中，柵極結構關鍵尺寸偏差為晶片上中心區(qū)域柵極結構的關鍵尺寸與邊緣區(qū)域柵極結構的關鍵尺寸之間的差值，刻蝕機臺的溫度偏差為刻蝕機臺中心溫度與邊緣溫度之間的差值。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，晶片中心和邊緣的柵極結構關鍵尺寸偏差與刻蝕機臺中心和邊緣的溫度偏差有關。原因在于，溫度是影響調(diào)整速率的主要因素之一，溫度高修剪速率快，反之亦然。因此可以通過改變晶片上不同區(qū)域的溫度，來調(diào)整不同區(qū)域的修剪速率，從而達到預定的柵極結構關鍵尺寸偏差。根據(jù)預定的柵極結構關鍵尺寸偏差來調(diào)整刻蝕機臺的溫度偏差，包括當實際的柵極結構關鍵尺寸偏差小于預定的柵極結構關鍵尺寸偏差時，減小刻蝕機臺的溫度偏差； 以及當實際的柵極結構關鍵尺寸偏差大于預定的柵極結構關鍵尺寸偏差時，增大刻蝕機臺的溫度偏差。實際操作中，根據(jù)預定的柵極結構關鍵尺寸偏差來調(diào)整刻蝕機臺的溫度偏差的具體操作步驟，包括預確定柵極結構關鍵尺寸偏差與刻蝕機臺的溫度偏差之間的關系曲線； 以及根據(jù)預定的柵極結構關鍵尺寸偏差，按照該關系曲線來調(diào)整刻蝕機臺的溫度偏差。其中，預確定關系曲線的步驟包括在修剪具有圖案的光刻膠過程中，改變刻蝕機臺中心與邊緣的溫度偏差；形成柵極結構后分別檢測晶片中心與邊緣的柵極結構關鍵尺寸偏差；以及對刻蝕機臺的溫度偏差和柵極結構關鍵尺寸偏差組成的數(shù)據(jù)點進行擬合，獲得關系曲線。另外，預定的柵極結構關鍵尺寸偏差與襯墊層的關鍵尺寸偏差互為相反數(shù)，即需要柵極結構關鍵尺寸偏差能夠補償襯墊層的關鍵尺寸偏差。對于同樣工藝條件制作的襯墊層，可以采用光學關鍵尺寸測量(OCD)來測量預先形成的襯墊層的關鍵尺寸偏差，以根據(jù)測量結果來調(diào)節(jié)下一批晶片柵極結構的修整參數(shù)。所述補償為當襯墊層的關鍵尺寸偏差為 B時，使柵極結構的關鍵尺寸偏差為-B，即襯墊層的關鍵尺寸偏差與極的關鍵尺寸偏差互為相反數(shù)。舉例來說，如果襯墊層的關鍵尺寸偏差為lnm，則調(diào)整柵極結構的關鍵尺寸偏差至-Inm ；如果襯墊層的關鍵尺寸偏差為-0. 5nm,則調(diào)整柵極結構的關鍵尺寸偏差至0. 5nm。在步驟304中，以修整后的光刻膠為掩膜，刻蝕形成柵極結構。在步驟305中，在襯底和柵極結構上形成襯墊材料層，并刻蝕形成襯墊層。本發(fā)明采用化學氣相沉積的方法形成襯墊材料層。如，可以采用低壓化學氣相沉積(LPCVD)設備或等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)設備等。襯墊層的結構會隨著技術的改變而出現(xiàn)一些差異。舉例來說，在某些工藝中，襯墊層是一層氧化物；還有一些工藝中，襯墊層是氧化物及氮化物層。下面將根據(jù)本發(fā)明一個實施方式來詳細描述預確定關系曲線的步驟。首先，在光刻膠修剪過程中，改變刻蝕機臺中心與邊緣的溫度偏差，柵極結構刻蝕后分別檢測晶片中心與邊緣的柵極結構關鍵尺寸偏差。該過程需進行多組實驗，以獲得多個由溫度偏差和關鍵尺寸偏差組成的數(shù)據(jù)點。其中，需保持其它參量不變，僅改變刻蝕機臺中心與邊緣的溫度偏差。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，刻蝕形成柵極結構和襯墊層所采用的是LAM KIY045 型刻蝕機臺。為了兼顧修剪技術的溫度操作范圍及其它工藝要求，通?？涛g機臺的溫度可以在30 50°C范圍內(nèi)調(diào)節(jié)?？涛g機臺的溫度偏差范圍為-15 15°C，具體的溫度偏差例如是-15°C、-IO0C > -5°C、5°C、10°C以及15°C。_15°C為中心溫度比邊緣溫度低15°C，15°C 為中心溫度比邊緣溫度高15°C。然后，對所述數(shù)據(jù)點進行擬合，獲得預定關系曲線。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式， 得到圖4所示的關系曲線。如圖4所示，圖中橫坐標為機臺中心與邊緣的溫度偏差，縱坐標為晶片表面中心的柵極結構與邊緣的柵極結構的關鍵尺寸偏差。401為實驗得到的不同刻蝕機臺的溫度偏差所對應的關鍵尺寸偏差的各數(shù)據(jù)點，402為根據(jù)各數(shù)據(jù)點擬合得到的關系曲線。從圖中可以看出，柵極結構的關鍵尺寸偏差與刻蝕機臺的溫度偏差呈現(xiàn)出非常好的線性關系，并且隨著刻蝕機臺的溫度偏差不斷減小，得到的柵極結構關鍵尺寸偏差越來越大，因此根據(jù)本發(fā)明的補償方法可以用于自動控制操作。對半導體器件的靜態(tài)電流進行測量，以反映半導體器件的電學性能。圖5為未經(jīng)過補償和經(jīng)過補償制成的半導體器件的靜態(tài)電流的對比圖。如圖5所示，橫軸代表不同的晶片，縱軸代表靜態(tài)電流的數(shù)值大小。柱狀圖可以很方便的說明靜態(tài)電流的分布是收斂還是發(fā)散，靜態(tài)電流分布發(fā)散表明半導體器件的電學性能不均勻，相反，分布收斂表明電學性能均勻。A組為未經(jīng)過補償而制成的半導體器件的靜態(tài)電流分布，B組為根據(jù)本發(fā)明的方法，即經(jīng)過補償，而制成的半導體器件的靜態(tài)電流分布。兩組對比能很清楚地看出采用根據(jù)本發(fā)明的方法得到的半導體器件的靜態(tài)電流分布收斂，說明其電學性能均勻性相對于現(xiàn)有方法的制作半導體器件得到明顯改善。根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠在較大范圍內(nèi)調(diào)整柵極結構的關鍵尺寸偏差，從而對襯墊層由沉積和刻蝕所引起的偏差進行補償，進而使柵極結構和襯墊層的總關鍵尺寸均勻， 使晶片上不同管芯的半導體器件的電學性能均勻。由于根據(jù)本發(fā)明的柵極結構關鍵尺寸偏差與刻蝕機臺的溫度偏差呈現(xiàn)出非常好的線性關系，因此根據(jù)本發(fā)明的補償方法還可以用于自動控制操作。具有根據(jù)如上所述實施方式制造的半導體器件可應用于多種集成電路(IC)中。 根據(jù)本發(fā)明的IC例如是存儲器電路，如隨機存取存儲器(RAM)、動態(tài)RAM(DRAM)、同步 DRAM (SDRAM)、靜態(tài)RAM(SRAM)、或只讀存儲器(ROM)等等。根據(jù)本發(fā)明的IC還可以是邏輯器件，如可編程邏輯陣列(PLA)、專用集成電路(ASIC)、合并式DRAM邏輯集成電路(掩埋式 DRAM)、射頻電路或任意其它電路器件。根據(jù)本發(fā)明的IC芯片可用于例如用戶電子產(chǎn)品，如個人計算機、便攜式計算機、游戲機、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理、攝像機、數(shù)碼相機、手機等各種電子產(chǎn)品中，尤其是射頻產(chǎn)品中。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施方式進行了說明，但應當理解的是，上述實施方式只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施方式范圍內(nèi)。此外本領域技術人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施方式，根據(jù)本發(fā)明的教導還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
權利要求
1.一種半導體器件的制作方法，包括提供襯底；在所述襯底上沉積形成柵極結構所需的材料層以及具有圖案的光刻膠；根據(jù)預定的柵極結構關鍵尺寸偏差來調(diào)整刻蝕機臺的溫度偏差，修剪所述具有圖案的光刻膠；刻蝕所述材料層，形成具有實際的柵極結構關鍵尺寸的柵極結構；以及在所述襯底和所述柵極結構上采用化學氣相沉積方法形成襯墊材料層，并刻蝕形成襯墊層。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述修剪為通入包含氧氣的反應氣體對光刻膠開口的關鍵尺寸進行調(diào)整。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述預定的柵極結構關鍵尺寸偏差與襯墊層的關鍵尺寸偏差互為相反數(shù)。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述形成柵極結構所需的材料層包括柵氧化物層和柵極材料層。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)預定的柵極結構關鍵尺寸偏差來調(diào)整溫度偏差，包括當所述實際的柵極結構關鍵尺寸偏差小于所述預定的柵極結構關鍵尺寸偏差時，減小所述溫度偏差；以及當所述實際的柵極結構關鍵尺寸偏差大于所述預定的柵極結構關鍵尺寸偏差時，增大所述溫度偏差。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)預定的柵極結構關鍵尺寸偏差來調(diào)整溫度偏差，包括預確定柵極結構關鍵尺寸偏差與所述溫度偏差之間的關系曲線；以及根據(jù)所述預定的柵極結構關鍵尺寸偏差，按照所述關系曲線來調(diào)整所述溫度偏差。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述預確定關系曲線的步驟包括在修剪所述具有圖案的光刻膠過程中，改變所述溫度偏差；形成所述柵極結構后分別檢測所述柵極結構關鍵尺寸偏差；以及對所述溫度偏差和所述柵極結構關鍵尺寸偏差組成的數(shù)據(jù)點進行擬合，獲得所述關系曲線。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蝕機臺的溫度為30 50°C。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述溫度偏差為-15 15°C。
10.一種包含通過如權利要求1-9中任意一項所述的方法制造的半導體器件的集成電路，其中所述集成電路選自隨機存取存儲器、動態(tài)隨機存取存儲器、同步隨機存取存儲器、 靜態(tài)隨機存取存儲器、只讀存儲器、可編程邏輯陣列、專用集成電路、掩埋式DRAM和射頻電路。
11.一種包含通過如權利要求1-9中任意一項所述的方法制造的半導體器件的電子設備，其中所述電子設備選自個人計算機、便攜式計算機、游戲機、蜂窩式電話、個人數(shù)字助理、攝像機和數(shù)碼相機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導體器件的制作方法，包括提供襯底；在所述襯底上沉積形成柵極結構所需的材料層以及具有圖案的光刻膠；根據(jù)預定的柵極結構關鍵尺寸偏差來調(diào)整刻蝕機臺的溫度偏差，修剪所述具有圖案的光刻膠；刻蝕所述材料層，形成具有實際的柵極結構關鍵尺寸的柵極結構；以及在所述襯底和所述柵極結構上采用化學氣相沉積方法形成襯墊材料層，并刻蝕形成襯墊層。根據(jù)本發(fā)明的方法，能夠有效地改善半導體器件電學性質(zhì)的均勻性，提高良品率。
文檔編號H01L21/28GK102386077SQ201010274989
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權日2010年9月3日
發(fā)明者沈滿華, 陳振興, 黃怡, 黃敬勇 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司