本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，涉及一種多晶硅刻蝕方法。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)半導(dǎo)體制造工藝中，多晶硅(polysilicon)常用作MOS器件的柵極。柵極的形成往往需要用到氮化硅(SiN)作為硬掩膜(Hardmask，HM)。氮化硅作為硬掩膜解決了傳統(tǒng)DARC(SiON)作為硬掩膜在經(jīng)過后續(xù)高溫制程之后很難去除(磷酸無效)的不足。

目前一種由雙層多晶硅形成的MOS器件結(jié)構(gòu)能有效地縮小器件的面積，這一獨特工藝也吸引了越來越多的關(guān)注。在這種雙層多晶硅器件中同樣需要用到氮化硅作為硬掩膜材料。然而，在氮化硅硬掩膜的工藝中，很容易產(chǎn)生大量微小的多晶硅殘留，這不僅會導(dǎo)致電路短路造成產(chǎn)品良率降低，還給后續(xù)工藝中缺陷掃描帶來了干擾。

如圖1～3所示，顯示為現(xiàn)有的多晶硅刻蝕過程，其中，圖1顯示為在SiN層101表面形成圖形化光阻層102的示意圖，圖2顯示為刻蝕SiN層101形成SiN硬掩膜層103的示意圖，圖3顯示為以SiN硬掩膜層103作為掩膜刻蝕多晶硅層104的示意圖。如圖2所示，SiN硬掩膜層周圍具有未被刻蝕徹底的SiN殘留顆粒105。如圖3所示，由于SiN殘留顆粒105的影響，導(dǎo)致多晶硅刻蝕之后形成了不必要的多晶硅殘留物106。通常，所述多晶硅殘留物為柱狀，其在后續(xù)制程中可能倒掉，導(dǎo)致電路短路，同時，該多晶硅殘留物也會對后續(xù)缺陷掃描造成干擾。

目前的解決方法主要有三種：(1)在底部抗反射涂層(BARC)涂覆之前增加一步氮氣處理，以減少SiN層對水汽、雜質(zhì)的吸附，使得SiN層各部位的刻蝕速率更加一致，但是結(jié)果表明這種方法收效甚微；(2)在底部抗反射涂層涂覆之前增加一層PEOX(聚氧化乙烯)，以改善BARC/SiN界面特性，這種方法同樣沒有太大作用；(3)增加氮化硅硬掩膜層的過刻蝕時間，這種方法容易將多晶硅刻蝕得太多，導(dǎo)致后續(xù)工藝不穩(wěn)定，并且仍然會有大的多晶硅殘留缺陷。

因此，提供一種多晶硅刻蝕方法，以降低多晶硅殘留缺陷，減少對后續(xù)工藝的影響，保證器件的良率，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個重要技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種多晶硅刻蝕方法，用于解決 現(xiàn)有技術(shù)中在SiN硬掩膜的刻蝕過程中形成SiN殘留顆粒，導(dǎo)致多晶硅刻蝕過程中產(chǎn)生不必要的多晶硅殘留，降低產(chǎn)品良率的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種多晶硅刻蝕方法，包括以下步驟：

S1：在多晶硅層表面形成SiN層，并刻蝕所述SiN層使其圖形化，得到SiN硬掩膜層；

S2：在所述SiN硬掩膜層周圍未被刻蝕徹底的SiN殘留顆粒與所述多晶硅層之間形成氧化層；

S3：采用濕法腐蝕去除所述氧化層，使所述SiN殘留顆粒因懸空而脫離所述多晶硅層；

S4：以所述SiN硬掩膜層作為掩模對所述多晶硅層進行刻蝕。

作為本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，于所述步驟S1中，首先在所述SiN層表面形成圖形化光阻層，并以所述圖形化光阻層作為掩膜對所述SiN層進行刻蝕，得到所述SiN硬掩膜層。

作為本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，于所述步驟S1中，采用干法刻蝕將所述SiN層圖形化。

作為本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，于所述步驟S1中，刻蝕所述SiN層時，對所述多晶硅層進行預(yù)設(shè)厚度的過刻蝕；所述預(yù)設(shè)厚度為100～500埃。

作為本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，于所述步驟S2中，采用快速熱氧化法將所述SiN殘留顆粒以下的多晶硅凸起氧化，形成所述氧化層。

作為本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，所述快速熱氧化法的溫度范圍是800～1000℃，升溫速率為10～200℃/秒，保溫時間為1～30秒。

作為本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，于所述步驟S3中，所述濕法腐蝕采用氫氟酸溶液。

作為本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，所述氫氟酸溶液采用質(zhì)量分數(shù)為49％的氫氟酸與水配置而成，其中，氫氟酸與水的體積比為10:1～100:1；濕法腐蝕的處理時間為1～10min。

作為本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，于所述步驟S4中，采用干法刻蝕對所述多晶硅層進行刻蝕。

作為本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法的一種優(yōu)選方案，所述多晶硅層底部形成有一柵氧化層。

如上所述，本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法，具有以下有益效果：本發(fā)明通過在氮化硅硬掩膜刻蝕之后通過快速熱氧化法形成一層氧化硅(Silicon Oxide)，并用氫氟酸濕法蝕刻去除氧化層，使得氮化硅殘留顆粒因懸空脫離多晶硅層表面，避免了因氮化硅殘留顆粒的遮擋阻礙后續(xù)多晶硅刻蝕，極大地降低了多晶硅殘留缺陷的產(chǎn)生。本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法無需增加光 刻次數(shù)，對后續(xù)工藝幾乎沒有影響，并且成功避免了使用傳統(tǒng)DARC作為硬掩膜的不足，也成功減少了SiN作為硬掩膜帶來的多晶硅殘留缺陷，可以有效提高產(chǎn)品良率。對于常見SiN作為硬掩膜刻蝕多晶硅，無論是為了形成多晶硅柵極還是其它多晶硅結(jié)構(gòu)，如果干法刻蝕產(chǎn)生的殘留缺陷對后續(xù)工藝影響較大，均可采用本發(fā)明的方法，具有普適性。

附圖說明

圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中在SiN層表面形成光阻層的示意圖。

圖2顯示為現(xiàn)有技術(shù)中刻蝕SiN層形成SiN硬掩膜層的示意圖。

圖3顯示為現(xiàn)有技術(shù)中以SiN硬掩膜層作為掩膜刻蝕多晶硅層的示意圖

圖4顯示為本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法的工藝流程圖。

圖5顯示為本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法中在多晶硅層表面依次形成SiN層及圖形化光阻層的示意圖。

圖6顯示為本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法中刻蝕SiN層使其圖形化，得到SiN硬掩膜層的示意圖。

圖7顯示為本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法中在SiN殘留顆粒與多晶硅層之間形成氧化層的示意圖。

圖8顯示為本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法中采用濕法腐蝕去除氧化層，使所述SiN殘留顆粒因懸空而脫離所述多晶硅層的示意圖。

圖9顯示為本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法中以所述SiN硬掩膜層作為掩模對所述多晶硅層進行刻蝕的示意圖。

圖10顯示為采用常規(guī)多晶硅刻蝕方法得到的KLA掃描結(jié)果。

圖11顯示為采用本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法得到的KLA掃描結(jié)果。

元件標號說明

S1～S4 步驟

101，204 SiN層

102，205 圖形化光阻層

103，206 SiN硬掩膜層

104，203 多晶硅層

105，207 SiN殘留顆粒

106 多晶硅殘留物

201 硅襯底

202 柵氧化層

208 多晶硅凸起

209 氧化層

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖4至圖11。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

本發(fā)明提供一種多晶硅刻蝕方法，請參閱圖4，顯示為該方法的工藝流程圖，包括以下步驟：

S1：在多晶硅層表面形成SiN層，并刻蝕所述SiN層使其圖形化，得到SiN硬掩膜層；

S2：在所述SiN硬掩膜層周圍未被刻蝕徹底的SiN殘留顆粒與所述多晶硅層之間形成氧化層；

S3：采用濕法腐蝕去除所述氧化層，使所述SiN殘留顆粒因懸空而脫離所述多晶硅層；

S4：以所述SiN硬掩膜層作為掩模對所述多晶硅層進行刻蝕。

首先請參閱圖5及圖6，執(zhí)行步驟S1：在多晶硅層203表面形成SiN層204，并刻蝕所述SiN層204使其圖形化，得到SiN硬掩膜層206。

作為示例，所述多晶硅層203形成于Si襯底201上，且所述多晶硅層203底部形成有一柵氧化層202，所述多晶硅層203用于后續(xù)形成多晶硅柵極。當然，在其它實施例中，所述多晶硅層203也可以形成于其它常規(guī)半導(dǎo)體襯底上，所述多晶硅層203也可以用于形成其它半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，此處不應(yīng)過分限制本發(fā)明的保護范圍。

具體的，如圖5所示，首先通過光刻、顯影等常規(guī)半導(dǎo)體工藝在所述SiN層204表面形成圖形化光阻層205，然后以所述圖形化光阻層205作為掩膜對所述SiN層204進行刻蝕，得到所述SiN硬掩膜層206。

本實施例中，優(yōu)選采用干法刻蝕將所述SiN層204圖形化。干法刻蝕是用等離子體進行 薄膜刻蝕的技術(shù)。當氣體以等離子體形式存在時，它具備兩個特點：一方面等離子體中的這些氣體化學(xué)活性比常態(tài)下時要強很多，根據(jù)被刻蝕材料的不同，選擇合適的氣體，就可以更快地與材料進行反應(yīng)，實現(xiàn)刻蝕去除的目的；另一方面，還可以利用電場對等離子體進行引導(dǎo)和加速，使其具備一定能量，當其轟擊被刻蝕物的表面時，會將被刻蝕物材料的原子擊出，從而達到利用物理上的能量轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)刻蝕的目的。因此，干法刻蝕是晶圓片表面物理和化學(xué)兩種過程平衡的結(jié)果。干法刻蝕具有方向性好的優(yōu)點，可以得到較好的SiN硬掩膜層形貌。

如圖6所示，由于涂覆光阻層之前所述SiN層表面吸附的水汽及其它雜質(zhì)等原因，造成部分區(qū)域的SiN層刻蝕速率較為緩慢，導(dǎo)致所述SiN硬掩膜層206周圍出現(xiàn)未被刻蝕徹底的SiN殘留顆粒207。這些SiN殘留顆粒207若不去除，將會對后續(xù)制程產(chǎn)生不良影響。

本實施例中，在刻蝕所述SiN層204時，對所述多晶硅層203進行預(yù)設(shè)厚度的過刻蝕(如圖6所示)，使得所述SiN殘留顆粒207下方形成多晶硅凸起208。優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)厚度為100～500埃。

然后請參閱圖7，執(zhí)行步驟S2：在所述SiN硬掩膜層206周圍未被刻蝕徹底的SiN殘留顆粒207與所述多晶硅層203之間形成氧化層209。

本實施例中，優(yōu)選采用快速熱氧化法將所述SiN殘留顆粒207以下的多晶硅凸起209氧化，形成所述氧化層210。作為示例，工藝條件如下：氣氛為純氧，氧氣流量為0.5～50L/分鐘，氣壓在一個大氣壓左右。所述快速熱氧化法的溫度范圍是800～1000℃，升溫速率為10～200℃/秒，保溫時間為1～30秒。

上述步驟S1中的過刻蝕形成了SiN殘留顆粒下的多晶硅凸起208，該多晶硅凸起208四周暴露于工藝氣氛中，很容易被快速完全氧化，同時，所述多晶硅層203表面被氧化的程度又不致太高。

再請參閱圖8，執(zhí)行步驟S3：采用濕法腐蝕去除所述氧化層209，使所述SiN殘留顆粒207因懸空而脫離所述多晶硅層203。

由于所述氧化層的主要成分為氧化硅，因此，本實施例中，所述濕法腐蝕優(yōu)選采用氫氟酸溶液。作為示例，所述氫氟酸溶液采用質(zhì)量分數(shù)為49％的氫氟酸與水配置而成，其中，氫氟酸與水的體積比為10:1～100:1；濕法腐蝕的處理時間為1～10min。當然在其它實施例中，也可以采用其它常規(guī)腐蝕溶液配方，并相應(yīng)選擇合適的處理時間，此處不應(yīng)過分限制本發(fā)明的保護范圍。

在所述濕法腐蝕過程中，被氧化的所述多晶硅凸起(氧化層)及所述多晶硅層203表面的薄氧化層均被去除，所述SiN殘留顆粒因懸空而脫離所述多晶硅層203。后續(xù)還可采用純水、去離子水等清洗液對器件表面進一步清洗。

最后請參閱圖9，執(zhí)行步驟S4：以所述SiN硬掩膜層206作為掩模對所述多晶硅層203進行刻蝕。

具體的，采用干法刻蝕對所述多晶硅層203進行刻蝕。在干法刻蝕過程中，所述SiN硬掩膜層206可以較好的保持其原有形貌，有利于得到理想的多晶硅刻蝕結(jié)構(gòu)。由于所述SiN硬掩膜層206周圍的SiN殘留顆粒在所述步驟S3中被有效去除，可以預(yù)見，在多晶硅刻蝕過程中產(chǎn)生的多晶硅殘留將大為減少。

請參閱圖10及圖11，分別顯示為采用常規(guī)多晶硅刻蝕方法得到的KLA掃描結(jié)果及采用本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法得到的KLA掃描結(jié)果。此處KLA掃描指的是采用LKA-Tencor生產(chǎn)的缺陷掃面機進行缺陷掃描。如圖10所示，采用常規(guī)多晶硅刻蝕方法，KLA掃描結(jié)果顯示缺陷數(shù)目約為1800ea，而如圖11所示，采用本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法，KLA掃描結(jié)果顯示缺陷數(shù)目約為320ea，可見，本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法可以極大降低多晶硅殘留缺陷的產(chǎn)生。本發(fā)明通過實驗得到了很好的驗證，完全達到了發(fā)明目的，能夠很好地解決生產(chǎn)中的難題。

綜上所述，本發(fā)明通過在氮化硅硬掩膜刻蝕之后通過快速熱氧化法形成一層氧化硅(Silicon Oxide)，并用氫氟酸濕法蝕刻去除氧化層，使得氮化硅殘留顆粒因懸空脫離多晶硅層表面，避免了因氮化硅殘留顆粒的遮擋阻礙后續(xù)多晶硅刻蝕，極大地降低了多晶硅殘留缺陷的產(chǎn)生。本發(fā)明的多晶硅刻蝕方法無需增加光刻次數(shù)，對后續(xù)工藝幾乎沒有影響，并且成功避免了使用傳統(tǒng)DARC作為硬掩膜的不足，也成功減少了SiN作為硬掩膜帶來的多晶硅殘留缺陷，可以有效提高產(chǎn)品良率。對于常見SiN作為硬掩膜刻蝕多晶硅，無論是為了形成多晶硅柵極還是其它多晶硅結(jié)構(gòu)，如果干法刻蝕產(chǎn)生的殘留缺陷對后續(xù)工藝影響較大，均可采用本發(fā)明的方法，具有普適性。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。