[发明专利]一种改善栅极结构线宽粗糙度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种改善栅极结构线宽粗糙度的方法。

背景技术

半导体器件的临界尺寸下降到100nm以下时，线宽粗糙度(Line Width roughness，LWR)对集成电路加工工艺的影响已不能忽略，成为严重制约集成电路及其相关产业持续民展的瓶颈因素之一。尤其是栅极的线宽粗糙度可导致Vt失配及LOFF高的问题，因此需要将栅极的线宽粗糙度控制在总临界尺寸8％的范围内。当前改善栅极结构线宽粗糙度的方法集中在H₂/HBr前处理或工艺调整上，但这仍然无法满足需要。

在氢气气氛中热退火技术已广泛地应用于IC工业，其作为原位清洗步骤用于去除外延硅中的自然氧化层。此外，该技术可将刻蚀后的硅表面粗糙度降低到接近商业抛光晶片的级别。有人认为，加热的氢气有利于硅在低于硅熔点(1414℃)的温度下迁移。由于该质量输运的影响，退火可使得刻蚀步骤形成的尖锐角变圆。

因此，本发明提供一种方法，通过在氢气气氛中热退火以改善栅极结构线宽粗糙度，从而解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种改善栅极结构线宽粗糙度的方法，包括：提供半导体衬底；在该半导体衬底上形成栅极结构，并在该栅极结构的侧壁上形成第一隔离层；在该栅极结构的顶部、该第一隔离层的顶部和侧壁、该半导体衬底上形成第二隔离层；在该第二隔离层上形成牺牲材料层；回蚀刻该牺牲材料层以露出位于该栅极结构的顶部和该第一隔离层的顶部的该第二隔离层；蚀刻去除位于该栅极结构的顶部和该第一隔离层的顶部的该第二隔离层；去除剩余的该牺牲材料层；去除该第一隔离层；在氢气气氛下进行退火处理；去除该第二隔离层，得到形成于该半导体衬底上的栅极结构。

进一步地，该栅极结构包括层叠的栅极氧化物和多晶硅栅极，该栅极氧化物、多晶硅栅极、该第一隔离层和该第二隔离层的形成，采用低压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、超高真空化学气相沉积、快速热化学气相沉积和分子束外延中的一种。

进一步地，该第一隔离层是氧化物隔离层或非晶碳化物隔离层，其厚度为2nm-5nm。

进一步地，该第一隔离层的去除，采用湿法清洗，稀释的氢氟酸中的H₂O和HF的比例为10:1～500:1；或者采用干法清洗，蚀刻气体为NF₃和NH₃等离子体，NF₃流量为10-500sccm，NH₃流量为10-500sccm，功率为10-100W，压力为1-10mTorr，温度为30℃-40℃。

进一步地，该第二隔离层是氮化硅层，其厚度为5nm-10nm。

进一步地，蚀刻去除该第二隔离层所采用的蚀刻气体为CF₄等离子体。

进一步地，该第二隔离层的去除，采用腐蚀液为H₃PO₄的湿法蚀刻。

进一步地，该牺牲材料层的形成，采用旋涂工艺，该牺牲材料层的构成材料为有机BARC，其厚度为

进一步地，回蚀刻该牺牲材料层的工艺参数为：蚀刻气体为O₂和SO₂，O₂的流量为2-50sccm，SO₂的流量为2-50sccm，功率为100-1000W，压力为2-10mTorr。

进一步地，剩余的该牺牲材料层的去除，采用等离子气源为氧气或氮气、载气为氢气的干法灰化，或者采用腐蚀液为H₂SO₄的湿法蚀刻。

进一步地，该退火处理的工艺参数为：退火温度为900℃-1200℃，压力为5Torr-20Torr，退火时间为2min-20min。

根据本发明，通过在氢气气氛下进行退火处理的方法，有效地将栅极结构线宽粗糙度控制在一定范围，从而提升器件的整体性能。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1-图7为根据本发明具体实施例的方法依次实施的步骤所分别获得的器件的示意性剖面图；

图8为根据本发明示例性实施例的方法依次实施的步骤的流程图。

具体实施方式