[发明专利]金属氧化物半导体器件栅极结构的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种金属氧化物半导体器件栅极结构的形成方法。

背景技术

多晶硅是制造栅极的优选材料，其具有特殊的耐热性以及较高的刻蚀成图精确姓。栅极的制造方法首先需在半导体衬底上形成一层栅极氧化硅，然后在栅极氧化层上沉积多晶硅层，随后涂布具有流动性的底部防反射层(BARC)和光刻胶，图案化光刻胶层后刻蚀多晶硅层形成栅极。图1至图4为说明现有栅极制造方法的剖面示意图。如图1所示，在衬底100上生长一层栅极氧化层110，在栅极氧化层110上沉积多晶硅层120，然后对多晶硅层进行刻蚀以便形成栅极。在这个过程中首先需在多晶硅层表面形成BARC层130，然后再涂布光刻胶以使显影后的图形更清晰。对光刻胶进行图案化后，以光刻胶图形140为掩膜刻蚀多晶硅层形成栅极。

随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件为了达到更快的运算速度、更大的数据存储量以及更多的功能，晶片朝向更高的元件密度、高集成度方向发展，半导体器件的栅极变得越来越细且长度变得较以往更短。在制造工艺进入65nm工艺节点之后，栅极的最小特征尺寸已经达到65nm以下，甚至达到40nm。在此条件下，光刻胶图形140的宽度要与栅极宽度相适应，且为了刻蚀工艺的要求需要具有高而窄的形貌特征。然而，如图2所示，高而窄的光刻胶图形140在长时间削减和刻蚀过程中易出现物理形貌倒塌的现象。若为了避免倒塌现象而降低光刻胶图形140的高度，那么在后续刻蚀过程中，由于光刻胶量不足，光刻胶很快被刻蚀尽，从而对具有流动性且失去光刻胶保护的BARC层130造成不规则的削减刻蚀，如图3所示。如果以外形轮廓不规则的BARC层作为掩膜继续刻蚀多晶硅层120，则会导致栅极170形状轮廓不规则，如图4所示。

申请号为200410093459的中国专利申请公开了一种可以减小栅特征尺寸的栅极制造方法，其采用两步削减刻蚀工艺，第一步是对光刻胶和抗反射层进行削减，再通过各向异性刻蚀形成自对准硬掩膜，然后在光刻胶与有机抗反射层的保护下对硬掩膜进行各向同性的横向刻蚀，完成第二步削减，形成小于90纳米的硬掩膜。其虽然解决了光刻胶在长时间的削减工艺中损耗过大带来的一系列尺寸偏移、物理形貌倒塌等工艺问题，但是这种两步削减的制造栅极的工艺方法需要形成由氮化硅组成的硬掩膜，这无疑增加了工艺复杂程度，而且硬掩膜的去除使用磷酸，容易对搀杂的栅极造成腐蚀。

为解决上述问题，目前所采取的一种措施是采用多层刻蚀掩膜技术，典型的为三层多晶硅刻蚀掩膜。图5为采用多层刻蚀掩膜的器件剖面图。如图5所示，三层刻蚀掩膜包括在多晶硅层120表面形成的含碳附着层130(A-Carbon)；在其上形成的氮化硅或氮氧化硅层131；在所述氮化硅或氮氧化硅层131表面旋涂(spin on)形成的抗反射层132(BARC)，含碳附着层130有利于提高氮化硅或氮氧化硅层131的附着能力。通过光刻工艺形成图案化的光致抗蚀剂图形140，然后利用光致抗蚀剂图形140和三层刻蚀掩膜(抗反射层132、氮化硅或氮氧化硅层131和含碳附着层130)为掩膜刻蚀多晶硅层形成栅极。该方法虽然能够得到外形轮廓较好的栅极，但是含碳附着层130在刻蚀过程中易对衬底表面造成污染，形成介质层缺陷；同时，由于氮化硅或氮氧化硅层131质地较硬，导致刻蚀难度增加，刻蚀时间加长，降低了生产效率。

发明内容

本发明提供了一种金属氧化物半导体器件栅极结构的形成方法，能够获得外形轮廓良好的栅极结构，而且工艺简单，适合65nm以下工艺节点器件的高效率制造。

本发明的一个目的在于提供一种金属氧化物半导体器件栅极结构的形成方法，包括：

在半导体衬底上形成电介质层；

在所述电介质层上形成多晶硅层；

在所述多晶硅层上形成堆栈层并定义栅极的位置；

利用所述堆栈层为掩膜刻蚀所述多晶硅层形成栅极。

所述堆栈层结构包括：

在所述多晶硅层上形成的第一抗反射层；

在所述第一抗反射层上形成的第二抗反射层；

在所述第二抗反射层上形成的光致抗蚀剂层。

所述第一抗反射层为富硅聚合物，利用旋涂(spin-on)工艺形成，厚度为100nm～2000nm。所述富硅聚合物为布鲁尔科技有限公司商标为GF系列产品。所述第二抗反射层为硅基抗反射层(Si-BARC)，厚度为50nm～500nm。所述光致抗蚀剂层的厚度为500nm～2000nm。对所述光致抗蚀剂层进行包括曝光、显影的光刻工艺以定义栅极的位置。所述方法还包括灰化去除所述第一抗反射层的步骤。