多晶硅结构的形成方法
【专利摘要】本发明提出一种多晶硅结构的形成方法，使用含氢的气体对所述含氮的硬掩膜层进行退火工艺处理，减少所述含氮的硬掩膜层中游离氮的含量，从而防止游离氮污染后续形成的光阻层，避免了所述光阻层氮中毒，从而确保以所述光阻层为掩膜的刻蚀工艺能够对所述多晶硅层进行按要求的刻蚀，最终形成的多晶硅结构不存在桥连现象。
【专利说明】多晶硅结构的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种多晶硅结构的形成方法。
【背景技术】
[0002]半导体集成电路芯片的工艺制作利用批量处理技术，在同一硅衬底上形成大量各种类型的复杂器件，并将其互相连接以具有完整的电子功能。随着超大规模集成电路的迅速发展，芯片集成度越来越高，元器件的尺寸越来越小，因器件的高密度、小尺寸引发的各种效应对半导体工艺制作结果的影响也日益突出。
[0003]通常，MOS晶体管的栅极包括栅极氧化层(栅极介质层)以及形成于栅极氧化层上的多晶硅结构，由于器件尺寸比例的下降，对形成多晶硅结构过程中的曝光、显影和蚀刻等工艺提出了更高的要求，如果光阻在曝光、显影过程中出现问题或者光阻与其它层的薄膜发生了反应，都将会导致后续以光阻作为掩膜蚀刻出的多晶硅结构出现桥连的现象，结果会导致器件之间的短路，甚至失效。
[0004]图1为现有技术中多晶硅结构形成方法的流程图，图2-图3为现有技术中多晶硅结构形成方法过程中的器件剖面结构示意图。结合图1、图2及图3所示，现有技术中的步骤包括:
[0005]S1:提供半导体衬底10，所述半导体衬底10上形成有多晶硅层20 ；
[0006]S2:在所述多晶硅层20上形成含氮的硬掩膜层30 ；
[0007]S3:在所述含氮的硬掩膜层30上形成图案化的光阻层40 ；
[0008]S4:以所述图案化的光阻层40为掩膜，依次刻蚀所述含氮的硬掩膜层30和多晶硅层20，如图3所示；
[0009]S5:去除所述图案化的光阻层40和含氮的硬掩膜层30，在理想情况下，形成多晶硅结构20’，如图4所示。
[0010]然而，在实际生产中发现，往往蚀刻出的多晶硅结构会出现如图5所示的桥连现象，即多晶硅结构彼此之间出现互相连接，成为桥连缺陷21。桥连缺陷将导致相邻器件的栅极短接，造成器件的损伤。因而，如何彻底解决多晶娃结构桥连现象，提闻晶圆的良率是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
【发明内容】
[0011]为了解决现有技术中的问题，本发明提出一种多晶硅结构的形成方法，其目的在于解决多晶娃结构出现桥连现象的问题，从而提闻晶圆的良率。
[0012]为了实现上述目的，本发明提出一种多晶硅结构的形成方法，包括:
[0013]提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有多晶硅层；
[0014]在所述多晶硅层上形成含氮的硬掩膜层；
[0015]使用含氢的气体对所述含氮的硬掩膜层进行退火工艺处理；
[0016]在所述含氮的硬掩膜层上形成图案化的光阻层；[0017]以所述图案化的光阻层为掩膜，依次刻蚀所述含氮的硬掩膜层和多晶硅层；
[0018]去除所述图案化的光阻层和含氮的硬掩膜层，形成多晶硅结构。
[0019]进一步的，所述含氮的硬掩膜层的材质为氮化硅。
[0020]进一步的，在所述多晶硅层上形成含氮的硬掩膜层之前，在所述多晶硅层上形成多晶硅氧化硅层。
[0021]进一步的，在使用含氢的气体对所述含氮的硬掩膜层进行退火工艺处理之后，在所述含氮的硬掩膜层上形成氧化硅层。
[0022]进一步的，在所述含氮的硬掩膜层上形成氧化硅层之后，使用氧等离子体对所述氧化硅层表面进行轰击工艺处理。
[0023]进一步的，使用电源电解离O2或O3得到所述氧等离子体，所述O2或O3的气体流量范围为100sccnT20000sccm，所述电源功率范围为50W?2000W，所述轰击工艺的反应压力范围为 Itorr?lOOtorr。
[0024]进一步的，使用氧等离子体对所述氧化硅层表面进行轰击工艺处理之后，在所述述氧化硅层上形成不定形碳层。
[0025]进一步的，所述退火工艺的温度范围为500摄氏度?800摄氏度，所述退火工艺的反应压力范围为IOtorr?760torr。
[0026]进一步的，所述含氢的气体是氢气。
[0027]进一步的，所述氢气的流量范围为IOsccm?lOOOsccm。
[0028]进一步的，在所述含氮的硬掩膜层上形成图案化的光阻层之前，在所述含氮的硬掩膜层上形成抗反射层。
[0029]与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在:使用含氢的气体对所述含氮的硬掩膜层进行退火工艺处理，从而防止游离氮污染后续形成的光阻层，避免了所述光阻层氮中毒，从而确保以所述光阻层为掩膜的刻蚀工艺能够对所述多晶硅层进行按要求的刻蚀，最终形成的多晶硅结构不存在桥连现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为现有技术中多晶硅结构形成方法的流程图；
[0031]图2-图3为现有技术中多晶硅结构形成方法过程中的器件剖面结构示意图；
[0032]图4为理想情况下多晶硅结构的俯视图；
[0033]图5为带有桥连缺陷的多晶娃结构的俯视图；
[0034]图6为本发明一实施例中多晶硅结构形成方法的流程图；
[0035]图7-图11为本发明一实施例中多晶硅结构形成方法过程中的器件剖面结构示意图；
[0036]图12为本发明一实施例中形成的多晶硅结构的俯视图。
【具体实施方式】
[0037]在【背景技术】中已经提及，利用现有技术的方法蚀刻出的多晶硅结构极易出现如图5所示的桥连现象，即多晶硅结构彼此之间出现互相连接，成为桥连缺陷21。经本申请的发明人反复实验和研究发现，之所以出现这种桥连缺陷是因为含氮的硬掩膜层中的含有游离氮，游离氮溢出与光阻层发生反应，使所述光阻层氮中毒，进而影响后续的刻蚀。
[0038]为了便于理解，下面结合具体实施例来对本发明进行详细的描述。
[0039]请参考图6至图11，一种多晶硅结构的形成方法，包括:
[0040]SlOO:提供半导体衬底100，所述半导体衬底上形成有多晶硅层300。其中，所述半导体衬底100可以为硅衬底或锗硅衬底；所述多晶硅层300可以通过化学气相沉积形成。本实施例中，如图7所示，在所述多晶硅层300形成之前，在所述半导体衬底100表面形成一层栅极氧化层200，所述栅极氧化层200和多晶硅结构共同用于形成MOS晶体管的栅极。所述栅极氧化层200为通过热氧化法或者化学气相沉积法形成的氧化硅。
[0041]S200:在所述多晶硅层300上形成含氮的硬掩膜层420。其中，所述含氮的硬掩膜层420材质为氮化硅，作为刻蚀掩膜层，便于阻挡刻蚀气体。在本实施例中，如图8所示，在所述多晶硅层300上形成含氮的硬掩膜层420之前，先在所述多晶硅层300上形成多晶硅氧化硅层410。所述多晶硅氧化层410用于增加所述多晶硅层300与所述含氮的硬掩膜层420之间的粘附性，防止所述含氮的硬掩膜层420发生脱落。所述多晶硅氧化层410可以采用化学气相沉积或热氧化法形成。
[0042]S300:使用含氢的气体对所述含氮的硬掩膜层420进行退火工艺处理。其中，所述含氢的气体是氢气，流量范围为IOsccm?IOOOsccm,优选是800sccm ;所述退火工艺的温度范围为500摄氏度?800摄氏度，优选是600摄氏度；反应压力范围为IOtorf760torr，优选是 500tor;r。
[0043]在本实施例中，在使用含氢的气体对所述含氮的硬掩膜层420进行退火工艺处理之后，如图9所示，还在所述含氮的硬掩膜层420上形成氧化硅层430，所述氧化硅层430的厚度范围为100埃?1000埃，优选是200埃。所述氧化硅层430 —方面便于后续刻蚀工艺选择不同选择比的刻蚀气体对所述含氮的硬掩膜层420和所述多晶硅层300进行刻蚀，另一方面用于阻挡所述含氮的硬掩膜层中的游离氮。
[0044]在本实施例中，形成氧化硅层430之后，使用氧等离子体对所述氧化硅层430表面进行轰击工艺处理，使所述氧化硅层430表面变的更加致密，从而可以进一步的阻挡游离氮穿透，防止其污染所述光阻层。所述氧等离子体是使用电源电解离O2或O3得到的，所述O2或O3的气体流量范围为100sccnT20000sccm，优选是lOOOsccm，所述电源功率范围为50W?2000W，优选是1000W，所述轰击工艺的反应压力范围为Itorr?lOOtorr，优选是50torr。
[0045]如图9所示，其中，使用氧等离子体对所述氧化硅层430表面进行轰击工艺处理之后，在所述述氧化硅层430上形成不定形碳层440。所述不定形碳层440的厚度范围为100埃?1000埃，优选是500埃。由于不定形碳440比较稳定，其可以防止在蚀刻过程中出现崩塌现象。
[0046]在本实施例中，所述多晶硅氧化层410采用化学气相沉积或热氧化法形成；含氮的硬掩膜层420、氧化硅层430和不定形碳层440均采用化学气相沉积方法形成，此技术为本领域技术人员熟知常用技术手段，在此不再赘述。
[0047]S400:在所述含氮的硬掩膜层420上形成图案化的光阻层600。其中，形成图案化的光阻层600包括:涂覆光阻层，对所述光阻层进行曝光和显影处理。此技术为本领域技术人员熟知常用技术手段，在此不再赘述。在本实施例中，在所述含氮的硬掩膜层420上形成图案化的光阻层600之前，在所述不定形碳层440上形成抗反射层。其中，所述抗反射层包括不含氮的无机抗反射层510和有机抗反射层520，此组合可以减少光的反射的物质，用于减少曝光过程中光在所述光阻层的下表面的反射，以使曝光的大部分能量都被所述光阻层吸收，提高曝光效率。所述不含氮的无机抗反射层510和有机抗反射层520均是采用化学气相沉积形成，所述不含氮的无机抗反射层510的厚度范围为100埃?1000埃，优选是200埃；所述有机抗反射层520的厚度范围为100埃?1000埃，优选是600埃。
[0048]S500:以所述图案化的光阻层600为掩膜，依次刻蚀所述含氮的硬掩膜层420和多晶硅层300。详细的，在本实施例中，依次刻蚀所述抗反射层、所述不定形碳层440、所述氧化硅层430、所述硬掩膜层420、所述多晶硅氧化层410、所述多晶硅层300和栅极氧化层200。在此步骤中，刻蚀工艺为本领域技术人员惯用的技术手段，在此不再赘述。
[0049]S600:去除所述图案化的光阻层600和含氮的硬掩膜层420，形成多晶硅结构300’(如图12所示)。在本实施例中，依次去除所述光阻层600、所述抗反射层、所述不定形碳层440、所述氧化硅层430、所述硬掩膜层420以及所述多晶硅氧化层410。去除的方法可以为干法蚀刻和湿法蚀刻，为本领域技术人员熟知的惯用技术手段，在此不再赘述。
[0050]其中需要详细说明的是，所述含氮的硬掩膜层420内会含有很多游离氮。由于所述氧化硅层430、不定形碳层440、以及反射层均为厚度较薄，导致游离氮易穿透并且与所述光阻600发生反应，使之氮中毒。本发明的核心思想在于，使用氢气对所述含氮的硬掩膜层420表面进行退火工艺处理，可以减少所述含氮的硬掩膜层420中游离氮的含量，从根本上解决了所述光阻层600发生氮中毒的问题，进而也就可以避免所述多晶硅结构300’产生桥连现象。
[0051]其次，为了进一步防止游离氮污染所述光阻层600，本发明还使用等离子体氧对所述氧化硅层430表面进行轰击工艺处理，此步骤可以使所述氧化硅层430表面变得更加致密。如若步骤S300未能把所述含氮的硬掩膜层420表面的游离氮全部固定住，那么增加此步骤也会阻挡游离氮穿过所述含氮的硬掩膜层430污染所述光阻层600，从而进一步避免所述多晶硅结构300’产生桥连现象。
[0052]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属【技术领域】的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种多晶硅结构的形成方法，包括: 提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有多晶硅层； 在所述多晶硅层上形成含氮的硬掩膜层； 使用含氢的气体对所述含氮的硬掩膜层进行退火工艺处理； 在所述含氮的硬掩膜层上形成图案化的光阻层； 以所述图案化的光阻层为掩膜，依次刻蚀所述含氮的硬掩膜层和多晶硅层； 去除所述图案化的光阻层和含氮的硬掩膜层，形成多晶硅结构。
2.如权利要求1所述的多晶硅结构的形成方法，其特征在于，所述含氮的硬掩膜层的材质为氮化娃。
3.如权利要求1所述的多晶硅结构的形成方法，其特征在于，在所述多晶硅层上形成含氮的硬掩膜层之前，在所述多晶硅层上形成多晶硅氧化硅层。
4.如权利要求1所述的多晶硅结构的形成方法，其特征在于，在使用含氢的气体对所述含氮的硬掩膜层进行退火工艺处理之后，在所述含氮的硬掩膜层上形成氧化硅层。
5.如权利要求4所述的多晶硅结构的形成方法，其特征在于，在所述含氮的硬掩膜层上形成氧化硅层之后，使用氧等离子体对所述氧化硅层表面进行轰击工艺处理。
6.如权利要求5所述的多晶硅结构的形成方法，其特征在于，使用电源电解离O2或O3得到所述氧等离子体，所述O2或O3的气体流量范围为100sccnT20000sccm,所述电源功率范围为50W?2000W，所述轰击工艺的反应压力范围为Itorr?lOOtorr。
7.如权利要求5所述的多晶硅结构的形成方法，其特征在于，使用氧等离子体对所述氧化硅层表面进行轰击工艺处理之后，在所述述氧化硅层上形成不定形碳层。
8.如权利要求1所述的多晶硅结构的形成方法，其特征在于，所述退火工艺的温度范围为500摄氏度?800摄氏度，所述退火工艺的反应压力范围为10torr?760torr。
9.如权利要求1所述的多晶硅结构的形成方法，其特征在于，所述含氢的气体是氢气。
10.如权利要求9所述的多晶硅结构的形成方法，其特征在于，所述氢气的流量范围为IOsccm ?lOOOsccm。
11.如权利要求1所述的多晶硅结构的形成方法，其特征在于，在所述含氮的硬掩膜层上形成图案化的光阻层之前，在所述含氮的硬掩膜层上形成抗反射层。
【文档编号】H01L21/28GK103794485SQ201210434969
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年11月2日 优先权日:2012年11月2日
【发明者】张彬, 邓浩 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司