[发明专利]堆栈金属栅极的刻蚀方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种堆栈金属栅极的刻蚀方法。

背景技术

在半导体集成电路制造工艺中，通过一系列的沉积、光刻、刻蚀、平坦化工艺在半导体衬底上形成半导体结构。其中，光刻工艺在于形成掩膜图案，定义待刻蚀区域；而刻蚀工艺用于将光刻定义的图案转移到材料层中。随着大规模集成电路制造工艺向亚微米及深亚微米的迈进，对刻蚀工艺的精确性和可重复性要求越来越高，研究发现刻蚀腔条件的稳定性对刻蚀工艺的精确性和可重复性影响较大，现有保持刻蚀腔条件的稳定性的方法是在进行产品刻蚀之前，在刻蚀腔进行一次暖机(Season)刻蚀，暖机刻蚀采用与产品刻蚀相同的刻蚀菜单。

现有刻蚀技术形成堆栈金属栅极的步骤包括：提供控片，所述控片上形成有多晶硅层；提供产品晶圆，在产品晶圆上依次形成有栅极氧化层、多晶硅层、扩散阻挡层和金属层；先将控片放至刻蚀机台内，采用暖机刻蚀工艺刻蚀所述控片上的多晶硅层；然后，将控片从刻蚀机台内取出，并将产品晶圆放至刻蚀机台内，对产品晶圆上的栅极氧化层、多晶硅层、扩散阻挡层和金属层依次进行主刻蚀工艺，形成堆栈金属栅极。

在进行暖机刻蚀步骤时与所述主刻蚀步骤采用相同的刻蚀参数，即刻蚀时暖机刻蚀步骤与所述主刻蚀步骤采用的射频功率、蚀刻气体、刻蚀腔压力和蚀刻气体流量等工艺参数都相同。

所述金属层材料为钨，扩散阻挡层材料为氮化钨。

所述主刻蚀步骤和暖机刻蚀步骤采用的气体为：三氟化氮(NF3)、氯气(CL2)和溴化氢(HBr)。

所述三氟化氮、氯气产生的等离子体(氟离子和氯离子)用于刻蚀氮化钨扩散阻挡层和金属钨层，所述溴化氢产生的等离子体用于刻蚀多晶硅层和栅氧化层。

更对关于堆栈金属栅极的刻蚀方法请参考公开号为US20050269672A1的美国专利。

采用现有刻蚀技术的形成堆栈金属栅极的过程中，在对控片进行暖机刻蚀后，对一批产品晶圆中的第1片产品晶圆进行主刻蚀形成堆栈金属栅极时，所述堆栈金属栅极的线宽(CD)小于同批次其余产品晶圆上形成的堆栈金属栅极的线宽6～9纳米，这种暖机刻蚀后第1片产品的堆栈金属栅极的线宽小效应，极大的影响了器件的稳定性。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种堆栈金属栅极的刻蚀方法，消除暖机刻蚀后第1片产品的堆栈金属栅极的线宽小效应，提高器件的稳定性。

为解决上述问题，本发明提供了一种堆栈金属栅极的刻蚀方法，包括步骤：

提供控片，所述控片上形成有多晶硅层；

提供产品晶圆，所述产品晶圆上依次形成有栅极氧化层、多晶硅层和金属层；

设置暖机刻蚀步骤刻蚀参数，在此刻蚀参数下对控片上的多晶硅层进行刻蚀；

设置主刻蚀步骤刻蚀参数，在此刻蚀参数下依次刻蚀产品晶圆上的栅极氧化层、多晶硅层和金属层，形成堆栈金属栅极；

暖机刻蚀步骤刻蚀参数相对于主刻蚀步骤刻蚀参数，暖机刻蚀步骤刻蚀参数不包含能产生氟离子和氯离子的气体。

可选的，所述暖机刻蚀步骤采用的气体为溴化氢。

可选的，所述溴化氢的流量范围为80～200sccm。

可选的，所述暖机刻蚀步骤刻蚀腔的压力范围为8～60mtorr。

可选的，进行主刻蚀步骤采用的气体为三氟化氮、氯气和溴化氢。

可选的，所述三氟化氮的流量范围为18～60sccm、氯气流量范围为23～43sccm、溴化氢流量范围为80～200sccm。

可选的，所述主刻蚀步骤刻蚀腔的压力范围为8～60Mtorr。

可选的，所述多晶硅层和金属层之间形成有扩散阻挡层。

可选的，所述金属层上形成有保护层。

可选的，所述金属层材料为钨或钨硅化合物。

可选的，所述扩散阻挡层的材料为氮化钨。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：

暖机刻蚀步骤采用与主刻蚀步骤采用不同的刻蚀参数，暖机刻蚀步骤刻蚀控片上的多晶硅层时不采用能产生氟离子和氯离子等离子体的刻蚀气体，在保证刻蚀腔条件稳定的同时，刻蚀腔内不会留有氟离子和氯离子，因此在暖机刻蚀步骤刻蚀所述控片后，主刻蚀步骤刻蚀第1片产品晶圆时，刻蚀腔内氟离子和氯离子等离子体的浓度小于现有技术中主刻蚀步骤刻蚀第1片产品晶圆时的氟离子和氯离子浓度，从而避免了主刻蚀步骤中对第1片产品晶圆的堆栈金属栅极的过刻蚀，使得第1片产品晶圆的堆栈金属栅极的CD与同批次其他产品晶圆的堆栈金属栅极的CD保持稳定性，提高了器件的稳定性。