專利名稱：柵極的形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造領域，特別涉及一種柵極的形成方法。
背景技術：
隨著半導體制造エ藝的不斷發展，集成電路中的半導體器件的特征尺寸(CD，Critical Dimension)越來越小，晶體管和金屬線路也變得越來越小并且越靠越近,在形成柵極的時候產生的線端縮短(LES, Line End Shortening)是ー個較重要問題，LES表現為線端的實際的印刷位置和預定(設計)位置之間的差異。圖I示出了線端縮短的問題，如圖I所示，虛線所示的是預定(設計)形成的預期線路10，但是由于刻蝕效應和光阻拉回(PhotoResist Pullback)等原因，產生了顯著數量的線端縮短的實際線路20。所述預期線 路10具有線路側端IOb (相對兩側，另一側未標不)、線路末端10a(相對兩側，另一側未標示)，所述線路側端IOb的長度為LI，所述線路末端IOa的寬度為Wl ;所述實際線路20具有線路側端20b、線路末端20a，所述線路側端20b的長度為L2，所述線路末端20a的寬度為WZ0從圖I可以看出，實際線路20的線路末端20a以及線路側端20b分別較預期線路10的線路末端IOa以及線路側端IOb有所縮短，縮短的量對應為L1-L2以及W1-W2，通常，LES比率可以定義為(L1-L2V(W1-W2)。一般來說，L1-L2遠大于W1-W2，因此，與線路側端IOb相比，LES在線路末端IOa更大。在實際刻蝕過程中，由于一般線路側端IOb和線路末端IOa同時受到刻蝕并形成柵極的，因此，線路末端IOa在刻蝕后的形狀如圖2中線路末端20a所示(圖2中僅示出了其中一端)。圖2中除了示出了圖I所示的預定(設計)形成柵極的預期線路10，還示出了與預期線路10的線路末端IOa相對的另一個虛線表示的預定(設計)形成柵極的預期線路10’，其線端包括線路側端10’b、線路末端10’a，預期線路10’在刻蝕后形成的實際線路20’包括線路側端20’ b、線路末端20’ a。從圖2中可以看到，如果預定設計的預期線路10的線路末端IOa與預期線路10’的線路末端10’ a之間的距離為XI，而刻蝕后形成的實際線路20的線路末端20a以及實際線路20’的線路末端20’ a由于產生了線端縮短，從而使線路末端20a與線路末端20’ a之間的距離變為X2，X2大于XI。LES會導致器件性能降級、可靠性降低、產量損失、器件中的泄漏、特征尺寸的限制以及其他有關問題。為了確保對于更小特征尺寸的制造的可行性，雙重圖形化(DoublePatterning)形成柵極是潛在解決方案之一。雙重圖形化方法一般有三種光刻-刻蝕-光刻-刻蝕(LELE，Litho-Etch-Litho-Etch)、光刻-凍結-光刻-刻蝕(LFLE,Litho-Freeze-Litho-Etch),以及間隔 / 自對準式雙重曝光光刻(SADP, Spacer or self-aligned double-patterning)。其中，LELE是指在一個光刻步驟之后接著一個蝕刻步驟，然后再接著ー個光刻、ー個蝕刻步驟；以上的兩個光刻步驟都是關鍵光刻步驟，也就是會產生迭對，換句話說，ー個光刻步驟所曝光的圖形與另ー個光刻步驟曝光的圖形的相對位置非常重要，例如在采用LELE形成柵極時，前后兩個光刻步驟曝光所形成的圖形共同定義出柵極的圖形。圖3至圖6是現有技術中雙重圖形化形成柵極的俯視示意圖，下面對現有技術中雙重圖形化形成柵極的過程作簡要說明 參閱圖3，在用于形成柵極的柵極層101表面涂布光刻膠，光刻后形成如圖3所示的圖形化的光刻膠102。所述圖形化的光刻膠102定義出預定(設計)形成柵極的線路寬度。所述柵極層101的材料一般為多晶硅。參閱圖4，以所述圖形化的光刻膠102為掩膜對柵極層101進行刻蝕，直至暴露出柵極層101所覆蓋的柵介質層103 ( 一般為氧化層)，之后剝離圖形化的光刻膠102，形成柵極層IOla0參閱圖5，沉積抗反射層104，覆蓋所述柵介質層103以及所述柵極層101a，并在所述抗反射層104上涂布光刻膠，光刻后形成圖形化的光刻膠105。所述圖形化的光刻膠105定義出預定(設計)形成柵極的線路末端之間的距離。圖形化的光刻膠102和圖形化的光刻膠105共同定義出預定(設計)形成柵極的圖形。參閱圖6，以所述圖形化的光刻膠105為掩膜對所述抗反射層104、柵極層IOla進行刻蝕，直至暴露出柵介質層103，之后剝離圖形化的光刻膠105，形成柵極層101b。圖6所示的柵極層IOlb即為預定形成的柵極圖形。相關LELE、LFLE技術還可參考專利號為US6042998的美國專利，但是該專利對于解決刻蝕形成柵極時產生的線端縮短問題并未涉及。

發明內容
本發明要解決的問題是現有技術中刻蝕形成柵極エ藝時產生的線端縮短的問題。為解決上述問題，本發明提供一種柵極的形成方法，包括在基底上依次形成柵介質層、柵極層、阻擋層；形成覆蓋所述阻擋層的第一掩膜層并進行壓印，形成具有第一圖形的第一掩膜層，所述第一圖形包括至少ー個開ロ，所述開ロ定義出待形成柵極的線路末端之間的距離；沉積抗反射層，所述抗反射層填滿所述開ロ井覆蓋所述第一掩膜層；形成覆蓋所述抗反射層的第二掩膜層并圖形化，形成具有第二圖形的第二掩膜層，所述第二圖形定義出待形成柵極的線寬；以具有所述第二圖形的第二掩膜層為掩膜刻蝕所述抗反射層和第一掩膜層，形成具有第三圖形的第一掩膜層；以具有所述第三圖形的第一掩膜層為掩膜，刻蝕所述阻擋層和柵極層形成柵極。可選的，所述第一掩膜層的材料為鎳。可選的，所述壓印為激光輔助式納米壓印。可選的，所述開ロ為矩形或橢圓形。可選的，所述第二掩膜層的材料為光刻膠。可選的，所述以具有所述第二圖形的第二掩膜層為掩膜刻蝕所述抗反射層和第一掩膜層，形成具有第三圖形的第一掩膜層包括以具有所述第二圖形的第二掩膜層為掩膜對所述抗反射層和第一掩膜層進行干法刻蝕，形成具有第三圖形的第一掩膜層；剝離所述第二掩膜層并去除其覆蓋下的抗反射層。可選的，所述以具有所述第三圖形的第一掩膜層為掩膜，刻蝕所述阻擋層和柵極層形成柵極包括以具有所述第三圖形的第一掩膜層為掩膜，對所述阻擋層和柵極層進行干法刻蝕形成柵極。可選的，所述柵極層為多晶硅層，刻蝕氣體為六氟化硫(SF6)、氧氣(O2)、氬氣(Ar)的混合氣體。可選的，所述柵極層為金屬層或相變材料層，刻蝕氣體為氯氣(Cl2)、甲烷(CH4)的混合氣體或者氯氣(Cl2)、三氟甲烷(CHF3)的混合氣體。與現有技術相比，本發明具有以下優點通過先后進行納米壓印以及光刻的雙重圖形化方法形成具有所述第三圖形的第 一掩膜層，所述第三圖形定義出柵極的特征尺寸，再以具有所述第三圖形的第一掩膜層為掩膜刻蝕所述阻擋層和柵極層形成柵極，可以有效地改善刻蝕形成柵極過程中產生的線端縮短的問題，提高了產品的良率。以納米壓印的方式能使定義出的柵極線路末端距離的精度更高，并且，以鎳作為硬掩膜對所述阻擋層和柵極層進行刻蝕形成柵極，能達到更好的刻蝕效果。


圖I和圖2是線端縮短的示意圖；圖3至圖6是雙重圖形化形成柵極的俯視示意圖；圖7是本發明提供的柵極的形成方法的流程示意圖；圖8至圖13是本發明提供的柵極的形成方法的實施例剖面示意圖；圖14至圖19是本發明提供的柵極的形成方法的實施例俯視示意圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣。因此本發明不受下面公開的具體實施方式
的限制。現有技術的刻蝕形成柵極エ藝中，會產生較明顯的線端縮短問題，隨著半導體器件的特征尺寸(⑶,Critical Dimension)越來越小，即使采用雙重圖形化方法形成柵極,雖然能夠避免線路末端和線路側端同時受到刻蝕作用，但是對于線端縮短的問題依然沒有有效地解決。為了改善刻蝕形成柵極エ藝中產生的線端縮短問題，本發明提供了一種柵極的形成方法。圖7是本發明提供的柵極的形成方法的流程示意圖。如圖7所示，本發明提供的柵極的形成方法包括步驟S101，在基底上依次形成柵介質層、柵極層、阻擋層；步驟S102，形成覆蓋所述阻擋層的第一掩膜層并進行壓印，形成具有第一圖形的第一掩膜層，所述第一圖形包括至少ー個開ロ，所述開ロ定義出待形成柵極的線路末端之間的距離；
步驟S103，沉積抗反射層，所述抗反射層填滿所述開ロ井覆蓋所述第一掩膜層；步驟S104，形成覆蓋所述抗反射層的第二掩膜層并圖形化，形成具有第二圖形的第二掩膜層，所述第二圖形定義出待形成柵極的線寬；步驟S105，以具有所述第二圖形的第二掩膜層為掩膜刻蝕所述抗反射層和第一掩膜層，形成具有第三圖形的第一掩膜層；步驟S106，以具有所述第三圖形的第一掩膜層為掩膜，刻蝕所述阻擋層和柵極層形成柵極。圖8至圖13是本發明提供的柵極的形成方法的實施例剖面示意圖，圖14至圖19是分別與圖8至圖13相對應、本發明提供的柵極的形成方法的實施例俯視示意圖。下面結合圖7以及圖8至圖19，以具體實施例對所述柵極的形成方法作詳細說明。
參閱圖7和圖8，執行步驟SlOl，在基底(圖8中未示出)上依次形成柵介質層201、覆蓋所述柵介質層201的柵極層202、覆蓋所述柵極層202的阻擋層203。所述基底為半導體材料，可以是單晶娃，也可以是娃鍺化合物，還可以是絕緣體上娃(SOI, Silicon OnInsulator)結構或娃上外延層結構。所述柵介質層201—般為柵氧化層(Gate Oxide),以現有技術中常用的熱氧化生長的方法形成，覆蓋所述基底。本實施例中，所述柵極層202具體為多晶硅層，以常用的低壓化學氣相沉積(LPCVD)的方式沉積形成，覆蓋所述柵介質層201 ;所述阻擋層203為阻擋氧化層，同樣可以用現有技術中常用的熱氧化生長的方法形成，用于避免后續エ藝對所述柵極層202造成損傷。構成所述柵極層202的材料一般為多晶硅，也可以為金屬，例如銅、鋁等，還可以為相變材料，一般是硫族化合物，如鍺-銻-碲合金(GeSbTe，簡寫為 GST)。參閱圖7和圖8、圖14、圖9、圖15，執行步驟S102，形成覆蓋所述阻擋層203的第一掩膜層204并進行壓印，形成具有第一圖形的第一掩膜層204a，所述第一圖形包括至少ー個開ロ 206，所述開ロ 206定義出待形成柵極的線路末端之間的距離。本實施例中，所述第一掩膜層204的材料為鎳(Nickel)，可通過電沉積エ藝在所述阻擋層203上形成鎳沉積層作為所述第一掩膜層204，井覆蓋所述阻擋層203的表面。之后，通過納米壓印(NanoImprint)エ藝在所述第一掩膜層204形成一個或多個開ロ 206。具體地,如圖8和圖9所示，以激光輔助式納米壓印(Laser-assisted Nano Imprint)的方式通過具有與所述第一圖形對應的圖形的模具205在所述第一掩膜層204形成一個或多個開ロ 206，形成開ロ 206后的具有所述第一圖形的第一掩膜層204a如圖15所示，所述開ロ 206優選為矩形或橢圓形。所述開ロ 206的長度(垂直方向)為待形成的柵極的線路末端之間的距離，即通過所述開ロ 206定義出了待形成柵極的線路末端之間的距離。所述模具205選用可透光不吸收光的金剛石制成。需要說明的是，圖15中示出的一個開ロ 206僅為示例，在實際實施時，根據需要形成的柵極結構的圖形，可形成多個開ロ。通過納米壓印的方式形成具有所述第一圖形的第一掩膜層204a，不但可以提高圖形的精度，還大大縮短了制程的時間。關于在鎳沉積層上進行納米壓印エ藝的具體實施可參考文獻吳明治、林震銘，“脈沖雷射輔助奈米壓印之分子動力學分析”，國立成功大學，2006年8月。參閱圖7和圖10、圖16，執行步驟S103，沉積抗反射層207，所述抗反射層207填滿所述開ロ 206并覆蓋具有所述第一圖形的第一掩膜層204a。具體地，可以通過物理氣相沉積(PVD)或化學氣相沉積(CVD)的方式形成所述抗反射層207，所述抗反射層207為底層抗反射層(BARC,BottomAnti -Reflective Coating),可以是有機BARC或無機BARC,由于無機BARC的化學性質一般與其下覆蓋層類似，可以有效地去除，而且，無機BARC比有機BARC在刻蝕中有更高的選擇性，所以本實施例中優選為無機BARC，以等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)的方法沉積硅氮氧化物或硅氮化物層來形成所述無機BARC。沉積形成的抗反射層207填滿所述開ロ 206井覆蓋所述第一掩膜層204的表面，如圖16所示，從俯視的角度，可以看到此時位于最頂層的抗反射層207。參閱圖7和圖11、圖17，執行步驟S104，形成覆蓋所述抗反射層207的第二掩膜層并圖形化，形成具有第二圖形的第二掩膜層，所述第二圖形定義出待形成柵極的線寬。具體地，所述第二掩膜層的材料為光刻膠，在形成抗反射層207后，在所述抗反射層207的表面涂布光刻膠，所述光刻膠覆蓋所述抗反射層207，然后光刻形成具有第二圖形的第二掩膜層208，如圖17所示，具有所述第二圖形的第二掩膜層208覆蓋所述開ロ 206，并且，所述第二圖形定義出了待形成柵極的線寬。圖17中斜線陰影部分表示的線狀圖形即為具有所述第ニ圖形的第二掩膜層208，其寬度等于待形成柵極的線路寬度。參閱圖7和圖12、圖18，執行步驟S105，以具有所述第二圖形的第二掩膜層為掩膜刻蝕所述抗反射層207以及具有所述第一圖形的第一掩膜層204a，形成具有第三圖形的第一掩膜層204b。具體地，以具有所述第二圖形的第二掩膜層208為掩膜對所述抗反射層207以及具有第一圖形的第一掩膜層204a進行干法刻蝕，形成具有第三圖形的第一掩膜層204b，剝離光刻膠(具有所述第二圖形的第二掩膜層208)并去除所述光刻膠覆蓋下的抗反射層后便露出所述具有第三圖形的第一掩膜層204b。所述第三圖形是通過所述第一圖形以及第ニ圖形迭對而形成的，其定義出了待形成柵極的特征尺寸。如圖18所示，具有所述第三圖形的第一掩膜層204b呈線狀圖形，中間的缺ロ即為之前步驟S102時納米壓印所形成的開ロ 206(參閱圖15)，由此定義出了柵極的圖形。參閱圖7和圖13、圖19，執行步驟S106，以具有所述第三圖形的第一掩膜層204b為掩膜，刻蝕所述阻擋層203和柵極層202形成柵極202’。具體地，以具有所述第三圖形的第一掩膜層204b為硬掩膜，對圖12所示的所述阻擋層203和柵極層202進行干法刻蝕，刻蝕止于柵介質層201，形成柵極202’。當然，刻蝕完成后的具有所述第三圖形的第一掩膜層204b和阻擋層203’需要去除以進行后續エ藝步驟。本實施例中，所述柵極層202為多晶硅層，刻蝕氣體可以為SF6、02、Ar的混合氣體，刻蝕腔室的壓強設定為5毫托(mTorr)至20毫托(mTorr)。在其他實施例中，當所述柵極層為金屬層(例如為鋁)或者相變材料層(例如為GST)時，可采用Cl2、CH4的混合氣體進行刻蝕，也可以采用Cl2、CHF3的混合氣體進行刻蝕。關于以鎳作為硬掩膜對多晶硅層進行干法刻蝕的具體實施可參考文獻Rosli，S, et al, “Characteristics of RIESF6/02/Ar Plasmas on n-Silicon Etching，，，IEEEInternational Conference onSemiconductor Electronics,2006。綜上，本發明實施例提供的柵極的形成方法，至少具有如下有益效果通過先后進行納米壓印以及光刻的雙重圖形化方法形成具有所述第三圖形的第一掩膜層，所述第三圖形定義出柵極的特征尺寸，再以具有所述第三圖形的第一掩膜層為掩膜刻蝕所述阻擋層和柵極層形成柵極，可以有效地改善刻蝕形成柵極過程中產生的線端縮短的問題，提高了產品的良率。以納米壓印的方式能使定義出的柵極線路末端距離的精度更高，并且，以鎳作為硬掩膜對所述阻擋層和柵極層進行刻蝕形成柵極，能達到更好的刻蝕效果。本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以利用上述掲示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明 的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種柵極的形成方法，其特征在于，包括 在基底上依次形成柵介質層、柵極層、阻擋層； 形成覆蓋所述阻擋層的第一掩膜層并進行壓印，形成具有第一圖形的第一掩膜層，所述第一圖形包括至少一個開口，所述開口定義出待形成柵極的線路末端之間的距離； 沉積抗反射層，所述抗反射層填滿所述開口并覆蓋所述第一掩膜層； 形成覆蓋所述抗反射層的第二掩膜層并圖形化，形成具有第二圖形的第二掩膜層，所述第二圖形定義出待形成柵極的線寬； 以具有所述第二圖形的第二掩膜層為掩膜刻蝕所述抗反射層和第一掩膜層，形成具有第三圖形的第一掩膜層； 以具有所述第三圖形的第一掩膜層為掩膜，刻蝕所述阻擋層和柵極層形成柵極。
2.根據權利要求I所述的柵極的形成方法，其特征在于，所述第一掩膜層的材料為鎳。
3.根據權利要求I所述的柵極的形成方法，其特征在于，所述壓印為激光輔助式納米壓印。
4.根據權利要求I所述的柵極的形成方法，其特征在于，所述開口為矩形或橢圓形。
5.根據權利要求I所述的柵極的形成方法，其特征在于，所述第二掩膜層的材料為光刻膠。
6.根據權利要求5所述的柵極的形成方法，其特征在于，所述以具有所述第二圖形的第二掩膜層為掩膜刻蝕所述抗反射層和第一掩膜層，形成具有第三圖形的第一掩膜層包括以具有所述第二圖形的第二掩膜層為掩膜對所述抗反射層和第一掩膜層進行干法刻蝕，形成具有第三圖形的第一掩膜層；剝離所述第二掩膜層并去除其覆蓋下的抗反射層。
7.根據權利要求I所述的柵極的形成方法，其特征在于，所述以具有所述第三圖形的第一掩膜層為掩膜，刻蝕所述阻擋層和柵極層形成柵極包括以具有所述第三圖形的第一掩膜層為掩膜，對所述阻擋層和柵極層進行干法刻蝕形成柵極。
8.根據權利要求7所述的柵極的形成方法，其特征在于，所述柵極層為多晶硅層，刻蝕氣體為六氟化硫、氧氣、IS氣的混合氣體。
9.根據權利要求7所述的柵極的形成方法，其特征在于，所述柵極層為金屬層或相變材料層，刻蝕氣體為氯氣、甲烷的混合氣體或者氯氣、三氟甲烷的混合氣體。
全文摘要
一種柵極的形成方法，包括在基底上依次形成柵介質層、柵極層、阻擋層；形成覆蓋所述阻擋層的第一掩膜層并進行壓印，形成具有第一圖形的第一掩膜層，所述第一圖形包括至少一個開口，所述開口定義出待形成柵極的線路末端之間的距離；沉積抗反射層，所述抗反射層填滿所述開口并覆蓋所述第一掩膜層；形成覆蓋所述抗反射層的第二掩膜層并圖形化，形成具有第二圖形的第二掩膜層，所述第二圖形定義出待形成柵極的線寬；以具有第二圖形的第二掩膜層為掩膜刻蝕抗反射層和第一掩膜層，形成具有第三圖形的第一掩膜層；以具有第三圖形的第一掩膜層為掩膜，刻蝕阻擋層和柵極層形成柵極。本發明能夠改善刻蝕形成柵極工藝中線端縮短的問題，提高良率。
文檔編號H01L21/28GK102651312SQ20111004541
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月24日 優先權日2011年2月24日
發明者張海洋, 王新鵬, 符雅麗 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司