控制光刻时栅极与有源区之间准确对位的方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种控制光刻时栅极与有源区之间准确对位的方法。

背景技术

在半导体的制程中，需要在衬底上形成不同的膜层，对上层膜层进行光刻定义所需要的图案时，上层膜层与下层膜层之间的准确定位至关重要。如果存在偏差，则会对后道工序造成影响，例如层间介质层中的接触孔与衬底的有源区之间出现对位偏差会导致电路联通出现问题，进而影响WAT(Wafer acceptance test，晶圆验收测试)和CP(CircuitProbe)测试的结果。

现有技术中，衬底中形成浅沟槽隔离结构(STI)之后，在衬底上形成栅极。由于形成浅沟槽隔离结构的过程在浅沟槽隔离结构内部产生应力，导致晶圆发生翘曲，后续形成栅极的过程实施光刻时造成栅极图案不能和衬底的有源区准确对位，WAT和CP测试的结果变差，对制造工艺的有效性和产品的良率造成不利影响。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供一种控制光刻时栅极与有源区之间准确对位的方法，用于解决现有技术中晶圆翘曲导致形成栅极的过程实施光刻时造成栅极不能和衬底的有源区准确对位的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本申请提供一种控制光刻时栅极与有源区之间准确对位的方法，包括：

步骤S1，提供一衬底，衬底上形成有自下而上层叠的缓冲层和硬掩膜层，硬掩膜层中具有开口，开口延伸贯穿缓冲层，衬底中形成有与开口连通的浅沟槽；

步骤S2，对浅沟槽实施预清洗处理之后，执行第一次晶圆翘曲度测量；

步骤S3，在浅沟槽的侧壁和底壁上形成内衬层；

步骤S4，执行第二次晶圆翘曲度测量，得到两次测量值的差值；

步骤S5，形成隔离层，隔离层填满浅沟槽和开口，且隔离层的顶面与硬掩膜层的顶面平齐；

步骤S6，去除硬掩膜层和缓冲层，并降低隔离层突出衬底的高度，以形成浅沟槽隔离结构；

步骤S7，根据步骤S4得到的晶圆翘曲度测量值的差值，判断是否对退火处理的温度进行补偿处理；

步骤S8，进行退火处理后，在衬底上依次形成栅极介质层和栅极层。

优选的，在步骤S7中，如果该差值小于10，则无需对退火处理的温度进行补偿处理；如果该差值大于等于10且小于30，则将退火处理的温度降低4℃～8℃；如果该差值大于等于30且小于50，则将退火处理的温度降低7℃～11℃。

优选的，在步骤S8中，退火处理之后形成栅极介质层之前，还包括执行第三次晶圆翘曲度测量，并根据第三次晶圆翘曲度测量值与步骤S4中获得的第二次晶圆翘曲度测量值之间的差值判断是否对形成栅极介质层采用的热氧化工艺的温度进行补偿处理的步骤。

优选的，在根据第三次晶圆翘曲度测量值与步骤S4中获得的第二次晶圆翘曲度测量值之间的差值判断是否对形成栅极介质层采用的热氧化工艺的温度进行补偿处理的步骤中，如果该差值小于10，则无需对形成栅极介质层采用的热氧化工艺的温度进行补偿处理；如果该差值大于等于10且小于30，则将形成栅极介质层采用的热氧化工艺的温度降低4℃～8℃；如果该差值大于等于30且小于50，则将形成栅极介质层采用的热氧化工艺的温度降低7℃～11℃。

优选的，内衬层的厚度为60埃～150埃。

优选的，内衬层的材质为氧化硅。

优选的，通过热氧化工艺形成内衬层。

优选的，热氧化工艺的温度为950℃～1100℃。

优选的，热氧化工艺在氧气和氢气气氛下进行。

优选的，氧气的流量为10slm～20slm，氢气的流量为0.8m～9.5slm。

如上所述，本申请提供的控制光刻时栅极与有源区之间准确对位的方法，具有以下有益效果：通过对形成浅沟槽隔离结构之后实施的退火处理的温度以及可选地对最后形成的栅极介质层采用的热氧化工艺的温度进行补偿处理，可以控制晶圆的翘曲度的变化，从而控制形成栅极层之后通过光刻形成栅极图案时栅极与有源区之间的准确对位。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1显示为本申请实施例提供的控制光刻时栅极与有源区之间准确对位的方法的流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其它优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

现有技术在衬底中形成浅沟槽隔离结构的过程使晶圆的翘曲度发生变化，尤其是晶圆边缘区域，晶圆翘曲度更大，后续在衬底上形成栅极层后通过光刻形成栅极图案时晶圆翘曲度大的区域会出现栅极于有源区之间不能准确对位的问题。这一问题会导致后续在衬底上形成的层间介质层中通过光刻制作接触孔图案时，接触孔不能和栅极正确对位，造成电路联通出现问题。

为了解决上述问题，本申请提供一种控制光刻时栅极与有源区之间准确对位的方法。

请参阅图1，其示出了本申请实施例提供的控制光刻时栅极与有源区之间准确对位的方法的流程图。

如图1所示，该控制光刻时栅极与有源区之间准确对位的方法包括如下步骤：

步骤S1，提供一衬底，衬底上形成有自下而上层叠的缓冲层和硬掩膜层，硬掩膜层中具有开口，开口延伸贯穿缓冲层，衬底中形成有与开口连通的浅沟槽；

步骤S2，对浅沟槽实施预清洗处理之后，执行第一次晶圆翘曲度测量；

步骤S3，在浅沟槽的侧壁和底壁上形成内衬层；

步骤S4，执行第二次晶圆翘曲度测量，得到两次测量值的差值；

步骤S5，形成隔离层，隔离层填满浅沟槽和开口，且隔离层的顶面与硬掩膜层的顶面平齐；

步骤S6，去除硬掩膜层和缓冲层，并降低隔离层突出衬底的高度，以形成浅沟槽隔离结构；

步骤S7，根据步骤S4得到的晶圆翘曲度测量值的差值，判断是否对退火处理的温度进行补偿处理；

步骤S8，进行退火处理后，在衬底上依次形成栅极介质层和栅极层。

在步骤S1中，可选的，衬底为硅衬底、锗衬底或者绝缘体上硅衬底等；或者衬底的材料还可以包括其它的材料，例如砷化镓等III-V族化合物。本领域的技术人员可以根据衬底上形成的器件结构类型选择衬底的构成材料，因此衬底的类型不应限制本发明的保护范围。

缓冲层用于缓冲应力，其材质例如可以为氧化硅。缓冲层的厚度例如为50埃～300埃。示例性的，通过湿法氧化的工艺形成缓冲层，例如原位蒸汽生成工艺(ISSG)。原位蒸气生成工艺是在快速热退火腔室中，通入氢气与氧气，在衬底表面原位化合成水蒸汽，再与衬底表面的硅等化合形成氧化物的过程。

示例性的，通过化学气相沉积工艺形成硬掩膜层。硬掩膜层的材质例如可以为氮化硅，在其他实施例中，硬掩膜层的材质也可以为氮氧化硅。硬掩膜层的厚度例如为500埃～2000埃。

示例性的，采用光刻胶涂覆硬掩膜层的表面，并且对光刻胶执行曝光工艺和显影工艺等以形成图案化的光刻胶层，图案化的光刻胶层中可以具有开槽，通过开槽暴露出硬掩膜层。

接着，以图案化的光刻胶层为掩膜，采用等离子体干法刻蚀工艺依次刻蚀硬掩膜层和缓冲层，以在硬掩膜层中形成开口，开口延伸贯穿缓冲层。之后，以硬掩膜层为掩膜，刻蚀开口底部的衬底，以在衬底中形成与开口连通的浅沟槽。此时，衬底被浅沟槽划分为有源区和隔离区，浅沟槽的截面形状可以为任意形状，本实施例中的浅沟槽的截面形状为倒梯形，可以降低后续材料填充时的深宽比，改善孔洞问题。在形成浅沟槽之后，去除图案化的光刻胶层。

在步骤S2中，预清洗处理用于清除聚合物、在制程间隔时间内形成的表面沾污和氧化物。该聚合物通常是形成浅沟槽过程中由光刻胶层中分离出来的碳与刻蚀剂(含氟、氯、溴元素气体)和刻蚀生成物(如溴化物、氯化物等)结合在一起形成的氟碳聚合物。

通常，使用SPM清洗液(硫酸和双氧水的混合物)或SOM清洗液(硫酸和臭氧的混合物)去除聚合物；使用SC1清洗液(硫酸和双氧水的混合物)去除表面沾污；使用稀释的氢氟酸清洗液(例如浓度小于3％的氢氟酸)去除氧化物。

测量晶圆翘曲度的方法一般有扫描法、探针法、位相干涉法等。测量晶圆翘曲度的设备的工作流程通常为：加载晶圆片；将采集到的晶圆图像和和测试系统的模板进行匹配以满足测量要求；进行测量获得采样值；将获得的采样值进行数据处理程序处理，得出晶圆的翘曲度参数；卸载晶圆片，测量完成。

在步骤S3中，形成的内衬层可以起到缓冲应力的作用，缓解后续填充的隔离材料层在浅沟槽的边界处的应力，改善浅沟槽的表面性能，改善后续所形成的浅沟槽隔离结构的边角形貌，以及提高后续填充的隔离材料层的粘附性以及隔离性能。

示例性的，内衬层的材质为氧化硅，内衬层的厚度例如为60埃～150埃。通过热氧化工艺的方式形成内衬层，热氧化工艺是采用氧化炉或快速热退火腔室，在氧气和氢气气氛下对浅沟槽的侧壁和底部进行950℃～1100℃的热氧化处理，其中，氧气的流量为10slm～20slm，氢气的流量为0.8m～9.5slm。

经过热氧化工艺还能够修复衬底在形成浅沟槽时的晶格损伤，以及使得浅沟槽的顶部边角得到进一步的优化，即浅沟槽的顶部边角较进行热氧化工艺之前更加圆滑。

经过步骤S3的热氧化工艺，晶圆的翘曲度增加，因此，在步骤S4中，执行第二次晶圆翘曲度测量得到的晶圆翘曲度测量值要大于步骤S2中执行第一次晶圆翘曲度测量得到的晶圆翘曲度测量值。

在步骤S5中，首先，形成隔离材料层，隔离材料层覆盖硬掩膜层并填满浅沟槽和开口，隔离材料层在开口处的顶面高于硬掩膜层的顶面。

示例性的，隔离材料层的材质为氧化硅，隔离材料层通过高密度等离子体化学气相沉积的方式形成。高密度等离子体化学气相沉积工艺是在低压条件下通入工艺气体，并加入射频源产生高密度等离子体后开始生长，其中，工艺气体包括硅源(如硅烷)、氧源(如氧气)以及惰性气体(如氩气)，工艺气体的流量通过质量流量计进行控制，射频可以包括顶源射频、侧源射频以及偏压射频。

接着，以硬掩膜层为研磨停止层，对隔离材料层进行化学机械研磨工艺，以去除硬掩膜层上方的隔离材料层，并采用剩余的隔离材料层构成隔离层，即保留隔离材料层中填充在浅沟槽和开口中的部分，从而构成隔离层。

在步骤S6中，首先，去除硬掩膜层，以暴露出缓冲层。接着，刻蚀缓冲层和隔离层，以去除缓冲层，并降低隔离层突出衬底的高度，以形成浅沟槽隔离结构。

示例性的，采用湿法刻蚀工艺对硬掩膜层进行刻蚀，以去除硬掩膜层，并暴露出缓冲层，其中，湿法刻蚀工艺采用的刻蚀液为磷酸，磷酸对硬掩膜层具有较高的刻蚀选择比，可以快速去除硬掩膜层。

示例性的，采用湿法刻蚀工艺同时刻蚀缓冲层和隔离层，以去除缓冲层，并降低隔离层突出衬底的高度，其中，湿法刻蚀缓冲层和隔离层的刻蚀液可以为氢氟酸。

由于缓冲层和隔离层的材质相同，具有相同的刻蚀速率，故可通过控制刻蚀时间的方式准确的控制刻蚀量，从而可以较好的控制所需保留的隔离层的厚度。同时还能够使刻蚀后的位于浅沟槽外侧的隔离层的顶部边角较刻蚀前变得圆滑，有利于增加浅沟槽隔离结构的隔离性能，并有利于后续膜层的沉积。

在步骤S7中，如果该差值小于10，则无需对退火处理的温度进行补偿处理；如果该差值大于等于10且小于30，则将退火处理的温度降低4℃～8℃；如果该差值大于等于30且小于50，则将退火处理的温度降低7℃～11℃。

在步骤S8中，根据步骤S7确定退火处理的温度之后，执行退火处理，以进一步消除应力，修复制程在衬底中造成的晶格缺陷。

可选的，在退火处理之后形成栅极介质层之前，执行第三次晶圆翘曲度测量，得到第三次晶圆翘曲度测量值与步骤S4中获得的第二次晶圆翘曲度测量值之间的差值，并根据该差值判断是否对后续形成栅极介质层采用的热氧化工艺的温度进行补偿处理。

如果该差值小于10，则无需对形成栅极介质层采用的热氧化工艺的温度进行补偿处理；如果该差值大于等于10且小于30，则将形成栅极介质层采用的热氧化工艺的温度降低4℃～8℃；如果该差值大于等于30且小于50，则将形成栅极介质层采用的热氧化工艺的温度降低7℃～11℃。

示例性的，栅极介质层的材质可以为氧化硅，用于后续形成的栅极层与衬底之间的隔离。栅极介质层通过热氧化工艺形成，形成的栅极介质层覆盖衬底，栅极介质层的厚度例如为30埃～50埃。

形成的栅极层覆盖浅沟槽隔离结构及栅极介质层。示例性的，栅极层的材质可以为掺杂的多晶硅，栅极层可采用化学气相沉积工艺形成。

随着半导体器件集成度的不断提高，在一块芯片上往往集成了多种工作于不同电压下的的电路和器件。对于高压区域的器件与低压区域的器件，要采用厚度不同的栅极介质层，以达到不同的耐压性能。低压区域的有源区上形成的栅极介质层的厚度要小于高压区域的有源区上形成的栅极介质层的厚度。

由于不同厚度的栅极介质层中厚度小的栅极介质层在后形成，因此，只对最后形成的栅极介质层采用的热氧化工艺的温度进行补偿处理。

通过对形成浅沟槽隔离结构之后实施的退火处理的温度以及可选地对最后形成的栅极介质层采用的热氧化工艺的温度进行补偿处理，可以控制晶圆的翘曲度的变化，从而控制形成栅极层之后通过光刻形成栅极图案时栅极与有源区之间的准确对位。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。