專利名稱：半導(dǎo)體器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件制造方法，更準(zhǔn)確地說涉及一種通過光刻工 藝改變光致抗蝕劑的性質(zhì)來形成虛擬結(jié)構(gòu)且然后將該虛擬結(jié)構(gòu)用于形成柵 電極的工藝的半導(dǎo)體器件制造方法。
背景技術(shù)：
美國(guó)專利公開No.6,033,963揭示了 一種使用虛擬結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器 件制造方法。
構(gòu)之前和之后的工藝。
參考圖1A，通過準(zhǔn)備具備隔離層2的硅村底1，在硅襯底1上形成虛擬 柵極氧化層3A，在虛擬柵極氧化層3A上形成虛擬柵電極3B，在虛擬柵極 的側(cè)壁上形成間隔物(spacer) 4，通過將雜質(zhì)注入硅襯底1的表面形成源極 區(qū)和漏極區(qū)5，形成選擇性鎢層6，以及形成絕緣層7，由此形成該結(jié)構(gòu)。在 這里，虛擬柵極氧化層3A和虛擬柵電極3B用做虛擬結(jié)構(gòu)3。
參考圖1B,虛擬結(jié)構(gòu)3從圖1A所示結(jié)構(gòu)中去除之后，孑U同8形成，然 后金屬柵電極形成于孔洞8中。
然而，這種虛擬結(jié)構(gòu)形成方法工藝復(fù)雜，該工藝沉積了兩種材料，并且 通過上述方法形成的虛擬結(jié)構(gòu)沒有被完全去除。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題
本發(fā)明涉及一種使用虛擬結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件制造方法，其中，通過使用 預(yù)定氣體對(duì)使用光致抗蝕劑通過光刻工藝形成的圖案進(jìn)行熱處理而形成具 有改善性能的圖案，且使用該圖案形成虛擬結(jié)構(gòu)。
技術(shù)解決方案
本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種半導(dǎo)體器件制造方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底的頂部上形成緩沖層；在緩沖層上應(yīng)用無機(jī)光致抗蝕劑，并且使 用光刻工藝形成光致抗蝕劑圖案；用預(yù)定氣體來熱處理光致抗蝕劑圖案；在 熱處理后的結(jié)構(gòu)上均勻沉積絕緣層，并且將所沉積的層蝕刻所沉積的厚度以 便露出熱處理的光致抗蝕劑圖案；在蝕刻后的結(jié)構(gòu)上沉積絕緣層，并且蝕刻 所沉積的絕緣層以露出熱處理的光致抗蝕劑圖案；使用蝕刻工藝去除所露出 的光致抗蝕劑圖案；在光致抗蝕劑圖案被去除的部分形成柵極氧化層；以及 在柵極氧化層上形成柵電極。
該方法進(jìn)一步包括修整(trimming)光致抗蝕劑圖案以減少光致抗蝕劑 圖案的線寬的步驟，并且修整步驟可以通過使用CF4或CHF3氣體的干法蝕 刻或者使用氫氟酸(HF)的濕法蝕刻來進(jìn)行。
該預(yù)定氣體可以是02氣體。
該熱處理可以通過快速熱退火(RTA)來進(jìn)行或者在熔爐中進(jìn)行。 有利效果
如上所述根據(jù)本發(fā)明，傳統(tǒng)的虛擬結(jié)構(gòu)形成工藝可以被簡(jiǎn)化，因此與傳 統(tǒng)圖案化工藝相比可以容易地形成微小圖案。因此，通過使用無機(jī)光致抗蝕 劑的虛擬結(jié)構(gòu)形成方法，可以制造包括納米尺寸器件的不同類型器件，而且 由于簡(jiǎn)化的工藝而可以降低生產(chǎn)成本。


圖1A和1B為示出了傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件制造方法的截面圖； 的截面圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明制造的器件的截面圖，其中側(cè)柵極(side gate) 形成于4冊(cè)電極的兩側(cè)；
圖4為示出了根據(jù)本發(fā)明制造的器件的截面圖，其中典型的硅襯底作為 半導(dǎo)體襯底；
圖5為示出了4艮據(jù)本發(fā)明制造的單電子器件的截面圖； 圖6為示出了根據(jù)本發(fā)明制造的器件的基本結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡 (SEM)照片；以及
圖7為示出了使用本發(fā)明的光致抗蝕劑修整工藝的結(jié)果的SEM照片。 上述附圖中主要符號(hào)的說明10:半導(dǎo)體襯底
12:第一單晶硅層
14:掩埋絕緣層
16:第二單晶硅層
18:源極區(qū)和漏極區(qū)
20 緩沖層
30光致抗蝕劑
32經(jīng)光刻工藝的光致抗蝕劑
34經(jīng)修整工藝的光致抗蝕劑
36經(jīng)熱處理工藝的光致抗蝕劑
40、 42、 50:絕緣層44側(cè)壁間隔物
60柵極氧化層
70柵電極
72、 74:金屬線
具體實(shí)施例方式
在下文中，將詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明不限于下 述示例性實(shí)施方案，而是可以實(shí)施為不同類型。因此，這些示例性實(shí)施例被 提供用于完整公開本發(fā)明，并且將本發(fā)明的范圍充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
圖2A至2N為示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法的截面圖。 參考圖2A,示出了絕緣體上硅(SOI)襯底10,該襯底為將應(yīng)用本發(fā) 明的半導(dǎo)體襯底。
SOI襯底10包括在第一單晶硅層12上形成的掩埋絕緣層14，和在絕緣 層14上形成的第二單晶硅層16。 SOI襯底具有掩埋在襯底表面和下層之間 的薄絕緣層，這可以減少寄生電容并改善器件性能。除了 SOI襯底10,普 通硅襯底或化合物襯底例如GaAs襯底也可以用作該半導(dǎo)體襯底。
參考圖2B，緩沖層20形成于SOI襯底10的頂部。
緩沖層20用于防止由后續(xù)工藝的光致抗蝕劑修整工藝或離子注入工藝 引起的襯底損傷，且該緩沖層2 0可以依據(jù)工藝而去除。參考圖2C,無機(jī)光致抗蝕劑30施加于緩沖層20的頂部。 無機(jī)光致抗蝕劑30可以是負(fù)或正光致抗蝕劑。當(dāng)負(fù)光致抗蝕劑曝光時(shí)，
曝光部分沒有被去除，而未曝光部分在顯影時(shí)被去除。反之，正光致抗蝕劑
曝光時(shí)，曝光部分在顯影時(shí)被去除。
光致抗蝕劑使用無才幾光致抗蝕劑材料，例如氫硅倍半氧化物(hydrogen
silsesquioxane， HSQ )。這是因?yàn)橛袡C(jī)光致抗蝕劑在高溫工藝中可能損壞。 參考圖2D，通過對(duì)光致抗蝕劑30進(jìn)行光刻工藝形成光致抗蝕劑圖案32。 通過使用光束、電子束或離子束能夠形成圖案的設(shè)備來進(jìn)行光刻工藝。
值得注意的是現(xiàn)有光刻工藝可以形成的圖案的最小線寬約為60nm。
參考圖2E,通過^(奮整工藝以減小光致抗蝕劑圖案32的線寬，形成光致
抗蝕劑圖案34。
修整工藝用于實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有光刻工藝更小的線寬。修整工藝不是本發(fā)明的 關(guān)鍵要素，而且可以據(jù)步驟而省略。
光致抗蝕劑的修整工藝一般通過使用稀釋氫氟酸(HF )的濕法蝕刻來實(shí) 行。在這種情況下，取決于緩沖層20的材料，緩沖層20可以無損耗地被蝕 刻。在圖2E中，緩沖層20的一部分在修整工藝中被蝕刻掉。
另一方面，使用CF4或CHF3氣體的干法蝕刻工藝可以在將光致抗蝕劑 圖案32縮小到納米尺寸的工藝中用來防止光致抗蝕劑圖案32坍塌 (collapse ),而且與濕法蝕刻相比可以更準(zhǔn)確地控制線寬。
根據(jù)本發(fā)明，修整工藝施加到光致抗蝕劑圖案，這樣容易控制線寬而且 容易實(shí)現(xiàn)小于傳統(tǒng)虛擬結(jié)構(gòu)的線寬。將參考圖7詳細(xì)描述該結(jié)果。
參考圖2F，示出了光致抗蝕劑圖案36，該光致抗蝕劑圖案的性能通過 使用預(yù)定氣體熱處理修整過的光致抗蝕劑圖案34而得到改變。
熱處理可以通過快速熱退火(RTA)工藝或通過熔爐來進(jìn)行，02或N2 氣體可以用作該預(yù)定氣體。如果RTA工藝使用另一種氣體代替02，雖然光 致抗蝕劑圖案的截面輪廓沒有大幅變形，但是圖案線寬增加。如果熔爐工藝 使用另 一種氣體代替02,光致抗蝕劑圖案的截面輪廓大幅變形。
由于光致抗蝕劑圖案36被熱處理，性質(zhì)變得更硬，而且如此可以防止 光致抗蝕劑圖案36在高溫下進(jìn)行的后續(xù)工藝中變形或坍塌。
參考圖2G，在熱處理過的結(jié)構(gòu)上沉積均勻厚度的絕緣層40。
在后續(xù)工藝中，絕緣層40用作側(cè)壁間隔物。除了絕緣層40,可以沉積導(dǎo)電層來形成側(cè)電極。圖3示出了通過沉積導(dǎo)電層形成的結(jié)構(gòu)。
參考圖2H,所沉積的層被蝕刻所沉積的厚度，以便露出熱處理過的光 致抗蝕劑圖案36。
也可以通過蝕刻工藝露出緩沖層20。
參考圖21，通過緩沖層20注入雜質(zhì)離子以在圖2H中的第二單晶硅層 16中形成源極區(qū)和漏極區(qū)。
例如硼(B),鎵(Ga)或銦(In)的受主離子被注入用于p型摻雜，或 者例如銻(Sb )，砷(As )，磷(P )或鉍(Bi)的雜質(zhì)被注入用于n型摻雜。 通過注入雜質(zhì)離子形成源極區(qū)和漏極區(qū)18。
參考圖2J，絕緣層50沉積在圖21的結(jié)構(gòu)上。
絕緣層50可以由氮化硅、旋涂玻璃(SOG )或HSQ形成。在HSQ用 作無機(jī)光致抗蝕劑30的情況下，當(dāng)絕緣層50由HSQ形成時(shí)，絕緣層50可 以和光致抗蝕劑圖案36 —起被蝕刻，光致抗蝕劑36將在后續(xù)工藝中被去除。 因此，在沉積絕緣層時(shí)應(yīng)該考慮光致抗蝕劑的材料。
參考圖2K，圖2J中的絕緣層50被蝕刻，以露出熱處理過的光致抗蝕 劑圖案36。
可以通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝蝕刻絕緣層50，從而形成側(cè)壁間 隔物44。
側(cè)壁間隔物44用作相對(duì)于柵電極層的側(cè)壁的絕緣層，并在用于形成接 觸孔的蝕刻工藝中用作柵電極層的蝕刻阻擋層，其中該柵電極層將形成于熱 處理后的光致抗蝕劑圖案36在后續(xù)工藝中被去除而留下的部分。
參考圖2L，在圖2K中露出的熱處理后的光致抗蝕劑圖案36被蝕刻而 去除。
蝕刻工藝可以是濕法或干法蝕刻工藝。這里，位于熱處理后的光致抗蝕 劑圖案36下的緩沖層20也可被去除。
參考圖2M,在光致抗蝕劑圖案36被去除的部分形成柵極氧化層60。
柵極氧化層60形成為使將在后續(xù)工藝中形成的柵電極與該半導(dǎo)體襯底 10及側(cè)壁間隔物44分離，并且也形成在絕纟彖層50上?？梢酝ㄟ^沉積或生長(zhǎng) 來形成4冊(cè)極氧化層60。
參考圖2N，該圖為通過本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法形成的器件的最 終截面圖，在去除光致抗蝕劑圖案36后形成的柵極氧化層60的部分形成柵極金屬層70。
為了在形成金屬層70的同時(shí)形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域上的金屬線，形 成接觸孔，并且金屬線通過接觸孔連接到源極區(qū)域和漏極區(qū)域。
因此，不同于傳統(tǒng)的虛擬結(jié)構(gòu)形成方法，在根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制 造方法中，僅使用光致抗蝕劑圖案來形成虛擬結(jié)構(gòu)。由于與傳統(tǒng)虛擬結(jié)構(gòu)相 比，通過修整工藝容易控制光致抗蝕劑圖案的線寬，因此在需要微小線寬的 納米尺寸器件的制作工藝中應(yīng)執(zhí)行修整工藝。同時(shí)，由于光致抗蝕劑圖案在 高溫工藝中會(huì)變形，因此需要通過使用預(yù)定氣體進(jìn)行熱處理來改變光致抗蝕 劑圖案的性質(zhì)。
參考圖3,側(cè)柵極46形成于柵電極70的兩側(cè)。
總之，圖2A到2N的工藝被使用，但側(cè)電極46是通過沉積導(dǎo)電層來形 成，而不是如圖2G的步驟中用于形成側(cè)壁間隔物的絕緣層40。
參考圖4，在該工藝中使用普通硅襯底10,代替圖2A到2N的工藝中 使用的SOI襯底。并且，與圖2A到2N的工藝相比，首先形成柵極氧化層 60于硅襯底10上，形成源電極區(qū)域和漏電極區(qū)域18，且形成光致抗蝕劑圖 案于柵極氧化層60上用作虛擬結(jié)構(gòu)。形成虛擬結(jié)構(gòu)之后，絕緣層50被沉積， 且在去除虛擬結(jié)構(gòu)之后，形成柵電極70、金屬線72和74，這與圖2A到2N 中一樣。
工藝。側(cè)柵極46形成在光致抗蝕劑圖案36的兩側(cè)，量子點(diǎn)根據(jù)側(cè)柵極46 形成的場(chǎng)而形成在光致抗蝕劑圖案36下的襯底上，且最上面的柵電極70控 制單電子器件的運(yùn)行。
圖6是掃描電子顯微鏡(SEM)照片，示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制 造方法所制造的基本結(jié)構(gòu)。參考圖6，線寬為20nm以下的光致抗蝕劑圖案 36使用HSQ來形成，該HSQ是對(duì)光束或電子束反應(yīng)的高分辨無機(jī)電子束光 致抗蝕劑。層的性質(zhì)通過使用02氣體的RTA來改善，多晶硅在650。C的高 溫下沉積，且側(cè)柵極46通過干法蝕刻在圖案兩側(cè)形成為具有l(wèi)lnm的線寬。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)使用本發(fā)明的光致抗蝕劑通過虛擬結(jié)構(gòu)制造半導(dǎo)體器 件時(shí)，可以制造線寬為20nm以下的柵電極和線寬為llnm的側(cè)柵極。
圖7是SEM照片，示出在本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造工藝中使用的光致抗蝕劑圖案的修整工藝的結(jié)果。參考圖7，示出通過使用CF4氣體的干法蝕
刻，可再現(xiàn)地將圖案的線寬從21nm (初始線寬)(a)減小到5nm ( e )。這 里，修整速率被優(yōu)化在4nm/min，且相應(yīng)線寬分別是(a) 21nm, (b) 17nm， (c) 13nm， (d) 9nm和(e) 5nm。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，通過應(yīng)用修整工藝可以形成具有約5nm的微小線寬的虛 擬結(jié)構(gòu)，并且因此值得注意的是，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件制造方法對(duì)于制 作納米尺寸器件是實(shí)用的技術(shù)。這是因?yàn)?，與傳統(tǒng)虛擬結(jié)構(gòu)相比，光致抗蝕 劑圖案更容易修整。
領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離由所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神 和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件制造方法，包括以下步驟在半導(dǎo)體襯底的頂部上形成緩沖層；在所述緩沖層上應(yīng)用無機(jī)光致抗蝕劑，并且使用光刻工藝形成光致抗蝕劑圖案；用預(yù)定氣體來熱處理所述光致抗蝕劑圖案；在熱處理后的結(jié)構(gòu)上均勻沉積絕緣層，并且將所沉積的層蝕刻所沉積的厚度以便露出熱處理后的光致抗蝕劑圖案；在蝕刻后的結(jié)構(gòu)上沉積絕緣層，并且蝕刻所沉積的絕緣層以露出熱處理后的光致抗蝕劑圖案；使用蝕刻工藝去除所露出的光致抗蝕劑圖案；在所述光致抗蝕劑圖案被去除的部分形成柵極氧化層；以及在所述柵極氧化層上形成柵電極。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底是絕緣體上硅襯底 或者化合物襯底。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中用光刻工藝形成圖案的步驟使用光 束、電子束或者離子束。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括以下步驟 修整所述光致抗蝕劑圖案以減小所述光致抗蝕劑圖案的線寬。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述修整步驟是通過使用CF4或CHF3 氣體的干法蝕刻工藝來進(jìn)行，或通過使用氫氟酸的濕法蝕刻工藝來進(jìn)行。
6. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其中所述預(yù)定氣體是02 氣體。
7. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其中所述熱處理是通過 快速熱退火工藝來進(jìn)行或者在熔爐中進(jìn)行。
8. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其中所述光致抗蝕劑圖 案通過所述熱處理被硬化。
9. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其中蝕刻所露出的光致 抗蝕劑圖案的步驟包括如下步驟通過蝕刻將熱處理的光致抗蝕劑圖案下的 緩沖層一起去除。
全文摘要
提供一種通過光刻工藝改變光致抗蝕劑的性質(zhì)以形成虛擬結(jié)構(gòu)并且將該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于柵電極形成工藝的半導(dǎo)體器件制造方法。該方法包括步驟在半導(dǎo)體襯底的頂部上形成緩沖層；在緩沖層上應(yīng)用無機(jī)光致抗蝕劑，并通過光刻工藝形成光致抗蝕劑圖案；用預(yù)定氣體來熱處理光致抗蝕劑圖案；在熱處理后的結(jié)構(gòu)上均勻沉積絕緣層，并將所沉積的層蝕刻所沉積的厚度以露出熱處理后的光致抗蝕劑圖案；在蝕刻后的結(jié)構(gòu)上沉積絕緣層，并且蝕刻所沉積的絕緣層以露出熱處理后的光致抗蝕劑圖案；使用蝕刻工藝去除所露出的光致抗蝕劑圖案；在光致抗蝕劑圖案被去除的部分形成柵極氧化層；以及在柵極氧化層上形成柵電極。因此，在形成用于制造納米尺寸器件的結(jié)構(gòu)中，通過光刻工藝形成的層的限制通過熱處理得到改善，且因此用于制造各種器件的結(jié)構(gòu)可以容易形成。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101322230SQ200680045741
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2006年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者劉漢泳, 安昌根, 李誠(chéng)宰, 林基主, 梁鐘憲, 白寅福 申請(qǐng)人:韓國(guó)電子通信研究院