一種小尺寸圖形的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種小尺寸圖形的制作方法，包括：首先，采用薄膜沉積工藝和刻蝕工藝形成大尺寸圖形和第一小尺寸圖形；然后，在第一小尺寸圖形的基礎(chǔ)上，再次采用薄膜沉積工藝和刻蝕工藝形成第二小尺寸圖形，形成第二小尺寸圖形包括：在晶圓表面沉積一層氧化硅層；采用等離子體刻蝕工藝，刻蝕去除掉氮化硅側(cè)墻頂部和底部的氧化硅層，在氮化硅側(cè)墻的側(cè)壁形成氧化硅側(cè)墻；采用濕法刻蝕工藝，去除氮化硅側(cè)墻，從而形成第二小尺寸圖形。這樣，由于采用了兩次自對(duì)準(zhǔn)工藝，從而實(shí)現(xiàn)了相比于傳統(tǒng)小尺寸圖形的尺寸更小的圖形，提高了器件集成度，并且擴(kuò)大了工藝窗口，降低了工藝難度。
【專利說明】一種小尺寸圖形的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種小尺寸圖形的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工藝尺寸不斷縮小，特別是20nm及其以下，由于柵極寬度進(jìn)一步減小，對(duì)光刻機(jī)的能力以及光刻工藝的要求越來越高。依據(jù)摩爾定律，為了進(jìn)一步降低器件關(guān)鍵尺寸，提高其集成度，業(yè)界出現(xiàn)各種用于制作小尺寸圖形的方法。
[0003]通常情況下，請(qǐng)參閱圖1，圖1為傳統(tǒng)的小尺寸圖形的制作方法的流程示意圖，其包括以下步驟:
[0004]步驟LOl:依次在晶圓表面沉積硬介質(zhì)層、多晶硅層、底部抗反射層和光刻膠；
[0005]步驟L02:采用光刻和等離子體刻蝕工藝，依次刻蝕光刻膠、底部抗反射層和多晶硅層，在多晶硅層中形成大尺寸圖形；
[0006]步驟L03:在多晶娃層表面和硬介質(zhì)層表面沉積一層氮化娃層；
[0007]步驟L04:采用等離子體刻蝕工藝，刻蝕掉多晶硅層頂部和底部的氮化硅層，形成氮化硅側(cè)墻；
[0008]步驟L05:去除多晶硅層，從而形成小尺寸圖形。
[0009]上述為當(dāng)前最流行的自對(duì)準(zhǔn)雙層圖形(SADP)工藝。根據(jù)最初100納米間距(pitch),經(jīng)過一次SADP可在50納米pitch里面形成25納米線寬圖形。
[0010]然而，在實(shí)際刻蝕工藝中，20nm及其以下技術(shù)中出現(xiàn)光刻能力不足以及工藝窗口較小的問題，因此，急需研究一種提高光刻工藝窗口、降低關(guān)鍵尺寸的方法，從而大幅度提高器件的集成度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為了克服上述問題，本發(fā)明旨在提供一種小尺寸圖形的制作方法，從而實(shí)現(xiàn)IOnm以下的線寬尺寸。
[0012]本發(fā)明提供一種小尺寸圖形的制作方法，其包括:
[0013]步驟SOl:依次在晶圓表面沉積硬介質(zhì)層、多晶硅層、底部抗反射層和光刻膠；
[0014]步驟S02:采用光刻和等離子體刻蝕工藝，依次刻蝕所述光刻膠、所述底部抗反射層和所述多晶硅層，在所述多晶硅層中形成大尺寸圖形；
[0015]步驟S03:在所述多晶娃層表面和所述硬介質(zhì)層表面沉積一層氮化娃層；
[0016]步驟S04:采用等離子體刻蝕工藝，刻蝕掉所述多晶硅層頂部和底部的所述氮化硅層，形成氮化硅側(cè)墻；
[0017]步驟S05:去除所述多晶硅層，從而形成第一小尺寸圖形；
[0018]步驟S06:在所述晶圓表面沉積一層氧化娃層；
[0019]步驟S07:采用等離子體刻蝕工藝，刻蝕去除掉所述氮化硅側(cè)墻頂部和底部的所述氧化硅層，在所述氮化硅側(cè)墻的側(cè)壁形成氧化硅側(cè)墻；[0020]步驟S08:采用濕法刻蝕工藝，去除所述氮化硅側(cè)墻，從而形成第二小尺寸圖形。
[0021]優(yōu)選地，所述步驟S06中，采用原子層沉積方法沉積所述氧化硅層。
[0022]優(yōu)選地，所述氧化硅層的厚度小于10nm。
[0023]優(yōu)選地，所述步驟S07中，所采用的反應(yīng)壓強(qiáng)為10_150mTorr，所采用的反應(yīng)溫度為30-80°C，所采用的刻蝕時(shí)間為10-30秒，所采用的上電極射頻功率為100-400瓦特。
[0024]優(yōu)選地，所采用的刻蝕氣體為含氟氣體和氧氣的混合氣體。
[0025]優(yōu)選地，所述刻蝕氣體包含CF4和/或C4F8、以及02。
[0026]優(yōu)選地，所述含氟氣體中，所述C4F8的流量為30_100sccm,所述CF4的流量為20_40sccm,所述 O2 的流量為 10_15sccm。
[0027]優(yōu)選地，所述步驟S08中，所采用的濕法刻蝕藥液為熱磷酸溶液。
[0028]優(yōu)選地，所述步驟S08中，所述熱磷酸溶液中，H3PO4與H2O的質(zhì)量比為70%_90%，所采用的溫度范圍為150-170°C。
[0029]本發(fā)明的一種小尺寸圖形的制作方法，通過采用兩次自對(duì)準(zhǔn)工藝形成雙層圖形來實(shí)現(xiàn)小尺寸圖形結(jié)構(gòu)，包括:綜合采用薄膜沉積和干法刻蝕技術(shù)，首先形成大尺寸圖形；然后，在大尺寸圖形的基礎(chǔ)上，采用薄膜沉積和干法刻蝕技術(shù)，形成第一小尺寸圖形；最后，沉積小于IOnm的氧化硅薄膜，再經(jīng)刻蝕形成氧化硅側(cè)墻，接著采用濕法刻蝕技術(shù)，去除氮化硅側(cè)墻，從而形成第二小尺寸圖形，也即是本發(fā)明中所要制作的小尺寸圖形，所制作的小尺寸圖形的尺寸小于10nm，從而增大了工藝窗口，有效減小了傳統(tǒng)工藝中的小尺寸圖形的線寬，提高了器件集成度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為傳統(tǒng)的小尺寸圖形的制作方法的流程示意圖
[0031]圖2為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的小尺寸圖形的制作方法的流程示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0032]為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0033]以下將結(jié)合具體實(shí)施例和附圖2對(duì)本發(fā)明的小尺寸圖形的制作方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖2為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的小尺寸圖形的制作方法的流程示意圖。
[0034]請(qǐng)參閱圖2，本發(fā)明的本實(shí)施例的小尺寸圖形的制作方法，包括以下步驟:
[0035]步驟SOl:依次在晶圓表面沉積硬介質(zhì)層、多晶硅層、底部抗反射層和光刻膠；
[0036]這里，硬介質(zhì)層的作用是為了在后續(xù)的干法刻蝕中保護(hù)晶圓表面不受損傷，這是因?yàn)樵诤罄m(xù)的干法刻蝕中，多晶硅和晶圓襯底的刻蝕選擇比較低，比如單晶硅襯底。
[0037]這里，本實(shí)施例中，可以但不限于采用化學(xué)氣相沉積法來沉積硬介質(zhì)層和多晶硅層，底部抗反射層和光刻膠的沉積可以但不限于采用物理方法，比如旋涂等工藝，本發(fā)明對(duì)此不作任何限制。本實(shí)施例中，硬介質(zhì)層的材料可以但不限于為SiOC材料。
[0038]步驟S02:采用光刻和等離子體刻蝕工藝，依次刻蝕光刻膠、底部抗反射層和多晶硅層，在多晶硅層中形成大尺寸圖形；[0039]具體的，本實(shí)施例中，該步驟可以包括以下過程:
[0040]第一過程:采用光刻工藝，對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光，從而圖案化該光刻膠；
[0041]第二過程:以圖案化的光刻膠為掩膜，采用等離子體干法刻蝕工藝，刻蝕底部抗反射層；這里，可以采用Cl2、HBr、02、CF4等刻蝕氣體對(duì)底部抗反射層進(jìn)行刻蝕，該刻蝕過程停止在多晶娃層上；
[0042]第三過程:采用等離子體干法刻蝕工藝刻蝕多晶硅層；這里，所采用的刻蝕氣體可以但不限于為Cl2、HBr、02的混合氣體，該刻蝕過程停止在硬介質(zhì)層上；需要說明的是，在刻蝕多晶硅層的過程中，光刻膠或底部抗反射層也同時(shí)受到刻蝕，在刻蝕多晶硅層的過程停止后，光刻膠或底部抗反射層可能會(huì)被刻蝕掉；如果光刻膠或底部抗反射層未被全部刻蝕掉，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行去除；去除光刻膠和底部抗反射層所采用的氣體為含有O2的刻蝕氣體。
[0043]步驟S03:在多晶娃層表面和硬介質(zhì)層表面沉積一層氮化娃層；
[0044]具體的，本實(shí)施例中，可以采用原子層沉積方法形成氮化硅層，氮化硅層的厚度可以小于20nm。沉積過程中所采用的具體工藝參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際工藝要求來設(shè)定，本發(fā)明對(duì)此不作限制。
[0045]步驟S04:采用等離子體刻蝕工藝，刻蝕掉多晶硅層頂部和底部的氮化硅層，形成氮化硅側(cè)墻；
[0046]具體的，本實(shí)施例中，可以但不限于采用包含CF4、CHF3和CH2F2的混合氣體作為刻蝕氣體刻蝕掉多晶硅層頂部和底部的氮化硅層，從而在多晶硅層的側(cè)壁形成氮化硅側(cè)墻。該刻蝕過程中所采用的具體工藝參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際工藝要求來設(shè)定，本發(fā)明對(duì)此不作限制。
[0047]步驟S05:去除多晶硅層，從而形成第一小尺寸圖形；
[0048]具體的，本實(shí)施例中，可以采用含有Cl2、HBr, O2的混合氣體作為刻蝕氣體刻蝕去除掉多晶硅層；此處，所選擇的刻蝕氣體對(duì)多晶硅層和氮化硅，以及對(duì)多晶硅層和硬介質(zhì)層的選擇比應(yīng)該較高，從而在刻蝕多晶硅層的時(shí)候，氮化硅側(cè)墻不被刻蝕掉。該刻蝕過程中所采用的具體工藝參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際工藝要求來設(shè)定，本發(fā)明對(duì)此不作限制。
[0049]需要說明的是，這里的第一小尺寸圖形的尺寸大于第二小尺寸圖形的尺寸，例如，氮化硅層的厚度為20nm，則第一小尺寸圖形的尺寸為20nm，而第二小尺寸圖形的尺寸則小于20nm,例如可以為10nm。
[0050]步驟S06:在晶圓表面沉積一層氧化硅層；
[0051]具體的，本實(shí)施例中，為了實(shí)現(xiàn)更小的線寬和圖形尺寸，可以采用原子層沉積方法形成氧化硅層，本實(shí)施例中，氧化硅層的厚度小于10nm。沉積過程中所采用的具體工藝參數(shù)可以根據(jù)實(shí)際工藝要求來設(shè)定，本發(fā)明對(duì)此不作限制。
[0052]步驟S07:采用等離子體刻蝕工藝，刻蝕氮化硅側(cè)墻頂部和底部的氧化硅層，在氮化硅側(cè)墻的側(cè)壁形成氧化硅側(cè)墻；
[0053]具體的，本實(shí)施例中，所采用的刻蝕氣體為含氟氣體和氧氣的混合氣體，可以為包含CF4和/或C4F8'以及O2的混合氣體，其中，C4F8的流量為30-100sccm, CF4的流量為20-40sccm, O2的流量為10-15sccm，但這不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0054]本實(shí)施例中，所采用的刻蝕工藝參數(shù)可以但不限于如下范圍:所采用的反應(yīng)壓強(qiáng)為10-150mTorr，所采用的反應(yīng)溫度為30_80°C，所采用的刻蝕時(shí)間為10-30秒，所采用的上電極射頻功率為100-400瓦特。
[0055]步驟S08:采用濕法刻蝕工藝，去除氮化硅側(cè)墻，從而形成第二小尺寸圖形。
[0056]這里，本發(fā)明中，應(yīng)當(dāng)采用對(duì)氮化硅和多晶硅、以及對(duì)氮化硅和硬介質(zhì)層的刻蝕選擇比高的藥液進(jìn)行濕法刻蝕，這樣，在去除氮化硅側(cè)墻的同時(shí)保護(hù)氧化硅側(cè)墻不被刻蝕掉。具體的，在本實(shí)施例中，所采用的濕法刻蝕藥液為熱磷酸溶液，較佳的，熱磷酸溶液中，H3PO4與H2O的質(zhì)量比70%-90%，所采用的溫度范圍為150-170°C。
[0057]這樣，所形成的第二小尺寸圖形的尺寸為氧化硅薄膜的厚度，該尺寸小于10nm，從而相對(duì)于傳統(tǒng)方法制備的小尺寸圖形的尺寸大大縮?。徊⑶以摲椒ㄔ谥苽溥^程中，避免了直接進(jìn)行小尺寸圖形的刻蝕，擴(kuò)大了工藝窗口。
[0058]綜上所述，本發(fā)明的小尺寸圖形的制作方法，通過采用兩次自對(duì)準(zhǔn)工藝，首先形成大尺寸圖形，再形成第一小尺寸圖形，在第一小尺寸圖形的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用薄膜沉積和刻蝕工藝，形成比第一小尺寸圖形的尺寸更小的第二小尺寸圖形，從而實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)小尺寸圖形尺寸更小的圖形，縮小了線寬和關(guān)鍵尺寸結(jié)構(gòu)，提高了器件的集成度；并擴(kuò)大了工藝窗口，降低了工藝難度。
[0059]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然所述實(shí)施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動(dòng)與潤飾，本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種小尺寸圖形的制作方法，其特征在于，包括: 步驟SOl:依次在晶圓表面沉積硬介質(zhì)層、多晶硅層、底部抗反射層和光刻膠； 步驟S02:采用光刻和等離子體刻蝕工藝，依次刻蝕所述光刻膠、所述底部抗反射層和所述多晶硅層，在所述多晶硅層中形成大尺寸圖形； 步驟S03:在所述多晶硅層表面和所述硬介質(zhì)層表面沉積一層氮化硅層； 步驟S04:采用等離子體刻蝕工藝，刻蝕掉所述多晶硅層頂部和底部的所述氮化硅層，形成氮化硅側(cè)墻； 步驟S05:去除所述多晶硅層，從而形成第一小尺寸圖形； 步驟S06:在所述晶圓表面沉積一層氧化娃層； 步驟S07:采用等離子體刻蝕工藝，刻蝕去除掉所述氮化硅側(cè)墻頂部和底部的所述氧化硅層，在所述氮化硅側(cè)墻的側(cè)壁形成氧化硅側(cè)墻； 步驟S08:采用濕法刻蝕工藝，去除所述氮化硅側(cè)墻，從而形成第二小尺寸圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小尺寸圖形的制作方法，其特征在于，所述步驟S06中，采用原子層沉積方法沉積所述氧化硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小尺寸圖形的制作方法，其特征在于，所述氧化硅層的厚度小于10nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小尺寸圖形的制作方法，其特征在于，所述步驟S07中，所采用的反應(yīng)壓強(qiáng)為10-150mTorr，所采用的反應(yīng)溫度為30_80°C，所采用的刻蝕時(shí)間為10-30秒，所采用的上電極射頻功率為100-400瓦特。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小尺寸圖形的制作方法，其特征在于，所采用的刻蝕氣體為含氟氣體和氧氣的混合氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的小尺寸圖形的制作方法，其特征在于，所述刻蝕氣體包含CF4和/或C4F8、以及O2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的小尺寸圖形的制作方法，其特征在于，所述含氟氣體中，所述C4F8的流量為30-100sccm，所述CF4的流量為20_40sccm，所述O2的流量為10_15sccm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小尺寸圖形的制作方法，其特征在于，所述步驟S08中，所采用的濕法刻蝕藥液為熱磷酸溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的小尺寸圖形的制作方法，其特征在于，所述步驟S08中，所述熱磷酸溶液中，H3PO4與H2O的質(zhì)量比為70%-90%，所采用的溫度范圍為150-170°C。
【文檔編號(hào)】H01L21/311GK103928313SQ201410161247
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】崇二敏, 黃君 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司