一種采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法
【專利摘要】一種采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，包括：利用一層掩模版進(jìn)行第一次光刻并刻蝕襯底上的掩模層以形成具有第一特征尺寸的圖形；在該圖形上沉積一層薄膜材料，形成均勻覆蓋掩模圖形的共形層，側(cè)墻上薄膜的厚度為第一厚度；進(jìn)行第二次光刻并刻蝕，其中光刻膠覆蓋一部分薄膜材料，將光刻膠暴露的部分的薄膜材料減薄到具有第二厚度的側(cè)墻；去除光刻膠，形成具有兩種厚度側(cè)墻的圖形；各向異性地刻蝕薄膜材料，將掩模層頂部和底部的薄膜材料去除，只留下側(cè)壁上的薄膜；灰化工藝選擇性的去除掩模層，只留下薄膜材料形成的側(cè)墻；薄膜材料作為刻蝕的掩模進(jìn)行刻蝕，形成具有兩種尺寸的超精細(xì)圖形，并且尺寸的大小對(duì)應(yīng)于側(cè)墻的第一厚度和第二厚度。
【專利說(shuō)明】一種采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，具體地涉及一種自對(duì)準(zhǔn)的形成超精細(xì)特征尺寸圖形的方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超大規(guī)模集成電路的特征尺寸按照摩爾定律的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展到20納米及以下的特征尺寸，以便在更小面積上增加半導(dǎo)體器件的容量并降低成本，形成具有更好的性能，更低的功耗的半導(dǎo)體器件。每個(gè)器件的特征尺寸的收縮需要更復(fù)雜的技術(shù)。光刻法是常用的將器件及電路圖案轉(zhuǎn)移到襯底上的方法，線的寬度和間距是光刻工藝中最為關(guān)鍵的兩個(gè)參數(shù)。間距被定義為兩個(gè)相鄰線的相同點(diǎn)之間的距離。由于各種因素，如光學(xué)和光的波長(zhǎng)等物理限制，現(xiàn)有的光刻技術(shù)具有最小間距在20納米以下已不能滿足集成電路的需求，低于該特定光刻技術(shù)極限的特征尺寸的圖形已不能通過(guò)現(xiàn)有的光刻技術(shù)形成。因此，找到一種利用現(xiàn)有光刻技術(shù)同時(shí)又能滿足特征尺寸需求的方法就非常重要。
[0003]自對(duì)準(zhǔn)的二次圖形方法是近年來(lái)被廣泛研究并極有可能大規(guī)模生產(chǎn)的圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)，通過(guò)該方法，能夠滿足20納米以下的圖形轉(zhuǎn)移需求，不受到光刻工藝的物理及設(shè)備極限的限制。
[0004]但是自對(duì)準(zhǔn)的二次圖形方法得到的隔離物的寬度(共形層的厚度)是唯一的，這樣得到的圖形的尺寸也是唯一的，但是在實(shí)際的集成電路應(yīng)用中，特別是在邏輯電路、SRAM電路中，要求有不同特征尺寸的有源區(qū)，不同特征尺寸的柵極等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種能夠采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了 一種采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，其包括:首先用一層掩模版進(jìn)行第一次光刻并刻蝕掩模層(非晶碳犧牲層)形成具有第一特征尺寸(該尺寸接近光刻的物理極限)的圖形；接著在該圖形上沉積一層薄膜材料，形成均勻覆蓋掩模圖形的側(cè)墻，側(cè)墻上薄膜的厚度為第一厚度；進(jìn)行第二次光刻并刻蝕，光刻膠覆蓋一部分材料，將暴露的部分的薄膜材料減薄到具有第二厚度的側(cè)墻；去除光刻膠，形成具有兩種厚度側(cè)墻的圖形；各向異性的刻蝕薄膜材料，將掩模層頂部和底部的薄膜薄膜材料去除，只留下側(cè)壁上的薄膜；灰化工藝選擇性的去除硬掩模(犧牲層)，只留下材料形成的側(cè)墻；薄膜材料作為刻蝕的掩模進(jìn)行刻蝕，形成具有兩種尺寸的超精細(xì)圖形，并且尺寸的大小接近于側(cè)墻的第一厚度和第二厚度。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，在硅襯底中形成圖案化的淺溝槽的方法包括:在硅襯底上形成氮化硅，并在氮化硅上形成掩模層(犧牲層)，并采用光刻工藝形成具有第一特征尺寸的掩模圖形；該方法進(jìn)一步包括在上述圖形上覆蓋一層二氧化硅形成共形層，形成均勻覆蓋掩模圖形的側(cè)墻，側(cè)墻上薄膜的厚度為第一厚度；緊接行第二次光刻并刻蝕，光刻膠覆蓋一部分二氧化硅共形層，將暴露的部分的共形層減薄到具有第二厚度的側(cè)墻；各向異性的刻蝕薄膜材料，將犧牲層頂部和底部的薄膜材料去除，只留下側(cè)壁上的薄膜；采用氧氣灰化工藝去處暴露在表面的掩模層(犧牲層)；采用干法刻蝕刻蝕遺留下來(lái)的共形層，并作為硬掩模刻蝕氮化硅和硅襯底，形成淺溝槽，最后得到的淺溝槽隔離的有源區(qū)的尺寸有兩種，第一尺寸接近于第一厚度，第二尺寸接近于第二厚度。
[0008]在另一實(shí)施例中在襯底上形成圖案化的多晶硅柵的方法包括:形成二氧化硅柵介質(zhì)層，形成多晶硅柵，并在多晶硅柵上形成掩模層(犧牲層)，并采用光刻工藝形成具有第一特征尺寸的掩模圖形；該方法進(jìn)一步包括在上述圖形上覆蓋一層二氧化硅形成共形層，形成均勻覆蓋掩模圖形的側(cè)墻，側(cè)墻上薄膜的厚度為第一厚度；緊接行第二次光刻并刻蝕，光刻膠覆蓋一部分二氧化硅共形層，將暴露的部分的共形層減薄到具有第二厚度的側(cè)墻；各向異性的刻蝕二氧化硅共形層，將犧牲層頂部和底部的二氧化硅去除，只留下側(cè)壁上的薄膜；采用氧氣灰化工藝去處暴露在表面的掩模層(犧牲層)；采用干法刻蝕刻蝕遺留下來(lái)的共形層，并作為硬掩?？涛g多晶硅柵和柵介質(zhì)層，形成柵極結(jié)構(gòu)，最后得到的柵極結(jié)構(gòu)的尺寸有兩種，第一尺寸接近于第一厚度，第二尺寸接近于第二厚度。
[0009]通過(guò)本發(fā)明，可以通過(guò)增加一次光刻形成具有兩種厚度的隔離物；而且，通過(guò)這種方法，可以一次性刻蝕出兩種特征尺寸的圖形，甚至可以無(wú)限制增加光刻次數(shù)形成各種厚度的隔離物隔離物，得到更多不同的特征尺寸的圖形，滿足集成電路的實(shí)際需求，對(duì)SADP的大規(guī)模應(yīng)用有重要意義。
[0010]本發(fā)明采用先進(jìn)光刻工藝形成具有第一特征尺寸的圖形，第一特征尺寸接近于光刻的物理極限，通過(guò)采用雙隔離物雙圖案成型的方法可以將光刻的物理限制打破，形成遠(yuǎn)小于第一特征尺寸的圖形，通過(guò)兩次光刻得到兩種超低尺寸的圖形，滿足20納米及以下的集成電路工藝的圖形轉(zhuǎn)移需求。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]結(jié)合附圖，并通過(guò)參考下面的詳細(xì)描述，將會(huì)更容易地對(duì)本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點(diǎn)和特征，其中:
[0012]圖1至圖10分別示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法的各個(gè)步驟的截面圖或俯視圖。
[0013]需要說(shuō)明的是，附圖用于說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標(biāo)有相同或者類似的標(biāo)號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0015]圖1至圖10分別示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法的各個(gè)步驟的截面圖或俯視圖。
[0016]如圖1至圖10所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法包括:
[0017]在硅襯底I上形成氮化硅(未示出)，并在氮化硅上形成非晶碳層(掩模層)2 (如圖1所示)，并采用光刻工藝形成具有第一特征尺寸的掩模圖形(如圖2的截面圖所示)；其中第一特征尺寸形成在或接近用高分辨率的光掩模光刻系統(tǒng)的光學(xué)分辨率的極限，在現(xiàn)階段最先進(jìn)的浸沒(méi)式光刻機(jī)的分辨率極限的尺寸為20-28納米。
[0018]在上述掩模圖形上覆蓋一層二氧化硅共形層(如圖3的俯視圖和圖4的截面圖所示)，該共形層后續(xù)會(huì)形成均勻覆蓋掩模圖形的側(cè)墻(如圖5的截面圖所示)，側(cè)墻上薄膜的厚度為第一厚度；
[0019]緊接執(zhí)行第二次光刻并刻蝕，光刻膠4覆蓋一部分二氧化硅共形層(如圖6的俯視圖所示)，將暴露的部分5的共形層減薄到具有第二厚度的側(cè)墻(如圖7的俯視圖所示)；
[0020]去除所有光刻膠，各向異性地刻蝕二氧化硅共形層，將掩模層頂部和底部的二氧化硅去除，只留下側(cè)壁上的二氧化硅薄膜(如圖8的俯視圖所示)；
[0021]采用氧氣灰化工藝去處暴露在表面的掩模層(犧牲層)；采用干法刻蝕刻蝕遺留下來(lái)的二氧化硅共形層，并作為硬掩模刻蝕氮化硅和硅襯底，形成淺溝槽(如圖9的截面圖和圖10的俯視圖所示)，最后得到的淺溝槽隔離的有源區(qū)的尺寸有兩種，第一尺寸接近于第一厚度，第二尺寸接近于第二厚度。
[0022]在本發(fā)明中，作為最終刻蝕掩模的二氧化硅或者氮化硅得到的圖形的尺寸有兩種，兩種尺寸都不受到光刻的物理極限的限制，僅由側(cè)墻的厚度決定。
[0023]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法可有利地應(yīng)用在20納米及以下集成電路制造光刻刻蝕工藝中。例如，上述方法可作為在硅襯底中形成圖案化的淺溝槽的方法或者在襯底上形成圖案化的多晶硅柵的方法。
[0024]<具體工藝示例>
[0025]下面描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具體工藝示例，可依次執(zhí)行下述步驟:
[0026]采用熱氧化法在硅襯底上形成3到5納米的二氧化硅層，在二氧化硅層采用LPCVD形成50-80納米厚度的氮化硅層；
[0027]在氮化硅層上用PECVD的方法沉積50-200納米厚度的非晶碳層，通過(guò)分解C2H2,形成非晶碳，工藝設(shè)定為=C2H2的流量為1500SCCm，溫度為400C，緩沖氣體He流量為300-1500sccm，射頻為 13.56Mhz 功率為 800-1200W，壓強(qiáng)為 10 托；
[0028]光刻并刻蝕非晶碳層形成具有第一特征尺寸的圖形，本例的尺寸為80納米；
[0029]在上述圖形上采用原子層沉積(ALD)的方法形成二氧化硅共形層，工藝設(shè)定為:2Nte流量為lmgm，功率為2000-3000W，O2的流量為3000-4000sccm，Ar的流量為1000-2000sCCm;共形層的厚度為15-35納米，臺(tái)階覆蓋率為100% ；
[0030]進(jìn)行第二次光刻:旋涂凝膠法形成一層正性光刻膠，對(duì)第二器件區(qū)域進(jìn)行顯影，保留第一器件區(qū)域光刻膠，本例為6T-SRAM區(qū)域的下拉MOS管區(qū)域進(jìn)行顯影，保留傳輸MOS管區(qū)域的光刻膠；
[0031]采用干法刻蝕對(duì)暴露出來(lái)的下拉MOS管區(qū)域的共形層進(jìn)行減薄，減薄到10到25納米，臺(tái)階覆蓋率為80%及以上；
[0032]采用等離子體刻蝕各向異性的去除掉非晶碳頂部和底部的二氧化硅共形層，僅留下側(cè)墻上的二氧化硅；
[0033]采用氧氣灰化工藝去除非晶碳犧牲層，工藝設(shè)定為:02的流量為500-1500sCCm，溫度為200度，功率為300W;
[0034]以殘留的二氧化硅共形層為硬掩模對(duì)襯底進(jìn)行干法刻蝕，形成淺溝槽隔離的有源區(qū)，該有源區(qū)的尺寸為共形層的厚度，第一器件區(qū)域(傳輸MOS管)的尺寸為15-35納米；第二器件區(qū)域(下拉MOS管)的尺寸為10-25納米。
[0035]本發(fā)明采用先進(jìn)光刻工藝形成具有第一特征尺寸的圖形，第一特征尺寸接近于光刻的物理極限，通過(guò)采用雙隔離雙圖案成型的方法可以將光刻的物理限制打破，形成遠(yuǎn)小于第一特征尺寸的圖形，通過(guò)兩次光刻得到兩種超低尺寸的圖形，滿足20納米及以下的集成電路工藝的圖形轉(zhuǎn)移需求。
[0036]此外，需要說(shuō)明的是，除非特別說(shuō)明或者指出，否則說(shuō)明書中的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”等描述僅僅用于區(qū)分說(shuō)明書中的各個(gè)組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個(gè)組件、元素、步驟之間的邏輯關(guān)系或者順序關(guān)系等。
[0037]可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對(duì)于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，其特征在于包括:首先利用一層掩模版進(jìn)行第一次光刻并刻蝕襯底上的掩模層以形成具有第一特征尺寸的圖形；接著在該圖形上沉積一層薄膜材料，形成均勻覆蓋掩模圖形的共形層，側(cè)墻上薄膜的厚度為第一厚度；進(jìn)行第二次光刻并刻蝕，其中光刻膠覆蓋一部分薄膜材料，而且將光刻膠暴露的部分的薄膜材料減薄到具有第二厚度的側(cè)墻；去除光刻膠，形成具有兩種厚度側(cè)墻的圖形；各向異性地刻蝕薄膜材料，將掩模層頂部和底部的薄膜材料去除，只留下側(cè)壁上的薄膜；灰化工藝選擇性的去除掩模層，只留下薄膜材料形成的側(cè)墻；薄膜材料作為刻蝕的掩模進(jìn)行刻蝕，形成具有兩種尺寸的超精細(xì)圖形，并且尺寸的大小對(duì)應(yīng)于側(cè)墻的第一厚度和第二厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，其特征在于，掩模層為非晶碳薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，其特征在于，第一特征尺寸等于高分辨率的光掩模光刻系統(tǒng)的光學(xué)分辨率的極限。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，其特征在于，薄膜材料為二氧化硅或者氮化硅。
5.一種采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，其特征在于包括:在硅襯底上形成氮化硅，并在氮化硅上形成掩模層，并采用光刻工藝形成具有第一特征尺寸的掩模圖形；在掩模圖形上覆蓋一層二氧化硅形成共形層，形成均勻覆蓋掩模圖形的側(cè)墻，側(cè)墻上薄膜的厚度為第一厚度；緊接進(jìn)行第二次光刻并刻蝕，光刻膠覆蓋一部分二氧化硅共形層，將暴露的部分的共形層減薄到具有第二厚度的側(cè)墻；各向異性的刻蝕薄膜材料，將犧牲層頂部和底部的薄膜材料去除，只留下側(cè)壁上的薄膜；采用氧氣灰化工藝去處暴露在表面的掩模層；采用干法刻蝕刻蝕遺留下來(lái)的共形層，并作為硬掩?？涛g氮化硅和硅襯底，形成淺溝槽，最后得到的淺溝槽隔離的有源區(qū)的尺寸有兩種，第一尺寸等于第一厚度，第二尺寸等于第二厚度。
6.一種采用雙側(cè)墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，其特征在于包括:形成二氧化硅柵介質(zhì)層，形成多晶硅柵，并在多晶硅柵上形成作為犧牲層的掩模層，并采用光刻工藝形成具有第一特征尺寸的掩模圖形；在上述掩模圖形上覆蓋一層二氧化硅形成共形層，形成均勻覆蓋掩模圖形的側(cè)墻，側(cè)墻上薄膜的厚度為第一厚度；緊接行第二次光刻并刻蝕，光刻膠覆蓋一部分二氧化硅共形層，將暴露的部分的共形層減薄到具有第二厚度的側(cè)墻；各向異性的刻蝕二氧化硅共形層，將犧牲層頂部和底部的二氧化硅去除，只留下側(cè)壁上的薄膜；采用氧氣灰化工藝去處暴露在表面的掩模層；采用干法刻蝕刻蝕遺留下來(lái)的共形層，并作為硬掩模刻蝕多晶硅柵和柵介質(zhì)層，形成柵極結(jié)構(gòu)，最后得到的柵極結(jié)構(gòu)的尺寸有兩種，第一尺寸等于第一厚度，第二尺寸等于第二厚度。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK103996604SQ201410253948
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】桑寧波, 雷通, 方精訓(xùn) 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司