小尺寸圖形的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小尺寸圖形的制作方法，先在晶圓表面采用熱氧化法生長(zhǎng)一層氧化硅，接著沉積一層多晶硅，然后沉積一層氮化硅，通過后續(xù)光刻以及刻蝕工藝形成多晶硅線形陣列圖形，接著應(yīng)用LEC工藝對(duì)多晶硅線形陣列圖形進(jìn)行曝光和刻蝕，其中，所述小尺寸圖形的制作方法還包括：利用低溫原子層沉積技術(shù)沉積一層氮化硅薄膜；利用干法刻蝕工藝依次對(duì)所述氮化硅薄膜、所述含硅抗反射涂層、所述旋涂碳氧化物、所述氮化硅進(jìn)行刻蝕，最終停在所述多晶硅上；通過等離子體刻蝕工藝祛除所述旋涂碳氧化物殘留；最后利用所述氮化硅作為阻擋層刻蝕所述多晶硅，形成小尺寸且可調(diào)控的圖形結(jié)構(gòu)。
【專利說明】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)體制造，特別是涉及一種LEC工藝中的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，特別是在32納米及其以下技術(shù)中，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。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)各種不同的解決方案。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的一種解決方案是利用現(xiàn)有成熟光刻工藝形成線形陣列圖形后，應(yīng)用一道光刻和刻蝕工藝沿垂直線形陣列圖形方向把線形陣列斷開(即Line End Cut工藝，簡(jiǎn)稱LEC工藝)，最終形成獨(dú)立且重復(fù)的器件。
[0004]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的LEC工藝光刻曝光的制程方法的流程示意圖。圖2為L(zhǎng)EC工藝光刻曝光后的剖面不意圖。
[0005]在步驟SlO中，在晶圓(Si)表面采用熱氧化法生長(zhǎng)一層氧化硅(Si02)；
[0006]在步驟S12中，沉積一層多晶硅(Poly)；
[0007]在步驟S14中，沉積一層氮化硅(SiN)，通過后續(xù)光刻以及刻蝕工藝形成多晶硅線形陣列圖形；
[0008]在步驟S16中，應(yīng)用LEC工藝對(duì)多晶硅線形陣列圖形進(jìn)行曝光和刻蝕。更詳細(xì)地說，首先，利用光刻涂布工藝涂一層旋涂碳氧化物(SOC)，使表面平坦；隨后，涂一層含硅抗反射涂層(SHB，例如，S1-ARC);最后，涂一層光刻膠(例如，ArF光刻膠)并進(jìn)行曝光，形成如圖2所示的HTH尺寸為55納米的圖形。
[0009]圖3為采用三層(Tr1-1ayer)技術(shù)通過干法刻蝕依次對(duì)SHB、S0C以及SiN進(jìn)行刻蝕并停在Poly上的剖面示意圖；圖4為采用一步02灰化工藝祛除SiN上的SOC的剖面示意圖。圖5為利用SiN作為阻擋層對(duì)Poly進(jìn)行刻蝕,最終形成頭到頭(Head To Head,簡(jiǎn)稱HTH)尺寸較小的多晶硅結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
[0010]為了提高器件集成度，通過LEC工藝斷開線性陣列圖形后，此處HTH尺寸需要做到35納米，但是由于光刻受機(jī)臺(tái)能力限制，現(xiàn)有技術(shù)中曝光后的HTH尺寸最小為55納米，如何達(dá)到更小尺寸(例如，35納米)的要求成為業(yè)界亟待解決的技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種小尺寸圖形的制作方法，其能夠應(yīng)用于32納米及其以下技術(shù)中，以解決光刻機(jī)能力不夠以及光刻和刻蝕工藝窗口不足等問題，同時(shí)縮小器件尺寸，提高半導(dǎo)體工藝集成度。
[0012]本發(fā)明的小尺寸圖形的制作方法，先在晶圓表面采用熱氧化法生長(zhǎng)一層氧化硅，接著沉積一層多晶硅，然后沉積一層氮化硅，通過后續(xù)光刻以及刻蝕工藝形成多晶硅線形陣列圖形，接著應(yīng)用LEC工藝對(duì)多晶硅線形陣列圖形進(jìn)行曝光和刻蝕，其中，所述小尺寸圖形的制作方法還包括:利用低溫原子層沉積技術(shù)沉積一層氮化硅薄膜；利用干法刻蝕工藝依次對(duì)所述氮化硅薄膜、所述含硅抗反射涂層、所述旋涂碳氧化物、所述氮化硅進(jìn)行刻蝕，最終停在所述多晶硅上；通過等離子體刻蝕工藝祛除所述旋涂碳氧化物殘留；最后利用所述氮化硅作為阻擋層刻蝕所述多晶硅，形成小尺寸且可調(diào)控的圖形結(jié)構(gòu)。
[0013]較優(yōu)地，所述干法刻蝕工藝進(jìn)一步包括:為所述低溫原子層沉積的氮化硅薄膜進(jìn)行回刻，即使用CF4，CHF3混合氣體祛除光刻膠頂部及含硅抗反射涂層頂部的氮化硅，在所述光刻膠側(cè)壁形成氮化硅側(cè)墻；為所述含硅抗反射涂層刻蝕，即使用CF4，CH2F2混合氣體并利用所述光刻膠和所述氮化硅側(cè)墻為阻擋層對(duì)所述含硅抗反射涂層進(jìn)行刻蝕；為所述旋涂碳氧化物刻蝕，即使用S02，02混合氣體并利用所述光刻膠和所述氮化硅側(cè)墻為阻擋層對(duì)所述旋涂碳氧化物進(jìn)行刻蝕；為所述氮化硅刻蝕，即使用CF4，CHF3混合氣體刻蝕氮化硅對(duì)多晶硅高選擇比特性，并利用所述光刻膠和所述氮化硅側(cè)墻以及所述含硅抗反射涂層為阻擋層對(duì)所述氮化硅進(jìn)行刻蝕，最終消耗完所述光刻膠和所述氮化硅側(cè)墻以及所述含硅抗反射涂層，并且所述旋涂碳氧化物有少量損失。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于LEC工藝中光刻曝光后的圖形，利用業(yè)界比較成熟的低溫原子層沉積技術(shù)以及干法刻蝕工藝，最終形成頭到頭之間的距離可自由調(diào)控的結(jié)構(gòu)，極大地提高了光刻及刻蝕工藝窗口，從而解決32納米及其以下技術(shù)中光刻和干刻工藝能力不足以及工藝窗口較小問題，進(jìn)一步提高光刻工藝窗口，降低關(guān)鍵尺寸，大幅度提高器件的集成度。
[0015]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明，以使本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)更為明顯。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的LEC工藝光刻曝光的制程方法的流程示意圖；
[0017]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的LEC工藝光刻曝光后的剖面示意圖；
[0018]圖3至圖5為現(xiàn)有技術(shù)的LEC工藝各個(gè)步驟中的剖面示意圖；
[0019]圖6所示為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的小尺寸圖形的制作方法的流程示意圖；
[0020]圖7至圖13所示為本發(fā)明的小尺寸圖形的制作方法各個(gè)步驟中的剖面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]以下將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例給出詳細(xì)的說明。盡管本發(fā)明將結(jié)合一些【具體實(shí)施方式】進(jìn)行闡述和說明，但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實(shí)施方式。相反，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
[0022]另外，為了更好的說明本發(fā)明，在下文的【具體實(shí)施方式】中給出了眾多的具體細(xì)節(jié)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，沒有這些具體細(xì)節(jié)，本發(fā)明同樣可以實(shí)施。在另外一些實(shí)例中，對(duì)于大家熟知的方法、流程、元件和電路未作詳細(xì)描述，以便于凸顯本發(fā)明的主旨。
[0023]圖6為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的小尺寸圖形的制作方法的流程示意圖。如圖所示，本實(shí)施例的小尺寸圖形的制作方法包括與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的LEC工藝光刻曝光的制程方法相同的步驟，其區(qū)別在于，在圖1的步驟S16之后，該小尺寸圖形的制作方法還包括:
[0024]步驟S20,利用低溫原子層沉積(Atomic Layer Deposit1n,簡(jiǎn)稱ALD)技術(shù)沉積一層氮化硅(SiN)薄膜(請(qǐng)同時(shí)參閱圖7)。更具體地說，通過ALD技術(shù)精確控制氮化硅薄膜厚度(例如，使所述SiN薄膜的厚度介于5納米至15納米之間)，以此來自由調(diào)節(jié)LEC工藝曝光后的關(guān)鍵尺寸CD;同時(shí)，通過采用低溫技術(shù)(例如，溫度介于50°至100°之間)降低對(duì)光刻膠的損傷，由于在之前的步驟S16中，在SOC和SHB涂于晶圓表面后，會(huì)經(jīng)過一個(gè)較高溫度的烘烤(例如，溫度介于200°至250°之間)，因此在步驟S16之后的步驟S20中較低溫度的工藝不會(huì)對(duì)已經(jīng)形成的SOC以及SHB造成損傷。
[0025]步驟S22，利用干法刻蝕工藝依次對(duì)頂部SiN薄膜、SHB、SOC、SiN進(jìn)行刻蝕(請(qǐng)同時(shí)參閱圖8至圖11)，最終停在Poly上。
[0026]步驟S24，通過一步02等離子體刻蝕工藝祛除SOC殘留(請(qǐng)同時(shí)參閱圖12)；
[0027]步驟S26，最后利用底部SiN作為阻擋層刻蝕Poly，形成小尺寸且可調(diào)控(例如，介于25納米至45納米之間)的圖形結(jié)構(gòu)(請(qǐng)同時(shí)參閱圖13)。在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，采用CL2，SF6，CF4混合氣體進(jìn)行刻蝕，最終形成HTH小尺寸的圖形結(jié)構(gòu)。
[0028]更詳細(xì)地說，前述步驟S22中的干法刻蝕工藝以及等離子體刻蝕工藝進(jìn)一步包括:
[0029]為ALD氮化硅回刻。在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，主要使用CF4，CHF3混合氣體祛除光刻膠頂部及含硅抗反射涂層頂部的SiN，在光刻膠側(cè)壁形成SiN側(cè)墻。
[0030]為SHB刻蝕。在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，主要使用CF4，CH2F2混合氣體并利用光刻膠和SiN側(cè)墻為阻擋層對(duì)SHB進(jìn)行刻蝕。
[0031]為SOC刻蝕。在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，主要使用S02，02混合氣體并利用光刻膠和SiN側(cè)墻為阻擋層對(duì)SOC進(jìn)行刻蝕。
[0032]為SiN刻蝕。在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，主要使用CF4，CHF3混合氣體刻蝕氮化硅對(duì)多晶硅高選擇比特性，并利用光刻膠和SiN側(cè)墻以及SHB為阻擋層對(duì)SiN進(jìn)行刻蝕，最終消耗完頂層光刻膠和SiN側(cè)墻以及SHB，并有少量SOC損失。
[0033]上文【具體實(shí)施方式】和附圖僅為本發(fā)明之常用實(shí)施例。顯然，在不脫離權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明精神和發(fā)明范圍的前提下可以有各種增補(bǔ)、修改和替換。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)具體的環(huán)境和工作要求在不背離發(fā)明準(zhǔn)則的前提下在形式、結(jié)構(gòu)、布局、比例、材料、元素、組件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實(shí)施例僅用于說明而非限制，本發(fā)明之范圍由后附權(quán)利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。
【權(quán)利要求】
1.一種小尺寸圖形的制作方法，先在晶圓表面采用熱氧化法生長(zhǎng)一層氧化硅，接著沉積一層多晶硅，然后沉積一層氮化硅，通過后續(xù)光刻以及刻蝕工藝形成多晶硅線形陣列圖形，接著應(yīng)用LEC工藝對(duì)多晶硅線形陣列圖形進(jìn)行曝光和刻蝕，其特征在于，所述小尺寸圖形的制作方法還包括: 利用低溫原子層沉積技術(shù)沉積一層氮化硅薄膜； 利用干法刻蝕工藝依次對(duì)所述氮化硅薄膜、所述含硅抗反射涂層、所述旋涂碳氧化物、所述氮化硅進(jìn)行刻蝕，最終停在所述多晶硅上； 通過等離子體刻蝕工藝祛除所述旋涂碳氧化物殘留； 最后利用所述氮化硅作為阻擋層刻蝕所述多晶硅，形成小尺寸且可調(diào)控的圖形結(jié)構(gòu)。
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，所述采用低溫原子層沉積技術(shù)沉積的氮化硅薄膜的厚度介于5納米至15納米之間。
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，所述低溫原子層沉積技術(shù)的溫度介于50°至100°之間。
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，所述干法刻蝕工藝進(jìn)一步包括: 為所述低溫原子層沉積的氮化硅薄膜回刻； 為所述含硅抗反射涂層刻蝕； 為所述旋涂碳氧化物刻蝕； 為所述氮化硅刻蝕。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小尺寸圖形的制作方法，其特征在于，為所述低溫原子層沉積的氮化硅薄膜進(jìn)行回刻，使用CF4，CHF3混合氣體祛除光刻膠頂部及含硅抗反射涂層頂部的氮化硅，在所述光刻膠側(cè)壁形成氮化硅側(cè)墻。
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，為所述含硅抗反射涂層刻蝕，使用CF4，CH2F2混合氣體并利用所述光刻膠和所述氮化硅側(cè)墻為阻擋層對(duì)所述含硅抗反射涂層進(jìn)行刻蝕。
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，為所述旋涂碳氧化物刻蝕，使用S02，02混合氣體并利用所述光刻膠和所述氮化硅側(cè)墻為阻擋層對(duì)所述旋涂碳氧化物進(jìn)行刻蝕。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的小尺寸圖形的制作方法，其特征在于，為所述氮化硅刻蝕，使用CF4，CHF3混合氣體刻蝕氮化硅對(duì)多晶硅高選擇比特性，并利用所述光刻膠和所述氮化硅側(cè)墻以及所述含硅抗反射涂層為阻擋層對(duì)所述氮化硅進(jìn)行刻蝕，最終消耗完所述光刻膠和所述氮化硅側(cè)墻以及所述含硅抗反射涂層，并且所述旋涂碳氧化物有少量損失。
9.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，利用所述氮化硅作為阻擋層刻蝕所述多晶硅采用CL2，SF6，CF4混合氣體進(jìn)行刻蝕，最終形成所述小尺寸的圖形結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01L21/027GK104347362SQ201410491287
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月23日
【發(fā)明者】崇二敏, 李全波, 孟祥國(guó) 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司