一种小尺寸图形的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种小尺寸图形的制备方法，包括首先采用薄膜沉积工艺和刻蚀工艺形成大尺寸图形和第一小尺寸图形；然后，在第一小尺寸图形的基础上，再次采用薄膜沉积工艺和刻蚀工艺形成第二小尺寸图形，形成第二小尺寸图形包括：在晶圆表面沉积一层氮化硅层；采用等离子体刻蚀工艺，刻蚀去除掉氧化硅侧墙顶部和底部的氮化硅层，在氧化硅侧墙的侧壁形成氮化硅侧墙；采用湿法刻蚀工艺，去除氧化硅侧墙，从而形成第二小尺寸图形。这样，由于采用了两次自对准工艺，从而实现了相比于传统小尺寸图形的尺寸更小的图形，提高了器件集成度，并且扩大了工艺窗口，降低了工艺难度。
【专利说明】一种小尺寸图形的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体【技术领域】，特别涉及一种小尺寸图形的制作方法。
【背景技术】
[0002]随着工艺尺寸不断缩小，特别是20nm及其以下，由于栅极宽度进一步减小，对光刻机的能力以及光刻工艺的要求越来越高。依据摩尔定律，为了进一步降低器件关键尺寸，提高其集成度，业界出现各种用于制作小尺寸图形的方法。
[0003]通常情况下，请参阅图1，图1为传统的小尺寸图形的制作方法的流程示意图，其包括以下步骤:
[0004]步骤LOl:依次在晶圆表面沉积多晶硅层、无定形碳膜、硬质掩膜层、底部抗反射层和光刻胶；
[0005]步骤L02:采用光刻和等离子体刻蚀工艺，依次刻蚀光刻胶、底部抗反射层、硬质掩膜层和无定形碳膜，在无定形碳膜中形成大尺寸图形；这里，包括有去除底部抗反射层、光刻胶或硬质掩膜层。
[0006]步骤L03:在无定形碳膜表面和晶圆表面沉积一层氧化娃层；
[0007]步骤L04:采用等离子体刻蚀工艺，刻蚀氧化硅层，形成氧化硅侧墙；
[0008]步骤L05:去除无定形碳膜，从而小尺寸图形。
[0009]上述为当前最流行的自对准双层图形(SADP)工艺。根据最初100纳米pitch，经过一次SADP可在50纳米Pitch里面形成25纳米线宽图形。
[0010]然而，在实际刻蚀工艺中，20nm及其以下技术中出现光刻能力不足以及工艺窗口较小的问题，因此，急需研究一种提高光刻工艺窗口、降低关键尺寸的方法，从而大幅度提高器件的集成度。
【发明内容】
[0011]为了克服上述问题，本发明旨在提供一种小尺寸图形的制作方法，从而实现IOnm以下的线宽尺寸。
[0012]本发明的一种小尺寸图形的制作方法，包括:
[0013]步骤SOl:依次在晶圆表面沉积多晶硅层、无定形碳膜、硬质掩膜层、底部抗反射层和光刻胶；
[0014]步骤S02:采用光刻和等离子体刻蚀工艺，依次刻蚀所述光刻胶、所述底部抗反射层、所述硬质掩膜层和所述无定形碳膜，在所述无定形碳膜中形成大尺寸图形；
[0015]步骤S03:在所述无定形碳膜表面和所述晶圆表面沉积一层氧化娃层；
[0016]步骤S04:采用等离子体刻蚀工艺，刻蚀掉所述无定形碳膜顶部和底部的所述氧化硅层，形成氧化硅侧墙；
[0017]步骤S05:去除所述无定形碳膜，从而形成第一小尺寸图形；
[0018]步骤S06:在所述晶圆表面沉积一层氮化娃层；[0019]步骤S07:采用等离子体刻蚀工艺，刻蚀去除掉所述氧化硅侧墙顶部和底部的所述氮化硅层，在所述氧化硅侧墙的侧壁形成氮化硅侧墙；
[0020]步骤S08:采用湿法刻蚀工艺，去除所述氧化硅侧墙，从而形成第二小尺寸图形。
[0021]优选地，所述步骤S06中，采用原子层沉积方法沉积所述氮化硅层。
[0022]优选地，所述氮化硅层的厚度小于10nm。
[0023]优选地，所述步骤S07中，所采用的反应压强为5_15mTorr，所采用的反应温度为30-60°C，所采用的刻蚀时间为10-30秒，所采用的上电极射频功率为500-1000瓦特。
[0024]优选地，所米用的刻蚀气体为含氟气体。
[0025]优选地，所述含氟气体为包含CF4、CHF3和CH2F2的混合气体。
[0026]优选地，所述含氟气体中，所述CF4的流量为50-100SCCm，所述CHF3的流量为10_30sccm,所述 CH2F2 的流量为 10_30sccm。
[0027]优选地，所述步骤S08中，所采用的湿法刻蚀药液为氢氟酸和水的混合溶液。
[0028]优选地，所述步骤S08中，所述氢氟酸溶液中，H2O与49%的HF的比例为100:1至300:1。
[0029]优选地，采用含有SO2和O2的刻蚀气体刻蚀所述无定形碳膜。
[0030]本发明的一种小尺寸图形的制作方法，通过采用两次自对准工艺形成双层图形来实现小尺寸图形结构，通过综合采用薄膜沉积和干法刻蚀技术，首先形成大尺寸图形；然后，在大尺寸图形的基础上，采用薄膜沉积和干法刻蚀技术，形成第一小尺寸图形；最后，沉积小于IOnm的氮化硅薄膜，再经刻蚀形成氮化硅侧墙，接着采用湿法刻蚀技术，去除氧化硅侧墙，从而形成第二小尺寸图形，也即是本发明中所要制作的小尺寸图形，所制作的小尺寸图形的尺寸小于10nm，从而增大了工艺窗口，有效减小了传统工艺中的小尺寸图形的线宽，提高了器件集成度。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为传统的小尺寸图形的制作方法的流程示意图
[0032]图2为本发明的一个较佳实施例的小尺寸图形的制作方法的流程示意图
【具体实施方式】
[0033]为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
[0034]以下将结合具体实施例和附图2对本发明的小尺寸图形的制作方法作进一步详细说明。图2为本发明的一个较佳实施例的小尺寸图形的制作方法的流程示意图。
[0035]请参阅图2，本发明的本实施例的小尺寸图形的制作方法，包括以下步骤:
[0036]步骤SOl:依次在晶圆表面沉积多晶硅层、无定形碳膜、硬质掩膜层、底部抗反射层和光刻胶；
[0037]具体的，本实施例中，可以但不限于采用化学气相沉积法来沉积多晶硅层、无定形碳膜和硬质掩膜层，底部抗反射层和光刻胶的沉积可以但不限于采用物理方法，比如旋涂等工艺，本发明对此不作任何限制。本实施例中，硬掩膜层的材料可以但不限于为SiOC材料。
[0038]步骤S02:采用光刻和等离子体刻蚀工艺，依次刻蚀光刻胶、底部抗反射层、硬质掩膜层和无定形碳膜，在无定形碳膜中形成大尺寸图形；
[0039]具体的，本实施例中，该步骤可以包括以下过程:
[0040]第一过程:采用光刻工艺，对光刻胶进行曝光，从而图案化该光刻胶；
[0041]第二过程:以图案化的光刻胶为掩膜，采用等离子体干法刻蚀工艺，刻蚀底部抗反射层；这里，可以采用Cl2、HBr、02、CF4等刻蚀气体对底部抗反射层进行刻蚀，该刻蚀过程停止在硬掩膜层上；
[0042]第三过程:采用等离子体干法刻蚀工艺刻蚀硬质掩膜层；这里，所采用的刻蚀气体可以但不限于为cf4、CH2F2的混合气体，该刻蚀过程停止在无定形碳膜上；需要说明的是，在刻蚀硬质掩膜层的过程中，光刻胶或底部抗反射层也同时受到刻蚀，在刻蚀硬质掩膜层的过程停止后，光刻胶或底部抗反射层可能会被刻蚀掉；如果光刻胶或底部抗反射层未被全部刻蚀掉，则在后续刻蚀无定形碳膜的时候可能被全部刻蚀掉；如果在无定形碳膜刻蚀后仍未刻蚀掉，则在无定形碳膜刻蚀之后，对光刻胶或底部抗反射层进行刻蚀；
[0043]第四过程:采用等离子体干法刻蚀工艺刻蚀无定形碳膜，在无定形碳膜中形成大尺寸图形；这里，所采用的刻蚀气体可以但不限于为SO2和O2的混合气体。需要说明的是，在刻蚀无定形碳膜的过程中，硬质掩膜层可能也同时受到刻蚀，在刻蚀无定形碳膜的过程停止后，其上的硬质掩膜层可能会去除掉，也可能未被去除掉，因此需要去除无定形碳膜上的硬质掩膜层才能进行后续工艺，本实施例中，可以但不限于采用等离子体干法刻蚀工艺，利用包含有cf4、CH2F2的刻蚀气体对硬质掩膜层进行刻蚀，从而去除掉硬质掩膜层。
[0044]步骤S03:在无定形碳膜表面和晶圆表面沉积一层氧化娃层；
[0045]具体的，本实施例中，可以采用原子层沉积方法形成氧化硅层，氧化硅层的厚度可以小于20nm。
[0046]步骤S04:采用等离子体刻蚀工艺，刻蚀掉无定形碳膜顶部和底部的氧化硅层，刻蚀氧化硅层，形成氧化硅侧墙；
[0047]具体的，本实施例中，可以但不限于采用含有C4F8和O2的混合气体作为刻蚀气体刻蚀掉无定形碳膜顶部和底部的氧化硅层，从而在无定形碳膜的侧壁形成氧化硅侧墙。
[0048]步骤S05:去除无定形碳膜，从而形成第一小尺寸图形；
[0049]具体的，本实施例中，可以采用含有302和O2的混合气体作为刻蚀气体刻蚀去除掉无定形碳膜；此处，所选择的刻蚀气体对无定形碳膜和氧化硅的选择比应该较高，从而在刻蚀无定形碳膜的时候，氧化娃侧墙不被刻蚀掉。
[0050]需要说明的是，这里的第一小尺寸图形的尺寸大于第二小尺寸图形的尺寸，例如，氧化硅层的厚度为20nm，则第一小尺寸图形的尺寸为20nm，而第二小尺寸图形的尺寸就小于20nm,例如可以为10nm。
[0051]步骤S06:在晶圆表面沉积一层氮化娃层；
[0052]具体的，本实施例中，为了实现更小的线宽和图形尺寸，可以采用原子层沉积方法形成氮化硅层，本实施例中，氮化硅层的厚度小于10nm。
[0053]步骤S07:采用等离子体刻蚀工艺，刻蚀氧化硅侧墙顶部和底部的氮化硅层，在氧化硅侧墙的侧壁形成氮化硅侧墙；[0054]具体的，本实施例中，所采用的刻蚀气体为含氟气体，可以为包含CF4XHF3和CH2F2的混合气体，其中，CF4的流量为50-100sccm，CHF3的流量为10-30sccm，CH2F2的流量为10-30sccm,但这不用于限制本发明的范围。
[0055]本实施例中，所采用的刻蚀工艺参数可以但不限于如下范围:所采用的反应压强为5-15mTorr，所采用的反应温度为30_60°C，所采用的刻蚀时间为10-30秒，所采用的上电极射频功率为500-1000瓦特。
[0056]步骤S08:采用湿法刻蚀工艺，去除氧化硅侧墙，从而形成第二小尺寸图形。
[0057]这里，本发明中，应当采用对氮化硅和多晶硅的选择刻蚀比高的药液进行湿法刻蚀，这样，在去除氧化硅侧墙的同时保护氮化硅侧墙不被刻蚀掉。具体的，在本实施例中，所采用的湿法刻蚀药液为氢氟酸溶液，较佳的，氢氟酸溶液中，H2O与49%的HF的比例可以为100:1 至 300:1。
[0058]这样，所形成的第二小尺寸图形的尺寸为氮化硅薄膜的厚度，该尺寸小于10nm，从而相对于传统方法制备的小尺寸图形的尺寸大大缩小；并且该方法在制备过程中，避免了直接进行小尺寸图形的刻蚀，扩大了工艺窗口。
[0059]综上所述，本发明的小尺寸图形的制作方法，通过采用两次自对准工艺，首先形成大尺寸图形，再形成第一小尺寸图形，在第一小尺寸图形的基础上，进一步采用薄膜沉积和刻蚀工艺，形成比第一小尺寸图形的尺寸更小的第二小尺寸图形，从而实现了比传统小尺寸图形尺寸更小的图形，缩小了线宽和关键尺寸结构，提高了器件的集成度；并扩大了工艺窗口，降低了工艺难度。
[0060]虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
【权利要求】
1.一种小尺寸图形的制作方法，其特征在于，包括: 步骤SOl:依次在晶圆表面沉积多晶硅层、无定形碳膜、硬质掩膜层、底部抗反射层和光刻胶； 步骤S02:采用光刻和等离子体刻蚀工艺，依次刻蚀所述光刻胶、所述底部抗反射层、所述硬质掩膜层和所述无定形碳膜，在所述无定形碳膜中形成大尺寸图形； 步骤S03:在所述无定形碳膜表面和所述晶圆表面沉积一层氧化硅层； 步骤S04:采用等离子体刻蚀工艺，刻蚀掉所述无定形碳膜顶部和底部的所述氧化硅层，形成氧化硅侧墙； 步骤S05:去除所述无定形碳膜，从而形成第一小尺寸图形； 步骤S06:在所述晶圆表面沉积一层氮化娃层； 步骤S07:采用等离子体刻蚀工艺，刻蚀去除掉所述氧化硅侧墙顶部和底部的所述氮化硅层，在所述氧化硅侧墙的侧壁形成氮化硅侧墙； 步骤S08:采用湿法刻蚀工艺，去除所述氧化硅侧墙，从而形成第二小尺寸图形。
2.根据权利要求1所述的小尺寸图形的制作方法，其特征在于，所述步骤S06中，采用原子层沉积方法沉积所述氮化硅层。
3.根据权利要求1所述的小尺寸图形的制作方法，其特征在于，所述氮化硅层的厚度小于10nm。
4.根据权利要求1所述的小尺寸图形的制作方法，其特征在于，所述步骤S07中，所采用的反应压强为5-15mTorr，所采用的反应温度为30_60°C，所采用的刻蚀时间为10-30秒，所采用的上电极射频功率为500-1000瓦特。
5.根据权利要求1所述的小尺寸图形的制作方法，其特征在于，所采用的刻蚀气体为含氟气体。
6.根据权利要求5所述的小尺寸图形的制作方法，其特征在于，所述含氟气体为包含CF4、CHF3和CH2F2的混合气体。
7.根据权利要求6所述的小尺寸图形的制作方法，其特征在于，所述含氟气体中，所述CF4的流量为50-100sccm，所述CHF3的流量为10_30sccm，所述CH2F2的流量为10_30sccm。
8.根据权利要求1所述的小尺寸图形的制作方法，其特征在于，所述步骤S08中，所采用的湿法刻蚀药液为氢氟酸溶液。
9.根据权利要求8所述的小尺寸图形的制作方法，其特征在于，所述步骤S08中，所述氢氟酸溶液中，H2O与49%的HF的比例为100:1至300:1。
10.根据权利要求1所述的小尺寸图形的制作方法，其特征在于，采用含有SO2和O2的刻蚀气体刻蚀所述无定形碳膜。
【文档编号】H01L21/28GK103903972SQ201410161249
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月22日 优先权日:2014年4月22日
【发明者】崇二敏, 黄君 申请人:上海华力微电子有限公司