一种半导体器件的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种半导体器件的制造方法，涉及半导体【技术领域】。该方法包括如下步骤：步骤S101：在形成有待构图薄膜的半导体衬底上形成核心材料层的图形；步骤S102：对核心材料层进行处理，以使核心材料层不同表面具有不同的物质沉积率；步骤S103：在所述半导体衬底上形成间隔层材料薄膜；步骤S104：蚀刻所述间隔层材料薄膜以形成间隔层的图形；步骤S105：去除所述核心材料层；步骤S106：对所述待构图薄膜进行图形化；步骤S107：去除所述间隔层。该方法对双重图形技术进行了改进，省略了传统双重图形技术中在间隔层形成后的切割刻蚀工艺，在精简工艺、降低成本的同时，保证了产品良率。
【专利说明】一种半导体器件的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体【技术领域】，具体而言涉及一种半导体器件的制造方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体制造技术发展到22纳米节点及以下，双重图形技术(doublepatterning)成为在越来越小的关键尺寸(CD)下实现更精准的图形的一个非常有前景的方法。
[0003]传统的双重图形技术需要在间隔层(spacer)形成后进行切割刻蚀工艺(cuttingphoto)，这导致了工艺方法的复杂化并且对对准的精度提出了挑战。
[0004]下面，结合图1A至图1F，对传统的利用双重图形技术制造半导体器件的方法进行说明。其中，图1A-1、图1B-1、图1C-1、图1D-1、图1E-1和图1F-1为各工艺完成后形成的图案的前视图；图1A-2、图1B-2、图1C-2、图1D-2、图1E-2和图1F-2为各工艺完成后形成的图案的俯视图。传统的利用双重图形技术制造半导体器件的方法，一般包括如下步骤:
[0005]步骤1:形成核心材料层的图形。
[0006]具体地,提供形成待构图薄膜(film to pattern) 101的半导体衬底100,在待构图薄膜101上形成图形化的核心材料层102，如图1A所示。其中，核心材料层102为单层结构。
[0007]步骤2:形成间隔层。
[0008]在半导体衬底101上图形化的核心材料层102的四周，形成间隔层103，该间隔材料层103的切面为矩形，如图1B所示。
[0009]步骤3:去除核心材料层。
[0010]通过刻蚀等工艺，去除核心材料层102，形成的图形如图1C所示。
[0011]步骤4:对间隔层进行切割刻蚀工艺处理形成最终的间隔层。
[0012]对间隔层103进行切割刻蚀工艺(cutting photo)处理,去除间隔层103的两个相对的侧边，形成最终的间隔层103’，如图1D所示。
[0013]步骤5:对待构图薄膜进行图形化。
[0014]利用最终的间隔层103’作为掩模，对待构图薄膜101进行刻蚀处理，形成拟实现的最终图形101’，如图1E所示。
[0015]步骤6:去除间隔层103’，如图1F所示。
[0016]在上述应用双重图形技术的半导体器件制造方法中，步骤4中需要对间隔层(spacer)进行切割刻蚀工艺(cutting photo)处理,这不仅导致了工艺方法的复杂化,而且对对准的精度提出了挑战。工艺的复杂化，将增大半导体器件的制造成本；而如果对准精度不够，将很容易造成产品良率的下降。
[0017]因此，如何精简工艺，在降低成本的同时保证产品良率，成了迫切需要予以解决的问题。
【发明内容】
[0018]针对现有技术的不足，本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括:
[0019]步骤SlOl:在形成有待构图薄膜的半导体衬底上形成核心材料层的图形；
[0020]步骤S102:对核心材料层进行处理，以使核心材料层不同表面具有不同的物质沉积率；
[0021]步骤S103:在所述半导体衬底上形成间隔层材料薄膜；
[0022]步骤S104:蚀刻所述间隔层材料薄膜以形成间隔层的图形；
[0023]步骤S105:去除所述核心材料层；
[0024]步骤S106:对所述待构图薄膜进行图形化；
[0025]步骤S107:去除所述间隔层。
[0026]进一步的，所述步骤SlOl包括:
[0027]提供形成有待构图薄膜的半导体衬底，在所述待构图薄膜上形成核心材料薄膜，对所述核心材料薄膜进行刻蚀处理，形成核心材料层的图形。
[0028]进一步的，所述在所述待构图薄膜上形成核心材料薄膜包括:在所述待构图薄膜上，连续沉积氮化物薄膜和氧化物薄膜。
[0029]更进一步的，所述氮化物薄膜的厚度大于所述氧化物薄膜的厚度。
[0030]进一步的，在步骤S102中，所述对核心材料层进行处理包括:从左右两个相反的方向，对所述核心材料层进行氟注入处理。
[0031]进一步的，所述间隔层材料薄膜为HARP。
[0032]进一步的，所述步骤S104包括:
[0033]对所述间隔层材料薄膜进行无图形刻蚀处理，在所述核心材料层的左右两个侧面保留间隔层材料，形成间隔层的图形。
[0034]进一步的，所述步骤S105包括:
[0035]将完成步骤S104的半导体衬底浸泡入磷酸，以去除核心材料层。
[0036]进一步的，所述步骤S106包括:
[0037]利用所述间隔层作为掩模，对所述待构图薄膜进行刻蚀处理，形成拟实现的最终的图形。
[0038]更进一步的，所述刻蚀处理采用的方法为反应离子刻蚀。
[0039]本发明提供的半导体器件的制造方法，对双重图形技术进行了改进，通过对核心材料层进行特殊处理，实现了间隔层材料在核心材料层不同侧的表面的不同沉积速率，进而省略了传统双重图形技术中在间隔层形成后的切割刻蚀工艺(cutting photo)ο该方法在精简工艺、降低成本的同时，保证了产品良率。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
[0041]附图中:
[0042]图1A-图1F为现有技术中半导体器件的制造方法各步骤的示意图；
[0043]图2A-图2G为本发明提出的半导体器件的制造方法各步骤的示意图；[0044]图3为本发明提出的一种半导体器件的制造方法的流程图。
【具体实施方式】
[0045]在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0046]为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的半导体器件的制造方法。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0047]应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
[0048]下面，参照图2A-图2G和图3来描述本发明提出的半导体器件的制造方法一个示例性方法的详细步骤。该方法应用了不需要对间隔层进行切割刻蚀处理的改进的双重图形技术，在精简工艺、降低成本的同时保证了产品良率。
[0049]参照图2A-图2G，其中示出了本发明提出的半导体器件的制造方法的各步骤的示意性剖面图。其中，图2A-1、图2B-1、图2C-1、图2D-1、图2E-1、图2F-1和图2G-1为各工艺后形成的图形的前视图；图2A-2、图2B-2、图2C-2、图2D-2、图2E-2、图2F-2和图2G-2为各工艺后形成的图形的俯视图。
[0050]步骤SlOl:在形成有待构图薄膜的半导体衬底上形成核心材料层的图形。
[0051]具体地，提供形成有待构图薄膜(film to pattern)201的半导体衬底200,在待构图薄膜201上形成图形化的核心材料层202，如图2A所示(其中图2A-1为前视图、图2A-2为俯视图)。
[0052]其中，本实施例中，核心材料层202为双层结构，包括氮化物层2021和位于其上的氧化物层2022，如图2A所示。当然，核心材料层202也可以采用现有技术中的单层结构。采用如上所述的双层结构，更有利于后续工艺中实现间隔层材料的不同沉积率。在上述双层结构的核心材料层202中，优选的，氮化物层2021的厚度大于氧化物层2022的厚度。
[0053]本实施例中，形成核心材料层202的图形的具体方法为:
[0054]提供形成有待构图薄膜(film to pattern)201的半导体衬底200,在待构图薄膜(film to pattern) 201上连续沉积氮化物薄膜和氧化物薄膜,进行刻蚀处理,形成氮化物层2021和位于其上的氧化物层2022的图形，其中氮化物层2021和氧化物层2022即构成核心材料层202。优选地，氮化物薄膜的厚度大于氧化物薄膜的厚度，即氮化物层2021的厚度大于氧化物层2022的厚度。
[0055]作为示例，在本实施例中，所述半导体衬底选用单晶硅材料构成。在所述半导体衬底中形成有隔离结构，所述隔离结构为浅沟槽隔离(STI)结构或者局部氧化硅(LOCOS)隔离结构，所述隔离结构将半导体衬底分为NMOS部分和PMOS部分。所述半导体衬底200中还形成有各种阱(well)结构，为了简化，图示中予以省略。上述形成阱(well)结构、隔离结构、栅极结构的工艺步骤已经为本领域技术人员所熟习，在此不再详细加以描述。
[0056]步骤S102:对核心材料层进行处理，以使核心材料层不同表面具有不同的物质沉积率。
[0057]在本步骤中，需要对核心材料层202进行处理，如采用氟注入处理或者其他离子注入处理等，以使得核心材料层202的不同表面具有不同的物质沉积率(depositionrate)，如图2B所示(其中图2B_1为前视图、图2B-2为俯视图)。这样，就可以在后续工艺中实现间隔层材料在核心材料层表面不同位置的不同沉积率。
[0058]当进行处理后，应保证核心材料层202在后续工艺中需要保留间隔层材料以形成间隔层的那两个相对的表面上，物质沉积率大于其他表面。
[0059]下面，以具体采用氟注入处理为例，进行说明。
[0060]对核心材料层202从左右两个方向进行氟注入处理，如图2B所示，所述氟注入的方向与所述半导体衬底200的水平面具有一夹角，以保证对所述核心材料层202的相同侧面能同时进行氟注入处理。其中，左右两个方向，是指在后续工艺中需要保留间隔层材料以形成间隔层的那两个相对的方向。经过氟处理后，核心材料层在经过氟处理的表面上，将具有更大的物质沉积率。
[0061]步骤S103:在所述半导体衬底上形成间隔层材料薄膜。
[0062]在半导体衬底上形成(比如沉积)一层间隔层材料，形成一层间隔层材料薄膜203，如图2C所示(其中图2C-1为前视图、图2C-2为俯视图)。由于前述步骤S202对核心材料层202进行了处理，使得核心材料层202表面具有了不同的物质沉积率，因此，间隔层材料在核心材料层202的沉积率不同，进而间隔层材料薄膜203在核心材料层202的表面的不同位置厚度不同。如图2C-2所示，该间隔层材料薄膜为高长宽比制程(HARP)薄膜，在核心材料层202左右两个方向上的厚度明显大于在另外两个方向的厚度。
[0063]步骤S104:蚀刻所述间隔层材料薄膜以形成间隔层的图形。
[0064]对间隔层材料薄膜203进行全面刻蚀(blanket etch),形成间隔层203’的图形，间隔层材料仅在核心材料层202的左右两个侧面上被保留，即间隔层203’仅位于核心材料层202的左右两个侧面上，如图2D所示(其中图2D-1为前视图、图2D-2为俯视图)。
[0065]由于氟注入处理实现了间隔层材料在核心材料层202表面的不同沉积率，进而使形成的间隔层材料薄膜203在左右两个方向上(即核心材料层202的左右两个侧面上)的厚度明显大于另外两个方向，因此，刻蚀后可以实现间隔层203’仅仅位于核心材料层202的左右两个侧面上。即，通过前述一系列步骤，形成的间隔层图形，已经与现有技术中进行切割刻蚀工艺(cutting photo)处理后的最终的间隔层(图1D中103’)的形状完全相同。因此，本发明实施例中，可以省略对间隔层进行切割刻蚀工艺(cutting photo)处理的步骤。精简了制造工艺，降低了成本，同时也进一步保证了产品良率。
[0066]步骤S105:去除所述核心材料层。
[0067]通过湿法刻蚀等工艺，去除核心材料层202，处理后的图形如图2E所示(其中图2E-1为前视图、图2E-2为俯视图)。其中，去除核心材料层202的具体方法，可以为使用磷酸(H3PO4)浸泡，即，将完成步骤S104的半导体衬底200浸泡入磷酸，以去除核心材料层202。
[0068]步骤S106:对所述待构图薄膜进行图形化。
[0069]利用间隔层203’作为掩模，对待构图薄膜201进行刻蚀处理，形成拟实现的最终的图形201’，如图2F所示(其中图2F-1为前视图、图2F-2为俯视图)。其中，该刻蚀处理的方法，优选为反应离子刻蚀(RIE)。
[0070]步骤S107:去除所述间隔层。
[0071]通过刻蚀、剥离等工艺，去除间隔层203’，保留最终图案203’，如图2G所示(其中图2G-1为前视图、图2G-2为俯视图)。
[0072]至此，完成了根据本发明示例性实施例的方法实施的全部工艺步骤。本发明实施例的半导体器件的制造方法，实际是利用双重图形技术实现对某一膜层(薄膜)的图形化的方法，可以应用于各种半导体器件的制造过程中，比如随机存储器等。
[0073]本发明实施例的半导体器件的制造方法，相对于现有技术中的应用双重图形技术的方法，省略了对间隔层进行切割刻蚀工艺(cutting photo)处理的工艺步骤，精简了制造工艺，降低了成本，同时也进一步保证了产品的良率。
[0074]图3示出了本发明提出的半导体器件的制造方法的流程图，用于简要示出整个制造工艺的流程。
[0075]在步骤SlOl中，在形成有待构图薄膜的半导体衬底上形成核心材料层的图形；
[0076]在步骤S102中，对核心材料层进行处理，以使核心材料层不同表面具有不同的物质沉积率；
[0077]在步骤S103中，在所述半导体衬底上形成间隔层材料薄膜；
[0078]在步骤S104中，蚀刻所述间隔层材料薄膜以形成间隔层的图形；
[0079]在步骤S105中，去除所述核心材料层；
[0080]在步骤S106中，对所述待构图薄膜进行图形化；
[0081]在步骤S107中，去除所述间隔层。
[0082]本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。
【权利要求】
1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤: 步骤SlOl:在形成有待构图薄膜的半导体衬底上形成核心材料层的图形； 步骤S102:对核心材料层进行处理，以使核心材料层不同表面具有不同的物质沉积率； 步骤S103:在所述半导体衬底上形成间隔层材料薄膜； 步骤S104:蚀刻所述间隔层材料薄膜以形成间隔层的图形； 步骤S105:去除所述核心材料层； 步骤S106:对所述待构图薄膜进行图形化； 步骤S107:去除所述间隔层。
2.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述步骤SlOl包括: 提供形成有待构图薄膜的半导体衬底，在所述待构图薄膜上形成核心材料薄膜，对所述核心材料薄膜进行刻蚀处理，形成核心材料层的图形。
3.如权利要求2所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述在所述待构图薄膜上形成核心材料薄膜包括:在所述待构图薄膜上，连续沉积氮化物薄膜和氧化物薄膜。
4.如权利要求3所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述氮化物薄膜的厚度大于所述氧化物薄膜的厚度。
5.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在步骤S102中，所述对核心材料层进行处理包括:从左右两个相反的方向，对所述核心材料层进行氟注入处理。
6.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述间隔层材料薄膜为HARP。
7.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述步骤S104包括: 对所述间隔层材料薄膜进行无图形刻蚀处理，在所述核心材料层的左右两个侧面保留间隔层材料，形成间隔层的图形。
8.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述步骤S105包括: 将完成步骤S104的半导体衬底浸泡入磷酸，以去除核心材料层。
9.如权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述步骤S106包括: 利用所述间隔层作为掩模，对所述待构图薄膜进行刻蚀处理，形成拟实现的最终的图形。
10.如权利要求9所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述刻蚀处理采用的方法为反应离子刻蚀。
【文档编号】H01L21/02GK103681232SQ201210324637
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月4日 优先权日:2012年9月4日
【发明者】邓浩, 张彬, 向阳辉, 鲍宇 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司