小尺寸圖形的制作方法
【專利摘要】本發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，通過后續光刻以及刻蝕工藝形成多晶硅線形陣列圖形，接著應用LEC工藝對多晶硅線形陣列圖形進行曝光和刻蝕，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沉積一層氧化硅薄膜；利用干法刻蝕工藝依次對所述氧化硅薄膜、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，形成小尺寸且可調控的圖形結構。
【專利說明】小尺寸圖形的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體制造，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】
[0002]隨著工藝尺寸不斷縮小，特別是在32納米及其以下技術中，由于柵極寬度進一步減小，對光刻機的能力以及光刻工藝的要求越來越高。為了進一步降低器件關鍵尺寸，提高其集成度，業界出現各種不同的解決方案。
[0003]現有技術的一種解決方案是利用現有成熟光刻工藝形成線形陣列圖形后，應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，簡稱LEC工藝)，最終形成獨立且重復的器件。
[0004]圖1為現有技術的LEC工藝光刻曝光的制程方法的流程示意圖。圖2為LEC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，應用LEC工藝對多晶硅線形陣列圖形進行曝光和刻蝕。更詳細地說，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)技術通過干法刻蝕依次對SHB、S0C以及SiN進行刻蝕并停在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Poly進行刻蝕,最終形成頭到頭(Head To Head,簡稱HTH)尺寸較小的多晶硅結構的剖面示意圖。
[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，但是由于光刻受機臺能力限制，現有技術中曝光后的HTH尺寸最小為55納米，如何達到更小尺寸(例如，35納米)的要求成為業界亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0011]本發明要解決的技術問題在于提供一種小尺寸圖形的制作方法，其能夠應用于32納米及其以下技術中，以解決光刻機能力不夠以及光刻和刻蝕工藝窗口不足等問題，同時縮小器件尺寸，提高半導體工藝集成度。
[0012]本發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，通過后續光刻以及刻蝕工藝形成多晶硅線形陣列圖形，接著應用LEC工藝對多晶硅線形陣列圖形進行曝光和刻蝕，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沉積一層氧化硅薄膜；利用干法刻蝕工藝依次對所述氧化硅薄膜、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，形成小尺寸且可調控的圖形結構。
[0013]較優地，所述干法刻蝕工藝進一步包括:為所述低溫原子層沉積的氧化硅薄膜進行回刻，即使用CF4，CHF3混合氣體祛除光刻膠頂部以及含硅抗反射涂層頂部的氮化硅，在所述光刻膠側壁形成氧化硅側墻；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氧化硅側墻為阻擋層對所述含硅抗反射涂層進行刻蝕；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氧化硅側墻為阻擋層對所述旋涂碳氧化物進行刻蝕；為所述氮化硅刻蝕，即使用CF4，CHF3混合氣體刻蝕氮化硅對多晶硅高選擇比特性，并利用所述光刻膠和所述氧化硅側墻以及所述含硅抗反射涂層為阻擋層對所述氮化硅進行刻蝕，最終消耗完所述光刻膠和所述氧化硅側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]與現有技術相比，本發明基于LEC工藝中光刻曝光后的圖形，利用業界比較成熟的低溫原子層沉積技術以及干法刻蝕工藝，最終形成頭到頭之間的距離可自由調控的結構，極大地提高了光刻及刻蝕工藝窗口，從而解決32納米及其以下技術中光刻和干刻工藝能力不足以及工藝窗口較小問題，進一步提高光刻工藝窗口，降低關鍵尺寸，大幅度提高器件的集成度。
[0015]以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案進行詳細的說明，以使本發明的特性和優點更為明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為現有技術的LEC工藝光刻曝光的制程方法的流程示意圖；
[0017]圖2為現有技術的LEC工藝光刻曝光后的剖面示意圖；
[0018]圖3至圖5為現有技術的LEC工藝各個步驟中的剖面示意圖；
[0019]圖6所示為本發明一個實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所示為本發明的小尺寸圖形的制作方法各個步驟中的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0021]以下將對本發明的實施例給出詳細的說明。盡管本發明將結合一些【具體實施方式】進行闡述和說明，但需要注意的是本發明并不僅僅只局限于這些實施方式。相反，對本發明進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
[0022]另外，為了更好的說明本發明，在下文的【具體實施方式】中給出了眾多的具體細節。本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節，本發明同樣可以實施。在另外一些實例中，對于大家熟知的方法、流程、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本發明的主旨。
[0023]圖6為本發明一個實施例的小尺寸圖形的制作方法的流程示意圖。如圖所示，本實施例的小尺寸圖形的制作方法包括與圖1所示的現有技術的LEC工藝光刻曝光的制程方法相同的步驟，其區別在于，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,簡稱ALD)技術沉積一層氧化硅(Si02)薄膜(請同時參閱圖7)。更具體地說，通過ALD技術精確控制氧化硅薄膜厚度(例如，使所述Si02薄膜的厚度介于5納米至15納米之間)，以此來自由調節LEC工藝曝光后的關鍵尺寸；同時，通過采用低溫技術(例如，溫度介于50°至100°之間)降低對光刻膠的損傷，由于在之前的步驟S16中，在SOC和SHB涂于晶圓表面后，會經過一個較高溫度的烘烤(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對已經形成的SOC以及SHB造成損傷。
[0025]步驟S22，利用干法刻蝕工藝依次對頂部Si02薄膜、SHB、SOC、SiN進行刻蝕(請同時參閱圖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(請同時參閱圖12)；
[0027]步驟S26，最后利用底部SiN作為阻擋層刻蝕Poly，形成小尺寸且可調控(例如，介于25納米至45納米之間)的圖形結構(請同時參閱圖13)。在一個較佳的實施例中，采用CL2，SF6，CF4混合氣體進行刻蝕，最終形成HTH小尺寸的圖形結構。
[0028]更詳細地說，前述步驟S22中的干法刻蝕工藝以及等離子體刻蝕工藝進一步包括:
[0029]為ALD氧化硅回刻。在一個較佳的實施例中，主要使用CF4，CHF3混合氣體祛除光刻膠頂部以及含硅抗反射涂層頂部的Si02，在光刻膠側壁形成Si02側墻。
[0030]為SHB刻蝕。在一個較佳的實施例中，主要使用CF4，CH2F2混合氣體并利用光刻膠和Si02側墻為阻擋層對SHB進行刻蝕。
[0031]為SOC刻蝕。在一個較佳的實施例中，主要使用S02，02混合氣體并利用光刻膠和Si02側墻為阻擋層對SOC進行刻蝕。
[0032]為SiN刻蝕。在一個較佳的實施例中，主要使用CF4，CHF3混合氣體刻蝕氮化硅對多晶硅高選擇比特性，并利用光刻膠和Si02側墻以及SHB為阻擋層對SiN進行刻蝕，最終消耗完頂層光刻膠和Si02側墻以及SHB，并有少量SOC損失。
[0033]上文【具體實施方式】和附圖僅為本發明之常用實施例。顯然，在不脫離權利要求書所界定的本發明精神和發明范圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領域技術人員應該理解，本發明在實際應用中可根據具體的環境和工作要求在不背離發明準則的前提下在形式、結構、布局、比例、材料、元素、組件及其它方面有所變化。因此，在此披露之實施例僅用于說明而非限制，本發明之范圍由后附權利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。
【權利要求】
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，通過后續光刻以及刻蝕工藝形成多晶硅線形陣列圖形，接著應用LEC工藝對多晶硅線形陣列圖形進行曝光和刻蝕，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沉積一層氧化硅薄膜； 利用干法刻蝕工藝依次對所述氧化硅薄膜、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，形成小尺寸且可調控的圖形結構。
2.根據權利要求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沉積的氧化硅薄膜的厚度介于5納米至15納米之間。
3.根據權利要求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的溫度介于50°至100°之間。
4.根據權利要求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一步包括: 為所述低溫原子層沉積的氧化硅薄膜回刻； 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.根據權利要求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氧化硅薄膜進行回刻，使用CF4，CHF3混合氣體祛除光刻膠頂部以及含硅抗反射涂層頂部的氧化硅，在所述光刻膠側壁形成氧化硅側墻。
6.根據權利要求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氧化硅側墻為阻擋層對所述含硅抗反射涂層進行刻蝕。
7.根據權利要求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氧化硅側墻為阻擋層對所述旋涂碳氧化物進行刻蝕。
8.根據權利要求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多晶硅高選擇比特性，并利用所述光刻膠和所述氧化硅側墻以及所述含硅抗反射涂層為阻擋層對所述氮化硅進行刻蝕，最終消耗完所述光刻膠和所述氧化硅側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.根據權利要求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混合氣體進行刻蝕，最終形成所述小尺寸的圖形結構。
【文檔編號】H01L21/027GK104201097SQ201410443662
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月2日 優先權日:2014年9月2日
【發明者】崇二敏, 李全波, 孟祥國 申請人:上海華力微電子有限公司