專利名稱：一種實現(xiàn)亞10nm柵長線條的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微電子納米尺度微納電子器件領域，特別是指一種用于在制備半導體 器件時定義精細柵線條圖形的方法。
背景技術：
隨著微納電子技術的發(fā)展，在制備過程中定義極精細的線條變得越來越困難。即 使采用分辨率增強技術如移相掩模(PSM)、光學鄰近效應修正(OPC)等措施，普通光學光刻 的極限分辨率只能達到光源波長的1/2，而進入深紫外區(qū)域的光波長極限只有193nm，因此 要實現(xiàn)亞IOnm線條曝光需要更為先進的技術。采用電子束曝光，通過優(yōu)化工藝條件，采用昂貴的曝光劑量很高的電子數光刻膠 (如HSQ等)，在極限情況下輔助其他技術(如灰化等)可能實現(xiàn)亞lOnm，但是由于存在電 子束鄰近效應和光源波動，使得這種方法的工藝可重復性不好，工藝控制復雜，因此只在非 常極端的特定條件下可以實現(xiàn)。必須增加工藝窗口，并降低成本才可能充分利用電子束曝 光能力實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的圖形制備?？紤]采用正性電子束光刻膠曝光兩個相鄰凹槽時產生的電子束鄰近效應，在兩個 凹槽中間實現(xiàn)極短的線條。這種方法相比簡單采用電子束光刻更具優(yōu)勢一 )工藝流程簡單，與CMOS工藝完全兼容；二 )可重復性好，只要保證襯底和電子束光刻條件不變的情況下；三)成本較低，避免了采用高劑量電子束曝光；四)工藝窗口大；五)最小特征尺寸可以很容易達到IOnm以下且不依賴于光刻能力，大大放松了對 光刻的要求。鑒于該方法具備以上優(yōu)點，因此對于微納電子器件制備過程中定義亞IOnm精細 圖形有很好的應用前景。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供一種易于集成的、完全采用傳統(tǒng)微電子加工的實現(xiàn)亞IOnm 極短柵長線條的方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主要步驟為1)在襯底上墊積或熱氧化生長柵介質層；2)墊積柵電極材料；3)正性電子束曝光并刻蝕柵電極材料形成凹槽；4)墊積氧化物介質層；5)氧化物介質層表面平坦化；6)正性電子束曝光并刻蝕介質層形成兩個相鄰的凹槽；7)刻蝕柵電極材料。
步驟1中墊積或熱氧化生長SiA的厚度6至100A，墊積的柵介質可以是SiON、 HfON, HfAlO, HfAlON, HfTaO, HfTaON, HfSiO、HfSiON、HfLaO 或 HfLaON，柵介質層可通過低 壓化學氣相沉積、物理氣相淀積、金屬有機化學氣相沉積或者原子層淀積形成。步驟2中柵電極材料可以是多晶硅和金屬柵材料(如難熔金屬W、Ti、Ta、Mo，或， 金屬氮化物TiN、TaN、HfN或MoN等)，柵電極材料可以采用低壓化學氣相淀積，金屬有機化 學氣相沉積或者原子層淀積形成，厚度為1000至2000 A。步驟3中正性電子束曝光采用正性電子束光刻膠。陡直凹槽的刻蝕采用氯基反應 離子刻蝕。刻蝕凹槽寬度為50-500nm，深度為5-80nm。步驟4中化學氣相墊積氧化物介質層可以是硅酸四乙酯(TE0Q或低溫墊積氧化 物(LTO)，厚度 10-200nm。步驟5中氧化物介質層表面平坦化采用化學機械剖光。步驟6中采用正性電子束曝光。電子束光刻定義凹槽寬度為50-500nm。需要保證 定義的兩個凹槽之間的間隙在第一次曝光圖形內，兩凹槽的外邊界在第一次曝光圖形外。 陡直凹槽的刻蝕采用氟基反應離子刻蝕?？涛g凹槽深度為5-lOOnm。步驟7中刻蝕柵電極材料以步驟5中墊積的氧化層介質作為硬掩膜。采用氯基反 應離子刻蝕實現(xiàn)陡直的剖面?？涛g深度為1000至2000 A。本發(fā)明利用正性電子束光刻的曝光鄰近效應，通過縮小凹槽間的間距實現(xiàn)極短柵 線條的制備。所用工藝均是標準的CMOS工藝，工藝流程簡單，可控性和可重復性好。工藝 窗口大，極大放松了光刻對精細圖形制備的要求。有利于器件的特征尺寸往亞IOnm方向發(fā)展。


圖Ia-圖If給出了本方法定義亞IOnm柵長線條的制備步驟；其中(a)為墊積柵 介質層；(b)為墊積柵電極材料；(c)為正性電子束曝光并刻蝕凹槽；(d)為化學氣相墊積 介質層和平坦化工藝；(e)為正性電子束曝光并刻蝕兩相鄰的凹槽；(f)為以墊積的介質層 做硬掩膜，各向異性刻蝕柵電極材料。圖la-f中相同標號表示相同的部件101襯底；102柵介質層；103柵電極層；104電子束曝光并刻蝕形成的凹槽；105墊 積填充凹槽的介質層；106介質層硬掩膜；107電子束光刻定義的兩個窗口 ； 108柵線條。
具體實施例方式本發(fā)明采用的生長、氣相沉積、刻蝕、光刻等條件均為公知技術，本領域技術人員 很容易理解和實施的。實施例1)如圖Ia所示，950°C，熱氧化生長SiO2的厚度40人(102)；2)如圖Ib所示，低壓化學氣相淀積多晶硅1OOOA (103)；3)如圖Ic所示，采用正性電子束光刻膠^P520曝光。采用氯基反應離子刻蝕陡 直的凹槽(104)?？涛g凹槽寬度為lOOnm，深度為IOnm;4)化學氣相墊積氧化物介質層LTO (105)，厚度30nm ；
5)如圖Id所示，采用化學機械剖光平坦化氧化物介質層表面(105)。6)如圖Ie所示，采用正性電子束光刻膠觀 520曝光兩個定義間距為SOnm的凹槽 (107)。采用氟基反應離子刻蝕陡直的凹槽。刻蝕凹槽寬度為lOOnm，深度為10nm。7)如圖If所示，以步驟5中墊積的氧化層介質作為硬掩膜(106)。采用氯基反應 離子刻蝕柵電極材料并實現(xiàn)具有陡直的剖面亞IOnm寬柵線條(108)。以上通過詳細實例描述了本發(fā)明所提供的實現(xiàn)亞IOnm柵長線條的制備方法，本 領域的技術人員應當理解，在不脫離本發(fā)明實質的范圍內，可以對本發(fā)明的工藝過程做一 定的變形或修改，其制備方法也不限于實施例中所公開的內容。
權利要求
1.一種實現(xiàn)IOnm極短柵長線條的方法，其主要步驟是1)在襯底上墊積或熱氧化生長柵介質層；2)墊積柵電極材料；3)正性電子束曝光并刻蝕柵電極材料形成凹槽；4)化學氣相墊積氧化物介質層；5)氧化物介質層表面平坦化；6)正性電子束曝光并刻蝕介質層形成兩個相鄰的凹槽；7)刻蝕柵電極材料；
2.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟1中墊積或熱氧化生長SiA的厚度6至 1OOA，墊積的柵介質為 SiON、HfON, HfAlO、HfAlON、HfTaO, HfTaON, HfSiO、HfSiON、HfLaO 或 HfLaON ；柵介質層采用低壓化學氣相沉積、物理氣相淀積、金屬有機化學氣相沉積或者原子 層淀積形成。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟2中柵電極材料為W、Ti、Ta、Mo、TiN、TaN、 HfN或MoN，柵電極材料采用低壓化學氣相淀積、金屬有機化學氣相沉積或者原子層淀積形 成，厚度為1000至2000 A。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟3中正性電子束曝光采用正性電子束光刻 膠；陡直凹槽的刻蝕采用氯基反應離子刻蝕；刻蝕凹槽寬度為50-500nm，深度為5-80nm。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟4中化學氣相墊積氧化物介質層為硅酸四乙 酯或低溫墊積氧化物，厚度10-200nm。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟6中采用正性電子束曝光，電子束光刻 定義凹槽寬度為50-500nm;陡直凹槽的刻蝕采用氟基反應離子刻蝕，刻蝕凹槽的深度為 5-100nm。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，步驟7中刻蝕柵電極材料以步驟5中墊積的氧化 層介質作為硬掩膜；采用氟基反應離子刻蝕實現(xiàn)陡直的剖面，刻蝕深度為1000至2000 Ao
全文摘要
一種實現(xiàn)亞10nm柵長線條的方法在襯底上墊積或熱氧化生長介質層、墊積柵電極材料、正性電子束曝光并刻蝕凹槽、墊積氧化物介質層、氧化物介質層表面平坦化、正性電子束曝光并刻蝕凹槽以及刻蝕柵電極材料等。本發(fā)明工藝簡單，可重復性好，完全采用傳統(tǒng)自頂向下的工藝實現(xiàn)與CMOS工藝的完全兼容，工藝窗口較大，易于集成，有利于在微電子工藝流程中定義極短的精細圖形，使得最小特征尺寸不依賴于光刻能力，推動器件尺寸往更小的方向發(fā)展。
文檔編號H01L21/28GK102110597SQ200910243738
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權日2009年12月23日
發(fā)明者周華杰, 宋毅, 徐秋霞 申請人:中國科學院微電子研究所