一種采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法
【專利摘要】一種采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，包括：形成具有第一特征尺寸的圖形；接著在該圖形上沉積一層薄膜材料，形成均勻覆蓋掩模圖形的共形層，側墻上薄膜的厚度為第一厚度；進行第二次光刻并顯影，定義第一器件區(qū)域；在該圖形上進行第二次沉積，沉積一層薄膜材料，沉積厚度為第二厚度，此時第一器件區(qū)域覆蓋材料的厚度為第一厚度加第二厚度的和，第二器件區(qū)域的厚度為第二厚度；各向異性地刻蝕薄膜材料，將掩模層頂部和底部的薄膜材料去除，只留下側壁上的薄膜材料；灰化工藝選擇性地去除硬掩模，只留下薄膜材料形成的側墻；利用薄膜材料作為刻蝕的新掩模進行刻蝕，形成具有由沉積薄膜的第一厚度和第二厚度決定的兩種尺寸的超精細圖形。
【專利說明】一種采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造領域，具體地涉及一種自對準的形成超精細特征尺寸圖形的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法。
【背景技術】
[0002]超大規(guī)模集成電路的特征尺寸按照摩爾定律的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展到20納米及以下的特征尺寸，以便在更小面積上增加半導體器件的容量并降低成本，形成具有更好的性能，更低的功耗的半導體器件。每個器件的特征尺寸的收縮需要更復雜的技術。光刻法是常用的將器件及電路圖案轉移到襯底上的方法，線的寬度和間距是光刻工藝中最為關鍵的兩個參數(shù)。間距被定義為兩個相鄰線的相同點之間的距離。由于各種因素，如光學和光的波長等物理限制，現(xiàn)有的光刻技術具有最小間距在20納米以下已不能滿足集成電路的需求，低于該特定光刻技術極限的特征尺寸的圖形已不能通過現(xiàn)有的光刻技術形成。因此，找到一種利用現(xiàn)有光刻技術同時又能滿足特征尺寸需求的方法就非常重要。
[0003]自對準的二次圖形方法是近年來被廣泛研究并極有可能大規(guī)模生產(chǎn)的圖形轉移技術，通過該方法，能夠滿足20納米以下的圖形轉移需求，不受到光刻工藝的物理及設備極限的限制。
[0004]但是自對準的二次圖形方法得到的隔離物的寬度(共形層的厚度)是唯一的，這樣得到的圖形的尺寸也是唯一的，但是在實際的集成電路應用中，特別是在邏輯電路、SRAM電路中，要求有不同特征尺寸的有源區(qū)，不同特征尺寸的柵極等。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術中存在上述缺陷，提供一種能夠采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述技術目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了 一種采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，其包括:首先用一層掩模版進行第一次光刻并刻蝕掩模層形成具有第一特征尺寸的圖形；接著在該圖形上沉積一層薄膜材料，形成均勻覆蓋掩模圖形的共形層，側墻上薄膜的厚度為第一厚度；進行第二次光刻并顯影，以將光刻膠覆蓋的一部分薄膜材料定義為第一器件區(qū)域，將作為第二器件區(qū)域的暴露部分的薄膜材料去除；去除光刻膠，此時只有第一器件區(qū)域被薄膜材料覆蓋；接著在該圖形上進行第二次沉積，沉積一層薄膜材料，沉積厚度為第二厚度，此時第一器件區(qū)域覆蓋材料的厚度為第一厚度加第二厚度的和，第二器件區(qū)域的的厚度為第二厚度；各向異性地刻蝕薄膜材料，將掩模層頂部和底部的薄膜材料去除，只留下側壁上的薄膜材料；灰化工藝選擇性地去除硬掩模，只留下薄膜材料形成的側墻；利用薄膜材料作為刻蝕的新掩模進行刻蝕，形成具有兩種尺寸的超精細圖形，兩種尺寸由沉積薄膜的第一厚度和第二厚度決定。
[0007]在一個實施例中，首先用一層掩模版進行第一次光刻并刻蝕掩模層(非晶碳犧牲層)形成具有第一特征尺寸(該尺寸接近光刻的物理極限)的圖形；接著在該圖形上沉積一層薄膜材料，形成均勻覆蓋掩模圖形的側墻，側墻上薄膜的厚度為第一厚度；進行第二次光刻并顯影，光刻膠覆蓋一部分材料定義為第一器件區(qū)域，將暴露的部分(第二器件區(qū)域)的薄膜材料去除；去除光刻膠，此時只有第一器件區(qū)域有材料一覆蓋；接著在該圖形上進行第二次沉積，沉積一層薄膜材料1，沉積厚度為第二厚度，此時第一器件區(qū)域覆蓋材料的厚度為第一厚度加第二厚度的和，第二器件區(qū)域的的厚度為第二厚度；各向異性的刻蝕薄膜材料1，將掩模層頂部和底部的薄膜材料去除，只留下側壁上的薄膜；灰化工藝選擇性的去除硬掩模(犧牲層)，只留下材料I形成的側墻；材料作為刻蝕的新掩模進行刻蝕，形成具有兩種尺寸的超精細圖形。并且尺寸的大小接近于側墻的第一厚度和第二厚度，第二厚度為第二器件要求的第二尺寸，第一厚度和第二厚度的和為第一器件要求的第一尺寸。
[0008]在一個實施例中，在硅襯底中形成圖案化的淺溝槽的方法包括:在硅襯底上形成氮化硅，并在氮化硅上形成掩模層(犧牲層)，并采用光刻工藝形成具有第一特征尺寸的掩模圖形；該方法進一步包括在上述圖形上覆蓋一層二氧化硅共形層，形成均勻覆蓋掩模圖形的側墻，側墻上薄膜的厚度為第一厚度；緊接行第二次光刻并顯影，光刻膠覆蓋一部分二氧化硅共形層，將暴露的部分的共形層去除干凈，定義覆蓋區(qū)域為第一器件區(qū)域，暴露部分為第二器件區(qū)域；去除光刻膠并進行第二次沉積二氧化硅共形層，形成均勻覆蓋掩模圖形的側墻，沉積厚度為第二厚度，此時第一器件區(qū)域二氧化硅的厚度為第一厚度加第二厚度的和，第二器件區(qū)域的的厚度為第二厚度；各向異性的刻蝕二氧化硅，將犧牲層頂部和底部的二氧化硅去除，只留下側壁上的二氧化硅；采用氧氣灰化工藝去除暴露在表面的掩模層(犧牲層)；采用干法刻蝕刻蝕遺留下來的共形層，并作為硬掩模刻蝕氮化硅和硅襯底，形成淺溝槽，最后得到的淺溝槽隔離的有源區(qū)的尺寸有兩種，第二厚度為第二器件要求的第二尺寸，第一厚度和第二厚度的和為第一器件要求的第一尺寸。
[0009]在另一實施例中在襯底上形成圖案化的多晶硅柵的方法包括:形成二氧化硅柵介質層，形成多晶硅柵，并在多晶硅柵上形成掩模層(犧牲層)，并采用光刻工藝形成具有第一特征尺寸的掩模圖形；該方法進一步包括在上述圖形上覆蓋一層二氧化硅共形層，形成均勻覆蓋掩模圖形的側墻，側墻上薄膜的厚度為第一厚度；緊接行第二次光刻并顯影，光刻膠覆蓋一部分二氧化硅共形層，將暴露的部分的共形層去除干凈，定義覆蓋區(qū)域為第一器件區(qū)域，暴露部分為第二器件區(qū)域；去除光刻膠并進行第二次沉積二氧化硅，形成均勻覆蓋掩模圖形的側墻，沉積厚度為第二厚度，此時第一器件區(qū)域覆蓋二氧化硅的厚度為第一厚度加第二厚度的和，第二器件區(qū)域的的厚度為第二厚度；各向異性的刻蝕二氧化硅，將犧牲層頂部和底部的二氧化硅去除，只留下側壁上的薄膜；采用氧氣灰化工藝去除暴露在表面的掩模層(犧牲層)；采用干法刻蝕刻蝕遺留下來的共形層，并作為硬掩?？涛g多晶硅柵和柵介質層，形成柵極結構，最后得到的柵極結構的尺寸有兩種，第二厚度為第二器件要求的第二尺寸，第一厚度和第二厚度的和為第一器件要求的第一尺寸。
[0010]通過本發(fā)明，可以通過增加一次光刻形成具有兩種厚度的隔離物；而且，通過這種方法，可以一次性刻蝕出兩種特征尺寸的圖形，甚至可以無限制增加光刻次數(shù)形成各種厚度的隔離物隔離物，得到更多不同的特征尺寸的圖形，滿足集成電路的實際需求，對SADP的大規(guī)模應用有重要意義。
【專利附圖】

【附圖說明】[0011]結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發(fā)明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優(yōu)點和特征，其中:
[0012]圖1至圖11分別示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法的各個步驟的截面圖或俯視圖。
[0013]需要說明的是，附圖用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
【具體實施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的內容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發(fā)明的內容進行詳細描述。
[0015]圖1至圖11分別示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法的各個步驟的截面圖或俯視圖。
[0016]如圖1至圖11所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法包括:
[0017]在硅襯底I上形成氮化硅(未示出)，并在氮化硅上形成非晶碳層(掩模層)2 (如圖1所示)，并采用光刻工藝形成具有第一特征尺寸的掩模圖形(如圖2的截面圖所示)；其中第一特征尺寸形成在或接近用高分辨率的光掩模光刻系統(tǒng)的光學分辨率的極限，在現(xiàn)階段最先進的浸沒式光刻機的分辨率極限的尺寸為20-28納米。
[0018]在上述掩模圖形上覆蓋一層二氧化硅共形層(如圖3的俯視圖和圖4的截面圖所示)，該共形層后續(xù)會形成均勻覆蓋掩模圖形的側墻(如圖5的截面圖所示)，側墻上薄膜的厚度為第一厚度；
[0019]緊接進行第二次光刻并顯影，光刻膠4覆蓋一部分二氧化硅共形層，覆蓋部分定義為第一器件區(qū)域(如圖6的俯視圖所示)，將暴露的部分的共形層去除干凈(如圖7所示)，暴露部分定義為第二器件區(qū)域；
[0020]去除光刻膠(如圖8所示)并進行第二次沉積二氧化硅共形層5，形成均勻覆蓋掩模圖形的側墻，沉積厚度為第二厚度，此時第一器件區(qū)域覆蓋二氧化硅的厚度為第一厚度加第二厚度的和，第二器件區(qū)域的的厚度為第二厚度(如圖9的截面圖和圖10的俯視圖所示)；
[0021]各向異性的刻蝕二氧化硅，將掩模層頂部和底部的二氧化硅去除，只留下側壁上的二氧化硅薄膜(如圖11所示)；
[0022]采用氧氣灰化工藝去除暴露在表面的非晶碳層(掩模層)；
[0023]采用干法刻蝕刻蝕遺留下來的二氧化硅共形層，并作為硬掩?？涛g氮化硅和硅襯底，形成淺溝槽，最后得到的淺溝槽隔離的有源區(qū)的尺寸有兩種，第二厚度為第二器件要求的第二尺寸，第一厚度和第二厚度的和為第一器件要求的第一尺寸。
[0024]在本發(fā)明中，作為最終刻蝕掩模的二氧化硅或者氮化硅得到的圖形的尺寸有兩種，兩種尺寸都不受到光刻的物理極限的限制，僅由側墻的厚度決定。
[0025]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法可有利地應用在20納米及以下集成電路制造光刻刻蝕工藝中。例如，上述方法可作為在襯底上形成圖案化的多晶硅柵的方法。[0026]<具體工藝示例>
[0027]下面描述根據(jù)本發(fā)明實施例的具體工藝示例，可依次執(zhí)行下述步驟:
[0028]采用熱氧化法在硅襯底上形成3到5納米的二氧化硅層，在二氧化硅層采用LPCVD形成50-80納米厚度的氮化硅層；
[0029]在氮化硅層上用PECVD的方法沉積50-200納米厚度的非晶碳層，通過分解C2H2，形成非晶碳，工藝設定為:C2H2的流量為1500SCCm，溫度為400C，緩沖氣體He流量為300-1500sccm，射頻為 13.56Mhz 功率為 800-1200W，壓強為 10 托；
[0030]光刻并刻蝕非晶碳層形成具有第一特征尺寸的圖形，本例的尺寸為80納米；
[0031]在上述圖形上采用原子層沉積(ALD)的方法形成二氧化硅共形層，工藝設定為:2Nte流量為lmgm，功率為2000-3000W，02的流量為3000-4000sccm，Ar的流量為1000-2000sCCm;共形層的厚度為10-20納米，臺階覆蓋率為100% ；
[0032]進行第二次光刻:旋涂凝膠法形成一層正性光刻膠，對第二器件區(qū)域進行顯影，保留第一器件區(qū)域光刻膠，本例為6T-SRAM區(qū)域的下拉MOS管區(qū)域進行顯影，保留傳輸MOS管區(qū)域的光刻膠；
[0033]采用干法刻蝕對暴露出來的Pull-down MOS管區(qū)域的共形層進行去除；
[0034]采用灰化工藝去除掉所有光刻膠，進行第二次原子層沉積(ALD)的方法形成二氧化硅共形層，工藝設定為:2Nte流量為lmgm，功率為2000-3000W，02的流量為3000-4000sccm, Ar的流量為1000-2000sccm ;共形層的厚度為15-20納米，臺階覆蓋率為100% ；
[0035]采用等離子體刻蝕各向異性的去除掉非晶碳頂部和底部的二氧化硅共形層，僅留下側墻上的二氧化硅；
[0036]采用氧氣灰化工藝去除非晶碳犧牲層，工藝設定為:02的流量為500-1500sCCm，溫度為200度，功率為300W;
[0037]以殘留的二氧化硅共形層為硬掩模對襯底進行干法刻蝕，形成淺溝槽隔離的有源區(qū)，該有源區(qū)的尺寸為共形層的厚度，第一器件區(qū)域(傳輸MOS管)的尺寸為25-40納米；第二器件區(qū)域(下拉MOS管)的尺寸為10-20納米。
[0038]本發(fā)明采用先進光刻工藝形成具有第一特征尺寸的圖形，第一特征尺寸接近于光刻的物理極限，通過采用雙隔離雙圖案成型的方法可以將光刻的物理限制打破，形成遠小于第一特征尺寸的圖形，通過兩次光刻得到兩種超低尺寸的圖形，滿足20納米及以下的集成電路工藝的圖形轉移需求。
[0039]此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的術語“第一”、“第二”、“第三”等描述僅僅用于區(qū)分說明書中的各個組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個組件、元素、步驟之間的邏輯關系或者順序關系等。
[0040]可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發(fā)明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發(fā)明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術方案保護的范圍內。
【權利要求】
1.一種采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，其特征在于包括:首先用一層掩模版進行第一次光刻并刻蝕襯底上的掩模層以形成具有第一特征尺寸的圖形；接著在該圖形上沉積一層薄膜材料，形成均勻覆蓋掩模圖形的共形層，側墻上薄膜的厚度為第一厚度；進行第二次光刻并顯影，以將光刻膠覆蓋的一部分薄膜材料定義為第一器件區(qū)域，將作為第二器件區(qū)域的暴露部分的薄膜材料去除；去除光刻膠，此時只有第一器件區(qū)域被薄膜材料覆蓋；接著在該圖形上進行第二次沉積，沉積一層薄膜材料，沉積厚度為第二厚度，此時第一器件區(qū)域覆蓋材料的厚度為第一厚度加第二厚度的和，第二器件區(qū)域的的厚度為第二厚度；各向異性地刻蝕薄膜材料，將掩模層頂部和底部的薄膜材料去除，只留下側壁上的薄膜材料；灰化工藝選擇性地去除硬掩模，只留下薄膜材料形成的側墻；利用薄膜材料作為刻蝕的新掩模進行刻蝕，形成具有兩種尺寸的超精細圖形，兩種尺寸由沉積薄膜的第一厚度和第二厚度決定。
2.根據(jù)權利要求1所述的采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，其特征在于，掩模層為非晶碳薄膜。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，其特征在于，第一特征尺寸等于高分辨率的光掩模光刻系統(tǒng)的光學分辨率的極限。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，其特征在于，薄膜材料為二氧化硅或者氮化硅。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，其特征在于，第二器件區(qū)域的尺寸比第一器件區(qū)域的尺寸小。
6.一種采用雙側墻工藝形成超低尺寸圖形的方法，其特征在于包括:形成二氧化硅柵介質層，形成多晶硅柵，并在多晶硅柵上形成掩模層，并采用光刻工藝形成具有第一特征尺寸的掩模圖形；在掩模圖形上覆蓋一層二氧化硅共形層，形成均勻覆蓋掩模圖形的側墻，側墻上薄膜的厚度為第一厚度；隨后執(zhí)行第二次光刻并顯影，光刻膠覆蓋一部分二氧化硅共形層，將暴露的部分的共形層去除干凈，定義覆蓋區(qū)域為第一器件區(qū)域，暴露部分為第二器件區(qū)域；去除光刻膠并進行第二次沉積二氧化硅，形成均勻覆蓋掩模圖形的側墻，沉積厚度為第二厚度，此時第一器件區(qū)域覆蓋二氧化硅的厚度為第一厚度加第二厚度的和，第二器件區(qū)域的的厚度為第二厚度；各向異性的刻蝕二氧化硅，將犧牲層頂部和底部的二氧化硅去除，只留下側壁上的薄膜；采用氧氣灰化工藝去除暴露在表面的掩模層；采用干法刻蝕刻蝕遺留下來的共形層，并作為硬掩?？涛g多晶硅柵和柵介質層，形成柵極結構，最后得到的柵極結構的尺寸有兩種，第二厚度為第二器件要求的第二尺寸，第一厚度和第二厚度的和為第一器件要求的第一尺寸。
【文檔編號】H01L21/027GK103996602SQ201410253213
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月9日 優(yōu)先權日:2014年6月9日
【發(fā)明者】桑寧波, 雷通 申請人:上海華力微電子有限公司