一種圖形自對準(zhǔn)形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種圖形自對準(zhǔn)形成方法，包括：在襯底上布置掩模層；進(jìn)行光刻以使襯底上的掩模層形成具有第一特征尺寸的第一圖形；在該第一圖形上沉積一層二氧化硅作為共形層，覆蓋被第一圖形暴露出來的襯底表面，并形成均勻覆蓋第一圖形的側(cè)墻；在該側(cè)墻形成的基礎(chǔ)上沉積一層氮化硅作為填充層，并通過化學(xué)機(jī)械研磨對填充層進(jìn)行平坦化，以暴露出掩模層；通過濕法刻蝕去除氮化硅，留下二氧化硅和掩模層；執(zhí)行灰化工藝選擇性的去除掩模層，僅留下二氧化硅形成的側(cè)墻；利用二氧化硅作為刻蝕掩模進(jìn)行刻蝕，形成小于具有小于第一特征尺寸的第二特征尺寸的第二圖形。
【專利說明】一種圖形自對準(zhǔn)形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種圖形自對準(zhǔn)形成方法。【背景技術(shù)】
[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(dǎo)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(dǎo)體器件。每個(gè)器件的特征尺寸的收縮需要更復(fù)雜的技術(shù)。
[0003]光刻法是常用的將器件及電路圖案轉(zhuǎn)移到襯底上的方法，線的寬度和間距是光刻工藝中最為關(guān)鍵的兩個(gè)參數(shù)。間距被定義為兩個(gè)相鄰線的相同點(diǎn)之間的距離。由于各種因素，如光學(xué)和光的波長等物理限制，現(xiàn)有的光刻技術(shù)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(shù)極限的特征尺寸的圖形已不能通過現(xiàn)有的光刻技術(shù)形成。
[0004]因此，找到一種利用現(xiàn)有光刻技術(shù)同時(shí)又能滿足特征尺寸需求的方法就非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在上述缺陷，提供一種能夠利用現(xiàn)有光刻技術(shù)同時(shí)又能滿足特征尺寸需求的方法。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種圖形自對準(zhǔn)形成方法，包括:第一步驟，用于在襯底上布置掩模層；第二步驟，用于進(jìn)行光刻以使襯底上的掩模層形成具有第一特征尺寸的第一圖形；第三步驟，用于在該第一圖形上沉積一層二氧化硅作為共形層，覆蓋被第一圖形暴露出來的襯底表面，并形成均勻覆蓋第一圖形的側(cè)墻；第四步驟，用于在該側(cè)墻形成的基礎(chǔ)上沉積一層氮化硅作為填充層，并通過化學(xué)機(jī)械研磨對填充層進(jìn)行平坦化，以暴露出掩模層；第五步驟，用于通過濕法刻蝕去除氮化硅，留下二氧化硅和掩模層；第六步驟，用于執(zhí)行灰化工藝選擇性的去除掩模層，僅留下襯底表面的二氧化硅以及二氧化硅形成的側(cè)墻；第七步驟，用于利用二氧化硅作為刻蝕掩模對襯底進(jìn)行刻蝕，形成小于具有小于第一特征尺寸的第二特征尺寸的第二圖形。
[0007]優(yōu)選地，第二特征尺寸為第一特征尺寸的一半。
[0008]優(yōu)選地，共形層4的厚度在介于第一特征尺寸的90%和第一特征尺寸的110%之間。
[0009]優(yōu)選地，在通過化學(xué)機(jī)械研磨對填充層進(jìn)行平坦化時(shí)，在探測到掩模層時(shí)終止研磨。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種圖形自對準(zhǔn)形成方法，包括:第一步驟，用于在多晶硅層上布置掩模層；第二步驟，用于進(jìn)行光刻以使多晶硅層上的掩模層形成具有第一特征尺寸的第一圖形；第三步驟，用于在該第一圖形上沉積一層二氧化硅，覆蓋被第一圖形暴露出來的多晶硅層表面，并形成均勻覆蓋第一圖形的側(cè)墻；第四步驟，用于在該側(cè)墻形成的基礎(chǔ)上沉積一層氮化硅作為填充層，并通過化學(xué)機(jī)械研磨對填充層進(jìn)行平坦化，以暴露出掩模層；第五步驟，用于通過濕法刻蝕去除氮化硅，留下二氧化硅和掩模層；第六步驟，用于執(zhí)行灰化工藝選擇性的去除掩模層，僅留下多晶硅層表面的二氧化硅以及二氧化硅形成的側(cè)墻；第七步驟，用于利用二氧化硅作為刻蝕掩模對多晶硅層進(jìn)行刻蝕以形成多晶硅柵極，形成小于具有小于第一特征尺寸的第二特征尺寸的第二圖形。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]結(jié)合附圖，并通過參考下面的詳細(xì)描述，將會(huì)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(diǎn)和特征，其中:
[0012]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圖形自對準(zhǔn)形成方法的流程圖。
[0013]圖2至9示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圖形自對準(zhǔn)形成方法的各個(gè)步驟。
[0014]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(jié)構(gòu)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(biāo)有相同或者類似的標(biāo)號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚和易懂，下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0016]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圖形自對準(zhǔn)形成方法的流程圖。
[0017]具體地，如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圖形自對準(zhǔn)形成方法包括依次執(zhí)行下述步驟:
[0018]第一步驟SI，用于在襯底I上布置掩模層2，如圖2所示；
[0019]第二步驟S2，用于例如利用掩模版進(jìn)行光刻，以使襯底上的掩模層形成具有第一特征尺寸的第一圖形3，如圖3所示；例如，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(xué)分辨率的極限尺寸；
[0020]第三步驟S3，用于在該第一圖形上沉積一層二氧化硅作為共形層4，覆蓋被第一圖形暴露出來的襯底表面，并形成均勻覆蓋第一圖形的側(cè)墻，如圖4所示；優(yōu)選地，共形層4的厚度在介于第一特征尺寸的約90%和第一特征尺寸的約110%之間。
[0021 ] 第四步驟S4，用于在該側(cè)墻形成的基礎(chǔ)上沉積一層氮化硅作為填充層5 (如圖5所示)，并通過化學(xué)機(jī)械研磨對填充層進(jìn)行平坦化，以暴露出掩模層2 (如圖6所示)；優(yōu)選地，可采用等離子體化學(xué)氣相沉積(PECVD)或者原子層淀積(ALD)或者SACVD形成氮化硅，特性是和二氧化硅有較高的刻蝕選擇比，厚度要求覆蓋增個(gè)圖形區(qū)域并盡量的平坦化；
[0022]而且，在通過化學(xué)機(jī)械研磨對填充層進(jìn)行平坦化，優(yōu)選地對非晶碳進(jìn)行終點(diǎn)探測，研磨到非晶碳終止研磨，最終使得非晶碳、氮化硅和二氧化硅在一條水平線上。
[0023]第五步驟S5，用于通過濕法刻蝕去除氮化硅，留下二氧化硅和掩模層(如圖7所示)；其中，濕法刻蝕去除氮化硅時(shí)盡量少的消耗二氧化硅；
[0024]第六步驟S6，用于執(zhí)行灰化工藝(例如，氧氣灰化工藝)選擇性的去除掩模層，僅留下襯底表面的二氧化硅及二氧化硅形成的側(cè)墻(如圖8所示)；此時(shí)，可以看出，襯底表面的二氧化硅及二氧化硅形成的側(cè)墻共同形成了多個(gè)U型結(jié)構(gòu)；[0025]第七步驟S7，用于利用二氧化硅(B卩，多個(gè)U型結(jié)構(gòu))作為刻蝕掩模對襯底進(jìn)行刻蝕，形成小于具有小于第一特征尺寸的第二特征尺寸的第二圖形(如圖9所示)。
[0026]由此，本發(fā)明可以形成例如僅為第一特征尺寸一半的第二特征尺寸的圖形。通過采用本發(fā)明的上述方法可以將光刻的物理限制打破，得到更小尺寸的圖形，滿足20納米及以下的集成電路工藝的圖形轉(zhuǎn)移需求。
[0027]而且，雖然以二氧化硅和氮化硅描述了本發(fā)明的原理，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到采用其他材料來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。而且，上述襯底可以變?yōu)槎嗑Ч鑼?，以通過上述方法形成多晶硅柵極。
[0028]下面將具體描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的圖形自對準(zhǔn)形成方法的【具體實(shí)施方式】的示例。
[0029]首先，首先要提供一個(gè)形成圖形的襯底，在集成電路加工領(lǐng)域，優(yōu)選的襯底為硅片，硅片上可沉積二氧化硅，多晶硅，氮化硅等其它常用的半導(dǎo)體材料，掩模層優(yōu)選的為非晶碳薄膜，非晶碳層的厚度根據(jù)所要刻蝕的襯底的深度決定，一般的為1.5-2:1。具體地，例如，可采用熱氧化法在硅襯底上形成3到5納米的氮化硅層，在氮化硅層采用LPCVD形成50-80納米厚度的二氧化硅層。
[0030]可以采用ALD (原子層淀積)形成二氧化硅來覆蓋掩模層，特性要求是有較高的臺(tái)階覆蓋性，要求掩模側(cè)壁上的二氧化硅厚度和掩模頂部的二氧化硅厚度比大于90%，要求有較低的刻蝕速率，特別是和硅或者多晶硅相比有較高的刻蝕選擇比。
[0031]在二氧化硅層上用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(shè)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(qiáng)位10托；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；在上述圖形上采用ALD的方法生長一層二氧化硅層，厚度為14-30納米，臺(tái)階覆蓋率為100% ;在上述共形層上用在上述圖形上采用原子層沉積(ALD)的方法形成氮化硅覆蓋層，工藝設(shè)定為:2Nte流量為lmgm，功率為2000-3000W，Ar的流量為1000-2000sCCm ;共形層的厚度為200納米；采用化學(xué)機(jī)械研磨對上述薄膜進(jìn)行研磨，依次研磨二氧化化硅覆蓋層，二氧化硅共形層，當(dāng)探測到非晶碳犧牲層時(shí)研磨終止，此時(shí)三層薄膜在同一水平線上；采用濕法刻蝕去除氮化硅，本例優(yōu)選的為氫氟酸濕法刻蝕去除氮化硅；采用氧氣灰化工藝去除非晶碳犧牲層，工藝設(shè)定為:02的流量為500-1500sCCm，溫度為200度，功率為300W ;以殘留的二氧化硅共形層為硬掩模對襯底進(jìn)行干法刻蝕，形成淺溝槽，該溝槽的尺寸為共形層的厚度，約為14-30納米。
[0032]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(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等描述僅僅用于區(qū)分說明書中的各個(gè)組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個(gè)組件、元素、步驟之間的邏輯關(guān)系或者順序關(guān)系等。
[0033]可以理解的是，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而上述實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明。對于任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)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(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種圖形自對準(zhǔn)形成方法，其特征在于包括: 第一步驟，用于在襯底上布置掩模層； 第二步驟，用于進(jìn)行光刻以使襯底上的掩模層形成具有第一特征尺寸的第一圖形； 第三步驟，用于在該第一圖形上沉積一層二氧化硅作為共形層，覆蓋被第一圖形暴露出來的襯底表面，并形成均勻覆蓋第一圖形的側(cè)墻； 第四步驟，用于在該側(cè)墻形成的基礎(chǔ)上沉積一層氮化硅作為填充層，并通過化學(xué)機(jī)械研磨對填充層進(jìn)行平坦化，以暴露出掩模層； 第五步驟，用于通過濕法刻蝕去除氮化硅，留下二氧化硅和掩模層； 第六步驟，用于執(zhí)行灰化工藝選擇性的去除掩模層，僅留下襯底表面的二氧化硅以及二氧化硅形成的側(cè)墻； 第七步驟，用于利用二氧化硅作為刻蝕掩模對襯底進(jìn)行刻蝕，形成小于具有小于第一特征尺寸的第二特征尺寸的第二圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖形自對準(zhǔn)形成方法，其特征在于，第二特征尺寸為第一特征尺寸的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圖形自對準(zhǔn)形成方法，其特征在于，共形層的厚度在介于第一特征尺寸的90%和第一特征尺寸的110%之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的圖形自對準(zhǔn)形成方法，其特征在于，在通過化學(xué)機(jī)械研磨對填充層進(jìn)行平坦化時(shí)，在探測到掩模層時(shí)終止研磨。
5.一種圖形自對準(zhǔn)形成方法，其特征在于包括: 第一步驟，用于在多晶硅層上布置掩模層； 第二步驟，用于進(jìn)行光刻以使多晶硅層上的掩模層形成具有第一特征尺寸的第一圖形； 第三步驟，用于在該第一圖形上沉積一層二氧化硅，覆蓋被第一圖形暴露出來的多晶硅層表面，并形成均勻覆蓋第一圖形的側(cè)墻； 第四步驟，用于在該側(cè)墻形成的基礎(chǔ)上沉積一層氮化硅作為填充層，并通過化學(xué)機(jī)械研磨對填充層進(jìn)行平坦化，以暴露出掩模層； 第五步驟，用于通過濕法刻蝕去除氮化硅，留下二氧化硅和掩模層； 第六步驟，用于執(zhí)行灰化工藝選擇性的去除掩模層，僅留下多晶硅層表面的二氧化硅以及二氧化硅形成的側(cè)墻； 第七步驟，用于利用二氧化硅作為刻蝕掩模對多晶硅層進(jìn)行刻蝕以形成多晶硅柵極，形成小于具有小于第一特征尺寸的第二特征尺寸的第二圖形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖形自對準(zhǔn)形成方法，其特征在于，第二特征尺寸為第一特征尺寸的一半。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的圖形自對準(zhǔn)形成方法，其特征在于，共形層的厚度在介于第一特征尺寸的90%和第一特征尺寸的110%之間。
【文檔編號(hào)】H01L21/033GK103943469SQ201410193181
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月8日
【發(fā)明者】桑寧波, 雷通 申請人:上海華力微電子有限公司