專利名稱：一種可以減小柵特征尺寸的兩步削減刻蝕工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬集成電路工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可以減小柵刻蝕中特征尺寸，提高削減工藝穩(wěn)定性和削減量的兩步削減刻蝕工藝。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造工藝中，日益增加的需求不斷推動半導(dǎo)體制造工藝向著高集成度低功耗的方向發(fā)展。柵極特征尺寸的不斷減小是半導(dǎo)體制造工藝不斷進(jìn)步的象征之一。
方法之一是使用更先進(jìn)的光刻技術(shù)得到更小的柵尺寸。先進(jìn)的投影光刻工藝技術(shù)可以得到接近120納米的特征尺寸。但是目前更高的集成度和器件性能的要求使得場效應(yīng)晶體管的柵特征尺寸已縮小至100納米到50納米，或者更低。傳統(tǒng)的投影光刻工藝已經(jīng)無力追上這一趨勢。
目前業(yè)界使用的一種方法是增加一個額外的光刻膠處理工藝更進(jìn)一步的減小特征尺寸，既利用現(xiàn)有的設(shè)備在不增加成本的條件下得到低于投影光刻最小尺寸的柵。這種方法采用各向同性刻蝕法削減光刻膠的特征尺寸至投影光刻技術(shù)無法得到小尺寸柵。如圖1所示，首先由投影光刻在一個由有機(jī)抗反射層3，柵層5，柵氧層6，硅襯底7組成的多層結(jié)構(gòu)上形成光刻膠掩膜1。光刻膠掩膜1的最小尺寸受限于投影光刻工藝。由圖1可以看出如果不進(jìn)行光刻膠削減，則在經(jīng)過后繼的各向異性的各層刻蝕后，柵的特征尺寸將等于光刻膠掩膜1的特征尺寸。但是當(dāng)引入適當(dāng)?shù)母飨蛲钥涛g對光刻膠進(jìn)行削減尺寸處理后，將形成一個尺寸削減后的光刻膠掩膜2進(jìn)而形成尺寸等于光刻膠掩膜2的多晶柵。
光刻膠削減工藝的穩(wěn)定性和可實施性受諸多因素的影響，對光刻膠的厚度有一定的要求，但對于投影光刻技術(shù)而言為得到最小的特征尺寸需要盡可能的減薄光刻膠的厚度，因此局限了光刻膠削減工藝的進(jìn)一步發(fā)展，同時也提出進(jìn)一步開發(fā)特征尺寸削減工藝的要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種工藝穩(wěn)定性好、可減小柵特征尺寸的兩步削減刻蝕工藝。
在傳統(tǒng)的特征尺寸削減工藝中由于光刻膠厚度的限制使得特征尺寸在削減至70納米時，由于削減時間的延長導(dǎo)致光刻膠的大量損失，使得削減后的光刻膠尺寸發(fā)生較大偏差，并且在后繼的柵刻蝕中出現(xiàn)光刻膠倒塌，光刻膠減薄后抗蝕牲降低等導(dǎo)致柵特征尺寸大幅偏移，柵刻蝕洞等工藝問題。因此本發(fā)明引入淀積在柵層上的自對準(zhǔn)硬掩膜和兩步削減法以得到更小的穩(wěn)定的適合大量生產(chǎn)的柵特征尺寸。
本發(fā)明提出的減少柵特征尺寸的兩步削減刻蝕工藝，其第一步是對光刻膠和有機(jī)抗反射層進(jìn)行削減，再通過各向異性刻蝕形成自對準(zhǔn)硬掩膜，然后在光刻膠與有機(jī)抗反射層前保護(hù)下對硬掩膜進(jìn)行各向同性的橫向刻蝕，完成第二步削減，形成小于90納米的硬掩膜，在此硬掩膜的保護(hù)下進(jìn)行各向異性的柵刻蝕。
上述的硬掩膜材料可為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅的材料；上述光刻膠的去除在同一反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行，可在小于90納米的硬掩膜形成后進(jìn)行，也可在柵刻蝕開始后進(jìn)行；上述的硬掩膜將在柵刻蝕后用濕法刻蝕去除。本發(fā)明的工藝流程見圖2-圖5所示。
本發(fā)明中，第一步削減使用各向同性刻蝕法刻蝕光刻膠1和有機(jī)抗反射層3，得到尺寸小于掩膜1的掩膜2a，掩膜2a由光刻膠和有機(jī)抗反射層組成。如圖2示。然后通過各向異性刻蝕將經(jīng)過第一步削減的掩膜2a圖形轉(zhuǎn)移到自對準(zhǔn)硬掩膜上4。如圖，3所示。
第二步削減針對自對準(zhǔn)硬掩膜4，用對柵層5有著高選擇比的各向同性刻蝕進(jìn)一步削減自對準(zhǔn)硬掩膜4，得到削減后的自對準(zhǔn)硬掩膜4a，如圖4所示。同時由于自對準(zhǔn)硬掩膜4的頂部有掩膜2a保護(hù)，刻蝕的方向?qū)⒅皇菣M向的，意味著經(jīng)過削減后的自對準(zhǔn)硬掩膜4a將有著良好的物理形狀，并為接踵而來的柵層5刻蝕提供良好的保護(hù)，光刻膠與有機(jī)抗反射層組成的掩膜2a將在同一個反應(yīng)腔室內(nèi)去除。在硬掩膜4a的保護(hù)下經(jīng)過柵層5刻蝕得到穩(wěn)定的柵5a。柵刻蝕后的硬掩膜4a用濕法刻蝕的方法去除，去除后如圖5所示。圖中自對準(zhǔn)硬掩膜4材料可以是氧化硅，氮化硅，氮氧化硅或碳化硅材料，柵層5可以是摻N型雜質(zhì)或摻P型雜質(zhì)的多晶硅，不摻雜的多晶硅，或者金屬柵，柵氧層6可以是氧化硅也可以是高介電常數(shù)材料。光刻膠掩膜1特征尺寸在150至120納米范圍內(nèi)，第一步削減后掩膜2a特征尺寸在110至90納米范圍內(nèi)。第二步削減后硬掩膜4a的特征尺寸在90至30納米范圍內(nèi)。最終刻蝕完成后柵的特征尺寸可達(dá)到90至30納米范圍內(nèi)、襯底可以是硅襯底、包含源漏區(qū)的硅襯底。
因此，本發(fā)明引入淀積在柵層上的自對準(zhǔn)硬掩膜和兩步削減法以得到更小的穩(wěn)定的適合大量生產(chǎn)的柵特征尺寸，使得削減后的光刻膠尺寸發(fā)生較大偏差，并且在后繼的柵刻蝕中出現(xiàn)光刻膠倒塌，光刻膠減薄后抗蝕性降低等導(dǎo)致柵特征尺寸大幅偏移，柵刻蝕洞等工藝問題得到了有效的改進(jìn)。
圖1是傳統(tǒng)的削減工藝示意圖；圖2是本發(fā)明中第一步削減工藝示意圖；圖3是本發(fā)明中各向異性刻蝕硬掩膜示意圖；
圖4是本發(fā)明中第二步削減工藝完成后示意圖；圖5是柵刻蝕完成濕法去除硬掩膜后示意圖；附圖標(biāo)號1為光刻膠、2為削減尺寸后的光刻膠、2a為削減尺寸后的光刻膠與有機(jī)抗反射層組成的掩膜、3為有機(jī)抗反射涂層、4為自對準(zhǔn)硬掩膜層、4a為削減尺寸后的自對準(zhǔn)硬掩膜、5為柵層、5a為柵層刻蝕后的柵、6為柵氧層、7為襯底。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施步驟如下1、用投影光刻的辦法形成初始的光刻膠掩膜1，其特征尺寸在120至150納米之間；2、刻蝕有機(jī)抗反射層3，第一步削減特征尺寸，得到特征尺寸在110至90納米之間的光刻膠和有機(jī)抗反射掩膜2a。
3、各向異性刻蝕硬掩膜層得到硬掩膜4，其尺寸等于第一步削減后的光刻膠和有機(jī)抗反射掩膜2a，即在110至90納米之間。
4、各向同性刻蝕開始，第二步削減尺寸，得到最終尺寸在30至90納米之間的硬掩膜4a。
5、干法，(同一反應(yīng)室)去除光刻膠。
6、各向異性刻蝕得到特征尺寸在30至90納米之間的柵5a。
7、濕法刻蝕去除硬掩膜4a。
權(quán)利要求
1.一種減少柵特征尺寸的兩步削減刻蝕工藝，其特征是，第一步對光刻膠和有機(jī)抗反射層進(jìn)行削減，再通過各向異性刻蝕形成自對準(zhǔn)硬掩膜，然后在光刻膠與有機(jī)抗反射層的保護(hù)下對硬掩膜進(jìn)行各向同性的橫向刻蝕，完成第二步削減，形成小于90納米的硬掩膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩步削減刻蝕工藝，其特征是，所述的硬掩膜材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩步削減刻蝕工藝，其特征是，所述光刻膠的去除在小于90納米的硬掩膜形成后或在柵刻蝕開始后於同一反應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩步削減刻蝕工藝，其特征是，所述的硬掩膜在柵刻蝕后用濕法刻蝕去除。
全文摘要
本發(fā)明屬集成電路工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種可以減小柵特征尺寸的兩步削減刻蝕工藝。其第一步是對光刻膠和有機(jī)抗反射層進(jìn)行削減，再通過各向異性刻蝕形成自對準(zhǔn)硬掩膜，然后在光刻膠與有機(jī)抗反射層的保護(hù)下對硬掩膜進(jìn)行各向同性的橫向刻蝕，完成第二步削減，形成小于90納米的硬掩膜。本發(fā)明解決了光刻膠在長時間的削減工藝中損耗過大帶來的一系列尺寸偏移、物理形貌倒塌等工藝問題，并提供了進(jìn)一步減小柵極尺寸的可行性。兩步削減工藝可以得到物理形貌良好的90至30納米柵極。
文檔編號H01L21/02GK1632921SQ200410093459
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者薛琳艷 申請人:上海華虹(集團(tuán))有限公司, 上海集成電路研發(fā)中心有限公司