專利名稱：圖形化膜層的方法、形成柵極、mos晶體管的方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及圖形化膜層的方法、形成柵極的方法。
背景技術：
傳統工藝中形成柵極的方法為提供基底，所述基底頂層為柵介質層；在所述柵介質層上形成多晶硅層；在所述多晶硅層上形成光刻膠層，并對光刻膠層進行曝光、顯影形成圖形化的光刻膠層；以圖形化的光刻膠層為掩膜刻蝕所述多晶硅層形成柵極。然而，隨著半導體器件關鍵尺寸的越來越小，在半導體工藝的工藝結點(二分之一孔距)小于32nm時，在193nm(納米)水沉浸式光刻條件下利用一個掩膜版作為掩膜形 成圖形化工藝遇到了物理限制，相鄰的圖形孔距過小，由于光學鄰近效應，會出現相鄰圖形粘連的現象。因此，半導體器件關鍵尺寸的越來越小，在半導體工藝的工藝結點(二分之一孔距)小于32nm時，利用傳統的圖形化多晶硅層的工藝形成柵極會出現相鄰圖形粘連的現象。為了解決以上的技術問題，現有技術中提出了雙重圖形化的技術，將需要轉移到光刻膠層上的圖形分成第一圖形和第二圖形，也就是將圖形化的光刻膠層分成第一圖形化的光刻膠層和第二圖形化的光刻膠層，分兩次對多晶硅層進行圖形化。具體為提供基底，所述基底頂層為柵介質層；在所述柵介質層上形成多晶硅層；在所述多晶硅層上形成第一圖形化的光刻膠層；以圖形化的第一光刻膠層為掩膜刻蝕所述多晶硅層；之后，在刻蝕后的多晶硅層上形成第二圖形化的光刻膠層，以第二圖形化的光刻膠層為掩膜繼續刻蝕所述多晶硅層，形成柵極。現有技術中也公開了許多圖形化的方法，例如2008年5月30日申請的申請號為200810113985. 3的中國專利申請中公開的圖形化基底的方法。
發明內容
本發明要解決的問題是現有技術的雙重圖形化的方法步驟復雜。為解決上述問題，本發明提供一種圖形化膜層的方法，包括提供基底；在所述基底上形成圖形化的犧牲層；在所述基底上形成膜層，所述膜層的上表面與所述圖形化的犧牲層的上表面相平;在所述膜層上形成圖形層，所述圖形層和圖形化的犧牲層共同定義出膜層圖形化的圖形；以所述圖形層為掩膜刻蝕所述膜層，形成圖形化的膜層；去除所述圖形層、圖形化的犧牲層。可選的，所述膜層為多晶硅層；所述基底的頂層為柵介質層，所述多晶硅層、圖形化的犧牲層形成在所述基底的柵介質層上；所述圖形化的膜層為柵極。可選的，所述膜層為硬掩膜層；所述基底的頂層依次為柵介質層和偽柵層，所述偽柵層形成在所述柵介質層上，所述硬掩膜層形成在所述偽柵層上。可選的，所述偽柵層的材料為多晶硅。可選的，所述犧牲層的材料為氮化硅、金屬、無定型碳、摻碳硅、或者聚合物。可選的，在所述基底上形成圖形化的犧牲層包括
在所述基底上形成犧牲層；在所述犧牲層上形成光刻膠層；利用光刻或者壓印所述光刻膠層形成圖形化的光刻膠層，之后以圖形化的光刻膠層為掩膜刻蝕犧牲層，形成圖形化的犧牲層；去除圖形化的光刻膠層。可選的，利用濕法刻蝕去除所述圖形化的犧牲層。可選的，所述圖形層為圖形化的光刻膠層；在所述膜層上形成圖形層包括在所述膜層上形成光刻膠層，利用曝光、顯影工藝圖形化所述光刻膠層形成圖形化的光刻膠層。可選的，利用灰化去除所述圖形層。可選的，所述形成膜層的方法包括利用氣相沉積形成膜層，覆蓋所述基底和所述圖形化的犧牲層；對所述膜層進行平坦化至暴露出所述圖形化的犧牲層的上表面，使膜層的上表面與圖形化的犧牲層的上表面相平。可選的，所述柵介質層的材料為氧化硅。可選的，所述硬掩膜層的材料為氮化硅。本發明還提供一種形成柵極的方法，包括用以上所述的方法形成圖形化的硬掩膜層；以所述圖形化的硬掩膜層為掩膜依次刻蝕所述偽柵層、柵介質層，刻蝕后的偽柵層形成偽柵極；形成層間介質層，覆蓋所述基底，所述層間介質層的上表面與所述偽柵極的上表面相平；去除所述偽柵極形成偽柵極溝槽；在所述偽柵極溝槽內填充導電材料形成柵極。可選的，所述導電材料為金屬。可選的，所述硬掩膜層的材料為氮化硅。可選的，所述層間介質層的材料為低k材料或超低k材料。可選的，所述低k材料選自Si02、SiOF, SiCOH, SiO、SiCO、SiCON其中之一或者它們的任意組合。可選的，所述超低k材料為黑鉆石。本發明實施例還提供一種形成MOS晶體管的方法，包括用以上所述的方法形成柵極。與現有技術相比，本發明技術方案具有以下優點本技術方案通過圖形化的犧牲層和圖形層共同定義出膜層圖形化的圖形，而且形成圖形化的犧牲層的步驟在形成膜層的步驟之前，與現有的在膜層形成之后再分別定義兩個圖形化的光刻膠層不同。并且，以圖形層為掩膜刻蝕膜層時即完成了對膜層的圖形化，節省了刻蝕膜層的步驟，簡化了圖形化膜層的方法。在本發明一具體實施例中，膜層為多晶硅層，基底的頂層為柵介質層，圖形化多晶硅層形成了柵極。在本發明另一具體實施例中，膜層為硬掩膜層，基底的頂層為柵介質層和多晶硅層，圖形化膜層形成了偽柵極。
圖I是本發明具體實施例的圖形化膜層的方法的流程示意圖；圖2a、圖2b 圖7a、圖7b是本發明第一具體實施例的圖形化膜層的方法的剖面結構不意圖和俯視平面不意圖；圖8a、圖Sb為本發明第二具體實施的圖形化膜層的方法形成的結構的剖面結構示意圖和俯視平面示意圖。
具體實施例方式本技術方案通過圖形化的犧牲層和圖形層共同定義出膜層圖形化的圖形，而且形成圖形化的犧牲層的步驟在形成膜層的步驟之前，與現有的在膜層形成之后再分別定義兩個圖形化的光刻膠層不同。并且，以圖形層為掩膜刻蝕膜層時即完成了對膜層的圖形化，節省了刻蝕膜層的步驟。為了使本領域的技術人員可以更好的理解本發明，下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施方式
。圖I是本發明具體實施例的圖形化膜層的方法的流程圖，參考圖1，本發明具體實施例的圖形化膜層的方法包括步驟S11，提供基底；步驟S12，在所述基底上形成圖形化的犧牲層；步驟S13，在所述基底上形成膜層，所述膜層的上表面與所述圖形化的犧牲層的上表面相平；步驟S14，在所述膜層上形成圖形層，所述圖形層和圖形化的犧牲層共同定義出膜層圖形化的圖形；步驟S15，以所述圖形層為掩膜刻蝕所述膜層，形成圖形化的膜層；步驟S16，去除所述圖形層、圖形化的犧牲層。圖2a、圖2b 圖7a、圖7b是本發明第一具體實施例的圖形化膜層的方法的剖面結構示意圖和俯視平面示意圖，為了使本領域的技術人員可以更好的理解本發明的具體實施方式
，下面結合具體實施例以及圖I、圖2a、圖2b 圖7a、圖7b詳細說明本發明的具體實施方式
的圖形化膜層的方法。
本發明第一具體實施例中，利用本發明圖形化膜層的方法形成柵極。下面詳細說明本發明的第一具體實施例。結合參考圖I和圖2a、圖2b，圖2a為圖2b沿a-a方向的剖面結構示意圖，圖2b為圖2a的俯視平面示意圖，執行步驟S11，提供基底20。在本發明第一具體實施例中，基底20的頂層為柵介質層21。基底20的材料為單晶的硅或硅鍺；也可以是絕緣體上硅(SOI);或者還可以包括其它的材料，例如砷化鎵等III-V族化合物。在所述基底20中形成有源區、漏區以及隔離結構等(未示出)。所述柵介質層21的材料為氧化硅，也可以為本領域技術人員公知的其他材料。結合參考圖I和圖3a、圖3b，圖3a為圖3b沿a_a方向的剖面結構示意圖，圖3b為圖3a的俯視平面示意圖，執行步驟S12，在所述基底20上形成圖形化的犧牲層22。由于本發明第一實施例中，基底20的頂層為柵介質層21，因此在所述基底20上形成圖形化的 犧牲層22也就是在柵介質層21上形成圖形化的犧牲層22。在所述基底20上形成圖形化的犧牲層22的方法為在所述基底20上形成犧牲層22，該具體實施例中，也就是在基底20頂層的柵介質層21上形成犧牲層22 ;在所述犧牲層22上形成光刻膠層(未示出)；利用光刻或者壓印所述光刻膠層形成圖形化的光刻膠層，之后以圖形化的光刻膠層為掩膜刻蝕犧牲層，形成圖形化的犧牲層22 ;去除圖形化的光刻膠層。犧牲層22的材料為氮化硅、金屬、無定型碳、摻碳硅、或者聚合物。在具體實施中，需要根據犧牲層22的材料具體選擇是用光刻工藝還是壓印工藝圖形化犧牲層。結合參考圖I和圖4a、圖4b，圖4a為圖4b沿a_a方向的剖面結構示意圖，圖4b為圖4a的俯視平面示意圖，執行步驟S13，在所述基底20上形成膜層23，所述膜層23的上表面與所述圖形化的犧牲層22的上表面相平，也就是說，膜層23形成在未被圖形化的犧牲層22覆蓋的基底20上。形成膜層23的方法包括利用氣相沉積形成膜層23，覆蓋所述基底20和所述圖形化的犧牲層22 ;對所述膜層23進行平坦化至暴露出所述圖形化的犧牲層22的上表面，使膜層23的上表面與圖形化的犧牲層22的上表面相平。在該具體實施例中，膜層23為多晶硅層。結合參考圖I和圖5a、圖5b，圖5a為圖5b沿a_a方向的剖面結構示意圖，圖5b為圖5a的俯視平面示意圖，執行步驟S14，在所述膜層23上形成圖形層24，所述圖形層24和圖形化的犧牲層22共同定義出膜層23圖形化的圖形。在該具體實施例中，圖形層24為圖形化的光刻膠層。在所述膜層23上形成上光刻膠層，利用曝光、顯影工藝圖形化所述光刻膠層形成圖形化的光刻膠層。圖形化的光刻膠層和圖形化的犧牲層22兩者組成的圖形共同定義出了膜層23圖形化之后的圖形。結合參考圖I和圖6a、圖6b，圖6a為圖6b沿a_a方向的剖面結構示意圖，圖6b為圖6a的俯視平面示意圖，執行步驟S15，以所述圖形層24為掩膜刻蝕所述膜層23，形成圖形化的膜層25。在該具體實施例中，膜層25為多晶硅層，圖形化的多晶硅層為柵極。結合參考圖I和圖7a、圖7b，執行步驟S16，去除所述圖形層、圖形化的犧牲層。本發明具體實施例中，圖形層24為圖形化的光刻膠層，利用利用灰化去除圖形化的光刻膠層。在其他實施例中，如果圖形層24的材料為其他材料，則需要根據圖形層24的材料更換相應的去除圖形層的方法。去除圖形層24之后，利用濕法刻蝕去除所述圖形化的犧牲層22，也就是利用選擇性清洗的方法去除圖形化的犧牲層22，確保清洗去除圖形化的犧牲層22的過程中，基本不損傷基底20。以上第一實施例的圖形化膜層中，膜層25為多晶硅層，圖形化多晶硅層形成了柵極，因此該第一實施例的圖形化膜層的方法也可以是形成柵極的方法。在本發明中，膜層25不限于多晶硅層，也可以為半導體領域中需要圖形化的其他材料的膜層，例如，可以是后柵工藝中形成偽柵極過程中的硬掩膜層。圖8a、圖Sb為本發明第二具體實施的圖形化膜層的方法形成的結構的剖面結構示意圖和俯視平面示意圖，其中，圖8a為圖8b沿a-a方向的剖面結構示意圖，圖8b為圖8a的俯視平面示意圖，該第二具體實施例以形成后柵工藝中的偽柵極為例說明本發明。第二具體實施例中，基底30的頂層依次為柵介質層31和偽柵層32，所述偽柵層32形成在所述柵介質層31上，膜層為硬掩膜層，該硬掩膜層形成在所述偽柵層32上。該第二實施例中偽柵層32的材料為多晶硅，但是偽柵層32的材料不限于多晶硅，也可以為本領 域技術人員公知的其他材料。該第二實施例的圖形化硬掩膜層的方法與第一實施例的圖形化多晶硅層的方法基本相同，在此不做贅述。通過本發明的方法圖形化硬掩膜層形成圖形化的硬掩膜層33，該圖形化的硬掩膜層33定義出了需要形成的偽柵極的圖形。在利用后柵工藝形成柵極的過程中，利用圖形化的硬掩膜層33為掩膜刻蝕偽柵層32可以形成偽柵極。在該第二實施例中，硬掩膜層33的材料為氮化硅，也可以為本領域技術人員公知的其他材料。根據第二實施例，圖形化硬掩膜層定義出偽柵極的圖形，本發明提供一種形成柵極的方法，用第二實施例中的方法形成圖形化的硬掩膜層33 ;以所述圖形化的硬掩膜層33為掩膜依次刻蝕所述偽柵層32和柵介質層31，刻蝕后的偽柵層32形成偽柵極；去除圖形化的硬掩膜層33，形成層間介質層，覆蓋基底，所述層間介質層的上表面與所述偽柵極的上表面相平；去除所述偽柵極形成偽柵極溝槽；在所述偽柵極溝槽內填充導電材料形成柵極。在該具體實施例中，偽柵層32的材料為多晶硅層，但是偽柵層32的材料不限于多晶硅層，也可以為本領域技術人員公知的其他材料。柵介質層31的材料為氧化硅，但不限于氧化硅。以圖形化的硬掩膜層33為掩膜利用干法刻蝕依次刻蝕多晶硅層和柵介質層31。刻蝕多晶硅層和柵介質層31后，去除圖形化的硬掩膜層33，然后利用氣相沉積方法形成層間介質層，該層間介質層覆蓋刻蝕后的多晶硅層、柵介質層31和基底20，之后，利用平坦化工藝(可以為化學機械平坦化，CMP)平坦化層間介質層，去除多晶硅層上層間介質層，使層間介質層的上表面與多晶硅層的上表面相平。層間介質層的材料為低k材料或超低k材料，其中低k材料選自Si02、SiOF, SiCOH, SiO、SiCO、SiCON其中之一或者它們的任意組合。超低k材料為黑鉆石。形成層間介質層后，利用濕法刻蝕或干法刻蝕，或兩者的組合去除偽柵極，形成偽柵極溝槽。利用物理氣相沉積或者電鍍的方法在偽柵極溝槽內填充導電材料形成柵極。該導電材料可以為金屬，也可以為其他導電材料。基于以上所述的形成柵極的方法，本發明還提供一種形成MOS晶體管的方法，包括用第一實施例的圖形化多晶硅層的方法形成柵極，或者用以上所述的形成柵極的方法形成柵極。兩種形成MOS晶體管的方法中，第一實施例圖形化多晶硅層的方法形成柵極工藝中，在形成柵極之前已經在基底內形成了源極、漏極；用后柵工藝形成柵極的方法中，形成柵極之后，需要用離子注入在柵極兩側的基底內形成源極和漏極。需要說明的是，本發明中提到“相平”一詞，并不代表兩種物質的表面完全相平，允許它們之間的高度差在一定的誤差范圍內。
本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種圖形化膜層的方法，其特征在于，包括 提供基底； 在所述基底上形成圖形化的犧牲層； 在所述基底上形成膜層，所述膜層的上表面與所述圖形化的犧牲層的上表面相平； 在所述膜層上形成圖形層，所述圖形層和圖形化的犧牲層共同定義出膜層圖形化的圖形； 以所述圖形層為掩膜刻蝕所述膜層，形成圖形化的膜層； 去除所述圖形層、圖形化的犧牲層。
2.如權利要求I所述的圖形化膜層的方法，其特征在于，所述膜層為多晶硅層； 所述基底的頂層為柵介質層，所述多晶硅層、圖形化的犧牲層形成在所述基底的柵介質層上； 所述圖形化的膜層為柵極。
3.如權利要求I所述的圖形化膜層的方法，其特征在于，所述膜層為硬掩膜層； 所述基底的頂層依次為柵介質層和偽柵層，所述偽柵層形成在所述柵介質層上，所述硬掩膜層形成在所述偽柵層上。
4.如權利要求3所述的圖形化膜層的方法，其特征在于，所述偽柵層的材料為多晶硅。
5.如權利要求I 4任一項所述的圖形化膜層的方法，其特征在于，所述犧牲層的材料為氮化娃、金屬、無定型碳、摻碳娃、或者聚合物。
6.如權利要求5所述的圖形化膜層的方法，其特征在于，在所述基底上形成圖形化的犧牲層包括 在所述基底上形成犧牲層； 在所述犧牲層上形成光刻膠層； 利用光刻或者壓印所述光刻膠層形成圖形化的光刻膠層，之后以圖形化的光刻膠層為掩膜刻蝕犧牲層，形成圖形化的犧牲層； 去除圖形化的光刻膠層。
7.如權利要求6所述的圖形化膜層的方法，其特征在于，利用濕法刻蝕去除所述圖形化的犧牲層。
8.如權利要求I 4任一項所述的圖形化膜層的方法，其特征在于，所述圖形層為圖形化的光刻膠層； 在所述膜層上形成圖形層包括在所述膜層上形成光刻膠層，利用曝光、顯影工藝圖形化所述光刻膠層形成圖形化的光刻膠層。
9.如權利要求8所述的圖形化膜層的方法，其特征在于，利用灰化去除所述圖形層。
10.如權利要求I 4任一項所述的圖形化膜層的方法，其特征在于，所述形成膜層的方法包括 利用氣相沉積形成膜層，覆蓋所述基底和所述圖形化的犧牲層； 對所述膜層進行平坦化至暴露出所述圖形化的犧牲層的上表面，使膜層的上表面與圖形化的犧牲層的上表面相平。
11.如權利要求2或3所述的圖形化膜層的方法，其特征在于，所述柵介質層的材料為氧化硅。
12.如權利要求3所述的圖形化膜層的方法，其特征在于，所述硬掩膜層的材料為氮化硅。
13.一種形成柵極的方法，其特征在于，包括 用權利要求3或4所述的方法形成圖形化的硬掩膜層； 以所述圖形化的硬掩膜層為掩膜依次刻蝕所述偽柵層、柵介質層，刻蝕后的偽柵層形成偽柵極； 形成層間介質層，覆蓋所述基底，所述層間介質層的上表面與所述偽柵極的上表面相平； 去除所述偽柵極形成偽柵極溝槽； 在所述偽柵極溝槽內填充導電材料形成柵極。
14.如權利要求13所述的形成柵極的方法，其特征在于，所述導電材料為金屬。
15.如權利要求14所述的形成柵極的方法，其特征在于，所述硬掩膜層的材料為氮化硅。
16.如權利要求13所述的形成柵極的方法，其特征在于，所述層間介質層的材料為低k材料或超低k材料。
17.如權利要求16所述的形成柵極的方法，其特征在于，所述低k材料選自Si02、Si0F、SiCOH, SiO、SiCO、SiCON其中之一或者它們的任意組合。
18.如權利要求16所述的形成柵極的方法，其特征在于，所述超低k材料為黑鉆石。
19.一種形成MOS晶體管的方法，其特征在于，包括用權利要求2、13 18任一項所述的方法形成柵極。
全文摘要
一種圖形化膜層的方法、形成柵極、MOS晶體管的方法，所述圖形化膜層的方法包括提供基底；在所述基底上形成圖形化的犧牲層；在所述基底上形成需要圖形化的膜層，所述膜層的上表面與所述圖形化的犧牲層的上表面相平；在所述膜層上形成圖形層，所述圖形層和圖形化的犧牲層共同定義出膜層圖形化的圖形；以所述圖形層為掩膜刻蝕所述膜層，形成圖形化的膜層；去除所述圖形層、圖形化的犧牲層。本技術方案以圖形層為掩膜刻蝕膜層時即完成了對膜層的圖形化，節省了刻蝕膜層的步驟。
文檔編號H01L21/28GK102800576SQ20111013948
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月26日 優先權日2011年5月26日
發明者何其旸, 張翼英 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司