一種用于雙重圖形化工藝流程的側墻形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于雙重圖形化工藝流程的側墻形成方法，包括：首先，利用光刻膠執(zhí)行光刻以對硬掩膜及硬掩膜上的氮化硅進行圖形化，從而形成硬掩膜和氮化硅的疊層柱體；此后，用原子層沉積工藝在疊層柱體外部生長氮化硅層，并隨后利用原子層沉積工藝在氮化硅層外部生長將作為側墻的氧化硅層；隨后，去除氮化硅層頂部的氧化硅層以暴露出氮化硅層，從而形成側墻；然后，執(zhí)行氧氣等離子體處理以使得氮化硅層氧化，并且去除進氧化的氮化硅層以及硬掩膜。
【專利說明】一種用于雙重圖形化工藝流程的側墻形成方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導體制造領域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于雙重圖形化工藝 流程的側墻形成方法。
【背景技術】
[0002] 在半導體技術在摩爾定律的驅動下持續(xù)地朝更小的工藝節(jié)點邁進。隨著半導體技 術的不斷進步，器件的功能不斷強大，但是半導體制造難度也與日俱增。而光刻技術是半導 體制造工藝中最為關鍵的生產技術，隨著半導體工藝節(jié)點進入到45納米、32納米，甚至更 低的22、16納米。當摩爾定律繼續(xù)向前延伸的腳步不可逆轉的時候，雙重圖形化技術無疑 成為了業(yè)界的最佳選擇，雙重圖形化技術只需要對現(xiàn)有的光刻基礎設施進行很小的改動， 就可以有效地填補45納米到32納米甚至更小節(jié)點的光刻技術空白。雙重圖形化技術的原 理是將一套高密度的電路圖形分解成兩套分立的、密度低一些的圖形，然后將它們制備到 晶圓上。
[0003] 圖1至圖5圖示了一種比較典型的雙重圖形化工藝流程。利用光刻膠10執(zhí)行光 刻以對硬掩膜及硬掩膜21上的氮化硅22進行圖形化，從而形成硬掩膜和氮化硅的疊層柱 體，然后用ALD (原子層沉積）的方式在疊層柱體上生長側墻30,之所以需要用ALD是因為 對臺階覆蓋型的要求。隨后，去除疊層柱體頂部的氮化硅22,然后去除側墻所夾的硬掩膜 21，從而形成由側墻30構成的圖案。
[0004] 對于生長側墻30,目前有ALD氮化硅和ALD氧化硅兩種介質可供選擇。采用ALD 0X制程需要考慮氧化氣氛對非晶碳柱形核的損傷，所以一般采用低溫（< l〇〇°C)ALD制 程。但是相比高溫ALD(400°C)制程，低溫ALD0X的薄膜質量和臺階覆蓋性都會更差。ALD 0X側墻形成之后，會利用干法刻蝕工藝去掉頂部ox和非晶碳柱形核，只留下側墻。然后再 進行第二次光刻。
[0005] 側墻的位置和尺寸直接決定后續(xù)相應結構的位置和尺寸，所以是雙重圖形化技術 中很關鍵的工藝。
[0006] ALD0X工藝如圖6所示：在步驟S10,以Ar為載氣通入氣態(tài)2Nte(-種氨基硅烷）， 在此過程中2Nte會吸附在晶圓表面；在步驟S20,隨后用大流量N 2進行吹掃，目的是去除 表面多余的2Nte，只剩下一個分子層的厚度；在步驟S30,通入氧氣等離子體對晶圓表面的 2Nte進行氧化，由此最終得到大約1A左右的氧化硅薄層。厚度的控制主要通過循環(huán)次數(shù)。
【發(fā)明內容】
[0007] 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，提供一種新的用于 雙重圖形化工藝流程的側墻形成方法，其采用高溫ALD氧化硅制程，但是不會造成對非晶 碳柱形核的損傷，保證對產品特征尺寸的控制。
[0008] 為了實現(xiàn)上述技術目的，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于雙重圖形化工藝流程的側 墻形成方法，包括：首先，利用光刻膠執(zhí)行光刻以對硬掩膜及硬掩膜上的氮化硅進行圖形 化，從而形成硬掩膜和氮化硅的疊層柱體；此后，用原子層沉積工藝在疊層柱體外部生長氮 化硅層，并隨后利用原子層沉積工藝在氮化硅層外部生長將作為側墻的氧化硅層；隨后，去 除氮化硅層頂部的氧化硅層以暴露出氮化硅層，從而形成側墻；然后，執(zhí)行氧氣等離子體處 理以使得氮化硅層氧化，并且去除進氧化的氮化硅層以及硬掩膜。
[0009] 優(yōu)選地，利用原子層沉積工藝在疊層柱體外部生長氮化硅層包括：第一步驟，用于 以惰性氣體為載氣在載有晶圓的反應腔中通入氨基硅烷；第二步驟，利用惰性氣體對晶圓 表面進行吹掃；第三步驟，在所述反應腔中通入氮氣和/或氨氣等離子體對晶圓表面的氨 基硅烷進行氮化。
[0010] 優(yōu)選地，所述第一步驟、所述第二步驟和所述第三步驟被依次循環(huán)執(zhí)行多次。
[0011] 優(yōu)選地，第一步驟中采用的惰性氣體為Ar氣，第二步驟中采用的惰性氣體為氮 氣。
[0012] 優(yōu)選地，利用原子層沉積工藝在氮化硅層外部生長將作為側墻的氧化硅層包括： 第一步，用于以惰性氣體為載氣在載有晶圓的反應腔中通入氨基硅烷；第二步，用于利用惰 性氣體對晶圓表面進行吹掃；第三步，用于在所述反應腔中通入氧氣等離子體對晶圓表面 的氨基硅烷進行氧化。
[0013] 優(yōu)選地，所述第一步、所述第二步和所述第三步被依次循環(huán)執(zhí)行多次。
[0014] 優(yōu)選地，第一步中采用的惰性氣體為Ar氣，第二步中采用的惰性氣體為氮氣。
[0015] 優(yōu)選地，所述氨基硅烷是氣態(tài)2Nte。
[0016] 通過本發(fā)明提出的一種離線監(jiān)控氧化硅沉積過程中硅損耗的方法，能夠間接反映 和評估在氧化硅的沉積制程中，襯底表面硅原子的損耗量，用以取代TEM切片評估表面硅 損耗所存在的問題，以實現(xiàn)成本節(jié)約，時間縮短。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 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：
[0018] 圖1至圖5圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術的的雙重圖形化工藝流程。
[0019] 圖6圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術的氧化硅薄膜制備方法的流程圖。
[0020] 圖7至圖11示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于雙重圖形化工藝流程 的側墻形成方法的各個步驟。
[0021] 圖12示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于雙重圖形化工藝流程的側墻 形成方法的利用原子層沉積工藝在疊層柱體外部生長氮化硅層的流程。
[0022] 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】
[0023] 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。
[0024] 本發(fā)明提出一種用于雙重圖形化工藝流程的側墻形成方法，在PEALD沉積氧化硅 側墻的工藝里，增加以N2等離子體處理形成氮化硅薄膜的過程，然后再進行氧化硅沉積。 預沉積的氮化硅薄膜能夠保護對一次圖形化過程中形成的柱形非晶碳結構，防止其被氧化 硅沉積過程中的氧化氣氛損傷，從而避免相應特征尺寸的偏移。另外在柱形非晶碳核去除 之后，增加氧氣等離子體處理工藝，對預沉積的氮化硅薄膜進行氧化，最終得到純的氧化硅 側墻結構。
[0025] 圖7至圖11示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于雙重圖形化工藝流程 的側墻形成方法的各個步驟。
[0026] 如圖7至圖11所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于雙重圖形化工藝流程的側墻形 成方法包括：
[0027] 首先，利用光刻膠10執(zhí)行光刻以對硬掩膜及硬掩膜21上的氮化硅22進行圖形 化，從而形成硬掩膜和氮化硅的疊層柱體；
[0028] 此后，利用原子層沉積工藝在疊層柱體外部生長氮化硅層40,并隨后利用原子層 沉積工藝在氮化硅層40外部生長將作為側墻30的氧化硅層31 ;
[0029] 隨后，去除氮化硅層40頂部的氧化硅層以暴露出氮化硅層40,從而形成側墻30 ;
[0030] 然后，執(zhí)行氧氣等離子體處理以使得氮化硅層40氧化，并且去除進氧化的氮化硅 層40以及硬掩膜21，從而形成由側墻30構成的圖案。
[0031] 此后可以進行后續(xù)工藝集成。
[0032] 圖12示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于雙重圖形化工藝流程的側墻 形成方法的利用原子層沉積工藝在疊層柱體外部生長氮化硅層的流程。
[0033] 如圖12所示，優(yōu)選地，利用原子層沉積工藝在疊層柱體外部生長氮化硅層40包 括：
[0034] 第一步驟S1，用于以惰性氣體（例如Ar氣）為載氣在載有晶圓的反應腔中通入氨 基硅烷（例如，氣態(tài)2Nte)，在此過程中諸如2Nte之類的氨基硅烷會吸附在疊層柱體表面；
[0035] 第二步驟S2,利用惰性氣體（例如隊氣）對晶圓表面進行吹掃，目的是去除晶圓 表面多余的諸如2Nte之類的氨基硅烷，使得晶圓表面只剩下一個分子層厚度的氨基硅烷；
[0036] 第三步驟S3,通入氮氣等離子體對晶圓表面的氨基硅烷進行氮化以形成氮化硅薄 層。
[0037] 優(yōu)選地，在氮化娃薄層形成處理S100中，第一步驟S1、第二步驟S2和第三步驟S3 被依次循環(huán)執(zhí)行多次，以形成期望厚度的氮化硅薄層。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于雙重圖形化工藝流程的側墻形成方法的利用原子 層沉積工藝在氮化硅層40外部生長氧化硅層的流程可如圖1所示。
[0039] 如圖1所示，優(yōu)選地，利用原子層沉積工藝在氮化硅層40外部生長將作為側墻30 的氧化硅層31包括：
[0040] 用于以惰性氣體（例如Ar氣）為載氣在載有晶圓的反應腔中通入氨基硅烷（例 如，氣態(tài)2Nte)，在此過程中諸如2Nte之類的氨基硅烷會吸附在疊層柱體表面；
[0041] 利用惰性氣體（例如N2氣）對晶圓表面進行吹掃，目的是去除晶圓表面多余的諸 如2Nte之類的氨基硅烷，使得晶圓表面只剩下一個分子層厚度的氨基硅烷；
[0042] 通入氧氣等離子體對晶圓表面的氨基硅烷進行氮化以形成氧化硅薄層。
[0043] 優(yōu)選地，上述步驟被依次循環(huán)執(zhí)行多次，以形成期望厚度的氧化硅薄層。
[0044] 在本發(fā)明的上述方法中，首先通過原子層沉積工藝利用氮氣等離子處理的方式在 晶圓表面沉積一層類氮化硅的薄層，其厚度也是通過循環(huán)次數(shù)控制。然后再利用原子層沉 積工藝的沉積循環(huán)氧化硅。上述兩個過程是在一個機臺一個制程里面完成的。由于類氮化 硅保護層的存在，在后面400C沉積ALD 0X的時候，非晶碳柱形核不會被氧氣損傷。通過上 述方法形成的氮化硅質量上和傳統(tǒng)的原子層沉積工藝沉積的氮化硅有差異，無法用此方法 直接生長氮化硅作為側墻，但是僅僅作為一層很薄的氧化隔離層是合格的。
[0045] 通過上述方法實際上會形成一種雙層結構（SIN+0X)的側墻，由于氮化硅和氧化 硅的刻蝕速率有差別較大，這對后續(xù)的工藝集成是不利的。所以在柱形核刻蝕之后，需要對 側墻進行氧氣等離子體處理，將氮化硅氧化為氧化物，該過程可以集成在柱形核刻蝕工藝 里。
[0046] 通過本發(fā)明提出的工藝方法，最終可以得到符合要求的氧化硅側墻，雖然增加了 類氮化硅保護層沉積工藝和刻蝕后氧氣等離子體處理工藝，但是由于這兩種工藝可以分別 集成在原有的氧化硅沉積工藝和柱形核刻蝕工藝里，所以并不會將整個工藝流程過份復 雜化。
[0047] 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。
[〇〇48] 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. 一種用于雙重圖形化工藝流程的側墻形成方法，其特征在于包括： 首先，利用光刻膠執(zhí)行光刻以對硬掩膜及硬掩膜上的氮化硅進行圖形化，從而形成硬 掩膜和氮化娃的疊層柱體； 此后，用原子層沉積工藝在疊層柱體外部生長氮化硅層，并隨后利用原子層沉積工藝 在氮化硅層外部生長將作為側墻的氧化硅層； 隨后，去除氮化硅層頂部的氧化硅層以暴露出氮化硅層，從而形成側墻； 然后，執(zhí)行氧氣等離子體處理以使得氮化硅層氧化，并且去除進氧化的氮化硅層以及 硬掩膜。
2. 根據(jù)權利要求1所述的用于雙重圖形化工藝流程的側墻形成方法，其特征在于，利 用原子層沉積工藝在疊層柱體外部生長氮化硅層包括： 第一步驟，用于以惰性氣體為載氣在載有晶圓的反應腔中通入氨基硅烷； 第二步驟，利用惰性氣體對晶圓表面進行吹掃； 第三步驟，在所述反應腔中通入氮氣和/或氨氣等離子體對晶圓表面的氨基硅烷進行 氮化。
3. 根據(jù)權利要求2所述的用于雙重圖形化工藝流程的側墻形成方法，其特征在于，所 述第一步驟、所述第二步驟和所述第三步驟被依次循環(huán)執(zhí)行多次。
4. 根據(jù)權利要求2或3所述的用于雙重圖形化工藝流程的側墻形成方法，其特征在于， 第一步驟中采用的惰性氣體為Ar氣，第二步驟中采用的惰性氣體為氮氣。
5. 根據(jù)權利要求1或2所述的用于雙重圖形化工藝流程的側墻形成方法，其特征在于， 利用原子層沉積工藝在氮化硅層外部生長將作為側墻的氧化硅層包括： 第一步，用于以惰性氣體為載氣在載有晶圓的反應腔中通入氨基硅烷； 第二步，用于利用惰性氣體對晶圓表面進行吹掃； 第三步，用于在所述反應腔中通入氧氣等離子體對晶圓表面的氨基硅烷進行氧化。
6. 根據(jù)權利要求5所述的用于雙重圖形化工藝流程的側墻形成方法，其特征在于，所 述第一步、所述第二步和所述第三步被依次循環(huán)執(zhí)行多次。
7. 根據(jù)權利要求5或6所述的用于雙重圖形化工藝流程的側墻形成方法，其特征在于， 第一步中采用的惰性氣體為Ar氣，第二步中采用的惰性氣體為氮氣。
8. 根據(jù)權利要求5或6所述的用于雙重圖形化工藝流程的側墻形成方法，其特征在于， 所述氨基硅烷是氣態(tài)2Nte。
【文檔編號】H01L21/336GK104064471SQ201410217930
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月21日 優(yōu)先權日:2014年5月21日
【發(fā)明者】雷通, 桑寧波 申請人:上海華力微電子有限公司