一種細線條的製備方法

2023-09-20 16:58:00

專利名稱：一種細線條的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種基於側牆工藝與Trimming工藝相結合的方法來實現減小納米線 邊緣粗糙度(line edge roughness LER)的方法，屬於超大規模集成電路製造技術領域。
背景技術：
隨著大規模集成電路的發展，場效應電晶體的特徵尺寸不斷按比例縮小(Scaling down)，但是，在此過程中工藝製備出的線條邊緣粗糙度(LER)卻沒有隨著等比縮小，相反 當器件尺寸進入了亞IOOnm尺度後，這種線條邊緣粗糙度LER對器件特性的影響卻越來越 嚴重，例如LER會導致納米尺度MOS器件載流子遷移率變化、關態漏電流增加、短溝道效應 惡化等。為了改善器件的性能，在現有傳統光刻技術條件下，開發減小線條LER工藝是十分 必要的。

發明內容
本發明的目的在於提供一種基於側牆工藝與Trimming工藝相結合的方法來實現 減小細線條LER的工藝方法。一種細線條的製備方法，包括以下步驟(1)在襯底上製備側牆工藝的支撐層該步驟主要目的是製備出後序氧化矽側牆的支撐層，該支撐層採用氮化矽薄膜材 料，氮化矽薄膜的厚度決定了最終形成的側牆的高度。可以通過以下工藝步驟予以實現。a)在襯底上澱積氮化矽薄膜；b)在氮化矽薄膜上塗光刻膠，光刻定義出將要作為支撐層的區域；c)幹法 Tricing 光刻膠；d)幹法刻蝕工藝將光刻膠上的圖形轉移到氮化矽薄膜上；e)去掉光刻膠，在襯底材料上製備出氮化矽支撐層。(2)在襯底上製備氧化矽側牆該步驟的主要目的是製備出LER得到明顯改善的氧化矽側牆，作為在襯底材料上 製備納米線的硬掩模圖形。氧化矽側牆的高度可以通過最終在襯底材料上製備線條的高度 而定，可通過(1)側牆支撐層的高度進行控制。氧化矽側牆的寬度可根據最終在襯底材料 上製備線條的寬度而定，可通過澱積氧化矽的厚度與溼法Trimming氧化矽側牆工藝進行 精確的控制。該步驟主要包括以下工藝流程a)在襯底材料和作為支撐層的氮化矽薄膜上澱積氧化矽薄膜；b)幹法刻蝕工藝刻蝕氧化矽；c)溼法腐蝕氮化矽支撐層；d)溼法Trimming氧化矽側牆；(3)在襯底材料上實現LER得到明顯改善的納米線條該步驟主要目的是採用各向異性幹法刻蝕工藝將氧化矽側牆上定義出的線條形狀轉移到襯底材料上，由於氧化矽側牆是經過了 3次Trimming工藝(幹法Trimming光刻 膠工藝、溼法Trimming氮化矽和氧化矽)之後形成的細線條，所以在襯底材料上製備出的 線條的LER會有明顯的改善，該步驟主要包括以下工藝流程。a)各向異性幹法刻蝕襯底材料，得到襯底材料的納米細線條；b)最後通過溼法腐蝕工藝去除頂層的氧化矽掩模。上述方法中，澱積氮化矽和氧化矽是採用低壓化學氣相沉積法，刻蝕氮化矽、氧化 矽和襯底材料採用的是各向異性幹法刻蝕技術，溼法Trimming氮化矽採用加熱的濃磷酸， 溼法Trimming氧化矽採用氫氟酸氟化銨(1 40)，溼法腐蝕氧化矽採用緩衝的氫氟酸。上述方法中，支撐層材料和側牆材料可以互換，也就是說在上述製備方法中，可以 用氧化矽材料作為支撐層，氮化矽材料作為側牆。本發明的技術優點和效果在集成電路製造工藝中，線條邊緣粗糙度(LER)最初來源於作為掩模的光致抗蝕 劑上，由於光致刻蝕劑分子顆粒較大，通過一系列光刻和刻蝕工藝後轉移到最終製備出的 圖形上，如圖( 所示。針對器件進入納米尺度以後，細線條的LER對器件特性產生越來越 嚴重的影響，本發明提出了一種基於側牆工藝與Trimming工藝相結合的方法來實現減小 納米細線條LER的工藝方法。採用此方法製備出的氧化矽納米尺度側牆的LER會有明顯的 改善，從而在襯底材料上實現減小的納米線條的LER目的，且此方法製備出的線條的寬度 可由澱積側牆的厚度與溼法Trimming氧化矽側牆工藝精確控制到20納米，如圖( 所示。 從而在襯底材料上製備出優化LER納米級的線條。


圖l(a)_(i)是本發明提出的一種基於側牆工藝與Trimming工藝相結合的方法來 實現減小納米細線條LER的工藝流程示意圖。其中，圖1 (a)在襯底上澱積氮化矽薄膜；圖1 (b)通過光刻、幹法Trimming光刻 膠、幹法刻蝕氮化矽工藝，在襯底材料上留下氮化矽薄膜圖形，作為後序側牆工藝的支撐 層；圖1(c)去掉光刻膠；圖1(d)溼法Trimming氮化矽支撐層；圖1(e)在襯底材料和作為 支撐層的氮化矽上澱積氧化矽薄膜；圖1(f)幹法刻蝕氧化矽薄膜至襯底；圖1(g)溼法腐 蝕去除氮化矽支撐層，形成氧化矽側牆；圖1(h)溼法Trimming氧化矽側牆；圖l(i)幹法刻 蝕襯底材料；圖l(j)溼法腐蝕去掉頂層的氧化矽掩模，最終製備出細線條。圖中1-襯底材料；2-氮化矽；3-光刻膠；4-氧化矽；5-襯底材料細線條。圖2為基於傳統側牆工藝製備出的納米線條的SEM照片。圖3為採用傳統側牆工藝與Trimming掩模工藝相結合的方法製備出的納米線條 的SEM照片。
具體實施例方式下面通過實例對本發明做進一步說明。需要注意的是，公布實施例的目的在於幫 助進一步理解本發明，但是本領域的技術人員可以理解在不脫離本發明及所附權利要求 的精神和範圍內，各種替換和修改都是可能的。因此，本發明不應局限於實施例所公開的內 容，本發明要求保護的範圍以權利要求書界定的範圍為準。
實施例一根據下列步驟可以實現寬度約為200 A的LER得到明顯改善的細線條1.在矽襯底上低壓化學氣相沉積氮化矽薄膜，厚度為1500 A，如圖1(a)所示；2.在氮化矽薄膜上塗光刻膠，光刻定義出將要作為側牆支撐層的區域，接著是氧 等離子體各向同性Trimming光刻膠200 A，各向異性幹法刻蝕氮化矽1500 A，最終將光刻膠 上的圖形轉移到氮化矽薄膜材料上，如圖1(b)所示；3.去掉光刻膠如圖1 (C)所示；4.熱的(170°C )濃磷酸Trimming氮化矽支撐層200 A，如圖1⑷所示；5.在矽襯底和用作支撐層的氮化矽薄膜上低壓化學氣相澱積氧化矽薄膜，厚度為 400 A，如圖1(e)所示；6.各向異性幹法刻蝕氧化矽400 A，如圖1(f)所示；7.熱(170°C )的濃磷酸腐蝕氮化矽1500 A，如圖1(g)所示；8.氫氟酸氟化銨(1 40)溼法Trimming氧化矽100 A，如圖1(h)所示；9.各向異性幹法刻蝕矽3000 A，如圖l(i)所示；10.緩衝的氫氟酸腐蝕掉頂層的氧化矽掩模，最終得到寬度為200 A的細線條，如 圖I(j)所示。實施例二用氧化矽材料作為支撐層，用氮化矽材料作為側牆，實現寬度約為200 A的LER得 到明顯改善的細線條的實施步驟如下1.在矽襯底上低壓化學氣相沉積氧化矽薄膜，厚度為1500 A；2.在氧化矽薄膜上塗光刻膠，光刻定義出將要作為側牆支撐層的區域，接著是氧 等離子體各向同性Trimming光刻膠200 A，各向異性幹法刻蝕氧化矽1500 A，最終將光刻膠 上的圖形轉移到氧化矽薄膜材料上；3.去掉光刻膠；4.氫氟酸氟化銨(1 40)溼法Tricing氧化矽支撐層200 A；5.在矽襯底和用作支撐層的氧化矽薄膜上低壓化學氣相澱積氮化矽薄膜，厚度為 400 A；6.各向異性幹法刻蝕氮化矽400 A；7.緩衝的氫氟酸腐蝕腐蝕氧化矽1500 A；8.熱的(170°C )濃磷酸溼法iTrimming氮化矽100 A；9.各向異性幹法刻蝕矽3000 A；10.熱的(170°C )濃磷酸溼法腐蝕掉頂層的氮化矽掩模，最終得到寬度為200 A的 細線條。雖然本發明公開了較佳實施例，然而並非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技 術人員，在不脫離本發明技術方案範圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本 發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做的任何簡單修改、 等同變化及修飾，均仍屬於本發明技術方案保護的範圍內。
權利要求
1.一種製備細線條的方法，其步驟包括(1)在襯底上製備側牆工藝的支撐層，通過以下工藝步驟實現a)在襯底上澱積氮化矽薄膜；b)在氮化矽薄膜上塗光刻膠，光刻定義出將要作為支撐層的區域；c)幹法"Trimming光刻膠；d)幹法刻蝕工藝將光刻膠上的圖形轉移到氮化矽薄膜上；e)去掉光刻膠，在襯底材料上製備出氮化矽支撐層；(2)在襯底上製備氧化矽側牆，該步驟主要包括以下工藝流程a)在襯底材料和作為支撐層的氮化矽薄膜上澱積氧化矽薄膜；b)幹法刻蝕工藝刻蝕氧化矽；c)溼法腐蝕氮化矽支撐層；d)溼法Trimming氧化矽側牆；(3)在襯底材料上實現LER得到明顯改善的納米線條，具體包括如下步驟a)各向異性幹法刻蝕襯底材料，得到襯底材料的納米細線條；b)最後通過溼法腐蝕工藝去除頂層的氧化矽掩模。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，用氧化矽材料替換氮化矽材料作為支撐層， 同時，用氮化矽材料替換氧化矽材料作為側牆。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，澱積氮化矽和氧化矽是採用低壓化學氣 相沉積法。
4.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，刻蝕氮化矽、氧化矽和襯底材料採用的 是各向異性幹法刻蝕技術。
5.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，溼法Trimming氮化矽採用加熱的濃 磷酸，溼法Trimming氧化矽採用氫氟酸和氟化銨混合液，溼法腐蝕氧化矽採用緩衝的氫氟酸。
全文摘要
本發明提供一種細線條的製備方法，屬於超大規模集成電路製造技術領域。本發明採用了3次Trimming掩膜工藝，有效地改善了線條形貌，大大減小了LER(線邊緣粗糙度)；同時與側牆工藝相結合，成功製備出納米級細線條並能夠精確控制到20納米，從而在襯底材料上製備出優化LER納米級的線條。
文檔編號H01L21/033GK102064096SQ20101057203
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月3日 優先權日2010年12月3日
發明者浦雙雙, 王潤聲, 艾玉傑, 郝志華, 黃如 申請人:北京大學