[发明专利]一种基于氧化和化学机械抛光工艺制备超细线条的方法

说明书

技术领域

本发明涉及超大规模集成电路制造技术，具体是一种基于氧化和化学机械抛光工艺制备超细线条的方法。

背景技术

为了不断提高集成电路的性能和集成密度，集成电路中器件的特征尺寸在不断缩小，对光刻技术提出了越来越高的要求。尽管采用了光学邻近效应修正技术和移相掩模技术等提高光学分辨率的手段，传统的光学光刻在70nm时会在技术上存在无法克服的难关。因此，下一代光刻技术，例如极紫外光刻、X射线光刻、电子束光刻、离子束投影光刻等引起了研究者的关注，而且最近几年来研究迅速升温，其中，电子束光刻技术是目前应用比较广泛的制备纳米细线条的方法，然而电子束光刻的效率很低，不利于大规模生产，并且由于电子束散射导致的邻近效应的影响，采用电子束光刻技术制备20纳米以下的线条会遇到很大挑战。所以有必要开发基于现有的传统光刻工艺制备超细线条的方法。

德国多特蒙德大学采用侧墙技术成功制备出亚100nm场效应晶体管[John T, et al., TED 1998, 45, 299-305.]。利用侧墙工艺制备细线条的主要工艺包括：（1）在衬底上淀积氧化硅，并将氧化硅加工为条状；（2）淀积氮化硅覆盖层；（3）各向异性干法刻蚀氮化硅，在氧化硅条两侧的台阶处将形成氮化硅侧墙；（4）用氢氟酸腐蚀掉氧化硅支撑层，然后以氮化硅侧墙为掩模各向异性刻蚀衬底材料，制备出衬底材料的细线条。但侧墙工艺存在如下缺点：（1）利用侧墙工艺制备出的硬掩模细线条的截面并非是理想矩形，而是接近于三角形，该细线条的截面形状很容易通过刻蚀工艺转移到衬底材料的细线条上；（2）侧墙工艺中采用湿法腐蚀工艺去掉氧化硅支撑层，然而由于水的张力作用，容易导致氧化硅细线条倒塌。

文献[Yang-Kyu Choi, et al., J. Phys. Chem. B 2003, 107, 3340-3343.]报道了另外一种基于侧墙工艺制备细线条的方法，其主要工艺流程包括：（1）在衬底上依次生长氧化硅和多晶硅，并将多晶硅加工为条状；（2）淀积氧化硅覆盖层；（3）各向异性干法刻蚀氧化硅，在多晶硅条两侧的台阶处将形成氧化硅侧墙；（4）通过干法刻蚀去掉多晶硅支撑层和底层氧化硅，并继续刻蚀衬底材料，制备出衬底材料的细线条。虽然没有采用湿法腐蚀工艺，但解决了硬掩膜细线条容易倒塌的问题，但仍然存在以下缺点：（1）硬掩模细线条截面并非理想矩形，这种截面形状很容易通过刻蚀工艺转移到衬底材料的细线条上；（2）由于氧化硅硬掩模两侧材料分布情况不一致，即硬掩模细线条一侧有多晶硅和氧化硅材料，另一侧仅有氧化硅材料，导致最终得到的衬底材料的细线条两侧高度不一致，有多晶硅一侧的细线条高度将会小于另一侧的高度，如图1所示。

最近美国专利US2009/0124097 Al报道了一种基于氧化工艺制备细线条的方法，参考图2，其主要流程包括：（1）在衬底上依次生长底层氮化硅、多晶硅和顶层氮化硅，然后将顶层氮化硅和多晶硅加工成条状；（2）通过氧化工艺在多晶硅条的两侧生长氧化硅，由于氮化硅的保护，衬底材料和多晶硅顶部没有被氧化；（3）采用干法刻蚀或湿法腐蚀工艺去掉顶层氮化硅和多晶硅支撑层，形成氧化硅硬掩模细线条；（4）在氧化硅硬掩模细线条的保护下各向异性刻蚀衬底材料，制备出衬底材料的细线条。此工艺也存在缺点，即多晶硅支撑层若通过湿法腐蚀工艺去掉，则在腐蚀过程中会存在与侧墙工艺类似的氧化硅硬掩模细线条倒塌问题；若多晶硅通过干法刻蚀工艺去掉，则会导致最终形成的衬底材料的细线条两侧高度不一致。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于氧化和化学机械抛光工艺制备超细线条的方法。

本发明的上述目的是通过如下的技术方案予以实现的：

一种制备细线条的方法，包括以下步骤：

（1）制备化学机械抛光停止层

该步骤主要目的是制备出后续化学机械抛光氧化硅和多晶硅时的停止层，该停止层采用氮化硅薄膜材料，氮化硅薄膜的厚度决定了最终形成氧化硅细线条的高度。可通过以下工艺步骤予以实现。

a）在衬底上淀积氮化硅薄膜；

b）在氮化硅薄膜上涂光刻胶，光刻定义出将要作为化学机械抛光停止层的区域；

c）通过湿法腐蚀工艺将光刻胶上的图形转移到氮化硅薄膜上；

d）去掉光刻胶。

（2）制备氧化硅细线条