[发明专利]一种制备超窄槽的方法

说明书

技术领域

本发明属于超大规模集成电路制造技术领域，具体涉及一种制备超窄槽的方法。

背景技术

超窄槽在微电子领域有着广泛的应用，例如在后制备栅(gate-last)工艺中，通过超窄槽来定义场效应晶体管的沟道长度，在存储器件制备中，用来做高性能高密度阵列隔离，以及在MEMS领域中制备微流道等方面都有广泛的应用。

集成电路朝着小尺寸，高集成密度方向发展，对光刻技术提出了越来越高的要求。尽管采用光学邻近效应修正技术和移相掩模技术等来提高光学分辨率的手段，但当器件特征尺寸减小到70纳米时，传统光学光刻在技术上存在无法克服的难关。因此，下一代光刻技术，例如X射线光刻、极紫外光刻、电子束光刻等光刻技术引起了研究者们的关注，而且最近几年来研究迅速升温。虽然这些新的光刻技术能够胜任窄槽制备的加工工艺，然而这些技术本身又存在许多难以解决的具体问题。例如X射线光刻中的掩膜版制作极为困难，而且该光刻方法往往会产生较多的缺陷；极紫外光刻的精度不能令人满意；电子束光刻的效率太低，难为大规模生产所接受，而且这些技术通常在定义20纳米以下的图形时都面临着很大挑战。所以开发基于现有的传统光刻工艺制备20纳米以下超窄槽的方法是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是提出一种制备超窄槽的方法。

本发明的技术方案如下：

一种制备超窄槽的方法，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多晶硅超窄槽的深度。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)制备多晶硅超窄槽

该步骤的主要目的是制备出多晶硅窄槽，作为在衬底材料上制备超窄槽的硬掩模图形。制得的多晶硅窄槽结构决定了最终在衬底材料上制备的窄槽。多晶硅窄槽的深度通过步骤(1)中化学机械抛光停止层的厚度进行控制，多晶硅窄槽的宽度通过氧化工艺精确控制。该步骤主要包括以下工艺流程：

a)在衬底材料和作为化学机械抛光停止层的氮化硅薄膜上淀积一薄层氮化硅；

b)在氮化硅薄膜材料上淀积多晶硅薄膜；

c)在多晶硅薄膜上涂光刻胶，通过光刻定义出线条；

d)通过干法刻蚀工艺将光刻胶上的图形转移到多晶硅薄膜上，形成多晶硅线条，并去掉光刻胶；

e)通过热氧化工艺在多晶硅线条的上表面和左右两个侧面形成氧化硅薄膜，衬底材料在氮化硅薄膜的保护下不会被氧化，两个侧面生成的氧化硅薄膜的厚度决定了最终制备出的超窄槽的宽度；

f)淀积多晶硅，并化学机械抛光多晶硅，以氮化硅作为停止层，制备出氧化硅细线条，该氧化硅细线条截面形状接近理想矩形，此外，氧化硅细线条左右两侧材料分布情况是一致的；

g)湿法腐蚀氧化硅，形成多晶硅超窄槽。

(3)在衬底材料上制备超窄槽

该步骤主要目的是采用各向异性干法刻蚀工艺将多晶硅上定义出的窄槽形状转移到衬底材料上，由于多晶硅窄槽截面形状接近理想矩形，并且多晶硅窄槽左右两侧材料分布情况是一致的，所以制备出的衬底材料超窄槽形状接近理想矩形，并且衬底材料超窄槽两侧的深度是一致的，该步骤主要包括以下工艺流程。

a)刻蚀氮化硅薄膜至衬底；

b)刻蚀衬底材料，得到衬底材料的超窄槽，与此同时，顶层多晶硅也被刻蚀干净；

c)最后通过湿法腐蚀工艺去除氮化硅。

上述方法中，淀积多晶硅和氮化硅采用低压化学气相沉积法，刻蚀氮化硅、多晶硅和衬底材料采用各向异性干法刻蚀技术，湿法腐蚀氮化硅采用加热的浓磷酸，湿法腐蚀氧化硅采用缓冲的氢氟酸。

本发明的技术优点和效果：

针对基于现有的传统光刻工艺制备超窄槽方法中存在的问题，本发明提出了一种制备超窄槽的方法。采用此方法制备出的多晶硅超窄槽截面形状接近理想矩形，从而在衬底材料上制备出的超窄槽的形状也接近矩形，且多晶硅超窄槽的宽度可以由热氧化工艺精确控制到10纳米，从而在衬底材料上制备出纳米级的窄槽。此外，采用此工艺制备出的多晶硅超窄槽左右两侧材料分布情况一致，因此可以制备出左右两侧深度相同的衬底材料的超窄槽。

附图说明