[发明专利]双栅氧器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种双栅氧器件的制造方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，往往需要在一个集成电路芯片上集成多个功能器件，而多个功能器件一般需要对应设置不同的场效应晶体管(FETs)。多栅氧(multiple gate oxide)工艺是在同一芯片内制作多个不同场效应晶体管的常用方法。

现有技术已经提供了多种实现多栅氧的工艺，图1A至图1D显示了双栅氧(dual gate oxide)的一种现有制作工艺流程。如图1A所示，在已经形成浅隔绝沟道12并且沉积了氧化硅薄膜13的硅片11上涂布光刻胶14；图1B中，曝光和显影后暴露出待刻蚀的薄区域15，受到光刻胶14保护的厚区域16；再参阅图1C，采用湿法刻蚀工艺，完全去除待刻蚀的薄区域15的氧化硅薄膜；接着如图1D所示，去除剩余的光刻胶14后，再次沉积氧化硅，在氧化硅薄膜13的薄区域15和厚区域16上形成不同厚度的氧化硅层，即所谓的双栅氧结构。在薄区域15和厚区域16上，可以制作出不同的场效应晶体管。

如上述传统工艺中，湿法刻蚀氧化硅薄膜13的工艺是将沉积了氧化硅薄膜13的硅片11置于酸性溶液中，其中，常用的酸性溶液比如氢氟酸(HF)。酸性溶液在刻蚀氧化硅薄膜13的同时也会对光刻胶14产生作用，形成工艺缺陷，主要的工艺缺陷包括光刻胶残留和碳化硅(SiC)沉积。具体来说，形成光刻胶残留缺陷是因为酸性溶液会浸蚀光刻胶，将光刻胶薄膜中的部分高分子化合物从光刻胶薄膜中剥离出来，导致在硅片表面形成缺陷；碳化硅沉积缺陷的形成机理是，氢氟酸与氧化硅反应会生成六氟化硅(SiF₆)，六氟化硅与光刻胶薄膜中的高分子化合物进一步反应会生成碳化硅微粒，然后在硅片上形成沉积。

为解决上述技术问题，现有的防止湿法刻蚀过程中产生光刻胶缺陷的方法包括：1）在光刻曝光和显影后对光刻胶薄膜进一步烘培，形成更加致密的光刻胶薄膜，使得湿法刻蚀的酸性溶液难以从光刻胶高分子化合物之间的缝隙浸入，与光刻胶高分子化合物作用生成缺陷；2）在光刻曝光和显影后对光刻胶薄膜进行紫外光(UV)固化处理，在光刻胶表面形成高分子化合物的交联，交联的高分子表面可以有效地提高光刻胶的抗酸性溶液浸蚀能力。

然而，上述现有防止湿法刻蚀过程中产生光刻胶缺陷的方法仍然存在一些需要解决的问题。在第1种方法中，烘培温度不宜太高，烘培时间不宜太长，否则会导致光刻胶图形变形，而且会对生产吞吐量(throughput)产生不利影响；此外，由于受到烘培温度和烘培时间的限制，烘培后光刻胶薄膜的致密性可能还不能满足抗酸性溶液浸蚀的要求。在第2种方法中，需要在光刻工艺之后加入紫外光(UV)固化工艺，紫外光(UV)固化工艺对光刻胶图案的厚度和线宽会产生收缩作用，通常光刻胶的缩小率会达到15%～25%，显影后的线宽会缩小10～30纳米，影响器件线宽和质量。

发明内容

本发明针对这些问题，提出了采用化学微缩材料(RELACS,Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink)在显影机台内对显影后的光刻胶图形进行化学固化处理和紫外光照射的工艺，可以在光刻胶表面完全形成高分子交联的保护膜，既能满足抗酸性溶液浸蚀的要求，同时，由于采用化学微缩材料的化学固化处理会使线宽增加10～20纳米，而采用紫外线照射处理的固化方法会使线宽缩小10～30纳米，这样的相互补偿可以最大程度地减小工艺对器件线宽的影响，从而得到一种制造双栅氧器件的方法。

其中，本发明实施例所用的化学微缩材料(RELACS)是安智电子材料公司(AZ Electronic Materials USA Corp.)为缩小沟槽或孔图形尺寸开发的商用材料。如美国专利US7745077B2中记载的式（I）化合物以及美国专利US7923200B2中记载的式（II）化合物。

其中，式（I）中R₁至R₅分别选自氢或C₁-C₆烷基，W选自C₁-C₆烷基；式（II）中R₁选自氢、C₁-C₄烷基、C₁-C₆烷基醇、羟基（OH）、胺（NH₂）、羧酸或酰胺（CONH₂），代表与聚合物相连，m=1-6，n=1-4。