[发明专利]一种多晶硅上小尺寸图形结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路半导体器件的制造技术领域，尤其涉及一种应用于多晶硅上图形结构的制备方法。

背景技术

目前，在集成电路半导体器件的制造技术中，需要用光刻机在多晶硅上进行小尺寸图形结构的刻蚀制备，刻蚀制备过程是指将衬底上没有被光刻胶保护的部分以物理或化学的方法去除，从而达到将光掩膜上的图案转移到衬底上的目的；随着半导体器件体积的减小和集成度的提高，要求在保证半导体器件性能的前提下，不断减小多晶硅上图形结构的尺寸；目前一般能做到节距46～56纳米内的20～30纳米的规则线宽图形结构，如图1至图8所示，其中，1为多晶硅，2为APF（无定形碳)，2-1为APF层图形结构，3为SiOC(硬质掩膜)，3-1为SiOC层图形结构，4为BARC（有机抗反射涂层），4-1为BARC层图形结构，5为光刻胶，5-1为光刻胶图形结构，5-2为减薄后的光刻胶图形结构，6为氮化硅，6-1为氮化硅图形结构，7为氧化硅，7-1为氧化硅图形结构；其制造步骤包括：步骤A：在晶圆表面依次沉积一层多晶硅、一层APF、一层SiOC、一层BARC和一层光刻胶，并用栅极光罩进行一次曝光，形成光刻胶图形结构；步骤B：在等离子体的刻蚀条件下，用CL₂（氯气）、HBr（溴化氢）、O₂（氧气）和CF₄（四氟化碳）的气体组合物对BARC进行刻蚀，BARC层图形结构停留在SiOC层；步骤C：在等离子体的刻蚀条件下，用CF₄和CH₂F₂（二氟甲烷）的气体组合物对SiOC层进行刻蚀，SiOC层图形结构停留在APF层；步骤D：在等离子体的刻蚀条件下，用SO₂（二氧化硫）和O₂的气体组合物对APF层进行刻蚀，APF层图形结构停留在多晶硅层上；步骤E：在等离子体的刻蚀条件下，利用CF₄和CH₂F₂的气体组合物对APF层顶部的SiOC层图形结构、BARC层图形结构和减薄后的光刻胶图形结构进行刻蚀，形成第一次大尺寸APF层图形结构；步骤F：在多晶硅表面和第一次大尺寸APF层图形结构基础上，利用原子层沉积技术沉积一层15～25纳米厚的氮化硅；步骤G：在等离子体的刻蚀条件下，用CHF₃（三氟甲烷）、CH₂F₂和CF₄的气体组合物对氮化硅层进行刻蚀，去除APF层图形结构顶部及多晶硅表面上的氮化硅，在APF层图形结构侧壁形成氮化硅侧墙形式的初始氮化硅图形结构；步骤H：利用在等离子体中用SO₂和O₂的气体组合物进行刻蚀时，APF层图形结构中的APF对初始氮化硅图形结构中的氮化硅具有高选择比特性，对APF层图形结构进行刻蚀，形成没有APF层图形结构的初始氮化硅图形结构。

但随着工艺尺寸不断缩小，特别是20纳米及其以下技术中，由于栅极宽度要求进一步减小，目前刻蚀机所用的这种刻蚀方法制备的图形结构存在栅栏、皱纹或者琢面等缺陷，所以无法保证20纳米及其以下的刻蚀中沟槽侧壁的平整度和沟槽深度以及宽度的均匀性。

为了保证半导体器件性能，整个硅片上沟槽侧壁的平整度和沟槽深度以及宽度的均匀性必须同时得到控制；为了达到以上目的，目前现有技术是：

1）提高设备精度，采用浸润式曝光机；

2）采用LELE方法，即一次光刻工艺和一次刻蚀工艺，然后再来一次光刻和一次刻蚀工艺；

3）一次SADP方法，即自对准双层图形结构方法。

但提高设备精度而采用浸润式曝光机，因为其设备成本和制造成本高，降低了所制备的半导体器件的竞争性；而LELE方法的缺点是两次光刻的对准要求高，容易发生对准偏差问题而造成刻蚀中沟槽侧壁的平整度和沟槽深度的均匀性；一次SADP方法，虽然线宽最小可达到8到12纳米，但受光刻限制，节距无法做到30纳米的要求。

综上所述，目前国内外所用的这种多晶硅上小尺寸图形结构的制备方法，有以下几个缺点：

1)由于栅极宽度要求进一步减小，目前刻蚀机所用的刻蚀方法无法保证20纳米及其以下的刻蚀中沟槽侧壁的平整度和沟槽深度的均匀性；

2)提高设备精度而采用浸润式曝光机，因为其设备成本和制造成本高，降低了所制备的半导体器件的竞争性；

3)LELE方法的缺点是两次光刻的对准要求高，容易发生对准偏差问题而造成刻蚀中沟槽侧壁的平整度和沟槽深度的均匀性；