[發明專利]自對準雙層圖形半導體結構的制作方法

在審

• 申請號: 201410253257.8
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN103996603A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 崇二敏;黃君
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 王宏婧

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種自對準雙層圖形半導體結構的制作方法。

背景技術

在20nm及其以下節點，自對準雙層圖形(SADP)工藝已經被應用于有源區域(AA)和多晶硅(Poly)等關鍵半導體層次的制作。

請參考圖1-圖7所示的現有技術的自對準雙層圖形半導體結構的制作方法剖面結構示意圖。請參考圖1，首先，提供半導體襯底10，在所述半導體襯底10上依次形成氮化硅層11、核心圖形層13、硬掩膜層17、抗反射層14和光刻膠層15，所述核心圖形層13的材質為無定型碳(APF)，所述硬掩膜層17的材質為SiOC。

然后，參考圖2并結合圖1，以所述光刻膠層15為掩膜進行刻蝕工藝，將未被光刻膠層15覆蓋的抗反射層14去除，保留的抗反射層14作為后續工藝的掩膜，該工藝步驟將消耗一部分光刻膠層15。接著以所述保留的抗反射層14為掩膜，進行刻蝕工藝，對所述硬掩膜層17進行刻蝕工藝，將未被所述保留的抗反射層14覆蓋的硬掩膜層17去除，保留的部分硬掩膜層17將作為后續工藝步驟的掩膜。經過該工藝步驟，光刻膠層15和抗反射層14被消耗完畢。

接著，繼續參考圖2，以所述保留的部分硬掩膜層17為掩膜進行刻蝕工藝，將未被所述保留的部分硬掩膜層17覆蓋的部分核心圖形層13去除，將圖形轉移至保留的部分核心圖形層13中，該保留的部分核心圖形層13將作為后續刻蝕工藝的掩膜層。在刻蝕核心圖形層13時，需要考慮硬掩膜層17與核心圖形層13之間的刻蝕選擇比，所述刻蝕工藝需要對核心圖形層13和硬掩膜層17具有較高的刻蝕選擇比，以使得硬掩膜層17對核心圖形層13的刻蝕工藝具有足夠的阻擋。為了獲得上述刻蝕選擇比，現有技術通常利用SO₂和O₂混合氣體在較為潔凈的反應腔體中對核心圖形層13進行刻蝕；利用O₂和碳的等離子體反應生成CO或者CO₂來對核心圖形層13進行刻蝕。但是上述工藝過程的缺點是氧氣和碳的反應更傾向于各向同性的化學反應；因此在整個刻蝕過程中，所述核心圖形層13由上而下在等離子體中暴露的時間越來越少，導致核心圖形層13的側向受到O₂損傷自上而下減少，最終形成一個正梯形形貌的核心圖形層13。

接著，請參考圖3去除所述掩膜層17，所述保留的核心圖形層13將作為后續刻蝕工藝的掩膜使用。

然后，請參考圖4，利用原子層沉積工藝，形成覆蓋核心圖形層13和氮化硅層11表面的氧化硅層16。所述核心圖形層13兩側的氧化硅層16將保留形成側墻結構，而覆蓋于核心圖形層13頂部以及氮化硅層11表面的氧化硅層16被去除。由于核心圖形層13的形狀為正梯形，因此，位于核心圖形層13兩側的氧化硅層16呈現傾斜狀。

接著，請參考圖5，對所述氧化硅層16進行刻蝕工藝，去除位于核心圖形層13頂部以及氮化硅層11表面的氧化硅層16，保留位于核心圖形層13兩側的氧化硅層16，保留于核心圖形層13兩側的氧化硅層16具有傾斜狀的形貌。該保留于核心圖形層13兩側的氧化硅層16作為后續刻蝕工藝的掩膜。

接著，請參考圖6，并結合圖5，進行刻蝕工藝，去除核心圖形層13。所述保留于核心圖形層13兩側的氧化硅層16的形貌形成如圖6所示的梯形。接著，以所述保留于核心圖形層13兩側的氧化硅層16為掩膜，對下方的氮化硅層11進行刻蝕工藝，去除未被所述保留于核心圖形層13兩側的氧化硅層16覆蓋的氮化硅層11，保留的氮化硅層11即為自對準雙層圖形結構。由于該保留于核心圖形層13兩側的氧化硅層16為傾斜狀，其形貌影響了所述自對準雙層圖形結構的形貌，使得該自對準雙層圖形結構的形貌和尺寸不穩定。

因此，需要對現有技術進行改進，以獲得具有穩定形貌和尺寸的自對準雙層圖形半導體結構。

發明內容

本發明解決的問題提供一種自對準雙層圖形半導體結構的制作方法，能夠形成具有穩定形貌和尺寸的雙層圖形半導體結構。

為解決上述問題，本發明提供一種自對準雙層圖形半導體結構的制作方法，包括：

提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成第一氧化硅層、多晶硅層；

在所述多晶硅層上形成第二氧化硅層，所述第二氧化硅層作為核心圖形層；

在第二氧化硅層上依次形成抗反射層和光刻膠層，所述光刻膠層定義了核心圖形；

以所述光刻膠層為掩膜對所述抗反射層和第二氧化硅層進行刻蝕，將所述核心圖形的圖案轉移至所述第二氧化硅層上，所述多晶硅層上保留的第二氧化硅層具有垂直形貌；