[發(fā)明專利]雙重圖形化鰭式晶體管的鰭結(jié)構(gòu)線頂端切斷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410371037.5
• 申請(qǐng)日: 2014-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN104157574B
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 易春艷;李銘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海集成電路研發(fā)中心有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/336
• 分類號(hào): H01L21/336;H01L21/308
• 代理公司: 上海天辰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

本發(fā)明公開了一種雙重圖形化鰭式晶體管的鰭結(jié)構(gòu)線頂端切斷方法，先通過氮化硅硬掩模線條形成魚鰭結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行魚鰭線頂端切斷的光刻和刻蝕工藝，此時(shí)需要切斷的深度比較大，使得刻蝕有足夠的時(shí)間和空間去調(diào)整刻蝕菜單以平衡各個(gè)層次的刻蝕速率，如平坦化層SOC、氮化硅、二氧化硅、硅襯底，從而使得切斷處底部形貌更加平坦并最終完成鰭結(jié)構(gòu)形成，避免刻蝕過程中硅凸起和硅錐的產(chǎn)生，以提高器件的電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用側(cè)墻自對(duì)準(zhǔn)雙重圖形化鰭式晶體管的鰭結(jié)構(gòu)線頂端切斷方法。

背景技術(shù)

根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線發(fā)展藍(lán)圖所預(yù)測(cè)，為了遵循摩爾定律并獲得所需的短溝道效應(yīng)，改善柵極對(duì)溝道的控制，提出了新的晶體管結(jié)構(gòu)，即鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管FinFET(FinField Effect Transistor，簡(jiǎn)稱鰭式晶體管)。其有源區(qū)魚鰭的形成是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的工藝，因?yàn)樵?2nm及以下的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，鰭的寬度約在10～15nm左右，這么小的圖形尺寸已經(jīng)超出目前浸沒式光刻機(jī)的分辨率極限，為此，需要采用側(cè)墻自對(duì)準(zhǔn)式雙重圖形化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。即首先在已經(jīng)沉積了各種掩模材料的硅片上，利用浸沒式光刻及刻蝕技術(shù)產(chǎn)生一個(gè)核心犧牲層圖形(sacrificial core pattern)，然后在此核心圖形上利用原子層沉積技術(shù)，沉積一層側(cè)墻材料，然后利用各向異性干法刻蝕形成側(cè)墻，之后將犧牲的核心圖形去除，這樣就形成了所需要的節(jié)距(pitch)減半的魚鰭(FIN)掩模圖形，這里FIN硬掩模的寬度是由原子沉積層的厚度決定的，之后進(jìn)行魚鰭結(jié)構(gòu)的線頂端切斷的光刻和刻蝕工藝，并利用此硬掩模圖形為保護(hù)層繼續(xù)刻蝕形成鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鰭(FIN)。

圖1A至圖1O是現(xiàn)有的采用側(cè)墻自對(duì)準(zhǔn)雙重圖形化鰭結(jié)構(gòu)及線頂端切斷的形成方法。具體地：

首先，如圖1A所示，在一個(gè)半導(dǎo)體有源器件的硅襯底101上，自下而上依次淀積二氧化硅絕緣層102、氮化硅層103、第一層非晶碳層104、氮化硅刻蝕停止層105、第二層非晶碳層106以及無氮抗反射層107。其中，氮化硅層103是最終魚鰭結(jié)構(gòu)形成的刻蝕硬掩模。

然后，如圖1B所示，在107層頂部旋涂有機(jī)抗反射層108以及光刻膠109，然后進(jìn)行核心犧牲層(sacrificial core layer)光刻。

接著，如圖1C所示，利用光刻膠109作為掩模干法刻蝕形成第二非晶碳層106的犧牲核心層線條圖形，至此形成了非晶碳犧牲核心圖形及其頂部的無氮抗反射層107。此處形成的非晶碳犧牲核心圖形線條由于工藝限制并不能形成完全垂直的側(cè)壁形貌，并且在靠近該圖形中第二非晶碳層106頂部處可能產(chǎn)生因刻蝕引起的損傷；此損傷會(huì)導(dǎo)致后續(xù)側(cè)壁隔離硬掩模靠近非晶碳一面的形貌變化，從而影響后續(xù)的圖形定義。

經(jīng)過相應(yīng)的清洗工藝后，如圖1D所示，在非晶碳犧牲核心圖形及無氮抗反射層107上方淀積一層氧化硅薄膜硬掩模層110。

如圖1E所示，利用各向異性干法刻蝕該氧化硅薄膜硬掩模層，并停止于氮化硅刻蝕停止層105上方以形成氧化硅側(cè)墻110。

之后，如圖1F所示，利用等離子體干法刻蝕工藝去除犧牲核心層線條圖形頂部的無氮抗反射層107，使得無氮抗反射層107下方的犧牲核心層非晶碳暴露出來。

如圖1G所示，用干法去膠工藝去除犧牲核心層內(nèi)的非晶碳。

如圖1H所示，繼續(xù)利用干法刻蝕以二氧化硅側(cè)墻110硬掩模為掩模，依次去除其下方的氮化硅刻蝕停止層105、第一非晶碳層104以及最底部的氮化硅層103，形成節(jié)距減半的氮化硅硬掩模111線條圖形，并刻蝕停止于二氧化硅絕緣層102上方。

完成必要的濕法清洗工藝之后，如圖1I所示，進(jìn)行魚鰭線頂端切斷光刻工藝，即在氮化硅硬掩模111上方旋涂光刻平坦層112、光刻抗反射層113以及光刻膠層114，并曝光、顯影形成需要切斷的圖形。