專利名稱：一種基于氧化和化學(xué)機(jī)械拋光工藝制備超細(xì)線條的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超大規(guī)模集成電路制造技術(shù)，具體是一種基于氧化和化學(xué)機(jī)械拋光工 藝制備超細(xì)線條的方法。
背景技術(shù)：
為了不斷提高集成電路的性能和集成密度，集成電路中器件的特征尺寸在不斷縮 小，對(duì)光刻技術(shù)提出了越來越高的要求。盡管采用了光學(xué)鄰近效應(yīng)修正技術(shù)和移相掩模技 術(shù)等提高光學(xué)分辨率的手段，傳統(tǒng)的光學(xué)光刻在70nm時(shí)會(huì)在技術(shù)上存在無法克服的難關(guān)。 因此，下一代光刻技術(shù)，例如極紫外光刻、X射線光亥lj、電子束光亥lj、離子束投影光刻等引起 了研究者的關(guān)注，而且最近幾年來研究迅速升溫，其中，電子束光刻技術(shù)是目前應(yīng)用比較廣 泛的制備納米細(xì)線條的方法，然而電子束光刻的效率很低，不利于大規(guī)模生產(chǎn)，并且由于電 子束散射導(dǎo)致的鄰近效應(yīng)的影響，采用電子束光刻技術(shù)制備20納米以下的線條會(huì)遇到很 大挑戰(zhàn)。所以有必要開發(fā)基于現(xiàn)有的傳統(tǒng)光刻工藝制備超細(xì)線條的方法。
德國多特蒙德大學(xué)采用側(cè)墻技術(shù)成功制備出亞100nm場效應(yīng)晶體管[JohnT， etal .，TED1998， 45， 299-305.]。利用側(cè)墻工藝制備細(xì)線條的主要工藝包括(l)在襯底上淀積氧 化硅，并將氧化硅加工為條狀；(2)淀積氮化硅覆蓋層；(3)各向異性干法刻蝕氮化硅，在氧 化硅條兩側(cè)的臺(tái)階處將形成氮化硅側(cè)墻；(4)用氫氟酸腐蝕掉氧化硅支撐層，然后以氮化 硅側(cè)墻為掩模各向異性刻蝕襯底材料，制備出襯底材料的細(xì)線條。但側(cè)墻工藝存在如下缺 點(diǎn)(1)利用側(cè)墻工藝制備出的硬掩模細(xì)線條的截面并非是理想矩形，而是接近于三角形， 該細(xì)線條的截面形狀很容易通過刻蝕工藝轉(zhuǎn)移到襯底材料的細(xì)線條上；(2)側(cè)墻工藝中采 用濕法腐蝕工藝去掉氧化硅支撐層，然而由于水的張力作用，容易導(dǎo)致氧化硅細(xì)線條倒塌。
文獻(xiàn)[Yang-KyuChoi， etal. ， J. Phys. Chem. B2003， 107， 3340—3343.]報(bào)道了另外 一種基于側(cè)墻工藝制備細(xì)線條的方法，其主要工藝流程包括(l)在襯底上依次生長氧化 硅和多晶硅，并將多晶硅加工為條狀；(2)淀積氧化硅覆蓋層；(3)各向異性干法刻蝕氧化 硅，在多晶硅條兩側(cè)的臺(tái)階處將形成氧化硅側(cè)墻；(4)通過干法刻蝕去掉多晶硅支撐層和 底層氧化硅，并繼續(xù)刻蝕襯底材料，制備出襯底材料的細(xì)線條。雖然沒有采用濕法腐蝕工 藝，但解決了硬掩膜細(xì)線條容易倒塌的問題，但仍然存在以下缺點(diǎn)(l)硬掩模細(xì)線條截面 并非理想矩形，這種截面形狀很容易通過刻蝕工藝轉(zhuǎn)移到襯底材料的細(xì)線條上；(2)由于 氧化硅硬掩模兩側(cè)材料分布情況不一致，即硬掩模細(xì)線條一側(cè)有多晶硅和氧化硅材料，另 一側(cè)僅有氧化硅材料，導(dǎo)致最終得到的襯底材料的細(xì)線條兩側(cè)高度不一致，有多晶硅一側(cè) 的細(xì)線條高度將會(huì)小于另一側(cè)的高度，如圖l所示。 最近美國專利US2009/0124097A1報(bào)道了一種基于氧化工藝制備細(xì)線條的方法， 參考圖2，其主要流程包括(1)在襯底上依次生長底層氮化硅、多晶硅和頂層氮化硅，然后 將頂層氮化硅和多晶硅加工成條狀；(2)通過氧化工藝在多晶硅條的兩側(cè)生長氧化硅，由
3于氮化硅的保護(hù)，襯底材料和多晶硅頂部沒有被氧化；(3)采用干法刻蝕或濕法腐蝕工藝 去掉頂層氮化硅和多晶硅支撐層，形成氧化硅硬掩模細(xì)線條；(4)在氧化硅硬掩模細(xì)線條 的保護(hù)下各向異性刻蝕襯底材料，制備出襯底材料的細(xì)線條。此工藝也存在缺點(diǎn)，即多晶硅 支撐層若通過濕法腐蝕工藝去掉，則在腐蝕過程中會(huì)存在與側(cè)墻工藝類似的氧化硅硬掩模 細(xì)線條倒塌問題；若多晶硅通過干法刻蝕工藝去掉，則會(huì)導(dǎo)致最終形成的襯底材料的細(xì)線 條兩側(cè)高度不一致。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于氧化和化學(xué)機(jī)械拋光工藝制備超細(xì)線條的方法。
本發(fā)明的上述目的是通過如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的
一種制備細(xì)線條的方法，包括以下步驟
(l)制備化學(xué)機(jī)械拋光停止層 該步驟主要目的是制備出后續(xù)化學(xué)機(jī)械拋光氧化硅和多晶硅時(shí)的停止層，該停止層 采用氮化硅薄膜材料，氮化硅薄膜的厚度決定了最終形成氧化硅細(xì)線條的高度。可通過以 下工藝步驟予以實(shí)現(xiàn)。
a)在襯底上淀積氮化硅薄膜；
b)在氮化硅薄膜上涂光刻膠，光刻定義出將要作為化學(xué)機(jī)械拋光停止層的區(qū)域；
C)通過濕法腐蝕工藝將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到氮化硅薄膜上；
d)去掉光刻膠。
(2)制備氧化硅細(xì)線條
該步驟主要目的是制備出氧化硅細(xì)線條，作為形成襯底材料細(xì)線條的硬掩模。氧化硅 細(xì)線條的高度根據(jù)最終要制備出的襯底材料細(xì)線條的高度而定，可通過步驟(l)中化學(xué)機(jī) 械拋光停止層的厚度進(jìn)行控制。氧化硅細(xì)線條的寬度根據(jù)最終要制備出的襯底材料細(xì)線條 的寬度而定，可通過氧化工藝精確控制。該步驟主要包括以下工藝流程
a) 在襯底材料和作為化學(xué)機(jī)械拋光停止層的氮化硅薄膜上淀積一薄層氮化硅；
b) 在氮化硅薄膜材料上淀積多晶硅薄膜；
C)在多晶硅薄膜上涂光刻膠，通過光刻定義線條；
d) 通過干法刻蝕將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到多晶硅上，形成多晶硅線條，并去掉光刻
膠；
e) 通過氧化工藝在多晶硅線條的上表面和左右兩個(gè)側(cè)面形成氧化硅薄膜，襯底材料 由于受到氮化硅薄膜的保護(hù)而沒有被氧化，該薄膜厚度決定了最終形成氧化硅細(xì)線條的寬 度；
f) 淀積多晶硅，并化學(xué)機(jī)械拋光多晶硅，以氮化硅作為停止層，制備出氧化硅細(xì)線條， 該氧化硅細(xì)線條截面形狀接近理想矩形，此外，氧化硅細(xì)線條左右兩側(cè)材料分布情況是一 致的；
(3)制備襯底材料細(xì)線條
該步驟主要目的是采用各向異性干法刻蝕工藝將氧化硅定義的細(xì)線條形狀轉(zhuǎn)移到襯 底材料上，由于氧化硅細(xì)線條截面形狀接近理想矩形，并且氧化硅細(xì)線條左右兩側(cè)材料分布情況是一致的，所以制備出的襯底材料細(xì)線條形狀接近理想矩形，并且襯底材料細(xì)線條 兩側(cè)高度是一致的，該步驟主要包括以下工藝流程。
a)刻蝕剩余多晶硅薄膜；
b) 刻蝕氮化硅薄膜至襯底；
c) 刻蝕襯底材料，得到襯底材料的細(xì)線條；
d) 通過腐蝕工藝去掉氧化硅。 上述方法中，淀積多晶硅和氮化硅采用化學(xué)氣相沉積法，刻蝕氮化硅、多晶硅和襯 底材料采用各向異性干法刻蝕技術(shù)，采用熱的濃磷酸濕法腐蝕氮化硅，采用緩沖氫氟酸濕 法腐蝕氧化硅。 上述方法的步驟(3)中，也可以通過采用刻蝕多晶硅的條件依次刻蝕多晶硅薄膜、
氮化硅薄膜至襯底。 本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和效果
針對(duì)傳統(tǒng)工藝制備超細(xì)線條方法中存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于氧化和化學(xué)機(jī) 械拋光工藝制備超細(xì)線條的方法。采用此方法制備出的硬掩模細(xì)線條截面形狀接近理想矩 形，制備出的襯底材料細(xì)線條的形狀也接近矩形。此外，采用此工藝制備出的硬掩膜細(xì)線條 左右兩側(cè)材料分布情況一致，因此可以制備出左右兩側(cè)高度相同的襯底材料的細(xì)線條。且 此方法在制備硬掩模細(xì)線條的過程中沒有使用濕法腐蝕工藝，解決了硬掩模細(xì)線條在濕法 腐蝕過程中容易倒塌的問題。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)地說明
圖1是文獻(xiàn)[Yang-KyuChoi， etal. ， J. Phys. Chem. B2003, 107， 3340-3343.]提出的側(cè)墻 工藝制備出的襯底材料細(xì)線條的SEM照片；
圖2 (a)-(d)是美國專利US2009/0124097A1報(bào)道的基于氧化工藝制備細(xì)線條的流程示 意圖。工藝流程的簡要說明如下圖2(a)在襯底上依次生長底層氮化硅、多晶硅、和頂層氮 化硅，然后將頂層氮化硅和多晶硅加工成條狀；圖2(b)通過氧化工藝在多晶硅條的兩側(cè)生 長氧化硅，由于氮化硅的保護(hù)，襯底材料和多晶硅頂部沒有被氧化；圖2(c)采用干法刻蝕 或濕法腐蝕工藝去掉頂層氮化硅和多晶硅支撐層，形成氧化硅硬掩模細(xì)線條；圖2(d)在氧 化硅硬掩模細(xì)線條的保護(hù)下各向異性刻蝕襯底材料，制備出襯底材料的細(xì)線條；
圖3(a)-(h)是本發(fā)明提出的基于氧化和化學(xué)機(jī)械拋光工藝制備超細(xì)線條的工藝流程 示意圖，其中，圖3(a)在襯底上淀積氮化硅薄膜；圖3(b)通過光刻、腐蝕工藝在襯底的一部 分區(qū)域留下氮化硅薄膜，作為后續(xù)化學(xué)機(jī)械拋光工藝停止層；圖3(c)在襯底上淀積氮化硅 薄膜；圖3(d)在氮化硅薄膜上淀積多晶硅薄膜；圖3(e)通過光刻、刻蝕工藝將多晶硅薄膜 加工成條狀；圖3(f)通過氧化工藝在多晶硅條的頂面和兩個(gè)側(cè)面上生長氧化硅，襯底材料 由于氮化硅的保護(hù)沒有被氧化；圖3(g)淀積多晶硅，并化學(xué)機(jī)械拋光多晶硅，以氮化硅為 停止層；圖3(h)在氧化硅的保護(hù)下依次干法刻蝕多晶硅，氮化硅和襯底材料，制備出襯底 材料的納米線。
圖中1——襯底材料；2——氮化硅；3——多晶硅；4——氧化硅；5——襯底材料細(xì)線條。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，具體給出一實(shí)現(xiàn)本發(fā)明提出
的制備細(xì)線條的工藝方案，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。 根據(jù)下列步驟制備寬度約為10納米的細(xì)線條
1. 在硅襯底上低壓化學(xué)氣相沉積氮化硅，厚度為500 A ,如圖3 (a)所示；
2. 接著在氮化硅薄膜上涂光刻膠，光刻定義出將要作為化學(xué)機(jī)械拋光停止層的區(qū)域；
3. 熱的(170°C )濃磷酸煮氮化硅500 A ;
4. 去掉光刻膠，如圖3(b)所示；
5. 在硅襯底和作為化學(xué)機(jī)械拋光停止層的氮化硅薄膜上淀積氮化硅，厚度為50 A ，如圖3(c)所示；
6. 在氮化硅薄膜材料上淀積多晶硅薄膜，厚度為2000復(fù)，如圖3 (d)所示；
7. 在多晶硅薄膜上涂光刻膠，通過光刻定義線條；
8. 干法刻蝕多晶硅2000 A ;
9. 去掉光刻膠，如圖3(e)所示；
10. 通過干氧氧化在多晶硅線條的上表面和左右兩個(gè)側(cè)面生長氧化硅薄膜，厚度為
100 A ，如圖3(f)所示;
11. 淀積多晶硅2000 A ;
12. 化學(xué)機(jī)械拋光多晶硅，以氮化硅停止層為準(zhǔn)，形成寬度為100 A的氧化硅細(xì)線條， 如圖3(g)所示；
13. 各向異性干法刻蝕多晶硅500 A ;
14. 各向異性干法刻蝕氮化硅50 A ;
15. 各向異性干法刻蝕硅2000 A ，如圖3(h)所示；
16. 緩沖氫氟酸腐蝕去掉氧化硅硬掩模，得到所需的硅細(xì)線條。
上面描述的實(shí)施例并非用于限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的 精神和范圍內(nèi)，可做各種的更動(dòng)和潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍視權(quán)利要求范圍所界定。
權(quán)利要求
一種超細(xì)線條的制備方法，其包括如下步驟1)在襯底上制備化學(xué)機(jī)械拋光停止層；2)淀積一氮化硅層，在氮化硅層上淀積一多晶硅層；3)將上述多晶硅加工成條狀；4)通過氧化工藝在上述條狀多晶硅的頂面和兩個(gè)側(cè)面生長氧化硅；5)再次淀積一多晶硅層，以所述停止層為準(zhǔn)，化學(xué)機(jī)械拋光多晶硅；6)在氧化硅的保護(hù)下依次干法刻蝕剩余多晶硅、氮化硅和襯底材料，然后腐蝕去掉氧化硅，制備出襯底材料的細(xì)線條。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1)具體包括 2-a)在襯底上淀積一氮化硅層；2-b)在氮化硅層上涂光刻膠，通過光刻定義將要作為停止層的區(qū)域； 2-C)通過濕法腐蝕工藝將光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到氮化硅層上；2- d)去掉光刻膠。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)具體包括3- a)在多晶硅層上涂光刻膠，通過光刻定義線條；3-b)通過干法刻蝕光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到多晶硅層上，形成多晶硅線條，并去掉光刻膠。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，淀積多晶硅和氮化硅采用化學(xué)氣相沉積法。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟6)中，刻蝕多晶硅、氮化硅和襯底材料 采用各向異性干法刻蝕。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟6)中，采用緩沖氫氟酸濕法腐蝕氧化娃o
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1)中，停止層的厚度為20-100nm。
8. 如權(quán)利要求1或7所述的方法，其特征在于，步驟2)中，氮化硅層的厚度為5-10nm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于氧化和化學(xué)機(jī)械拋光工藝制備超細(xì)線條的方法，屬于超大規(guī)模集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括制備化學(xué)機(jī)械拋光停止層；淀積氮化硅薄膜；在氮化硅薄膜上淀積多晶硅薄膜；將多晶硅薄膜加工成條狀；在條狀多晶硅的頂面和兩個(gè)側(cè)面上生長氧化硅，襯底材料由于氮化硅的保護(hù)沒有被氧化；再淀積一層多晶硅，并以停止層為準(zhǔn)化學(xué)機(jī)械拋光該多晶硅，在氧化硅的保護(hù)下依次干法刻蝕多晶硅、氮化硅和襯底材料，然后腐蝕去掉氧化硅硬掩模，制備出襯底材料的細(xì)線條。本發(fā)明制備出的超細(xì)線條的形狀可以接近矩形，且線條左右兩側(cè)襯底材料分布情況一致。
文檔編號(hào)H01L21/033GK101789363SQ201010128839
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者安霞, 浦雙雙, 王陽元, 艾玉杰, 范春暉, 許曉燕, 郝志華, 黃如 申請(qǐng)人:北京大學(xué)