一种可以减小栅特征尺寸的两步削减刻蚀工艺 【技术领域】
本发明属集成电路工艺技术领域，具体涉及一种可以减小栅刻蚀中特征尺寸，提高削减工艺稳定性和削减量的两步削减刻蚀工艺。
背景技术
在半导体制造工艺中，日益增加的需求不断推动半导体制造工艺向着高集成度低功耗的方向发展。栅极特征尺寸的不断减小是半导体制造工艺不断进步的象征之一。
方法之一是使用更先进的光刻技术得到更小的栅尺寸。先进的投影光刻工艺技术可以得到接近120纳米的特征尺寸。但是目前更高的集成度和器件性能的要求使得场效应晶体管的栅特征尺寸已缩小至100纳米到50纳米，或者更低。传统的投影光刻工艺已经无力追上这一趋势。
目前业界使用的一种方法是增加一个额外的光刻胶处理工艺更进一步的减小特征尺寸，既利用现有的设备在不增加成本的条件下得到低于投影光刻最小尺寸的栅。这种方法采用各向同性刻蚀法削减光刻胶地特征尺寸至投影光刻技术无法得到小尺寸栅。如图1所示，首先由投影光刻在一个由有机抗反射层3，栅层5，栅氧层6，硅衬底7组成的多层结构上形成光刻胶掩膜1。光刻胶掩膜1的最小尺寸受限于投影光刻工艺。由图1可以看出如果不进行光刻胶削减，则在经过后继的各向异性的各层刻蚀后，栅的特征尺寸将等于光刻胶掩膜1的特征尺寸。但是当引入适当的各向同性刻蚀对光刻胶进行削减尺寸处理后，将形成一个尺寸削减后的光刻胶掩膜2进而形成尺寸等于光刻胶掩膜2的多晶栅。
光刻胶削减工艺的稳定性和可实施性受诸多因素的影响，对光刻胶的厚度有一定的要求，但对于投影光刻技术而言为得到最小的特征尺寸需要尽可能的减薄光刻胶的厚度，因此局限了光刻胶削减工艺的进一步发展，同时也提出进一步开发特征尺寸削减工艺的要求。
【发明内容】
本发明的目的在于提出一种工艺稳定性好、可减小栅特征尺寸的两步削减刻蚀工艺。
在传统的特征尺寸削减工艺中由于光刻胶厚度的限制使得特征尺寸在削减至70纳米时，由于削减时间的延长导致光刻胶的大量损失，使得削减后的光刻胶尺寸发生较大偏差，并且在后继的栅刻蚀中出现光刻胶倒塌，光刻胶减薄后抗蚀牲降低等导致栅特征尺寸大幅偏移，栅刻蚀洞等工艺问题。因此本发明引入淀积在栅层上的自对准硬掩膜和两步削减法以得到更小的稳定的适合大量生产的栅特征尺寸。
本发明提出的减少栅特征尺寸的两步削减刻蚀工艺，其第一步是对光刻胶和有机抗反射层进行削减，再通过各向异性刻蚀形成自对准硬掩膜，然后在光刻胶与有机抗反射层前保护下对硬掩膜进行各向同性的横向刻蚀，完成第二步削减，形成小于90纳米的硬掩膜，在此硬掩膜的保护下进行各向异性的栅刻蚀。
上述的硬掩膜材料可为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅的材料；上述光刻胶的去除在同一反应室内进行，可在小于90纳米的硬掩膜形成后进行，也可在栅刻蚀开始后进行；上述的硬掩膜将在栅刻蚀后用湿法刻蚀去除。本发明的工艺流程见图2-图5所示。
本发明中，第一步削减使用各向同性刻蚀法刻蚀光刻胶1和有机抗反射层3，得到尺寸小于掩膜1的掩膜2a，掩膜2a由光刻胶和有机抗反射层组成。如图2示。然后通过各向异性刻蚀将经过第一步削减的掩膜2a图形转移到自对准硬掩膜上4。如图，3所示。
第二步削减针对自对准硬掩膜4，用对栅层5有着高选择比的各向同性刻蚀进一步削减自对准硬掩膜4，得到削减后的自对准硬掩膜4a，如图4所示。同时由于自对准硬掩膜4的顶部有掩膜2a保护，刻蚀的方向将只是横向的，意味着经过削减后的自对准硬掩膜4a将有着良好的物理形状，并为接踵而来的栅层5刻蚀提供良好的保护，光刻胶与有机抗反射层组成的掩膜2a将在同一个反应腔室内去除。在硬掩膜4a的保护下经过栅层5刻蚀得到稳定的栅5a。栅刻蚀后的硬掩膜4a用湿法刻蚀的方法去除，去除后如图5所示。图中自对准硬掩膜4材料可以是氧化硅，氮化硅，氮氧化硅或碳化硅材料，栅层5可以是掺N型杂质或掺P型杂质的多晶硅，不掺杂的多晶硅，或者金属栅，栅氧层6可以是氧化硅也可以是高介电常数材料。光刻胶掩膜1特征尺寸在150至120纳米范围内，第一步削减后掩膜2a特征尺寸在110至90纳米范围内。第二步削减后硬掩膜4a的特征尺寸在90至30纳米范围内。最终刻蚀完成后栅的特征尺寸可达到90至30纳米范围内、衬底可以是硅衬底、包含源漏区的硅衬底。
因此，本发明引入淀积在栅层上的自对准硬掩膜和两步削减法以得到更小的稳定的适合大量生产的栅特征尺寸，使得削减后的光刻胶尺寸发生较大偏差，并且在后继的栅刻蚀中出现光刻胶倒塌，光刻胶减薄后抗蚀性降低等导致栅特征尺寸大幅偏移，栅刻蚀洞等工艺问题得到了有效的改进。
【附图说明】
图1是传统的削减工艺示意图；
图2是本发明中第一步削减工艺示意图；
图3是本发明中各向异性刻蚀硬掩膜示意图；
图4是本发明中第二步削减工艺完成后示意图；
图5是栅刻蚀完成湿法去除硬掩膜后示意图；
附图标号：1为光刻胶、2为削减尺寸后的光刻胶、2a为削减尺寸后的光刻胶与有机抗反射层组成的掩膜、3为有机抗反射涂层、4为自对准硬掩膜层、4a为削减尺寸后的自对准硬掩膜、5为栅层、5a为栅层刻蚀后的栅、6为栅氧层、7为衬底。
【具体实施方式】
本发明的实施步骤如下：
1、用投影光刻的办法形成初始的光刻胶掩膜1，其特征尺寸在120至150纳米之间；
2、刻蚀有机抗反射层3，第一步削减特征尺寸，得到特征尺寸在110至90纳米之间的光刻胶和有机抗反射掩膜2a。
3、各向异性刻蚀硬掩膜层得到硬掩膜4，其尺寸等于第一步削减后的光刻胶和有机抗反射掩膜2a，即在110至90纳米之间。
4、各向同性刻蚀开始，第二步削减尺寸，得到最终尺寸在30至90纳米之间的硬掩膜4a。
5、干法，(同一反应室)去除光刻胶。
6、各向异性刻蚀得到特征尺寸在30至90纳米之间的栅5a。
7、湿法刻蚀去除硬掩膜4a。