CN102364660A

CN102364660A - 一种基于普通光刻和氧化工艺的超细线条制备方法

Info

Publication number: CN102364660A
Application number: CN2011103332772A
Authority: CN
Inventors: 黄如; 孙帅; 艾玉杰; 樊捷闻; 王润声; 徐晓燕
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2012-02-29

Abstract

本发明公开了一种基于光刻和氧化工艺相结合来实现超细纳米线条的方法，属于微电子半导体器件晶体管制造的技术领域。该方法基于普通光学光刻与氧化工艺相结合的方法来得到悬空超细线条。制备出的纳米线的直径可由淀积氮化硅的厚度和两次氧化分别通过时间及温度来精确地控制在以下，并由于干法氧化速度较慢，所以对最终细线条的尺寸可以得到精确地控制。同时利用传统普通光学光刻和氧化工艺，成本低，可行性高。

Description

一种基于普通光刻和氧化工艺的超细线条制备方法

技术领域

本发明属于微电子半导体器件晶体管制造的技术领域，具体是一种基于光刻和氧化工艺相结合来实现超细纳米线条的方法。

背景技术

随着集成电路工业的发展，要求场效应晶体管的特征尺寸不断按比例缩小，以获得更低的成本和更好的性能，和更低得成本。但是，这对光刻技术就提出了越来越高的要求。因此，对新一代光科技书的研究热度近几年持续升温(极紫外光刻、X射线光刻、电子束光刻、离子束投影光刻技术等)。其中，电子束光刻技术在制备纳米细线条中是目前应用比较广泛的，但是其效率低，成本高，这就限制了此项技术在大规模工业生产中的应用，同时，电子束光刻工程中存在电子散射，这将导致临近效应，使在制备20nm以下的线条会遇到很大挑战。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于光刻和氧化工艺相结合来实现超细纳米线条的方法。

本发明提供的技术方案如下：

一种制备超细线条的方法，包括以下步骤：

(1)在衬底上制备氧化工艺阻挡层。

该步骤主要目的是制备出后续氧化工艺中对硅线条表面的氧化阻挡层。该停止层采用氮化硅薄膜材料，阻挡层的厚度决定了氧化工艺中硅线条表面被氧化的厚度。包括以下工艺步骤：

a、在衬底上淀积氮化硅薄膜；

b、在氮化硅薄膜上涂光刻胶，光刻定义出将要作为硅线条硬掩膜的区域；

c、干法刻蚀工艺将光刻胶上的图形转移到氮化硅薄膜上；

d、去掉光刻胶。

(2)刻蚀衬底材料，对所得线条进行湿法氧化，得到较细的线条

该步骤主要目的是对所刻蚀衬底材料所得到的线条，采用湿法氧化来进行氧化，达到氧化减薄的目的。该步骤中氧化时间和氧化温度将决定纳米线线条宽度。

(3)对线条进行干法氧化，得到悬空的硅纳米线，

该步骤的主要是采用干法氧化来对湿法氧化后的线条在次进行氧化，得到尺寸更小的纳米线。由于氮化硅掩膜的存在，阻挡了线条顶端部分被氧化，而侧面仍被氧化，将得到悬空的氧化物包围的硅超细纳米线条。该步骤中氧化时间和氧化温度将决定最终所得线条的尺寸。

该步骤主要包括以下工艺流程：

a、将(2)步得到线条进行干法氧化；

b、通过湿法腐蚀工艺去除顶端的氮化硅掩膜；

c、通过湿法腐蚀工艺去除包围纳米线条的氧化层。

上述方法中，淀积氮化硅采用低压化学气相沉积法，定义光刻胶采用的是普通光学光刻，刻蚀氮化硅和衬底材料采用的是异性干法刻蚀技术，湿法腐蚀氮化硅掩膜采用加热的浓磷酸。湿法腐蚀氧化层采用氟化氢溶液。

本发明的优点如下：

在集成电路制造工艺中，对小尺寸的线条越来越高，对工业成本上要求越来越严格。如果采用电子束光刻和刻蚀工艺来制备纳米细线条，成本过高，这在工业生产上不存在优势。对普通光学光刻及刻蚀制的线条如果单一氧化模式来进行氧化，由于尺寸较大，不仅时间长，而且温度要求较高，这就同样限制了在工业上的生产及应用。本发明提出来一种基于普通光学光刻与氧化工艺相结合的方法来得到超细线条的工艺方法。采用此方法制备出的悬空超细线条。制备出的纳米线的直径可由淀积氮化硅的厚度和两次氧化分别通过时间及温度来精确地控制在以下，并由于干法氧化速度较慢，所以对最终细线条的尺寸可以得到精确地控制。同时利用传统普通光学光刻和氧化工艺，成本低，可行性高。

附图说明

图1(a)-(j)是本发明提出的一种基于普通光刻与氧化工艺相结合的方法来实现超细线条的制备的工艺流程示意图。

其中，图1(a)在衬底上淀积氮化硅薄膜；图1(b)涂光刻胶；图1(c)光刻；图1(d)通过干法刻蚀氮化硅工艺，在衬底材料上留下氮化硅薄膜图形；图1(e)去掉光刻胶；图1(f)干法刻蚀衬底材料；图1(g)湿法氧化，达到对线条氧化减薄的目的；图1(h)干法氧化，将线条氧断，形成悬空细线条；图1(i)去掉顶层的氮化硅掩模；图1(j)湿法腐蚀去掉包围线条的氧化层，最终制备出细线条。

图中：1-衬底材料；2-氮化硅；3-光刻胶；4-氧化硅；5-衬底材料细线条。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明进行详细说明。

根据下列步骤可以实现线条直径约为20nm的超细线条：

1、在硅衬底上低压化学气相沉积氮化硅薄膜，厚度为

如图1(a)所示；

2、在氮化硅薄膜上涂光刻胶，如图1(b)所示；

3、光刻定义出将要作为硅线条掩膜图形的区域，如图1(c)所示；

4、各向异性干法刻蚀氮化硅

最终将光刻胶上的图形转移到氮化硅薄膜材料上，如图1(d)所示；

5、去掉光刻胶如图1(e)所示；

6、各向异性干法刻蚀硅

如图1(f)所示；

7、对线条进行湿氧氧化，950℃2h，将硅线条尺寸进行氧化减薄，如图1(g)所示；

8、对线条进行干氧氧化，925℃6h，将硅线条氧断，使其悬空，如图1(h)所示；

9、热(170℃)的浓磷酸腐蚀氮化硅如图1(i)所示；

10、氢氟酸∶水(1∶10)湿法腐蚀氧化硅至全片脱水，如图1(j)所示；

最终得到宽度较细的细线条。

本发明具体实施例并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种制备超细线条的方法，包括以下步骤：

a)在硅衬底上沉积氮化硅薄膜；

b)在氮化硅薄膜上涂光刻胶；

c)光刻定义出将要作为硅线条掩膜图形的区域；

d)刻蚀氮化硅，最终将光刻胶上的图形转移到氮化硅薄膜材料上；

e)去掉光刻胶；

f)各向异性干法刻蚀硅；

g)对线条进行湿氧氧化，将硅线条尺寸进行氧化减薄；

h)对线条进行干氧氧化，将硅线条氧断，使其悬空；

i)热浓磷酸腐蚀氮化硅，湿法腐蚀氧化硅至全片脱水，最终得到宽度较细的细线条。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，淀积氮化硅采用低压化学气相沉积法。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，定义光刻胶采用的是普通光学光刻。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，刻蚀氮化硅和衬底材料采用的是异性干法刻蚀技术。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，湿法腐蚀氮化硅掩膜采用浓磷酸的温度大于170℃。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，湿法腐蚀氧化层采用氟化氢溶液，其中氢氟酸∶水的体积比为1∶10。