CN102468234B

CN102468234B - 在指定区域形成侧墙的方法

Info

Publication number: CN102468234B
Application number: CN2010105317113A
Authority: CN
Inventors: 洪中山
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: CN102468234A

Abstract

本发明涉及一种在指定区域形成侧墙的方法，该方法包括：提供前端器件层，前端器件层包含至少一个指定区域，指定区域由非功能区域包围，指定区域包含至少一个需要形成侧墙的器件，在前端器件层上依次形成第一保护层和第二保护层；在第二保护层上形成带有开口图案的光刻胶层，开口图案对应指定区域和一部分非功能区域或对应指定区域和全部非功能区域；以光刻胶层为掩膜，刻蚀第二保护层，然后刻蚀第一保护层，以露出指定区域；在露出指定区域的前端器件层上形成侧墙材料层；刻蚀侧墙材料层，以在需要形成侧墙的器件的周围形成侧墙。本发明可避免除需要形成侧墙的器件之外的其他器件被刻蚀气体损耗，且工艺简单，便于实现。

Description

在指定区域形成侧墙的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，特别涉及在指定区域形成侧墙的方法。

背景技术

集成电路的制造需要根据指定电路布局在给定的芯片区域上形成大量的电路元件。一般而言，目前已实施多种工艺技术，其中，对于复杂的电路布局，例如微处理器、存储芯片及类似物，由于有鉴于操作速度及/或耗电量及/或成本效率的优异特性，CMOS技术为目前最有前景的方法之一。在使用CMOS技术来制造复杂的集成电路期间，有数百万个晶体管（亦即，N沟道晶体管与P沟道晶体管）形成于包含结晶半导体层的基板上。不论所考量的是N沟道晶体管还是P沟道晶体管，MOS晶体管都含有所谓的栅极。为了隔离栅极和杂质区（如源/漏区或轻掺杂区），通常采用侧墙来环绕栅极的方法。此外，本领域技术人员公知的是，除了栅极的周围需要形成有侧墙，还有其他的具有阶梯结构的器件的周围需要形成侧墙。对于侧墙，一般采用绝缘的氧化硅膜（主要成分是SiO₂）或氮化硅膜（主要成分是Si₃N₄）或者它们的层叠膜的结构。

然而，在实际的半导体器件的生产中，前端器件层上通常形成有数量极多的器件结构，有的器件结构的周围需要环绕有侧墙，而另外一些器件结构不需要环绕有侧墙。下面以器件结构具体为栅极为例，对现有的在指定区域的栅极周围形成侧墙的方法作具体描述，图1A至图1E示出了现有工艺在指定区域的栅极周围形成侧墙的各个步骤所得到器件的截面示意图。如图1A所示，在衬底100上形成有栅极101和栅极102，其中，栅极101上不需形成侧墙，栅极102需要形成侧墙；如图1B所示，首先在整个硅晶片的表面沉积一层氧化硅膜103；如图1C所示，利用干法刻蚀，形成环绕栅极101和栅极102的材料为氧化硅的侧墙；如图1D所示，在硅片表面形成一层带有开口图案208的光刻胶层104，所述开口图案208对应于栅极101；如图1E所示，利用湿法刻蚀去除栅极101上的侧墙，灰化去除覆盖在栅极102上的光刻胶层104。

在上述步骤中，利用湿法刻蚀去除栅极101的侧墙时，刻蚀溶液氢氟酸会与浅沟槽隔离（Shallow Trench Isolation STI）工艺中所填充的氧化物反应，损耗了STI。而且，若形成栅极101的侧墙的材料是氮化物，而栅极101不需要侧墙时，则需要利用湿法刻蚀去除栅极101上的氮化物，但是现有的去除氮化物的工艺是非常复杂的。因此，若需要在指定区域上形成侧墙，现有的工艺步骤较为繁琐，或者可能还会造成其他半导体器件的损耗。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

在指定区域形成侧墙的方法，包括：

-提供前端器件层，所述前端器件层包含至少一个指定区域，所述指定区域由非功能区域包围，所述指定区域为需要形成侧墙的器件区域，在所述前端器件层上依次形成第一保护层和第二保护层；

-在所述第二保护层上形成带有开口图案的光刻胶层，所述开口图案对应所述指定区域和至少部分所述非功能区域；

-以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第二保护层，然后刻蚀所述第一保护层，以露出所述指定区域；

-在露出所述指定区域的所述前端器件层上形成侧墙材料层；

-刻蚀所述侧墙材料层，以在所述需要形成侧墙的器件的周围形成侧墙。

所述第一保护层的材料为无定形碳或者形成底部抗反射层的材料。

所述第一保护层的厚度为200埃~3000埃。

所述第一保护层的厚度为500埃~1000埃。

所述第二保护层的材料为选自氮氧化硅或者无定形硅中的一种。

所述刻蚀第二保护层的方法为干法刻蚀，该干法刻蚀的刻蚀气体为C₄F₈、C₄F₆、CF₄、CHF₃、C₂F₆、CHF₃、CH₂F₂或者CH₃F中的一种或者几种的组合。

所述刻蚀第一保护层的方法为干法回蚀，该干法回蚀的刻蚀气体为氧气。

所述刻蚀第一保护层的过程中，去除了剩余的所述光刻胶层。

所述侧墙材料层的材料为选自氮化物、氧化物或者氮化物与氧化物的层叠结构中的一种。

所述侧墙材料层的刻蚀采用干法刻蚀，该干法刻蚀的刻蚀气体为C₄F₈、C₄F₆、CF₄、CHF₃、C₂F₆、CHF₃、CH₂F₂或者CH₃F中的一种或者几种的组合。

所述刻蚀所述侧墙材料层的过程中，去除了剩余的所述第二保护层。

在所述需要形成侧墙的器件的周围形成侧墙之后，去除剩余的所述第一保护层。

所述去除第一保护层的方法为干法刻蚀，该干法刻蚀的刻蚀气体为氧气。

本发明采用在前端器件层上形成保护层的方法，然后通过刻蚀露出需要形成侧墙的栅极，在需要形成侧墙的栅极周围形成侧墙，在这些步骤中可保护不需要形成侧墙的其他器件，以免受到各刻蚀步骤中刻蚀气体对这些器件的损耗。且本发明的工艺操作简单，便于实现，因此可以广泛应用于在指定区域上形成侧墙的工艺中。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1A至图1E是现有工艺在指定区域的栅极周围形成侧墙的各个步骤所得到器件的截面示意图；

图2A至图2F是根据本发明的实施例在指定区域形成侧墙的各个步骤所得到器件的截面示意图；

图3是根据本发明的在指定区域形成侧墙的方法流程示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便说明本发明是如何解决在不损伤其它器件的条件下在指定区域形成侧墙的问题。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

图2A~图2F示出了根据本发明的实施例在指定区域形成侧墙的各个步骤所得到器件的截面示意图。

如图2A所示，提供前端器件层200，前端器件层200上包含衬底，衬底的材料可包括任何半导体材料，此半导体材料可包括但不限于：Si、SiC、SiGe、SiGeC、Ge合金、GeAs、InAs、InP，以及其它III-V或Ⅱ-VI族化合物半导体。半导体衬底还可以包括有机半导体或者如Si/SiGe、绝缘体上硅（SOI）、或者绝缘体上SiGe（SGOI）的分层半导体。典型地，在半导体衬底中形成隔离区域以提供PMOS和NMOS有源区域之间的隔离。隔离区域可以是浅沟槽隔离或场氧化物隔离区。利用本领域的技术人员公知的常规浅沟槽隔离工艺形成浅沟槽隔离区域。例如，光刻、刻蚀并用沟槽介质填充沟槽可以用于形成浅沟槽隔离区域。可选地，可以在沟槽填充前在沟槽中形成衬里，在沟槽填充后可以执行致密步骤并且在沟槽填充后跟随平整化步骤。对于场氧化物隔离区，可以用称作硅的局域氧化工艺形成场氧化物。此外，前端器件层200包括至少一个指定区域201、非功能区202（Dummy Area）以及非指定区域203。其中，指定区域201为需要形成侧墙的器件区域，且指定区域201包含至少一个需要形成侧墙的器件204，图2A中只标识一个需要形成侧墙的器件204，其余省略；非功能区202对应的是前端器件层200上的没有功能器件的区域；非指定区域203包含其他不需要形成侧墙的器件205。所述非功能区202包围所述指定区域201。本领域技术人员可以理解的是，需要形成侧墙的器件是具有阶梯结构的器件，例如但不限于：栅极或者沟槽。

如图2B所示，在前端器件层200上依次形成第一保护层206和第二保护层207。再在第二保护层207上形成带有开口图案208的光刻胶层209，所述开口图案208对应所述指定区域201和一部分非功能区域202，或者所述开口图案208对应所述指定区域201和全部的非功能区域202。所述第一保护层206的材料可以是无定形碳或者形成底部抗反射层的材料。所述第一保护层206的厚度是200埃~3000埃，优选地，厚度范围是500埃~1000埃。所述第二保护层207的材料可以是氮氧化硅（S_iON）或者无定形硅。所述形成第一保护层206的方法可以是化学气相沉积法或溅射等。形成第二保护层207的方法是化学气相沉积法。

如图2C所示，以所述光刻胶层209为掩膜，刻蚀所述第二保护层207，以去除第二保护层207的与指定区域201对应的部分。所述刻蚀可采用干法刻蚀，刻蚀气体为采用C₄F₈、C₄F₆、CF₄、CHF₃、C₂F₆、CHF₃、CH₂F₂或者CH₃F中的一种或者几种的组合。

然后，以所述光刻胶层209为掩膜刻蚀第一保护层206，以形成露出指定区域201的前端器件层200。非指定区域203仍然被第一保护层206和第二保护层207覆盖。所述刻蚀可采用干法回蚀，刻蚀气体为氧气。由于氧气还会与光刻胶层209发生反应，因此在此步骤中可将光刻胶层209一并去除。

当以光刻胶层209为掩膜对第一保护层206进行刻蚀时，对应于非指定区域203的第一保护层206由于被第二保护层207覆盖，因此可以避免氧气对非指定区域203上的第一保护层206的损耗。

如图2D所示，在所述露出指定区域201的前端器件层200上形成侧墙材料层210，所述侧墙材料层210的材料可以是氮化物、氧化物或者氮化物与氧化物的层叠结构中的一种。

如图2E所示，刻蚀所述侧墙材料层210，以在所述至少一个指定区域201上形成侧墙211。在此步骤中，一并去除了所述非指定区域203对应的侧墙材料层210；非指定区域203上的第一保护层206的侧壁周围的侧墙材料层210由于与指定区域201中的侧墙211结构类似，因此当刻蚀侧墙材料层210时，无法被一并去除；又因为在前述步骤中，光刻胶层209中的开口图案208对应指定区域201及一部分的非功能区202或者对应指定区域201和全部的非功能区202，使得这部分侧墙材料层210对应非功能区202，而这一部分侧墙材料层206的高度与第一保护层206的厚度（200埃~3000埃）相近，并不会影响后续工艺，因此这部分侧墙材料层210可不必去除。所述刻蚀可采用干法刻蚀，刻蚀气体采用C₄F₈、C₄F₆、CF₄、CHF₃、C₂F₆、CHF₃、CH₂F₂或者CH₃F中的一种或者几种的组合。由于以上刻蚀气体还会与第二保护层207反应，因此在此过程中还可以将非指定区域203对应的第二保护层207一并去除。

如图2F所示，去除剩余的所述第一保护层206。所述去除第一保护层206的方法为干法刻蚀，该干法刻蚀的刻蚀气体为氧气。

图3示出了根据本发明的在指定区域形成侧墙的方法流程示意图。

步骤301，提供前端器件层，所述前端器件层包含至少一个指定区域，所述指定区域由非功能区域包围，所述指定区域包含至少一个需要形成侧墙的器件，在所述前端器件层上依次形成第一保护层和第二保护层；

步骤302，在所述第二保护层上形成带有开口图案的光刻胶层，所述开口图案对应所述指定区域和一部分所述非功能区域或对应所述指定区域和全部所述非功能区域；

步骤303，以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第二保护层和所述第一保护层，以露出所述指定区域；

步骤304，在露出所述指定区域的所述前端器件层上形成侧墙材料层；

步骤305，刻蚀所述侧墙材料层，以在所述需要形成侧墙的器件的周围形成侧墙。

本发明由于采用了在前端器件层上依次形成第一保护层和第二保护层的方法，通过刻蚀露出指定区域，然后再在指定区域上的需要形成侧墙的器件周围形成侧墙，因此可以保护非指定区域上的不需要形成侧墙的其他器件，以免受到各刻蚀步骤中刻蚀气体对这些器件的损耗。且本发明的工艺操作简单，便于实现，因此可以广泛应用于在指定区域上形成侧墙的工艺中。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种在指定区域形成侧墙的方法，其特征在于包括：

-提供前端器件层，所述前端器件层包含至少一个指定区域、非功能区域以及非指定区域，所述指定区域由所述非功能区域包围，所述指定区域为需要形成侧墙的器件区域，所述非指定区域为不需要形成侧墙的器件区域，在所述前端器件层上依次形成第一保护层和第二保护层；

-以所述光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第二保护层，然后刻蚀所述第一保护层，以露出所述指定区域，其中，所述刻蚀第一保护层的过程中，去除了剩余的所述光刻胶层；

-在露出所述指定区域的所述前端器件层上形成侧墙材料层；

-刻蚀所述侧墙材料层，以在所述需要形成侧墙的器件的周围形成侧墙，其中，所述刻蚀所述侧墙材料层的过程中，去除了剩余的所述第二保护层；

-去除剩余的所述第一保护层。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一保护层的材料为无定形碳或者形成底部抗反射层的材料。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一保护层的厚度为200埃～3000埃。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一保护层的厚度为500埃～1000埃。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二保护层的材料选自氮氧化硅或者无定形硅中的一种。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蚀第二保护层的方法为干法刻蚀，该干法刻蚀的刻蚀气体为C₄F₈、C₄F₆、CF₄、CHF₃、C₂F₆、CH₂F₂或者CH₃F中的一种或者几种的组合。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刻蚀第一保护层的方法为干法回蚀，该干法回蚀的刻蚀气体为氧气。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述侧墙材料层的材料选自氮化物、氧化物或者氮化物与氧化物的层叠结构中的一种。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述侧墙材料层的刻蚀采用干法刻蚀，该干法刻蚀的刻蚀气体为C₄F₈、C₄F₆、CF₄、CHF₃、C₂F₆、CH₂F₂或者CH₃F中的一种或者几种的组合。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除第一保护层的方法为干法刻蚀，该干法刻蚀的刻蚀气体为氧气。