CN104409444B - 鳍层光刻对准标记的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了鳍层光刻对准标记的制备方法，通过设计版图中光刻对准标记处的牺牲层图形的宽度和间距，按照边墙硬掩膜自对准双重图形化工艺过程进行牺牲层的刻蚀、边墙介质层的沉积与刻蚀、以及鳍的刻蚀，并且沉积的边墙介质层填充满光刻对准标记处的牺牲层图形的间距；从而使得光刻对准标记处得到的鳍宽度与该处的牺牲层图形的间距相同且大于鳍标准宽度；由此，本发明在不增加额外的光刻工艺下，有效地将光刻对准标记处的鳍宽度增加，且其面积占光刻对准标记区域的总面积的比例增加，从而显著提升了光刻对准标记的光学识别率和光刻对准精度。

Description

鳍层光刻对准标记的制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种用于鳍型晶体管工艺中的鳍层光刻对准标记的制备方法。

背景技术

随着集成电路制造工艺的进步，传统的平面体硅CMOS已无法克服漏电流大、导通电流小等缺点，必须采用立体鳍型晶体管(FinFET)器件结构，并由英特尔率先在22nm节点实现量产。

与平面CMOS相比，立体鳍型晶体管最重要的改变，是将有源区由平面块状变为分立的立体鳍(Fin)状，且每根鳍宽度一致。由于鳍宽度很小(在英特尔22nm工艺中为15nm)，节距很紧(在英特尔22nm工艺中为60nm)，超过了现有最先进的193nm浸没式光刻机的分辨极限(约80nm)，因此，业界普遍采用边墙硬掩模自对准双重图形化(SADP)工艺来形成立体鳍。

请参阅图1，边墙硬掩模自对准双重图形化(SADP)的工艺流程如下：

步骤L01：在平面硅衬底上生长刻蚀阻挡层；刻蚀阻挡层的材料可以为氮化硅；

步骤L02：在刻蚀阻挡层上生长牺牲层；牺牲层的材料可以为非晶碳；

步骤L03：经光刻和刻蚀牺牲层，使牺牲层的宽度为鳍的间距，使牺牲层的间距为两根鳍的宽度加上鳍的间距；例如，在22nm中牺牲层的宽度最小为45nm，牺牲层的间距最小为75nm；

步骤L04：在牺牲层上生长边墙介质层；边墙介质层的材料可以为二氧化硅；

步骤L05：通过边墙刻蚀，在牺牲层两侧形成介质边墙，介质边墙的宽度为鳍的宽度；如在22nm中介质边墙的宽度最小为15nm；

步骤L06：通过刻蚀气体反应将牺牲层去除；

步骤L07：以留下的介质边墙作为硬掩模层，完成对硅的刻蚀，形成鳍；

对准精度是光刻最重要的性能指标之一，光刻机必须通过光学辨识硅片上的对准标记完成对准。一般当层的对准标记由当层工艺同时完成，为下层光刻时对准所用。对准标记一般都是一组条状结构，有横有竖，不同宽度，不同根数。但为了保证光学识别，其宽度都是1微米以上，长度一般几十微米。这在平面CMOS上很容易实现，但在FinFET工艺中，鳍这层的对准标记无法做成条状，只能分解成多根细鳍，导致对准标记的对比度显著下降，甚至无法对准。为了保证对准精度，须通过增加一道额外光刻，用平面工艺专做对准标记来解决。然而，增加额外光刻工序，显然增加了工艺步骤和制造成本。

发明内容

为了克服以上问题，本发明提供了一种鳍型晶体管工艺中鳍层光刻对准标记的制备方法，在无需增加额外光刻工艺的前提下，提高对准标记中鳍的宽度和面积。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于鳍型晶体管工艺中的鳍层光刻对准标记的制备方法，其包括以下步骤：

步骤01：根据鳍层的鳍标准宽度，设计版图中常规区域的牺牲层图形以及光刻对准标记处的牺牲层图形；其中，所述光刻对准标记处的牺牲层图形的宽度和间距均大于所述鳍标准宽度的两倍，且所述常规区域的牺牲层图形的间距大于所述光刻对准标记处的牺牲层图形的间距；

步骤02：在一硅衬底上沉积牺牲层；

步骤03：采用所述版图，在所述牺牲层中刻蚀出常规区域的牺牲层图形以及光刻对准标记处的牺牲层图形；

步骤04：在完成所述步骤03的所述硅衬底上沉积边墙介质层，所述边墙介质层填充满所述光刻对准标记处的牺牲层图形的间距，且所述边墙介质层的厚度小于所述常规区域的牺牲层图形的间距的一半；

步骤05：刻蚀所述步骤03所形成的牺牲层图形顶部的所述边墙介质层，暴露出所述牺牲层图形的顶部，从而形成边墙硬掩膜；

步骤06：将常规区域的和光刻对准标记处的牺牲层图形去除；

步骤07：利用所述边墙硬掩膜，在所述硅衬底中刻蚀出鳍；所述光刻对准标记处的鳍的宽度大于所述常规区域的鳍的宽度。

优选地，所述步骤01中，所述版图中，所述光刻对准标记处的牺牲层图形的间距为所述鳍标准宽度的三倍。

优选地，所述步骤01中，所述版图中，所述光刻对准标记处的牺牲层图形的宽度大于或等于所述鳍标准宽度的三倍。

优选地，所述步骤04中，所述边墙介质层的厚度为所述鳍标准宽度的1.5倍。

优选地，所述步骤07中，所述光刻对准标记处的鳍的宽度为所述鳍标准宽度的三倍。

优选地，所述步骤07中，所述常规区域的鳍的宽度为所述鳍标准宽度。

优选地，所述步骤02中，沉积所述牺牲层之前，还包括，在所述硅衬底上沉积刻蚀阻挡层。

优选地，所述步骤07中，包括：利用所述边墙硬掩膜，刻蚀所述刻蚀阻挡层和所述硅衬底，从而在所述硅衬底中形成鳍。

优选地，所述步骤05中，采用等离子体干法刻蚀工艺来刻蚀所述边墙介质层。

优选地，所述步骤06中，采用干法刻蚀去除所述牺牲层。

本发明的鳍层光刻对准标记的制备方法，通过设计版图中光刻对准标记处的牺牲层图形的宽度和间距均大于鳍标准宽度的两倍，且常规区域的牺牲层版图中的牺牲层图形的间距大于光刻对准标记处的牺牲层版图中的牺牲层图形的间距，按照边墙硬掩膜自对准双重图形化工艺过程进行后续牺牲层的刻蚀、边墙介质层的沉积与刻蚀、以及硅衬底中鳍的刻蚀，并且在边墙介质层的沉积过程中，使边墙介质层填充满光刻对准标记处的牺牲层图形的间距；从而使得光刻对准标记处的刻蚀后的边墙介质层宽度与该处的牺牲层图形的间距相同，则该处的牺牲层图形的间距为该处的鳍的宽度，因此，该处的鳍的宽度大于鳍标准宽度；由于边墙介质层沉积过程中，常规区域中，边墙介质层的厚度小于该处牺牲层图形间距的一半，因而，该处的边墙介质层并没有像光刻对准标记处的那样将牺牲层图形间距填充满，而是形成常规的凹凸形状，从而在后续的刻蚀鳍之后，该处的刻蚀后的边墙介质层厚度为该处的鳍宽度；由此，本发明的制备方法，在不增加额外的光刻工艺以及在不影响常规区域的刻蚀工艺尺寸的情况下，有效地将光刻对准标记处的鳍宽度增加，且其面积占光刻对准标记区域的总面积的比例增加，从而显著提升了光刻对准标记的光学识别率，进一步提高了光刻对准精度。

附图说明

图1为现有的边墙硬掩模自对准双重图形化工艺流程图

图2为本发明的一个较佳实施例的鳍层光刻对准标记的制备方法的流程示意图

图3-9为本发明的一个较佳实施例的鳍层光刻对准标记的制备方法的步骤示意图

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

本发明的用于鳍型晶体管工艺中的鳍层光刻对准标记的制备方法，改进了边墙硬掩模自对准双重图形化工艺，在设计版图时，将常规区域和光刻对准标记处的牺牲层版图分别进行了设计，常规区域的牺牲层版图沿用现有的设计标准不变，对光刻对准标记处的牺牲层版图中的牺牲层图形的间距和宽度进行了改进，将其间距减小，使得沉积的边墙介质层填充满其间距，该处的边墙介质层宽度大于边墙介质层厚度；这样，利用边墙硬掩模自对准双重图形化工艺特性，刻蚀后的边墙介质层的宽度即为刻蚀出的鳍宽度，在光刻对准标记处，边墙介质层的宽度为牺牲层图形的间距，则得到的鳍宽度也为牺牲层图形间距，而在常规区域，得到的鳍宽度为边墙介质层厚度，因此，得到的光刻对准标记处的鳍宽度大于常规区域的鳍宽度，进而达到提高光刻标记识别率和光刻对准精度的目的。

以下将结合附图2-9和一具体实施例对本发明的作进一步详细说明。其中，图2为本发明的一个较佳实施例的鳍层光刻对准标记的制备方法的流程示意图,图3-9为本发明的一个较佳实施例的鳍层光刻对准标记的制备方法的步骤示意图。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的

请参阅图2，用于鳍型晶体管工艺中的鳍层光刻对准标记的制备方法，包括以下步骤：

步骤01：请参阅图3，根据鳍层的鳍标准宽度，设计版图中常规区域的牺牲层图形C以及光刻对准标记处D的牺牲层图形；

具体的，为了增加光刻对准标记处的鳍宽度，光刻对准标记处的牺牲层图形的宽度和间距均大于鳍标准宽度的两倍，且常规区域的牺牲层图形的间距大于光刻对准标记处的牺牲层图形的间距；在本实施中，版图中，光刻对准标记处的牺牲层图形D的间距为鳍标准宽度的三倍，光刻对准标记处的牺牲层图形的宽度可以大于或等于鳍标准宽度的三倍；常规区域的牺牲层图形C的间距可以为鳍标准宽度的五倍，其宽度可以为鳍标准宽度的三倍；需要说明的是，鳍标准宽度可以视为工艺需要的常规区域的鳍的宽度。

步骤02：请参阅图4，在一硅衬底1上沉积牺牲层3；

具体的，在沉积所述牺牲层3之前，还包括，在硅衬底1上沉积刻蚀阻挡层2，可以但不限于采用化学气相沉积法来沉积刻蚀阻挡层2和牺牲层3。

步骤03：请参阅图5，采用版图，在牺牲层3中刻蚀出常规区域的牺牲层图形31以及光刻对准标记处的牺牲层图形32；图5中，虚线框内表示光刻对准标记处；

具体的，可以采用光刻和刻蚀工艺，来刻蚀牺牲层图形；这样，版图中的牺牲层图形就转移至硅片的牺牲层中。在牺牲层图形中的间距和宽度与版图中的牺牲层图形保持一致。

步骤04：请参阅图6，在完成步骤03的硅衬底上沉积边墙介质层4，边墙介质层4填充满光刻对准标记处的牺牲层图形32的间距，且边墙介质层4的厚度小于常规区域的牺牲层图形31的间距的一半；

具体的，边墙介质层4填充满光刻对准标记处的牺牲层图形31的间距，则沉积的边墙介质层4的厚度至少应为光刻对准标记处的牺牲层图形32间距的一半，由于本实施例中光刻对准标记处的牺牲层图形32间距为鳍标准宽度的三倍，则边墙介质层4的厚度可以为鳍标准宽度的1.5倍；这也是考虑到后续要对边墙介质层进行刻蚀，会使常规区域的边墙介质层的厚度减薄，这样，常规区域的鳍宽度就可以与鳍标准宽度相同。

而常规区域中，由于牺牲层图形31的间距为鳍标准宽度的五倍，因而，在沉积边墙介质层4之后，边墙介质层4依然形成了常规的凹凸结构，没有填充满该处的牺牲层图形31的间距，如图6所示，因此，经历后续的刻蚀工艺，该处的刻蚀后的边墙介质层的厚度即为该处的鳍宽度。

步骤05：请参阅图7，刻蚀步骤03所形成的牺牲层图形31、32顶部的边墙介质层4，暴露出牺牲层图形31、32的顶部，从而形成边墙硬掩膜；

具体的，将边墙介质层4刻蚀的目的是为了暴露出硅衬底1上的牺牲层图形顶部，包括常规区域的和光刻对准标记处的牺牲层图形31、32顶部。可以但不限于采用等离子体干法刻蚀工艺来进行边墙介质层4的刻蚀。

这里，在刻蚀牺牲层图形31和32顶部的边墙介质层4的同时，位于刻蚀阻挡层2表面的边墙介质层4部分也被刻蚀掉。

还需要说明的是，在实际工艺中，如图7所示，光刻对准标记处的边墙介质层在刻蚀后，位于光刻对准标记边缘处的边墙介质层的宽度有可能会小于光刻对准标记中间的边墙介质层的宽度，这是由于光刻对准标记边缘处的牺牲层图形32与常规区域的牺牲层图形31之间的距离较大而造成的，然则，这并不影响本发明中的光刻对准标记的最终效果，因此，在光刻对准标记处的边缘的边墙介质层的宽度小于其中间的边墙介质层的宽度也是涵盖在本发明的范围之内的。

步骤06：请参阅图8，将常规区域的和光刻对准标记处的牺牲层图形31、32去除；

具体的，牺牲层图形31、32的去除方法可以但不限于采用干法刻蚀；这样，在牺牲层图形31、32去除之后，就留下了边墙硬掩膜；

步骤07：请参阅图9，利用边墙硬掩膜，在硅衬底1中刻蚀出鳍5；

具体的，本实施例中，利用边墙硬掩膜，依次刻蚀刻蚀阻挡层2和硅衬底1，从而在刻蚀阻挡层2和硅衬底1中形成沟槽，在硅衬底1中形成鳍，如图9所示。

这里，边墙硬掩膜的宽度则为刻蚀后的鳍宽度；由于版图中设计的光刻对准标记处的牺牲层图形的间距大于常规区域的，因此，硅片上光刻对准标记处的鳍宽度(虚线框内)大于常规区域的鳍宽度；在本实施例中，光刻对准标记处的鳍宽度为牺牲层图形32的间距，即鳍标准宽度的三倍；常规区域的鳍宽度为刻蚀后的边墙介质层4厚度，即为鳍标准宽度。并且，相比于现有技术，光刻对准标记处的鳍的面积占光刻对准标记处的总面积的比例增大。

因此，本发明的制备方法，在不增加额外的光刻工艺和在不影响常规区域的刻蚀工艺尺寸的情况下，有效地将光刻对准标记处的鳍宽度增加，且其面积占光刻对准标记区域的总面积的比例增加，从而显著提升了光刻对准标记的光学识别率，进一步提高了光刻对准精度。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (10)

1.一种用于鳍型晶体管工艺中的鳍层光刻对准标记的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤01：根据鳍层的鳍标准宽度，设计版图中常规区域的牺牲层图形以及光刻对准标记处的牺牲层图形；其中，所述光刻对准标记处的牺牲层图形的宽度和间距均大于所述鳍标准宽度的两倍，且所述常规区域的牺牲层图形的间距大于所述光刻对准标记处的牺牲层图形的间距；

步骤02：在一硅衬底上沉积牺牲层；

步骤03：采用所述版图，在所述牺牲层中刻蚀出常规区域的牺牲层图形以及光刻对准标记处的牺牲层图形；

步骤04：在完成所述步骤03的所述硅衬底上沉积边墙介质层，所述边墙介质层填充满所述光刻对准标记处的牺牲层图形的间距，且在竖直方向上的所述边墙介质层的横向厚度小于所述常规区域的牺牲层图形的间距的一半；

步骤05：刻蚀所述步骤03所形成的牺牲层图形顶部的所述边墙介质层，暴露出所述牺牲层图形的顶部，从而形成边墙硬掩膜；

步骤06：将常规区域的和光刻对准标记处的牺牲层图形去除；

步骤07：利用所述边墙硬掩膜，在所述硅衬底中刻蚀出鳍；所述光刻对准标记处的鳍的宽度大于所述常规区域的鳍的宽度。

2.根据权利要求1所述鳍层光刻对准标记的制备方法，其特征在于，所述步骤01中，所述版图中，所述光刻对准标记处的牺牲层图形的间距为所述鳍标准宽度的三倍。

3.根据权利要求2所述鳍层光刻对准标记的制备方法，其特征在于，所述步骤01中，所述版图中，所述光刻对准标记处的牺牲层图形的宽度大于或等于所述鳍标准宽度的三倍。

4.根据权利要求1所述鳍层光刻对准标记的制备方法，其特征在于，所述步骤04中，所述边墙介质层的厚度为所述鳍标准宽度的1.5倍。

5.根据权利要求1所述鳍层光刻对准标记的制备方法，其特征在于，所述步骤07中，所述光刻对准标记处的鳍宽度为所述鳍标准宽度的三倍。

6.根据权利要求5所述鳍层光刻对准标记的制备方法，其特征在于，所述步骤07中，所述常规区域的鳍宽度为所述鳍标准宽度。

7.根据权利要求1-6任意一项所述鳍层光刻对准标记的制备方法，其特征在于，所述步骤02中，沉积所述牺牲层之前，还包括，在所述硅衬底上沉积刻蚀阻挡层。

8.根据权利要求7所述鳍层光刻对准标记的制备方法，其特征在于，所述步骤07中，包括：利用所述边墙硬掩膜，刻蚀所述刻蚀阻挡层和所述硅衬底，从而在所述硅衬底中形成鳍。

9.根据权利要求1所述鳍层光刻对准标记的制备方法，其特征在于，所述步骤05中，采用等离子体干法刻蚀工艺来刻蚀所述边墙介质层。

10.根据权利要求1所述鳍层光刻对准标记的制备方法，其特征在于，所述步骤06中，采用干法刻蚀去除所述牺牲层。