專利名稱：在半導(dǎo)體工藝中形成亞光刻開口的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及在半導(dǎo)體工藝中的材料層中形成亞光刻(sublithographic)開口的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工藝的材料層形成光刻開口的方法在本領(lǐng)域是眾所周知的。光刻開口是半導(dǎo)體工藝中該工藝所能產(chǎn)生的最小特征尺寸。由此，例如在0.13微米工藝中，工藝可以產(chǎn)生的最小開口或特征尺寸將是0.13微米尺寸的開口，這將成為該工藝的光刻特征。亞光刻開口將具有比該光刻工藝可以產(chǎn)生的最小特征尺寸更小的尺度。由此，在0.13微米工藝中任何具有小于0.13微米尺度的開口將成為0.13微米工藝中的亞光刻開口。
為了解決例如未對準等問題，在光刻工藝中理想的是在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的某些部分中形成亞光刻開口以產(chǎn)生較小的特征尺寸。在現(xiàn)有技術(shù)中，公知的是產(chǎn)生第一材料犧牲層。在其中形成光刻開口的第一犧牲材料層中產(chǎn)生光刻開口。與第一材料不同的第二材料第二層共形地淀積到第一層上。接著各向異性蝕刻第二材料第二層直到達到第一層。這在第一層中的開口中產(chǎn)生了第二材料構(gòu)成的隔離物。在第一層的開口中的隔離物減小了開口的尺寸，由此產(chǎn)生了亞光刻開口。接著使用沿第二材料隔離物的第一材料的第一層作為掩模層以在其上淀積第一層的層中產(chǎn)生亞光刻開口。參見例如USP6362117。但是，這種工藝需要使用不同材料的兩層形成犧牲掩模層。有關(guān)在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生亞光刻結(jié)構(gòu)，還可以參見USP6365451；6413802，6429125和6423475。

發(fā)明內(nèi)容
一種在半導(dǎo)體工藝中的第一材料第一層中形成亞光刻開口的方法，包括在第一層上產(chǎn)生光刻開口。光刻開口位于所需的亞光刻開口之上。部分去除光刻開口中的第一材料。在第一層上包括光刻開口上與第一層的輪廓共形地淀積犧牲層。犧牲層也是第一材料的。各向異性蝕刻犧牲層和第一層直到亞光刻開口的所有材料都蝕刻掉以在光刻開口內(nèi)形成亞光刻開口。
本發(fā)明還涉及在半導(dǎo)體工藝中的第一材料第一層中形成亞光刻開口的另一方法。在該方法中，在第一層上淀積第一材料犧牲層。在犧牲層上產(chǎn)生光刻開口。在所需亞光刻開口位置上設(shè)置光刻開口。在光刻開口中去除第一材料。接著通過把第一材料轉(zhuǎn)化為第二材料使第一材料橫向擴展，由此把光刻開口尺寸減小到亞光刻開口。接著使用第二材料作為掩模蝕刻第一層，以在第一層中形成亞光刻開口。


圖1a-1g是本發(fā)明在半導(dǎo)體工藝中在第一材料第一層中形成亞光刻開口方法的剖面圖。
圖2a-2f是本發(fā)明在半導(dǎo)體工藝中在第一材料第一層中形成亞光刻開口的另一方法的剖面圖。
具體實施例方式
參照圖1a，示出了典型地由單晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底10的剖面圖。襯底10具有多個設(shè)置于其中的淺溝槽隔離12。將參照圖1a-1g說明形成亞光刻開口的工藝，圖1a-1g示出了在襯底10上浮柵的形成。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解本發(fā)明不限于形成浮柵。而是，不考慮溝槽隔離12的存在可以用任意材料實施形成亞光刻開口的本發(fā)明。
在襯底10的第一表面(頂表面)上形成氧化硅或二氧化硅第一層14(大約50埃)。這可以通過，例如，化學(xué)氣相淀積或通過把硅熱轉(zhuǎn)化為二氧化硅實現(xiàn)。最后，(二)氧化硅(以下使用的(二)氧化硅應(yīng)指氧化硅和二氧化硅)層14用作柵耦合氧化物。在(二)氧化硅層14上淀積多晶硅或非晶硅第一層16(大約600埃)。這可以通過，例如，等離子體增強淀積方法或通過高溫方法實現(xiàn)，其中硅的化合物被還原為硅。以下所使用的多硅(Polysilicon)將指非晶硅和多晶硅。最后，在多硅第一層16上共形地淀積氮化硅層18(大約300埃)。這可以通過，例如，等離子體增強淀積方法或通過高溫方法實現(xiàn)，其中使用硅的化合物例如SiH4、SiH2Cl2和其它氣體NH3形成氮化硅層18。前述所有的淀積工藝都是本領(lǐng)域公知的。所得的結(jié)構(gòu)如圖1a所示。
接著在如圖1a所示的結(jié)構(gòu)上、在氮化硅層18的頂端上淀積多硅第二層20(大約450埃)。所得的結(jié)構(gòu)如圖1b所示。通過常規(guī)公知技術(shù)例如硅的氣體化合物的還原可以淀積多硅第二層20。
接著在整個圖1b的結(jié)構(gòu)中施加光刻膠22并在其中形成光刻開口24。在最終將形成多硅第一層16中的亞光刻開口的位置中形成光刻開口24。使用公知的光刻膠曝光和去除技術(shù)形成光刻開口24。形成圖1c中的所示的結(jié)構(gòu)。
使用光刻膠22作為掩模，使用公知的技術(shù)例如RIE各向異性蝕刻用氮化硅作為蝕刻停止，去除在開口24中暴露的多硅第二層20。多硅第二層20的各向異性蝕刻進行到暴露氮化硅層18。所得的結(jié)構(gòu)如圖1d所示。
接著去除光刻膠22。這將產(chǎn)生具有光刻開口24的多硅第二層20。該所得結(jié)構(gòu)如圖1e所示。
接著把如圖1e所示的結(jié)構(gòu)氧化或放置在氧化氣氛中，例如單獨的O2或H2和O2的混合物。這使得多硅第二層20轉(zhuǎn)化為(二)氧化硅。眾所周知，因為(二)氧化硅具有比多硅大的分子尺寸，把多硅20轉(zhuǎn)化為(二)氧化硅將引起間隔或開口24收縮。這是由于當形成(二)氧化硅時其橫向擴展導(dǎo)致的。結(jié)果，由此產(chǎn)生了亞光刻開口。所得的結(jié)構(gòu)如圖1f所示。
然后使用(二)氧化硅20作為掩模層，使用各向異性蝕刻刻蝕氮化硅層18和多硅層16。所得的結(jié)構(gòu)如圖1g所示，其中在氮化硅層18和多硅層16中產(chǎn)生了亞光刻開口。所得的結(jié)構(gòu)如圖1g所示。
其后，可以去除(二)氧化硅掩模層20和氮化硅層18，結(jié)果形成具有亞光刻開口24的多硅第一層16。
參照圖2a，示出了在半導(dǎo)體工藝中的材料中產(chǎn)生亞光刻開口的另一方法的第一步的剖面圖。與圖la所示的剖面圖相似，工藝開始于具有溝槽隔離12的單晶硅半導(dǎo)體襯底10。但是再者，使用溝槽隔離12僅是為了圖示說明圖2a-2f所示的在淺溝槽隔離12上面的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生多硅浮柵的工藝的目的。但是，本發(fā)明的方法不限于此，本發(fā)明的方法可用于任何用途在半導(dǎo)體工藝中在材料中產(chǎn)生亞光刻開口。
接著，在襯底10的表面上淀積(二)氧化硅第一層14。這可以是大約50埃的層，并可以通過公知的常規(guī)技術(shù)例如化學(xué)氣相淀積或高溫?zé)岬矸e而形成。所得的結(jié)構(gòu)如圖2b所示。
在如圖2b所示的結(jié)構(gòu)外形上共形地淀積多硅第一層20a。可以通過常規(guī)技術(shù)例如化學(xué)氣相淀積淀積多硅第一層20a，并可以淀積到1000埃的厚度。所得的結(jié)構(gòu)如圖2c所示。
使用常規(guī)光刻膠22(如圖1c和1d所示)，在多硅第一層20a中產(chǎn)生光刻開口24。但是，多硅第一層20a不從光刻開口24完全去除或蝕刻。在優(yōu)選實施例中，多硅20a的厚度的大約90％從開口24中去除。如圖2d所示，在第一多硅層20a中產(chǎn)生光刻開口24的工藝導(dǎo)致在光刻開口24中多硅殘留。
接著與第一層20a相同材料的多硅第二層20b共形地淀積到多硅第一層20a的外形上。多硅第二層20b大約450埃并可以通過化學(xué)氣相淀積淀積。淀積工藝的結(jié)果是如圖2e所示的結(jié)構(gòu)。其后，各向異性地蝕刻如圖2e所示的結(jié)構(gòu)直到從開口24蝕刻掉所有的多硅。該蝕刻工藝去除了多硅20a和在光刻開口24中淀積的第二層20b的多硅。但是，適量的多硅20b繼續(xù)襯在開口24的側(cè)壁內(nèi)以產(chǎn)生亞光刻開口24。所得的結(jié)構(gòu)如圖2f所示。
權(quán)利要求
1.一種在半導(dǎo)體工藝中在第一材料第一層中形成亞光刻開口的方法，所述方法包括在所述第一層上產(chǎn)生光刻開口，所述光刻開口位于所需的亞光刻開口的位置之上；部分去除在所述光刻開口中的所述第一材料；在所述第一層上包括在所述光刻開口上與所述第一層的外形共形地淀積犧牲層；所述犧牲層也是所述第一材料的；和各向異性蝕刻所述犧牲層和所述第一層以在所述光刻開口內(nèi)形成所述亞光刻開口。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述產(chǎn)生步驟還包括在所述第一層上淀積光刻膠層；曝光所述光刻膠層以在所需亞光刻開口位置上形成包括潛在光刻開口的潛像；和完全地去除在所述光刻開口中的所述光刻膠，由此暴露所述第一層。
3.權(quán)利要求2的方法，還包括在所述部分去除步驟之后和在所述犧牲層的所述淀積步驟之前去除所有的所述光刻膠。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述第一材料是多晶硅或非晶硅。
5.一種在半導(dǎo)體工藝中在第一材料第一層中形成亞光刻開口的方法，所述方法包括在所述第一層上淀積第一犧牲材料犧牲層；在所述犧牲層上產(chǎn)生光刻開口，所述光刻開口位于所需亞光刻開口位置上；去除所述光刻開口中的所述第一犧牲材料；通過把所述第一犧牲材料轉(zhuǎn)化為第二犧牲材料使所述第一犧牲材料在橫向上擴展，由此把所述光刻開口的尺寸減小到亞光刻開口；和使用所述第二犧牲材料作為掩模層蝕刻所述第一層，以在所述第一層中形成所述亞光刻開口。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述產(chǎn)生步驟還包括在所述犧牲層上淀積光刻膠層；曝光所述光刻膠層以在所需亞光刻開口位置上形成包括潛在光刻開口的潛像；和去除在所述光刻開口中的所述光刻膠，由此暴露所述犧牲層。
7.權(quán)利要求6的方法，還包括在所述去除步驟之后和在所述擴展步驟之前去除所有的所述光刻膠。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述第一犧牲材料是硅、多晶硅或非晶硅。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述擴展步驟包括氧化所述第一犧牲材料以產(chǎn)生(二)氧化硅。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述第一層是包括多晶硅層和氮化硅層的復(fù)合層，所述氮化硅層直接鄰近所述犧牲層。
全文摘要
在第一材料第一層中形成亞光刻開口的第一方法，開始于在第一層上產(chǎn)生其位于所需亞光刻開口位置上的光刻開口。從光刻開口部分去除第一層中的第一材料。共形淀積與第一層相同材料的犧牲層以適合第一層的外形，包括在光刻開口上。各向異性地蝕刻所得的結(jié)構(gòu)以蝕刻犧牲層和第一層在光刻開口內(nèi)形成亞光刻開口。形成亞光刻開口的第二方法是淀積例如多晶硅的犧牲層。在犧牲層中產(chǎn)生其位于所需亞光刻開口位置上的光刻開口。從光刻開口去除犧牲材料。通過把犧牲材料轉(zhuǎn)化為第二犧牲材料，犧牲材料橫向擴展，由此把光刻開口的尺寸減小到亞光刻開口。這可以通過把犧牲多晶硅轉(zhuǎn)化為二氧化硅來實現(xiàn)?？梢詫⑥D(zhuǎn)化的二氧化硅用作掩模層蝕刻下面的層。
文檔編號H01L27/115GK1495860SQ0312552
公開日2004年5月12日 申請日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月18日
發(fā)明者G·沙馬, G 沙馬 申請人:硅存儲技術(shù)公司