鳍式场效应管的刻蚀方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种鳍式场效应管的刻蚀方法。


背景技术：

2.finfet全称fin field-effect transistor，中文名叫鳍式场效应晶体管，是一种新的互补式金氧半导体晶体管。finfet命名根据晶体管的形状与鱼鳍的相似性。
3.finfet源自于传统标准的晶体管—场效应晶体管(field-effect transistor，fet)的一项创新设计。在传统晶体管结构中，控制电流通过的闸门，只能在闸门的一侧控制电路的接通与断开，属于平面的架构。在finfet的架构中，闸门成类似鱼鳍的叉状3d架构，可于电路的两侧控制电路的接通与断开。这种设计可以大幅改善电路控制并减少漏电流(leakage)，也可以大幅缩短晶体管的栅长。
4.现有技术中以浸润式光刻机直接定义出鳍状晶体管截断工艺所需之硬掩膜，进行鳍状晶体管截断工艺，请参阅图1a和b，例如在当前采用fin cut工艺的14finfet流程中：mandrel(刻蚀后的牺牲层)cd(关键尺寸)和pitch(周期)cd分别为53和96nm，鳍蚀刻后，鳍切割蚀刻，鳍宽cd为16nm和刻蚀后的鳍保留20nm，在更小的关键尺寸下，请参阅图1c，例如在14nm技术节点及以下的工艺，mandrel cd更小，为36nm，pitch cd更小，为72nm，必须使用euv才能满足cd要求，无法藉由浸润式光刻机直接曝出鳍状晶体管移除工艺所需之硬掩膜。
5.为解决上述问题，需要提出一种新型的鳍式场效应管的刻蚀方法。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种鳍式场效应管的刻蚀方法，用于解决现有技术中现有技术中以浸润式光刻机直接定义出鳍状晶体管截断工艺所需之硬掩膜，进行鳍状晶体管截断工艺，在更小的关键尺寸下，无法藉由浸润式光刻机直接曝出鳍状晶体管移除工艺所需之硬掩膜的问题。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种鳍式场效应管的刻蚀方法包括：
8.步骤一、提供衬底，所述衬底上形成有鳍式结构以及覆盖所述鳍式结构的第一层间介质层，研磨所述第一层间介质层至所述鳍式结构的上表面，用以形成叠层；
9.步骤二、在所述叠层上形成牺牲层，刻蚀所述牺牲层以形成mandrel图形，在所述叠层上形成覆盖所述mandrel图形的第二层间介质层，刻蚀所述第二层间介质层形成侧墙，之后去除剩余的所述牺牲层；
10.步骤三、在所述叠层上形成覆盖所述侧墙的barc层，在所述barc层上形成光刻胶层，之后光刻打开所述光刻胶层，使得部分所述barc层裸露；
11.步骤四、刻蚀裸露的所述barc层及其下方的所述侧墙；
12.步骤五、去除剩余的所述光刻胶层和所述barc层，使得剩余的所述侧墙裸露；
13.步骤六、以所述侧墙为掩膜刻蚀其下方的所述叠层，使得部分所述鳍式结构被刻
蚀去除。
14.优选地，步骤一中的所述衬底为硅衬底。
15.优选地，步骤一中的所述鳍式结构有自下而上依次堆叠的多晶硅层、第一氧化层、刻蚀停止层、第二氧化层组成。
16.优选地，步骤一中所述第一层间介质层的材料为二氧化硅。
17.优选地，步骤二中的所述牺牲层为apf层。
18.优选地，步骤二中所述第二层间介质层的材料为二氧化硅。
19.优选地，步骤三中所述barc层包括覆盖所述侧墙的soc层和形成于所述soc层上的sog层。
20.优选地，步骤四中所述刻蚀的方法为干法刻蚀。
21.优选地，步骤六中所述刻蚀的方法为干法刻蚀。
22.优选地，所述方法用于14纳米及以下技术节点的浸润式光刻机工艺。
23.如上所述，本发明的鳍式场效应管的刻蚀方法，具有以下有益效果：
24.本发明以自对准双重图形工艺流程定义出鳍状晶体管移除工艺需要保留区域之硬掩膜,实现以浸润式光刻机进行图形定义，在更小线宽的技术不需使用极紫外光光刻机，使用浸润式光刻机即可定义出所需之关键尺寸。
附图说明
25.图1a至c显示为现有技术的鳍状晶体管截断工艺示意图；
26.图2显示为本发明的工艺流程示意图；
27.图3显示为本发明的衬底及其上的结构示意图；
28.图4显示为本发明的形成牺牲层示意图；
29.图5显示为本发明的在牺牲层上形成介质层示意图；
30.图6显示为本发明的形成侧墙示意图；
31.图7a至b显示为本发明的形成覆盖侧墙的barc层和光刻胶层剖面与俯视示意图；
32.图8a至b显示为本发明的刻蚀部分侧墙剖面与俯视示意图；
33.图9a至b显示为本发明的去除barc层和光刻胶层剖面与俯视示意图；
34.图10a至b显示为本发明的以侧墙刻蚀其下方的叠层剖面与俯视示意图。
具体实施方式
35.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
36.请参阅图2，本发明提供一种鳍式场效应管的刻蚀方法包括：
37.步骤一，请参阅图1，提供衬底101，衬底101上形成有鳍式结构102以及覆盖鳍式结构102的第一层间介质层，研磨第一层间介质层至鳍式结构102的上表面，用以形成叠层，通常研磨的方法为化学机械平坦化研磨；
38.在本发明的实施例中，步骤一中的衬底101为硅衬底101。
39.在本发明的实施例中，步骤一中的鳍式结构102有自下而上依次堆叠的多晶硅层、第一氧化层、刻蚀停止层、第二氧化层组成，具体地，第一、二氧化层的材料可为二氧化硅，刻蚀停止层的材料可为氮化硅。
40.在本发明的实施例中，步骤一中第一层间介质层的材料为二氧化硅。
41.步骤二，在叠层上形成牺牲层，刻蚀牺牲层以形成mandrel图形103，形成如图4所示的结构，在叠层上形成覆盖mandrel图形103的第二层间介质层104，形成如图5所示的结构，刻蚀第二层间介质层104形成侧墙105，之后去除剩余的牺牲层，形成为图6所示的结构，即采用sadp(自对准双重图形)工艺：先在衬底101表面沉积一层牺牲材料(sacrifice layer)，一般是cvd材料；然后进行光刻和刻蚀，把掩模上的图形转移到牺牲材料层上。牺牲材料上的图形又被称为“mandrel”或“core"。使用原子层沉积技术(atomic layer deposition,ald)在“mandrel”的表面和侧面沉积一层厚度相对比较均匀的薄膜(称为“spacer”材料)。使用反应离了刻蚀工艺把沉积的“spacer”材料再刻蚀掉，这个步骤被称为“etch back”。由于“mandrel”侧壁的几何效应，沉积在图形两侧的材料会残留下来，形成所谓的“spacer”。使用选择性强的腐蚀液把“mandrel”去掉，只留下“spacer”在衬底101表面。“spacer”图形的周期是光刻图形的一半，实现了空间图形密度的倍增。最后，再使用等离子刻蚀把“spacer”图形转移到衬底101里的硬掩模上。有些文献又把这种技术叫做侧壁成像工艺(sidewall imaging process,sip)。“mandrel”、“spacer”和硬掩模材料的选取是工艺成功的关键，它们必须保证有较好的刻蚀选择性。例如，“mandrel”材料可以是多晶硅，“spacer”材料可以sio2，而衬底101上的硬掩模可以是sin。掩模上的图形可以设计成占空比(线宽：间距)为1：3的图形；通过精确调整ald和“etch back”的工艺参数，可以使得“spacer”的宽度与“mandrel”线宽一样，最后在硬掩模上形成1:1的图形，实现空间频率加倍。
42.在本发明的实施例中，步骤二中的牺牲层为apf(先进薄膜)层。
43.在本发明的实施例中，步骤二中第二层间介质层104的材料为二氧化硅。
44.步骤三，请参阅图7a至b，在叠层上形成覆盖侧墙105的barc层，在barc层上形成光刻胶层108，之后光刻打开光刻胶层108，使得部分barc层裸露；
45.在本发明的实施例中，步骤三中barc层包括覆盖侧墙105的soc层(spin on carbon旋涂碳)106和形成于soc层106上的sog层(spin on glass旋涂玻璃或旋涂二氧化硅)107。
46.步骤四，请参阅图8a至b，刻蚀裸露的barc层及其下方的侧墙105；
47.在本发明的实施例中，步骤四中刻蚀的方法为干法刻蚀。
48.步骤五，请参阅图9a至b，去除剩余的光刻胶层108和barc层，使得剩余的侧墙105裸露；
49.步骤六，请参阅图10a至b，以侧墙105为掩膜刻蚀其下方的叠层，使得部分鳍式结构102被刻蚀去除。
50.在本发明的实施例中，步骤六中刻蚀的方法为干法刻蚀。
51.在本发明的实施例中，方法用于14纳米及以下技术节点的浸润式光刻机工艺。
52.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘
制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
53.综上所述，本发明以自对准双重图形工艺流程定义出鳍状晶体管移除工艺需要保留区域之硬掩膜,实现以浸润式光刻机进行图形定义，在更小线宽的技术不需使用极紫外光光刻机，使用浸润式光刻机即可定义出所需之关键尺寸。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
54.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。