一种半导体结构的制备方法及半导体器件的制造方法与流程

专利检索2026-02-24  4


本申请涉及半导体器件制造加工,具体涉及一种半导体结构的制备方法及半导体器件的制造方法。


背景技术:

1、在芯片制备环节,器件结构的刻蚀是刻蚀工艺中的关键工艺,随着器件尺寸的不断缩小,光刻胶厚度受到限制,而需要刻蚀的器件结构的刻蚀厚度没有太大的减小,使光刻胶不能满足作为刻蚀掩膜层的厚度要求,所以在130nm技术节点后,广泛采用氮化硅/氧化硅硬质掩膜技术来进行刻蚀。基于硬质掩膜技术来进行的刻蚀首先需要使用光刻胶作为掩模层对硬质掩模进行刻蚀,硬质掩模刻蚀完成后,去除剩余的光刻胶,然后进行多晶硅刻蚀。

2、刻蚀结构的cd(尺寸)大小直接决定了器件的电学性能。刻蚀结构的光刻图形是保证刻蚀结构尺寸的最基础的一道,其adi(显影后检测(after develop inspection)cd(光刻尺寸)直接关系到最终刻蚀尺寸的大小。

3、硬掩膜层通常为氮化硅材料层,其的长期光刻尺寸稳定性较差,不能稳定在所需的尺寸范围内,这不利于获得最终器件的稳定的电学性能。目前解决这一问题常用的方法是,在硬掩膜层上方经化学气相沉积形成一层抗反射介质层,一般为sion层,通过该抗反射介质层调节衬底的反射率,降低驻波效应的影响,由此提高硬掩膜层的光刻尺寸的长期稳定性。然而这一方法也存在明显的缺点:该方法需要经化学气相沉积工艺形成上述抗反射介质层,使得工艺的成本升高,工艺难度增大。

4、因此,急需一种能够保证硬掩膜层的光刻尺寸的长期稳定性,又不会增加工艺难度及复杂性的方案。


技术实现思路

1、为了解决多晶硅栅极形成中存在的上述问题及缺陷,本申请提供一种半导体结构的制备方法及半导体器件的制造方法,以解决上述一个或多个问题。

2、为了达到上述目的,本申请的一个方面提供一种半导体结构制备方法,其包括以下步骤:

3、形成位于衬底上方的待刻蚀结构层;

4、形成位于所述待刻蚀结构层上方的硬掩膜层;

5、采用紫外光照射工艺,并采用氧气吹扫所述硬掩膜层,以使所述硬掩膜层的表面钝化;

6、形成位于硬质掩膜层上表面的图案化的光刻胶层;

7、经所述图案化的光刻胶层刻蚀所述硬掩膜层,以形成具有开口图案的硬掩膜层。

8、可选地,所述硬掩膜层为氮化硅层,采用紫外光照射工艺,并采用氧气吹扫所述硬掩膜层,以使所述硬掩膜层的表面钝化包括以下步骤:

9、提供波长为150nm~280nm的紫外光;

10、在所述紫外光的照射下使得o2形成为o3;

11、所述o3在所述紫外光的照射下分解为o2和活性氧原子o;

12、所述活性氧原子o占据在所述氮化硅层表面的空位形成si-o-n健。

13、可选地,通入的所述氧气的流量为15000sccm~25000sccm;通入时长为30s~60s。

14、可选地,所述硬掩膜层的钝化深度为1nm~10nm。

15、可选地,使所述硬掩膜层的表面钝化之前,在所述紫外光的照射下,通入o2,以去除所述硬掩膜层表面的污染物。

16、可选地,所述半导体结构制备方法还包括:

17、灰化去除所述光刻胶层。

18、可选地,所述硬掩膜层的厚度介于100nm~200nm。

19、本申请的另一方面提供一种半导体器件的制造方法,其包括以下步骤:

20、形成位于衬底上的器件层;

21、形成位于所述器件层上方的具有开口图案的硬掩膜层;

22、经所述具有开口图案的硬掩膜层刻蚀所述器件层,形成刻蚀结构;

23、其中所述具有开口图案的硬掩膜层经本申请所述的半导体结构制备方法形成。

24、可选地,形成位于衬底上的器件层包括:

25、形成位于所述衬底中的有源区,所述有源区包括源极和漏极;

26、形成位于所述有源区上方的栅介质层;

27、形成位于所述栅介质层上方的多晶硅层,所述具有开口图案的硬掩膜层形成在所述多晶硅层上方。

28、可选地,经所述具有开口图案的硬掩膜层刻蚀所述器件层包括:经所述具有开口图案的硬掩膜层的开口向下依次刻蚀所述多晶硅层及所述栅介质层,以形成位于所述有源区上方的多晶硅栅极,所述多晶硅栅极位于所述源极和所述漏极之间。

29、如上所述,本申请的半导体结构制备方法及半导体器件的制造方法,具有以下有益效果:

30、本申请的半导体结构为用于刻蚀的硬掩膜层,该硬掩膜层为pe cvd方式形成的氮化硅材料层,其表面存在大量空位缺陷,在紫外光下通氧气吹扫衬底表面,o2在185nm紫外光下分解成o3,o3又在254nm紫外光下分解成o2和活性氧原子o,该活性氧原子会填充氮化硅表面的空位,形成si-o-n,实现氮化硅表面的钝化,由此使得整个硬掩膜层具有稳定的物理特性,具有稳定的反射率和折射率,从而有利于光刻胶在曝光显影过程中的cd稳定。使硬掩膜层的尺寸不会随着时间变化发生大幅偏移,保证后续形成的刻蚀结构的尺寸稳定性,有利于获得电学性能稳定的器件。

31、如上所述o2在紫外线作用下形成活性氧原子o,由于活性氧原子有强烈的氧化作用,与活化了的有机物(即碳氢化合物)分子发生氧化反应,生成挥发性气体(如co2,co,h2o,no等),并逸出物体表面,从而彻底清除了粘附在氮化硅层表面的有机污染物,提高氮化硅层的浸润性,进而有利于改善光刻胶曝光显影后的边缘粗糙度。

32、其次,本申请的上述工艺过程难度低,工艺时间短,相比于cvd沉积氮化硅层的成本大大降低。



技术特征:

1.一种半导体结构的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法,其特征在于,所述硬掩膜层为氮化硅层,采用紫外光照射工艺,并采用氧气吹扫所述硬掩膜层,以使所述硬掩膜层的表面钝化包括以下步骤:

3.根据权利要求1或2所述的半导体结构的制备方法,其特征在于,通入的所述氧气的流量为15000sccm~25000sccm;通入时长为30s~60s。

4.根据权利要求1或2所述的半导体结构的制备方法,其特征在于,所述硬掩膜层的钝化深度为1nm~10nm。

5.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法,其特征在于,使所述硬掩膜层的表面钝化之前,在所述紫外光的照射下,通入o2,以去除所述硬掩膜层表面的污染物。

6.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法,其特征在于,还包括:

7.根据权利要求1所述的半导体结构的制备方法,其特征在于,所述硬掩膜层的厚度介于100nm~200nm。

8.一种半导体器件的制造方法,其特征在于,包括以下步骤:

9.根据权利要求8所述的半导体器件的制造方法,其特征在于,形成位于衬底上的器件层包括:

10.根据权利要求9所述的半导体器件的制造方法,其特征在于,经所述具有开口图案的硬掩膜层刻蚀所述器件层包括:


技术总结
本申请提供了一种半导体结构的制备方法及半导体器件的制造方法,上述半导体结构为用于刻蚀的硬掩膜层,该硬掩膜层为PE CVD方式形成的氮化硅材料层,其表面存在大量空位缺陷,在紫外光下通氧气吹扫赢掩膜层表面,O<subgt;2</subgt;在185nm紫外光下分解成O<subgt;3</subgt;,O<subgt;3</subgt;又在254nm紫外光下分解成O<subgt;2</subgt;和活性氧原子O,该活性氧原子会填充氮化硅表面的空位,形成SI‑O‑N,实现氮化硅表面的钝化,由此使得整个硬掩膜层具有稳定的物理特性,具有稳定的反射率和折射率,从而有利于光刻胶在曝光显影过程中的CD稳定。使硬掩膜层的尺寸不会随着时间变化发生大幅偏移,保证后续形成的多晶硅栅极的尺寸稳定性,有利于获得电学性能稳定的器件。

技术研发人员:张磊,郭扬明,周微,邓会会
受保护的技术使用者:杭州富芯半导体有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/5/29
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