有源区的形成方法

摘要

一种有源区的形成方法，包括：提供依次形成有垫氧化层和腐蚀阻挡层的半导体衬底；在腐蚀阻挡层上形成硬掩膜层；用干法刻蚀法刻蚀硬掩膜层后，用湿法腐蚀法对硬掩膜层进行横向刻蚀，形成有源区目标图形；以硬掩膜层为掩膜，沿有源区图形刻蚀腐蚀阻挡层、垫氧化层和半导体衬底，形成有源区。本发明通过对硬掩膜层进行湿法腐蚀来打破光刻机工艺能力对有源区最小线宽的限制。

权利要求

1.一种有源区的形成方法，其特征在于，包括：提供依次形成有垫氧化层和腐蚀阻挡层的半导体衬底；

在腐蚀阻挡层上形成硬掩膜层；

在硬掩膜层上形成光刻胶层，且在光刻胶层上定义出有源区图形；

以光刻胶层为掩膜，沿有源区图形，用干法刻蚀法刻蚀硬掩膜层后，用湿法腐蚀法对硬掩膜层进行横向刻蚀，形成有源区目标图形；

以硬掩膜层为掩膜，沿有源区图形刻蚀腐蚀阻挡层、垫氧化层，形成有源区。

2.根据权利要求1所述有源区的形成方法，其特征在于，所述硬掩膜层的材料为含硅氧化物或含硅氮化物，厚度为1000埃～3000埃。

3.根据权利要求2所述有源区的形成方法，其特征在于，所述含硅氧化物为氧化硅或氮氧化硅，所述含硅氮化物为氮化硅。

4.根据权利要求3所述有源区的形成方法，其特征在于，形成所述硬掩膜层的方法为化学气相沉积法或热氧化法。

5.根据权利要求1所述有源区的形成方法，其特征在于，所述湿法腐蚀采用的是氢氟酸和去离子水混合溶液，浓度比为1∶50～1∶200。

6.根据权利要求1所述有源区的形成方法，其特征在于，所述湿法腐蚀的时间可根据光刻及干法刻蚀后的实际线宽及栅极目标线宽来确定。

7.根据权利要求6所述有源区的形成方法，其特征在于，所述湿法腐蚀的时间为5秒～

60秒。

说明书

有源区的形成方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及有源区的形成方法。

背景技术

[0002] 随着集成电路尺寸的减小，构成电路的器件必须更密集地放置，以适应芯片上可用的有限空间。在集成电路的最小线宽不断缩小的情况下，有源区的线宽也变得越来越小，于是对光刻机在小线宽器件生产中的工艺能力要求也越来越高。

[0003] 现有工艺定义有源区的方法如下所示：参考图1，提供一半导体衬底100；用热氧化法在半导体衬底100上形成垫氧化层102，所述垫氧化层102的材料为二氧化硅；用化学气相沉积法在垫氧化层102上形成腐蚀阻挡层104，所述腐蚀阻挡层104的材料为氮化硅；用旋涂法在腐蚀阻挡层104上形成光刻胶层106，经过曝光显影工艺，定义有源区图形。

[0004] 如图2所示，以光刻胶层为掩膜，用干法刻蚀法刻蚀腐蚀阻挡层104、垫氧化层102和半导体衬底100，形成沟槽108，沟槽108之间的区域为有源区110。

[0005] 现有传统的形成有源区工艺过分依赖于光刻机的分辨能力，随着光刻机受本身光源波长的限制而出现极限时，有源区的最小线宽也因此被限制了，不可能按需求不断缩小，使有源区最小尺寸的形成遭遇瓶颈。

发明内容

[0006] 本发明解决的问题是提供一种有源区的形成方法，防止有源区的最小线宽被限制。

[0007] 为解决上述问题，本发明提供一种有源区的形成方法，包括：提供依次形成有垫氧化层和腐蚀阻挡层的半导体衬底；在腐蚀阻挡层上形成硬掩膜层；用干法刻蚀法刻蚀硬掩膜层后，用湿法腐蚀法对硬掩膜层进行横向刻蚀，形成有源区图形；以硬掩膜层为掩膜，沿有源区图形刻蚀腐蚀阻挡层、垫氧化层和半导体衬底，形成有源区。

[0008] 可选的，所述硬掩膜层的材料为含硅氧化物或含硅氮化物，厚度为1000埃～3000埃。所述含硅氧化物为氧化硅、氮氧化硅或富氧二氧化硅，所述含硅氮化物为氮化硅。形成所述硬掩膜层的方法为化学气相沉积法或热氧化法。

[0009] 可选的，所述湿法腐蚀采用的溶液为氢氟酸和去离子水混合溶液，浓度比为1∶50～1∶200。

[0010] 可选的，所述湿法腐蚀的时间可根据光刻及干法刻蚀后的实际线宽及栅极目标线宽来确定。所述湿法腐蚀的时间为5秒～60秒。

[0011] 可选的，所述形成硬掩膜层之后还包括步骤：在硬掩膜层上形成光刻胶层，定义出用于干法刻蚀硬掩膜层的有源区图形。

[0012] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：在腐蚀阻挡层上形成硬掩膜层，利用湿法腐蚀的各向同性的特性，通过对硬掩膜层进行湿法腐蚀来打破光刻机工艺能力对有源区最小线宽的限制，使在硬掩膜层中形成的有源区目标图形的尺寸达到有源区最小线宽。

[0013] 进一步，根据硬掩膜层光刻及干法刻蚀后的实际线宽值来选定湿法腐蚀时间，能保证实际生产中通过控制湿法腐蚀时间，达到有源区线宽减小后的目标线宽，进而保证有源区线宽的稳定性。

附图说明

[0014] 图1至图2是现有技术形成有源区的示意图；

[0015] 图3是本发明定义有源区的具体实施方式流程图；

[0016] 图4至图6是本发明形成有源区的第一实施例示意图；

[0017] 图7至图9是本发明形成有源区的第二实施例示意图。

具体实施方式

[0018] 传统的有源区工艺过分依赖光刻机的工艺能力，随着光刻机受光源波长的限制而出现极限时，有源区的最小线宽也因此而被限制了。

[0019] 本发明就是要打破光刻机工艺能力对有源区最小线宽的限制，具体流程如图3所示：执行步骤S1，提供依次形成有垫氧化层和腐蚀阻挡层的半导体衬底；执行步骤S2，在腐蚀阻挡层上形成硬掩膜层；执行步骤S3，用干法刻蚀法刻蚀硬掩膜层后，用湿法腐蚀法对硬掩膜层进行横向刻蚀，形成有源区图形；执行步骤S4，以硬掩膜层为掩膜，沿有源区图形刻蚀腐蚀阻挡层、垫氧化层，形成有源区。

[0020] 下面结合附图和较佳实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

[0021] 图4至图6是本发明形成有源区的第一实施例示意图。如图4所示，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200可以是硅、锗或绝缘体上硅等半导体材料；在半导体衬底200上形成垫氧化层202，形成垫氧化层202的方法为热氧化法，垫氧化层202的材料具体为二氧化硅；用低压化学气相沉积法或等离子体辅助化学气相沉积法在垫氧化层202上形成腐蚀阻挡层204，用于在后续蚀刻过程中保护下面的垫氧化层202免受腐蚀，其中腐蚀阻挡层220的材料为氮化硅，一般采用化学气相沉积法形成。

[0022] 继续参考图4，用化学气相沉积法在腐蚀阻挡层204上形成厚度为1000埃～3000埃的硬掩膜层205，所述硬掩膜层205的材料为所述硬掩膜层206的材料为含硅氧化物，例如正硅酸乙酯、氧化硅、氮氧化硅或富氧二氧化硅，硬掩膜层206的材料还可以是含硅氮化物，例如氮化硅；其作用为在后续进行刻蚀过程中将其线宽定义为有源区目标尺寸。

[0023] 再参考图4，然后，用旋涂法在硬掩膜层205上形成光刻胶层206，经过曝光、显影等工艺，在光刻胶层上形成有源区图形，有源区图形之间的区域为隔离区。

[0024] 如图5所示，在硬掩膜层205内形成有源区目标图形，具体工艺如下：先以光刻胶层206为掩膜，沿有源区图形，用干法刻蚀法刻蚀硬掩膜层205至露出腐蚀阻挡层204，此时刻蚀完的硬掩膜层205线宽与光刻胶定义的有源区图形线宽一致；继续以光刻胶层206为掩膜，用湿法腐蚀法对硬掩膜层205进行横向刻蚀，使硬掩膜层205的线宽进一步减小，形成有源区目标图形。

[0025] 本实施例中，湿法腐蚀法采用的溶液为氢氟酸和去离子水混合溶液，氢氟酸和去离子水的浓度比为1∶50～1∶200。

[0026] 本实施例中，由于湿法腐蚀法的各向同性的特点，使最终刻蚀后留下的硬掩膜层205的线宽要比光刻胶层上有源区图形的线宽小，达到减小有源区线宽的目的。

[0027] 本实施例中，所述湿法腐蚀的刻蚀时间为5秒～60秒。根据硬掩膜层205光刻及干法刻蚀后的实际线宽值及有源区的目标线宽来选定湿法腐蚀时间，能保证实际生产中通过控制湿法腐蚀时间，达到有源区线宽减小后的目标线宽，进而保证有源区线宽的稳定性。

[0028] 如图6所示，去除光刻胶层后，以硬掩膜层205为掩膜，沿有源区目标图形刻蚀腐蚀阻挡层204、垫氧化层202和半导体衬底200，形成有源区210，所述有源区210之间为浅沟槽208的区域，用于后续沉积绝缘物质形成隔离区。

[0029] 图7至图9是本发明形成有源区的第二实施例示意图。如图7所示，提供一半导体衬底300，所述半导体衬底300可以是硅基底或绝缘体上硅。在半导体衬底300上形成垫氧化层302，形成垫氧化层302的方法为热氧化法，垫氧化层302的材料具体为二氧化硅；用低压化学气相沉积法或等离子体辅助化学气相沉积法在垫氧化层302上形成腐蚀阻挡层304，用于在后续蚀刻过程中保护下面的垫氧化层302免受腐蚀。

[0030] 如图7所示，用化学气相沉积法在腐蚀阻挡层304上形成厚度为1000埃～3000埃的硬掩膜层305，所述硬掩膜层305的材料为含硅氧化物，其作用为在后续进行刻蚀过程中将其线宽定义为有源区目标尺寸。

[0031] 再参考图7，然后，用旋涂法在硬掩膜层305上形成光刻胶层306，经过甩干烘干工艺，使光刻胶层306平整均匀；然后，对光刻胶层306进行曝光显影，在光刻胶层306上定义有源区图形。

[0032] 本实施例中，所述光刻胶层306可以是正胶，也可以是负胶，具体选择可以与显影液配合。

[0033] 参考图8，在硬掩膜层305内形成有源区目标图形，具体工艺如下：先以光刻胶层306为掩膜，沿有源区图形，用干法刻蚀法刻蚀硬掩膜层305至露出腐蚀阻挡层304，此时刻蚀完的硬掩膜层305线宽与光刻胶定义的有源区图形线宽一致；继续以光刻胶层306为掩膜，用湿法腐蚀法对硬掩膜层305进行横向刻蚀，使硬掩膜层305的线宽进一步减小，形成有源区目标图形。

[0034] 本实施例中，湿法腐蚀法采用的溶液为氢氟酸和去离子水混合溶液，氢氟酸和去离子水的浓度比为1∶50～1∶200。

[0035] 本实施例中，由于湿法腐蚀法的各向同性的特点，使最终刻蚀后留下的硬掩膜层305的线宽要比光刻胶层上有源区图形的线宽小，达到减小有源区线宽的目的。

[0036] 本实施例中，所述湿法腐蚀的刻蚀时间为5秒～60秒。根据硬掩膜层305光刻及干法刻蚀后的实际线宽值来选定湿法腐蚀时间，能保证实际生产中通过控制湿法腐蚀时间，达到有源区线宽减小后的目标线宽，进而保证有源区线宽的稳定性。

[0037] 如图9所示，去除光刻胶层306。所述去除方法可以是灰化法去除光刻胶层306，然后再采用湿法刻蚀法去除残留的光刻胶层306；还可以直接采用湿法刻蚀法去除光刻胶层306。

[0038] 继续参考图9，以硬掩膜层305为掩膜，沿有源区目标图形刻蚀腐蚀阻挡层304、垫氧化层302，形成有源区310，所述有源区310之间的区域为隔离区；将半导体衬底300放入炉管内，用热氧化法氧化隔离区的半导体衬底300，使氧气与半导体衬底硅结合，形成材料为二氧化硅的LOCOS(局部硅氧化)隔离结构308。

[0039] 本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。