專利名稱：70納米多晶硅柵刻蝕－氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法。
多晶硅柵的線寬和剖面形狀的精密控制在CMOS器件達(dá)到70納米(nm)-100nm時(shí)非常關(guān)鍵，因?yàn)槎嗑Ч钖诺木€寬決定了器件的物理及電學(xué)特性，它的寬度和剖面形狀的微小變化都將會(huì)給器件特性和可靠性帶來(lái)明顯的影響，所以它是器件制造的核心，是微細(xì)加工中的關(guān)鍵技術(shù)。
多晶硅柵圖形成形包括兩部分一是光刻膠圖形的成形，二是膠圖形轉(zhuǎn)移到多晶硅上。關(guān)于光刻膠圖形的成形采用電子束曝光技術(shù)，應(yīng)用高靈敏度的SAL-601負(fù)膠。關(guān)鍵是膠圖形形成后如何高保真度地轉(zhuǎn)移到多晶硅膜中去。如果采用常規(guī)工藝，這么精細(xì)的膠圖形的轉(zhuǎn)移是十分困難的。為此，我們進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，提出了一種新的氟化處理方法，并結(jié)合我們的反應(yīng)離子刻蝕，實(shí)現(xiàn)了高保真度的圖形轉(zhuǎn)移，并具有強(qiáng)的抗腐蝕能力。
目前對(duì)70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕，都是采用大型的專用設(shè)備，其不僅設(shè)備昂貴，而且得到也很不容易，所以產(chǎn)品的成本和價(jià)格都很高。
本發(fā)明的目的在于提供一種70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法，其在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)超微細(xì)加工，同時(shí)具有成本低和工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高保真度的圖形轉(zhuǎn)移，并具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力。
本發(fā)明一種70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法，本方法包括一為氟化處理技術(shù)；二為70納米電子束膠圖形的轉(zhuǎn)移技術(shù)。
其中氟化處理技術(shù)包括
(1)涂電子束膠SAL 601，膠厚500nm；(2)前烘；(3)電子束曝光；(4)后烘；(5)顯影；(6)氟化處理；(7)氟化后固化其中70nm電子束膠圖形的轉(zhuǎn)移技術(shù)包括第一步去自然氧化物，采用四氟化碳(CF4)，流量100sccm，壓力750mτ，功率300w，時(shí)間10”；第二步主刻蝕，采用混合氣體組分氯氣(Cl2)/溴化氫(BHr)＝80/40(sccm)，壓力300mτ，功率280w，觸發(fā)后進(jìn)入下一步；第三步過(guò)刻蝕，采用混合氣體組分Cl2/BHr/氧氣(O2)＝60/80/2(sccm)，壓力225mτ，功率130w，過(guò)腐蝕80％；第四步Soft刻蝕，采用CF4，流量100sccm，壓力750mτ，功率140w，時(shí)間2”。
為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)特征，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作一詳細(xì)描述，其中

圖1是線寬0.1微米多晶硅刻蝕后的剖面照片；圖2是亞0.1微米CMOS器件結(jié)構(gòu)剖面的照片。
本發(fā)明70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法，本方法主要包括以下兩步關(guān)健技術(shù)一為氟化處理技術(shù)；二為70納米電子束膠圖形的轉(zhuǎn)移技術(shù)。
氟化技術(shù)的目的是使CF4氣體在低氣壓下于射頻電場(chǎng)中電離形成等離子體，激活的氟和氟碳基與光刻膠表面反應(yīng)后，提高了膠的軟化溫度，使在烘烤過(guò)程中，在膠表面形成一層硬殼保護(hù)層，防止了膠的變形和流動(dòng)，從而獲得了高的保真度，并提高膠抗蝕的能力。這一氟化技術(shù)的采用使只有0.5μm工藝水平的刻蝕機(jī)LAM Rainbow 4420完成了70nm(0.07μm)工藝水平的超微細(xì)加工。
其中氟化處理技術(shù)的具體步驟如下
(1)涂電子束膠SAL 601，膠厚500nm；(2)前烘105℃，2’；(3)電子束曝光能量50kev，劑量18微庫(kù)/厘米2，束流100pA；(4)后烘105℃，2’；(5)顯影7’顯影液為Microposit MF-CD 26；(6)氟化處理?xiàng)l件設(shè)備LAM Rainbow 4420機(jī)RF功率40w；工作壓強(qiáng)500mτ，Gap1.5cm，He50sccm，CF4100sccm，Time35”；(7)氟化后固化135℃，25’+145℃，40’；其中70nm電子束膠圖形的轉(zhuǎn)移技術(shù)是應(yīng)用LAM Rainbow 4420機(jī)，采用4步RIE刻蝕工藝完成第一步去自然氧化物，采用CF4，流量100sccm，壓力750mτ，功率300w，時(shí)間10”；第二步主刻蝕，采用混合氣體組分Cl2/BHr＝80/40(sccm)，壓力300mτ，功率280w；第三步過(guò)刻蝕，采用混合氣體組分Cl2/BHr/O2＝60/80/2(sccm)，壓力225mτ，功率130w，過(guò)腐蝕80％；第四步軟刻蝕，采用CF4，流量100sccm，壓力750mτ，功率140w，時(shí)間2”。
優(yōu)化后的刻蝕結(jié)果具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)線寬變化＜10nm；(2)剖面傾角＞88°角；(3)刻蝕選擇比poly-Si/SiO2＞150∶1，SiO2損失＜10；(4)低損傷不增加結(jié)漏電。
應(yīng)用本發(fā)明制作亞0.1微米器件圖1給出了96nm多晶硅刻蝕后的SEM剖面照片。由圖可見96nm多晶硅柵的剖面光滑、連續(xù)，非常陡直。
圖2給出了把上述技術(shù)應(yīng)用于亞0.1微米CMOS器件研制的結(jié)果。圖2(a)是多晶硅柵線寬為89.9nm的剖面。圖2(b)是多晶硅柵線寬為71.8nm的剖面。同樣可以看到，多晶硅柵的剖面非常好。對(duì)應(yīng)研制成功的70nm CMOS器件和100nm CMOS 57級(jí)環(huán)形振蕩器電學(xué)特性優(yōu)良。
權(quán)利要求
1.一種70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法，其特征在于，本方法包括步驟一采用為氟化處理技術(shù)；步驟二采用為70納米電子束膠圖形的轉(zhuǎn)移技術(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法其特征在于，其中氟化處理技術(shù)包括(1)涂電子束膠SAL 601，膠厚500nm；(2)前烘；(3)電子束曝光；(4)后烘；(5)顯影；(6)氟化處理；(7)氟化后固化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法其特征在于，其中70nm電子束膠圖形的轉(zhuǎn)移技術(shù)包括第一步去自然氧化物，采用CF4，流量100sccm，壓力750mτ，功率300w，時(shí)間10”；第二步主刻蝕，采用混合氣體組分Cl2/BHr＝80/40(sccm)，壓力300mτ，功率280w，觸發(fā)后進(jìn)入下一步；第三步過(guò)刻蝕，采用混合氣體組分Cl2/BHr/O2＝60/80/2(sccm)，壓力225mτ，功率130w，過(guò)腐蝕80％；第四步軟刻蝕，采用CF4，流量100sccm，壓力750mτ，功率140w，時(shí)間2”。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法其特征在于，其中涂電子束膠SAL601，膠厚500nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法其特征在于，其中前烘105℃，時(shí)間2’。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法其特征在于，其中能量電子束曝光50kev，劑量18微庫(kù)/厘米2，束流100pA。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法其特征在于，其中后烘105℃，時(shí)間2’。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法其特征在于，其中氟化處理?xiàng)l件采用功率40w；工作壓強(qiáng)500mτ，Gap 1.5cm，He 50sccm，CF4100sccm，時(shí)間35”。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法其特征在于，其中氟化后固化的條件溫度135℃，時(shí)間25’+145℃，40’。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法其特征在于，其中第一步去自然氧化物，采用CF4，流量100sccm，壓力750mτ，功率300w，時(shí)間10”。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法其特征在于，其中第二步主刻蝕，采用混合氣體組分Cl2/BHr＝80/40(sccm)，壓力300mτ，功率280w。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法其特征在于，其中第三步過(guò)刻蝕，采用混合氣體組分Cl2/BHr/O2＝60/80/2(sccm)，壓力225mτ，功率130w，過(guò)腐蝕80％。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法其特征在于，其中第四步軟刻蝕，采用CF4，流量100sccm，壓力750mτ，功率140w，時(shí)間2”。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的70納米多晶硅柵刻蝕—氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法其特征在于，其中顯影的時(shí)間7’顯影液為Microposit MF-CD26。
全文摘要
一種70納米多晶硅柵刻蝕－氟化+反應(yīng)離子刻蝕方法,本方法包括:步驟一:采用為氟化處理技術(shù);步驟二:采用為70納米電子束膠圖形的轉(zhuǎn)移技術(shù);其在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)超微細(xì)加工,同時(shí)具有成本低和工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了高保真度的圖形轉(zhuǎn)移,并具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力。
文檔編號(hào)C23F1/24GK1360088SQ00135749
公開日2002年7月24日 申請(qǐng)日期2000年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月19日
發(fā)明者徐秋霞, 錢鶴, 于雄飛, 趙玉印 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子中心