半导体器件制造方法技术

提供一种通过光刻工艺改变光致抗蚀剂的性质以形成虚拟结构并且将该结构应用于栅电极形成工艺的半导体器件制造方法。该方法包括步骤：在半导体衬底的顶部上形成缓冲层；在缓冲层上应用无机光致抗蚀剂，并通过光刻工艺形成光致抗蚀剂图案；用预定气体来热处理光致抗蚀剂图案；在热处理后的结构上均匀沉积绝缘层，并将所沉积的层蚀刻所沉积的厚度以露出热处理后的光致抗蚀剂图案；在蚀刻后的结构上沉积绝缘层，并且蚀刻所沉积的绝缘层以露出热处理后的光致抗蚀剂图案；使用蚀刻工艺去除所露出的光致抗蚀剂图案；在光致抗蚀剂图案被去除的部分形成栅极氧化层；以及在栅极氧化层上形成栅电极。因此，在形成用于制造纳米尺寸器件的结构中，通过光刻工艺形成的层的限制通过热处理得到改善，且因此用于制造各种器件的结构可以容易形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种，更准确地说涉及一种通过光刻工 艺改变光致抗蚀剂的性质来形成虚拟结构且然后将该虚拟结构用于形成栅 电极的工艺的。
技术介绍
美国专利公开No.6,033,963揭示了 一种使用虛拟结构的传统的半导体器 件制造方法。构之前和之后的工艺。参考图1A，通过准备具备隔离层2的硅村底1，在硅衬底1上形成虚拟 栅极氧化层3A，在虚拟栅极氧化层3A上形成虚拟栅电极3B，在虚拟栅极 的侧壁上形成间隔物(spacer) 4，通过将杂质注入硅衬底1的表面形成源极 区和漏极区5，形成选择性钨层6，以及形成绝缘层7，由此形成该结构。在 这里，虚拟栅极氧化层3A和虚拟栅电极3B用做虛拟结构3。参考图1B,虚拟结构3从图1A所示结构中去除之后，孑U同8形成，然 后金属栅电极形成于孔洞8中。然而，这种虚拟结构形成方法工艺复杂，该工艺沉积了两种材料，并且 通过上述方法形成的虚拟结构没有被完全去除。
技术实现思路
技术问题本专利技术涉及一种使用虚拟结构的，其中，通过使用 预定气体对使用光致抗蚀剂通过光刻工艺形成的图案进行热处理而形成具 有改善性能的图案，且使用该图案形成虚拟结构。技术解决方案本专利技术的一个方面是提供一种，包括以下步骤在半导体衬底的顶部上形成缓沖层；在緩沖层上应用无机光致抗蚀剂，并且使 用光刻工艺形成光致抗蚀剂图案；用预定气体来热处理光致抗蚀剂图案；在 热处理后的结构上均匀沉积绝缘层，并且将所沉积的层蚀刻所沉积的厚度以 便露出热处理的光致抗蚀剂图案；在蚀刻后的结构上沉积绝缘层，并且蚀刻 所沉积的绝缘层以露出热处理的光致抗蚀剂图案；使用蚀刻工艺去除所露出 的光致抗蚀剂图案；在光致抗蚀剂图案被去除的部分形成栅极氧化层；以及 在栅极氧化层上形成栅电极。该方法进一步包括修整(trimming)光致抗蚀剂图案以减少光致抗蚀剂 图案的线宽的步骤，并且修整步骤可以通过使用CF4或CHF3气体的干法蚀 刻或者使用氢氟酸(HF)的湿法蚀刻来进行。该预定气体可以是02气体。该热处理可以通过快速热退火(RTA)来进行或者在熔炉中进行。 有利效果如上所述根据本专利技术，传统的虛拟结构形成工艺可以被简化，因此与传 统图案化工艺相比可以容易地形成微小图案。因此，通过使用无机光致抗蚀 剂的虚拟结构形成方法，可以制造包括纳米尺寸器件的不同类型器件，而且 由于简化的工艺而可以降低生产成本。附图说明图1A和1B为示出了传统的的截面图； 的截面图3为示出了根据本专利技术制造的器件的截面图，其中侧栅极(side gate) 形成于4册电极的两侧；图4为示出了根据本专利技术制造的器件的截面图，其中典型的硅衬底作为 半导体衬底；图5为示出了4艮据本专利技术制造的单电子器件的截面图； 图6为示出了根据本专利技术制造的器件的基本结构的扫描电子显微镜 (SEM)照片；以及图7为示出了使用本专利技术的光致抗蚀剂修整工艺的结果的SEM照片。 上述附图中主要符号的说明10:半导体衬底12:第一单晶硅层14:掩埋绝缘层16:第二单晶硅层18:源极区和漏极区20 緩冲层30光致抗蚀剂32经光刻工艺的光致抗蚀剂34经修整工艺的光致抗蚀剂36经热处理工艺的光致抗蚀剂40、 42、 50:绝缘层44侧壁间隔物60栅极氧化层70栅电极72、 74:金属线具体实施例方式在下文中，将详细描述本专利技术的示例性实施例。然而，本专利技术不限于下 述示例性实施方案，而是可以实施为不同类型。因此，这些示例性实施例被 提供用于完整公开本专利技术，并且将本专利技术的范围充分传达给本领域技术人员。图2A至2N为示出了根据本专利技术的的截面图。 参考图2A,示出了绝缘体上硅(SOI)衬底10,该衬底为将应用本发 明的半导体衬底。SOI衬底10包括在第一单晶硅层12上形成的掩埋绝缘层14，和在绝缘 层14上形成的第二单晶硅层16。 SOI衬底具有掩埋在衬底表面和下层之间 的薄绝缘层，这可以减少寄生电容并改善器件性能。除了 SOI衬底10,普 通硅衬底或化合物衬底例如GaAs衬底也可以用作该半导体衬底。参考图2B，緩沖层20形成于SOI衬底10的顶部。緩沖层20用于防止由后续工艺的光致抗蚀剂修整工艺或离子注入工艺 引起的衬底损伤，且该緩冲层2 0可以依据工艺而去除。参考图2C,无机光致抗蚀剂30施加于緩沖层20的顶部。 无机光致抗蚀剂30可以是负或正光致抗蚀剂。当负光致抗蚀剂曝光时，曝光部分没有被去除，而未曝光部分在显影时被去除。反之，正光致抗蚀剂曝光时，曝光部分在显影时被去除。光致抗蚀剂使用无才几光致抗蚀剂材料，例如氢硅倍半氧化物(hydrogensilsesquioxane， HSQ )。这是因为有机光致抗蚀剂在高温工艺中可能损坏。 参考图2D，通过对光致抗蚀剂30进行光刻工艺形成光致抗蚀剂图案32。 通过使用光束、电子束或离子束能够形成图案的设备来进行光刻工艺。值得注意的是现有光刻工艺可以形成的图案的最小线宽约为60nm。参考图2E,通过^(奮整工艺以减小光致抗蚀剂图案32的线宽，形成光致抗蚀剂图案34。修整工艺用于实现比现有光刻工艺更小的线宽。修整工艺不是本专利技术的 关键要素，而且可以据步骤而省略。光致抗蚀剂的修整工艺一般通过使用稀释氢氟酸(HF )的湿法蚀刻来实 行。在这种情况下，取决于缓沖层20的材料，缓沖层20可以无损耗地被蚀 刻。在图2E中，緩冲层20的一部分在修整工艺中被蚀刻掉。另一方面，使用CF4或CHF3气体的干法蚀刻工艺可以在将光致抗蚀剂 图案32缩小到纳米尺寸的工艺中用来防止光致抗蚀剂图案32坍塌 (collapse ),而且与湿法蚀刻相比可以更准确地控制线宽。根据本专利技术，修整工艺施加到光致抗蚀剂图案，这样容易控制线宽而且 容易实现小于传统虚拟结构的线宽。将参考图7详细描述该结果。参考图2F，示出了光致抗蚀剂图案36，该光致抗蚀剂图案的性能通过 使用预定气体热处理修整过的光致抗蚀剂图案34而得到改变。热处理可以通过快速热退火(RTA)工艺或通过熔炉来进行，02或N2 气体可以用作该预定气体。如果RTA工艺使用另一种气体代替02，虽然光 致抗蚀剂图案的截面轮廓没有大幅变形，但是图案线宽增加。如果熔炉工艺 使用另 一种气体代替02,光致抗蚀剂图案的截面轮廓大幅变形。由于光致抗蚀剂图案36被热处理，性质变得更硬，而且如此可以防止 光致抗蚀剂图案36在高温下进行的后续工艺中变形或坍塌。参考图2G，在热处理过的结构上沉积均匀厚度的绝缘层40。在后续工艺中，绝缘层40用作侧壁间隔物。除了绝缘层40,可以沉积导电层来形成侧电极。图3示出了通过沉积导电层形成的结构。参考图2H,所沉积的层被蚀刻所沉积的厚度，以便露出热处理过的光 致抗蚀剂图案36。也可以通过蚀刻工艺露出緩沖层20。参考图21，通过緩沖层20注入杂质离子以在图2H中的第二单晶硅层 16中形成源极区和漏极区。例如硼(B),镓(Ga)或铟(In)的受主离子被注入用于p型掺杂，或 者例如锑(Sb )，砷(As )，磷(P )或铋(Bi)的杂质被注入用于n型掺杂。 通过注入杂质离子形成源极区和漏极区18。参考图2J，绝缘层50沉积在图21的结构上。绝缘层50可以由氮化硅、旋涂玻璃(SOG )或HSQ形成。在HSQ用 作无机光致抗蚀剂30的情况下，当绝缘层50由HSQ形成时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件制造方法，包括以下步骤：在半导体衬底的顶部上形成缓冲层；在所述缓冲层上应用无机光致抗蚀剂，并且使用光刻工艺形成光致抗蚀剂图案；用预定气体来热处理所述光致抗蚀剂图案；在热处理后的结构上均匀沉积绝缘层，并且将所沉积的层蚀刻所 沉积的厚度以便露出热处理后的光致抗蚀剂图案；在蚀刻后的结构上沉积绝缘层，并且蚀刻所沉积的绝缘层以露出热处理后的光致抗蚀剂图案；使用蚀刻工艺去除所露出的光致抗蚀剂图案；在所述光致抗蚀剂图案被去除的部分形成栅极氧化层；以及　在所述栅极氧化 层上形成栅电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2005-12-6 10-2005-0118218;KR 2006-6-7 10-2006-01.一种半导体器件制造方法，包括以下步骤在半导体衬底的顶部上形成缓冲层；在所述缓冲层上应用无机光致抗蚀剂，并且使用光刻工艺形成光致抗蚀剂图案；用预定气体来热处理所述光致抗蚀剂图案；在热处理后的结构上均匀沉积绝缘层，并且将所沉积的层蚀刻所沉积的厚度以便露出热处理后的光致抗蚀剂图案；在蚀刻后的结构上沉积绝缘层，并且蚀刻所沉积的绝缘层以露出热处理后的光致抗蚀剂图案；使用蚀刻工艺去除所露出的光致抗蚀剂图案；在所述光致抗蚀剂图案被去除的部分形成栅极氧化层；以及在所述栅极氧化层上形成栅电极。2. 如权利要求1所述的方法，其中所述半导体衬底是绝缘体上硅衬底 或者化...

【专利技术属性】
技术研发人员：白寅福，李诚宰，梁钟宪，安昌根，刘汉泳，林基主，
申请(专利权)人：韩国电子通信研究院，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]