截面为圆环的圆柱体的半导体器件的制作方法技术

本发明专利技术提供了一种截面为圆环的圆柱体的半导体器件的制作方法，该方法首先以氮化硅层为掩膜定义圆环的外径，然后对其下的多晶硅层或者非晶硅层进行氧化，掩膜氮化硅层下方未被氧化的多晶硅层或者非晶硅层的直径宽度作为圆环的内径宽度。在此过程中利用刻蚀技术最终形成截面为圆环的圆柱体的半导体器件。采用本发明专利技术的方法能够简单准确地实现截面为圆环的圆柱体图案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别涉及一种。
技术介绍
磁性随机存取存储器(MRAM)是一种非易失性存储器，其在许多应用中有着传统存储器例如动态随机存取存储器(DRAM)、闪存等无法比拟的优点。MRAM的磁性存储单元为磁性隧道结(MTJ)，现有的MTJ为实心圆柱体，经过研究表明，将MTJ制作成截面为圆环的圆柱体，则能够大大提高MRAM的电学性能。图1为截面为圆环的圆柱体半导体器件立体示意图。因此，不仅仅对于MTJ，包括其他需要制作成截面为圆环的圆柱体的半导体器件，如何实现该半导体器件的图案，是半导体制造业正在关注的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术解决的技术问题是如何制作截面为圆环的圆柱体半导体器件。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案具体是这样实现的本专利技术公开了一种，该方法包括在半导体衬底上依次沉积刻蚀目标层、多/非晶硅层和氮化硅层；所述多/非晶硅层的含义为多晶硅层或者非晶硅层；在氮化硅层的表面涂布光阻胶层，并曝光显影图案化所述光阻胶层，所述图案化的光阻胶层为圆柱形，用于定义圆环的外径宽度；以图案化的光阻胶层为掩膜，刻蚀所述氮化硅层形成图案化的圆柱形氮化硅层；去除光阻胶层后，以图案化的圆柱形氮化硅层为掩膜，对多/非晶硅层进行氧化形成具有第一预定深度的氧化硅层；其中，位于图案化的圆柱形氮化硅层的下方未被氧化的多/非晶硅层的直径宽度为圆环的内径宽度；以所述图案化的圆柱形氮化硅层为掩膜，各向异性刻蚀具有第一预定深度的氧化硅层至显露出多/非晶硅层；去除所述图案化的圆柱形氮化硅层后，显露出位于所述图案化的圆柱形氮化硅层下的氧化硅层和未被氧化的多/非晶硅层，各向异性刻蚀多/非晶硅层至显露出刻蚀目标层；所述显露出的氧化硅的宽度为圆环的宽度，所述圆环的宽度为圆环的外径宽度减去圆环的内径宽度；以显露出的氧化硅层为掩膜对刻蚀目标层进行刻蚀，形成截面为圆环的圆柱体的半导体器件。所述去除光阻胶层后，以图案化的圆柱形氮化硅层为掩膜，对多/非晶硅层进行氧化形成具有第一预定深度的氧化硅层之前，该方法进一步包括以图案化的圆柱形氮化硅层为掩膜，刻蚀多/非晶硅层至第二预定深度的步骤；所述第一预定深度大于第二预定深度。所述刻蚀多/非晶硅层为各向同性刻蚀或者各向异性刻蚀；所述各向同性刻蚀多/非晶硅层的气体包括四氟化碳CF4、六氟化硫SF6或三氟化氮NF3中的一种，或者几种的任意组合；所述各向异性刻蚀多/非晶硅层的气体包括CF4、溴化氢HBr或氯气Cl2中的一种， 或者几种的任意组合。所述氧化为热氧化或者等离子辅助氧化的方法。所述各向异性刻蚀多/非晶硅层至显露出刻蚀目标层的刻蚀气体包括溴化氢HBr 或氯气Ci2中的一种，或者两种的组合，该刻蚀气体对多/非晶硅层进行刻蚀的同时，不会刻蚀氧化硅层。在沉积多/非晶硅层和氮化硅层之间，该方法进一步包括对多/非晶硅层进行氨气退火的步骤。由上述的技术方案可见，本专利技术首先以氮化硅层为掩膜定义圆环的外径，然后对其下的多晶硅层或者非晶硅层进行氧化，掩膜氮化硅层下方未被氧化的多晶硅层或者非晶硅层的直径宽度作为圆环的内径宽度。在此过程中利用刻蚀技术最终形成截面为圆环的圆柱体的半导体器件。采用本专利技术的方法能够简单准确地实现截面为圆环的圆柱体图案，即使在要求半导体器件的尺寸非常小的情况下，本专利技术的方法仍然能够实现，因为本专利技术的方法不依赖于光刻设备，不会因为光刻特征尺寸接近甚至超过了光学光刻的物理极限，而使光刻设备无法曝光显影得到尺寸更小的半导体图案。附图说明图1为截面为圆环的圆柱体半导体器件立体示意图。图2为本专利技术制作截面为圆环的圆柱体的半导体器件的方法流程示意图。图加至图2g为本专利技术制作截面为圆环的圆柱体的半导体器件的具体剖面示意图。图3a至图池为本专利技术优选实施例制作截面为圆环的圆柱体的半导体器件的具体剖面示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例， 对本专利技术进一步详细说明。本专利技术制作截面为圆环的圆柱体的半导体器件的方法流程示意图如图2所示，其包括以下步骤，下面结合图加至图2g进行说明。步骤21、请参阅图2a，在半导体衬底100上依次沉积刻蚀目标层101、多晶硅层 102和氮化硅层103。本专利技术中多晶硅层102还可以替换为非晶硅，之所以采用多晶硅或者非晶硅，是因为其具有很好的与上下层匹配的晶格，且后续对多晶硅或者非晶硅进行氧化时，具有较好的氧化效果，使得多晶硅或者非晶硅能够被均勻地氧化。本专利技术中采用氮化硅层103，后续在反应腔内通入氧气对多晶硅层102进行氧化时，氮化硅性质比较稳定，可以确保在氧化多晶硅的同时，氮化硅层不被氧化；步骤22、请参阅图2b，在氮化硅层103的表面涂布光阻胶层104，并曝光显影图案化所述光阻胶层104，所述图案化的光阻胶层104为圆柱形，其圆柱形的直径定义了圆环的外径A ；步骤23、请参阅图2c，以图案化的光阻胶层104为掩膜，刻蚀所述氮化硅层103形成图案化的圆柱形氮化硅层103。刻蚀氮化硅层103的气体主要为四氟化碳(CF4)；步骤对、请参阅图2d，去除光阻胶层104后，以图案化的圆柱形氮化硅层103为掩膜，对多晶硅层102进行氧化形成具有第一预定深度的氧化硅层105。具体为向反应腔内通入氧气，将多晶硅氧化为氧化硅，因此原来多晶硅的体积会增大，氧化硅的高度会稍高于图案化的氮化硅层103底面的高度。氧化的方法有多种，可以为热氧化，也可以为等离子辅助氧化。氧化之后，位于图案化的圆柱形氮化硅层103的下方，剩余在横向上多晶硅层102的宽度B即为圆环的内径。对多晶硅层102进行氧化，使得氧化之后剩余在横向上多晶硅层102的直径为B， 可以通过预定氧化时间及预定氧气流量来进行控制。在圆环外径A确定的情况下，通入氧气的量越大，氧化时间越长，形成的B则越小。具体来说，首先选择一片需要氧化的测试晶片(wafer)，该wafer上形成有与产品晶片相同的结构。其中，产品晶片为其上已经分布了器件的晶片，最终可以经过多道工序成为成品；而测试晶片虽然测试结构与产品晶片相同， 但在测试之后被废弃。测试晶片在氧化时进行多次试验，每次预先设定氧化时间及氧气流量，并将氧化后的wafer置入测量机台进行尺寸测量，将最终达到预定宽度B时的时间及流量，作为同批wafer在该步骤中的预定氧化时间及氧气流量；步骤25、请参阅图加，以所述图案化的圆柱形氮化硅层103为掩膜，各向异性刻蚀氧化硅层105至多晶硅层102 ；步骤沈、请参阅图2f，去除图案化的圆柱形氮化硅层103后，各向异性刻蚀多晶硅层102至显露出刻蚀目标层101，此时已经形成本专利技术所需要的截面为圆环的圆柱体掩膜。 当图案化的圆柱形氮化硅层103去除之后，多晶硅层102和氧化硅层105都是显露出来的， 所以本步骤采用刻蚀多晶硅与氧化硅的选择比很高的气体进行刻蚀，选择比一般能达到几十甚至几百，即刻蚀多晶硅的同时，基本不会刻蚀氧化硅。刻蚀气体一般采用氯气或者溴化氢中的一种，或者两种的组合。其中，显露出的氧化硅层的宽度为圆环的宽度，该宽度等于外径A-内径B ；步骤27、请参阅图2g，以上述图案为掩膜，对刻蚀目标层101进行刻蚀，形成本专利技术的截面为圆环的圆柱体半导体器件。该步骤就是将掩膜转移到刻蚀目标层101上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种截面为圆环的圆柱体的半导体器件的制作方法，该方法包括：在半导体衬底上依次沉积刻蚀目标层、多／非晶硅层和氮化硅层；所述多／非晶硅层的含义为多晶硅层或者非晶硅层；在氮化硅层的表面涂布光阻胶层，并曝光显影图案化所述光阻胶层，所述图案化的光阻胶层为圆柱形，用于定义圆环的外径宽度；以图案化的光阻胶层为掩膜，刻蚀所述氮化硅层形成图案化的圆柱形氮化硅层；去除光阻胶层后，以图案化的圆柱形氮化硅层为掩膜，对多／非晶硅层进行氧化形成具有第一预定深度的氧化硅层；其中，位于图案化的圆柱形氮化硅层的下方未被氧化的多／非晶硅层的直径宽度为圆环的内径宽度；以所述图案化的圆柱形氮化硅层为掩膜，各向异性刻蚀具有第一预定深度的氧化硅层至显露出多／非晶硅层；去除所述图案化的圆柱形氮化硅层后，显露出位于所述图案化的圆柱形氮化硅层下的氧化硅层和未被氧化的多／非晶硅层，各向异性刻蚀多／非晶硅层至显露出刻蚀目标层；所述显露出的氧化硅的宽度为圆环的宽度，所述圆环的宽度为圆环的外径宽度减去圆环的内径宽度；以显露出的氧化硅层为掩膜对刻蚀目标层进行刻蚀，形成截面为圆环的圆柱体的半导体器件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：洪中山，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31