間隔層雙曝光刻蝕方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，公開了間隔層雙曝光刻蝕方法，在有機(jī)材料層、半導(dǎo)體基底進(jìn)行刻蝕前，采用含CF4、Ar、Xe等易形成正離子氣體的刻蝕氣體對間隔層進(jìn)行刻蝕，實現(xiàn)對間隔層形貌的修正，在減薄間隔層厚度的同時，將其形貌修正為對稱或近似對稱的結(jié)構(gòu)，從而避免間隔層引起的刻蝕速率不均勻以及過刻等問題。同時，通過刻對間隔層減薄，也在一定程度上減小了間隔層和有機(jī)材料層之間的應(yīng)力，從而改善刻蝕結(jié)構(gòu)的線邊緣粗糙度，提高半導(dǎo)體基底的刻蝕質(zhì)量。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體
，特別涉及間隔層雙曝光技術(shù)。
技術(shù)介紹
隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，半導(dǎo)體工藝節(jié)點逐漸進(jìn)入65nm、45nm時代，并向 著更為先進(jìn)的22nm以及16nm進(jìn)發(fā)。然而，隨著半導(dǎo)體工藝節(jié)點的不斷向前推進(jìn)，在半導(dǎo)體 器件制備前端工藝（FE0L)和后端工藝（BE0L)中的特征尺寸（Critical Dimension，CD)需 求變得越來越苛刻。其中，65nm工藝中的器件特征尺寸已開始大大小于主流平板印刷的尺 寸，在半導(dǎo)體器件制備過程中，越來越多特征尺寸小于65nm、甚至小于45nm、32nm的半導(dǎo)體 結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)，光刻開始成為半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的瓶頸。 為了解決該問題，國內(nèi)外學(xué)者及相關(guān)企業(yè)均在光刻技術(shù)上做了大量研究，包括浸 沒式、極紫外光刻等在內(nèi)的新一代光刻技術(shù)越來越多的出現(xiàn)在人們的視野中。然而，無論在 考慮目前工藝節(jié)點下的技術(shù)難題還是未來技術(shù)時，通常有一點是肯定的：當(dāng)前的解決方案 在實在不能再用之前始終都是最好的。因此，對于半導(dǎo)體技術(shù)而言，盡可能的延長干法光刻 的使用時間，是業(yè)內(nèi)普遍期待并共同努力的目標(biāo)。 為了更好地解決新一代工藝節(jié)點中光刻所存在的瓶頸問題，短期內(nèi)32nm以下 節(jié)點半導(dǎo)體技術(shù)中，雙曝光技術(shù)成為最為可能的解決方案之一。雙曝光技術(shù)可應(yīng)用于光 刻-刻蝕-光刻-刻蝕（1^七11〇-6^11-1^11〇-6^11，1^1^)的雙重圖形技術(shù)、光刻-光刻-刻 蝕（Litholitho-etch，LLE)的雙重圖形技術(shù)、自對準(zhǔn)雙圖形化技術(shù)（Self-aligned double patterning, SADPP)、間隔層雙曝光技術(shù)（Spacer double patterning, SDP)等不同的制造 工藝。 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中間隔層雙曝光技術(shù)（Spacer double patterning, SDP)步驟流 程圖，圖2a?圖2f為現(xiàn)有技術(shù)中間隔層雙曝光技術(shù)各步驟剖面結(jié)構(gòu)示意圖。 如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中，間隔層雙曝光技術(shù)（Spacer double patterning, SDP) 流程包括： 步驟1 :提供待刻蝕基底100,如圖2a所示，該待刻蝕基底100自上而下依次包括 光阻材料層105、硬掩膜層104、有機(jī)材料層103、待刻蝕介質(zhì)層102、半導(dǎo)體襯底101 ; 步驟2 :對光阻材料層105曝光，形成圖形化窗口，如圖2b所示； 步驟3 :CVD沉積間隔層材料并回刻，形成覆蓋圖形化的光阻材料105側(cè)壁的間隔 層106,如圖2c所示； 步驟4 :去除光阻材料，形成如圖2d所示的結(jié)構(gòu)； 步驟5 :如圖2e所示，以間隔層106為掩膜，刻蝕硬掩膜層104、有機(jī)材料層103至 暴露出待刻蝕介質(zhì)層102表面； 步驟6 :刻蝕待刻蝕介質(zhì)層102至暴露出半導(dǎo)體襯底101表面，移除作為掩膜的間 隔層106、硬掩膜層104及有機(jī)材料層103,即得到如圖2f所示的刻蝕結(jié)構(gòu)。 在該刻蝕過程中，如圖2d所示，由于進(jìn)行CVD沉積的待刻蝕基底100表面具有圖 形化的光阻材料105,因此，回刻后所形成的、位于圖形化的光阻材料105旁側(cè)的間隔層106 遠(yuǎn)離光阻材料105的一側(cè)邊緣161a并非垂直結(jié)構(gòu)，而與垂直方向呈一定夾角（一般為銳角， 或進(jìn)一步小于45度角)，或頂部呈弧形，而與光阻材料層105相鄰接的一側(cè)邊緣161b則為垂 直結(jié)構(gòu)，即：作為刻蝕掩膜的間隔層106為明顯的非對稱結(jié)構(gòu)，因此，等離子體刻蝕過程中， 在間隔層106結(jié)構(gòu)不對稱性的影響下，間隔層106兩側(cè)具有不同的等離子化氣體分布和反 應(yīng)過程中的聚合物分布，從而使間隔層106兩側(cè)的有機(jī)材料層103、待刻蝕介質(zhì)層102具有 不同的刻蝕速率，間隔層106垂直邊緣161b -側(cè)區(qū)域的刻蝕速率小于非垂直邊緣161a - 側(cè)區(qū)域的刻蝕速率，在有機(jī)材料層103、待刻蝕介質(zhì)層102實際刻蝕過程中分別出現(xiàn)如圖3、 圖4所示的中間過程，刻蝕結(jié)構(gòu)的均一性無法得到保障。同時，刻蝕速率的不均勻還會造成 在刻蝕完成時，不同刻蝕區(qū)域具有不同的過刻率，從而影響刻蝕邊緣的質(zhì)量。 除此之外，如圖5所示，間隔層106和有機(jī)材料103之間的應(yīng)力會造成半導(dǎo)體基底 101上待刻蝕區(qū)域110線邊緣的扭曲，從而影響刻蝕結(jié)構(gòu)線邊緣粗糙度。 與普通大尺寸半導(dǎo)體器件相比，刻蝕結(jié)構(gòu)側(cè)壁及線邊緣質(zhì)量對于特征尺寸較小的 半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)性能的影響更為顯著，如何在有效采用間隔層雙曝光技術(shù)實現(xiàn)小尺寸刻蝕工藝 的同時，進(jìn)一步保障刻蝕質(zhì)量，改善刻蝕結(jié)構(gòu)的線邊緣粗糙度，成為新一代半導(dǎo)體工藝下制 備高質(zhì)量、小特征尺寸半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)急需解決的問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是，提供一種，能夠在有效采 用間隔層雙曝光技術(shù)實現(xiàn)小尺寸刻蝕工藝的同時，避免由于間隔層形狀不對稱所引起的刻 蝕速率不均勻以及較為嚴(yán)重的的過刻率，進(jìn)一步保障刻蝕質(zhì)量，改善刻蝕結(jié)構(gòu)的線邊緣粗 糙度。 為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)提供了一種，其步驟包括： 提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底表面自下而上依次覆蓋有機(jī)材料層、硬掩膜層 和圖形化的光阻材料層，所述硬掩膜層具有一原始厚度Di ; 沉積間隔層材料并進(jìn)行回刻，形成覆蓋所述圖形化的光阻材料層側(cè)壁的間隔層， 所述間隔層包括與光阻材料層相鄰接的第一側(cè)壁和與之相對的第二側(cè)壁，所述第一側(cè)壁為 垂直結(jié)構(gòu)，第二側(cè)壁為弧狀輪廓或與垂直方向呈銳角的非垂直結(jié)構(gòu)； 移除所述圖形化的光阻材料層； 以所述間隔層為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層； 刻蝕所述間隔層至第一側(cè)壁部分或全部為弧狀輪廓或與垂直方向呈銳角的非垂 直結(jié)構(gòu)； 刻蝕有機(jī)材料層至暴露出半導(dǎo)體基底表面； 對半導(dǎo)體基底進(jìn)行等離子體刻蝕。 進(jìn)一步地，所述間隔層刻蝕過程中，刻蝕氣體包括聚合物調(diào)整氣體，所述聚合物調(diào) 整氣體為CF 4、Ar、Xe中任意一種或幾種的混合氣體；進(jìn)一步地，刻蝕氣體還包括碳氟化合物 氣體，所述碳氟化合物氣體為C 4F8、C4F6、CH2F 2、CH3F中任意一種或幾種的混合氣體。 作為可選的技術(shù)方案，所述間隔層刻蝕過程中，刻蝕氣體總流量為lOOsccm? lOOOsccm ;進(jìn)一步地，刻蝕氣體總流量為300sccm?500sccm。 作為可選的技術(shù)方案，所述間隔層刻蝕過程中，等離子體刻蝕腔室的腔體壓力為 20mT?200mT ;進(jìn)一步地，等離子體刻蝕腔室的腔體壓力為50mT?150mT。 作為可選的技術(shù)方案，所述間隔層刻蝕過程中，射頻總功率為400W?1200W，其 中：源功率為300W?1000W，偏執(zhí)功率為100W?700W，所述間隔層刻蝕的時間為12s? 30s。 作為可選的技術(shù)方案，所述碳氟化合物氣體為C4F8，所述碳氟化合物氣體和聚合物 調(diào)整氣體的氣體流量比為2:1?1:3。 作為可選的技術(shù)方案，所述碳氟化合物氣體為C4F6、CH 2F2、CH3F中任意一種或幾種 的混合氣體，所述碳氟化合物氣體和聚合物調(diào)整氣體的氣體流量比為1:1?1:5。 作為可選的技術(shù)方案，所述半導(dǎo)體基底進(jìn)行等離子體刻蝕的介質(zhì)層為硅、鍺硅、 鍺、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中任意一種或幾種的疊層結(jié)構(gòu)。 作為可選的技術(shù)方案，刻本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種間隔層雙曝光刻蝕方法，包括步驟：提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底表面自下而上依次覆蓋有機(jī)材料層、硬掩膜層和圖形化的光阻材料層，所述硬掩膜層具有一原始厚度；沉積間隔層材料并進(jìn)行回刻，形成覆蓋所述圖形化的光阻材料層側(cè)壁的間隔層，所述間隔層包括與光阻材料層相鄰接的第一側(cè)壁和與之相對的第二側(cè)壁，所述第一側(cè)壁為垂直結(jié)構(gòu)，第二側(cè)壁為弧狀輪廓或與垂直方向呈銳角的非垂直結(jié)構(gòu)；移除所述圖形化的光阻材料層；以所述間隔層為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層；刻蝕有機(jī)材料層至暴露出半導(dǎo)體基底表面；對半導(dǎo)體基底進(jìn)行等離子體刻蝕；其特征在于：且所述刻蝕硬掩膜層步驟之后、刻蝕有機(jī)材料層的步驟之前還包括步驟：間隔層刻蝕，刻蝕所述間隔層至第一側(cè)壁部分或全部為弧狀輪廓或與垂直方向呈銳角的非垂直結(jié)構(gòu)。

【技術(shù)特征摘要】
1. 一種間隔層雙曝光刻蝕方法，包括步驟： 提供半導(dǎo)體基底，所述半導(dǎo)體基底表面自下而上依次覆蓋有機(jī)材料層、硬掩膜層和圖 形化的光阻材料層，所述硬掩膜層具有一原始厚度； 沉積間隔層材料并進(jìn)行回刻，形成覆蓋所述圖形化的光阻材料層側(cè)壁的間隔層，所述 間隔層包括與光阻材料層相鄰接的第一側(cè)壁和與之相對的第二側(cè)壁，所述第一側(cè)壁為垂直 結(jié)構(gòu)，第二側(cè)壁為弧狀輪廓或與垂直方向呈銳角的非垂直結(jié)構(gòu)； 移除所述圖形化的光阻材料層； 以所述間隔層為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層； 刻蝕有機(jī)材料層至暴露出半導(dǎo)體基底表面； 對半導(dǎo)體基底進(jìn)行等離子體刻蝕； 其特征在于： 且所述刻蝕硬掩膜層步驟之后、刻蝕有機(jī)材料層的步驟之前還包括步驟： 間隔層刻蝕，刻蝕所述間隔層至第一側(cè)壁部分或全部為弧狀輪廓或與垂直方向呈銳角 的非垂直結(jié)構(gòu)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的間隔層雙曝光刻蝕方法，其特征在于，所述間隔層刻蝕過程 中，刻蝕氣體包括聚合物調(diào)整氣體，所述聚合物調(diào)整氣體為CF 4、Ar、Xe中任意一種或幾種的 混合氣體。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的間隔層雙曝光刻蝕方法，其特征在于，所述間隔層刻蝕過程 中，等離子體刻蝕腔室的腔體壓力為20mT?200mT。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的間隔層雙曝光刻蝕方法，其特征在于，所述間隔層刻蝕過程 中，等離子體刻蝕腔室的腔體壓力為50mT?150mT。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的間隔層雙曝光刻蝕方法，其特征在于，所述間隔層刻蝕過程 中，射頻總功率為400W?1200W，其中：源功率為300W?1000W，偏執(zhí)功率為100W?700W。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的間隔層雙曝光刻蝕方法，其特征在于，所述間隔層刻蝕的時 間為12s?30s。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的間隔層雙曝光刻蝕方法，其特征在于，所述間隔層刻蝕過程...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王兆祥，杜若昕，
申請(專利權(quán))人：中微半導(dǎo)體設(shè)備上海有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31