CN104347392A - 图形化方法 - Google Patents

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Abstract

一种图形化方法，包括：提供基底；在所述基底上形成待刻蚀层，所述待刻蚀层的材料为硅、氧化硅、氮化硅或氮氧化硅；在所述待刻蚀层上形成BN薄膜层；在所述BN薄膜层上形成具有窗口的光刻胶；以所述光刻胶为掩膜，刻蚀所述BN薄膜层，形成图形化的BN薄膜层；以所述图形化的BN薄膜层为掩膜刻蚀所述待刻蚀层。本发明提供的图形化方法，可以完成所述待刻蚀层的图形化，且得到形貌良好、且尺寸精确的图形化的待刻蚀层。

Description

图形化方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及到一种图形化方法。
背景技术
在半导体集成电路制造工艺中，通过一系列的工序，例如淀积、光刻、刻蚀等，在半导体衬底上形成半导体结构。其中，光刻工艺是为了在光刻胶中形成所需图案，得到图形化的光刻胶，定义出待刻蚀区域。刻蚀工艺用于将图形化的光刻胶中的图案转移至待刻蚀层中。但实践发现，图形化的光刻胶容易被消耗，可能导致待刻蚀层还未完成图形化，所述图形化的光刻胶就已经被消耗完，无法完成待刻蚀层的图形化。
以形成栅极为例，其形成方法包括：
参考图1，提供基底1。
参考图2，在所述基底1上形成多晶硅层2。
参考图3，在所述多晶硅层2上形成图形化的光刻胶3，图形化的光刻胶3定义栅极的位置。
参考图4，以所述图形化的光刻胶3为掩膜，刻蚀所述多晶硅层2，刻蚀后的多晶硅层2为栅极。
由于图形化的光刻胶3容易被消耗，结果导致多晶硅层2还未完成图形化，图形化的光刻胶3就已经被消耗完，未能完成栅极的制作。
随着半导体器件尺寸的下降，通常在形成图形化的光刻胶后，还会对所述图形化的光刻胶中的窗口侧壁进行光滑处理，以得到线边缘粗糙度（LER，line edge roughness）和线宽粗糙度（LWR，line width roughness）小的半导体器件，但是对窗口侧壁进行光滑处理时，由于通常使用各向同性刻蚀，这会导致图形化的光刻胶厚度的减小，更加无法完成待刻蚀层的图形化。
发明内容
本发明解决的问题是现有技术中，无法完成待刻蚀层的图形化。
为解决上述问题，本发明提供一种图形化方法，包括：提供基底；在所述基底上形成待刻蚀层，所述待刻蚀层的材料为硅、氧化硅、氮化硅或氮氧化硅；在所述待刻蚀层上形成BN薄膜层；在所述BN薄膜层上形成具有窗口的光刻胶；以所述光刻胶为掩膜，刻蚀所述BN薄膜层，形成图形化的BN薄膜层；以所述图形化的BN薄膜层为掩膜刻蚀所述待刻蚀层。
可选的，形成BN薄膜层的方法为化学气相沉积或物理气相沉积。
可选的，所述化学气相沉积的反应气体为BCl3和NH3，反应的温度大于100℃。
可选的，在所述BN薄膜层上形成光刻胶之前，在所述BN薄膜层上形成底部抗反射层，所述光刻胶形成在底部抗反射层上。
可选的，在所述待刻蚀层上形成BN薄膜层之前，在所述待刻蚀层上形成无定形碳层，所述BN薄膜层形成在无定形碳层上。
可选的，在所述待刻蚀层上形成无定形碳层之前，在所述待刻蚀层上形成第一介质抗反射层，所述无定形碳层形成在第一介质抗反射层上。
可选的，在所述无定形碳层上形成BN薄膜层之前，在所述无定形碳层上形成第二介质抗反射层，所述BN薄膜层形成在第二介质抗反射层上。
可选的，形成具有窗口的光刻胶后，刻蚀所述BN薄膜层前，还包括：对所述窗口的侧壁进行平滑处理。
可选的，平滑处理的方法为：He或Ar等离子体刻蚀。
可选的，所述底部抗反射层为有机底部抗反射层或无机底部抗反射层。
可选的，所述第一介质抗反射层为单层结构或叠层结构；单层结构的第一介质抗反射层为氮氧化硅层或氧化硅层；叠层结构的第一介质抗反射层为氮氧化硅层和氧化硅层的叠层结构。
可选的，所述第二介质抗反射层的材料为单层结构或叠层结构；单层结构的第二介质抗反射层为氮氧化硅层或氧化硅层；叠层结构的第二介质抗反射层为氮氧化硅层和氧化硅层的叠层结构。
可选的，所述待刻蚀层的材料为硅，刻蚀后的待刻蚀层为栅极。
可选的，所述待刻蚀层的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，刻蚀待刻蚀层后，在待刻蚀层中形成了接触孔。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
使用BN薄膜层作为刻蚀所述待刻蚀层的硬掩膜层，至少具有以下优点：
首先，在刻蚀硅、氧化硅、氮化硅或氮氧化硅材料制成的待刻蚀层时，所述待刻蚀层与所述BN薄膜层具有很高的刻蚀选择比（大于20），所以使用较小厚度的BN薄膜层就能够顺利完成所述待刻蚀层的图形化。由于BN薄膜层的厚度较小，可以顺利将光刻胶中的图案转移至BN薄膜层中，再以图形化的BN薄膜层为掩膜，刻蚀待刻蚀层，完成待刻蚀层的图形化，解决了现有技术中无法完成待刻蚀层图形化的问题。
其次，BN薄膜层的厚度越小，越有利于将光刻胶中的图案精确转移至BN薄膜层中。由于使用较小厚度的BN薄膜层就能够顺利完成所述待刻蚀层的图形化，这有利于得到形貌良好，且尺寸精确的图形化的BN薄膜层；以所述图形化的BN薄膜层为掩膜，刻蚀待刻蚀层时，可以得到形貌良好、尺寸精确的图形化的待刻蚀层。
进一步，由于无定形碳层具有高化学稳定性、高硬度、高强度等优点，将图形化的BN薄膜层中的图形转移至无定形碳层时，可以得到具有小的LER和LWR的图形化的无定形碳层；再以所述图形化的无定形碳层为掩膜，刻蚀所述待刻蚀层时，可以得到LER和LWR小的图形化的待刻蚀层。
附图说明
图1至图4是现有技术中形成栅极方法各制作阶段的剖面结构示意图；
图5至图12是本发明中图形化方法各制作阶段的剖面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本实施例提供一种图形化方法，包括：
参考图5，提供基底110。
在具体实施例中，所述基底110的材料可以为硅、硅锗、绝缘体上硅（siliconon insulator，简称SOI）等常规的半导体材料。
参考图6，在所述基底110上形成待刻蚀层120；所述待刻蚀层120的材料为硅、氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
在具体实施例中，所述待刻蚀层120的材料为硅，刻蚀后的待刻蚀层120为栅极；或者，所述待刻蚀层120的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅介质材料，刻蚀待刻蚀层120后，在图形化的待刻蚀层中形成了接触孔。
形成所述待刻蚀层120的方法可以为化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积等本领域所熟知的其他方法。例如形成氧化硅材料的待刻蚀层120的方法可以为物理气相沉积，使用Ar和N2等离子体作为溅射离子，所述Ar和N2等离子体撞击与待刻蚀层120材料相同的靶材，将靶材中的分子撞击脱离靶材，沉积到所述基底110上，形成待刻蚀层120。
参考图7，在所述待刻蚀层120上形成无定形碳层130。
形成无定形碳层130的方法为化学气相沉积、物理气相沉积等本领域所熟知的方法。
在具体实施例中，形成无定形碳层130的方法为：使用甲烷、乙烯等有机气体在高温下裂解，裂解生成无定形碳，所述无定形碳沉积在所述待刻蚀层120上，形成无定形碳层130。
无定形碳层130具有高化学稳定性、高硬度、高强度等优点，后续将图形化的BN薄膜层中的图形转移至无定形碳层130时，可以得到具有小的LER和LWR的图形化的无定形碳层；再以所述图形化的无定形碳层为掩膜，刻蚀所述待刻蚀层120时，可以得到LER和LWR小的图形化的待刻蚀层。
在其他实施例中，在所述待刻蚀层120上形成无定形碳层130之前，在所述待刻蚀层120上形成第一介质抗反射层，所述无定形碳层130形成在第一介质抗反射层上。
所述第一介质抗反射层为单层结构或叠层结构；单层结构的第一介质抗反射层为氮氧化硅层或氧化硅层。
叠层结构的第一介质抗反射层为氮氧化硅层和氧化硅层的叠层结构，其中，下层为氮氧化硅层，上层为氧化硅层。即先在所述待刻蚀层120上形成氮氧化硅层，然后在所述氮氧化硅层上形成氧化硅层，所述氮氧化硅层和所述氧化硅层构成第一介质抗反射层。
或者，上层为氮氧化硅层，下层为氧化硅层，即先在所述待刻蚀层120上形成氧化硅层，然后在所述氧化硅层上形成氮氧化硅层，所述氮氧化硅层和所述氧化硅层构成第一介质抗反射层。
形成所述第一介质抗反射层的方法可以为化学气相沉积、物理气相沉积等本领域所熟知的方法。
参考图8，在所述无定形碳层130上形成BN薄膜层140。
在具体实施例中，形成BN薄膜层140的方法为化学气相沉积，所述化学气相沉积的反应气体为BCl3和NH3，反应的温度大于100℃。在本实施例中，反应的温度大于750℃。形成BN薄膜层140的温度应该保证不破坏所述基底110，及在所述基底110上已形成的半导体器件和材料。
在其他实施例中，可以采用物理气相沉积法形成BN薄膜层140。其具体方法为：使用Ar和N2等离子体作为溅射离子，所述Ar和N2等离子体撞击靶材，将靶材中的BN分子撞击脱离靶材，沉积到所述基底110上，形成BN薄膜层140。
在本实施例中，使用的BN薄膜层140作为刻蚀待刻蚀层120的掩膜。由于在刻蚀待刻蚀层120时，所述待刻蚀层120与所述BN薄膜层140具有很高的刻蚀选择比，使用较小厚度的BN薄膜层140就能够完成所述待刻蚀层120的图形化。
由于BN薄膜层140的厚度较小，可以顺利将光刻胶中的图案转移至BN薄膜层140中，再以图形化的BN薄膜层为掩膜，刻蚀待刻蚀层120，完成待刻蚀层120的图形化，解决了现有技术中无法完成待刻蚀层图形化的问题。
BN薄膜层140厚度越小，越有利于将光刻胶中的图案精确转移至BN薄膜层140中。由于使用较小厚度的BN薄膜层140就能够顺利完成所述待刻蚀层120的图形化，这有利于得到形貌良好，且尺寸精确的图形化的BN薄膜层；以所述图形化的BN薄膜层为掩膜，刻蚀待刻蚀层120时，可以得到形貌良好、尺寸精确的图形化的无定形碳层和图形化的待刻蚀层。
BN薄膜层140作为待刻蚀层120的掩膜层，BN薄膜层140的厚度应当根据待刻蚀层120的厚度进行调节，以满足能够完成待刻蚀层120的图形化。
在本实施例中，刻蚀无定形碳层130时，所述无定形碳层130与所述BN薄膜层140也具有很高的刻蚀选择比，而且无定形碳层130的厚度很薄，所以所述无定形碳层130的存在不会影响BN薄膜层140的厚度。
在本实施例中，BN薄膜层140的厚度为0.01-0.1μm，无定形碳层130的厚度为0.01-0.1μm。
在本实施例中，形成的BN薄膜层140应力（700MPa）小，不会导致BN薄膜层140图形化后发生变形，进而不会影响图形化的无定形碳层和图形化的待刻蚀层的形貌和尺寸。
在其他实施例中，在所述无定形碳层130上形成BN薄膜层140之前，在所述无定形碳层130上形成第二介质抗反射层，所述BN薄膜层140形成在第二介质抗反射层上。
所述第二介质抗反射层为单层结构或叠层结构；单层结构的第二介质抗反射层为氮氧化硅层或氧化硅层。
叠层结构的第二介质抗反射层为氮氧化硅层和氧化硅层的叠层结构，其中，下层为氮氧化硅层，上层为氧化硅层。即先在所述无定形碳层130上形成氮氧化硅层，然后在所述氮氧化硅层上形成氧化硅层，所述氮氧化硅层和所述氧化硅层构成第二介质抗反射层。
或者，上层为氮氧化硅层，下层为氧化硅层，即先在所述无定形碳层130上形成氧化硅层，然后在所述氧化硅层上形成氮氧化硅层，所述氮氧化硅层和所述氧化硅层构成第二介质抗反射层。
形成所述第二介质抗反射层的方法可以为化学气相沉积、物理气相沉积等本领域所熟知的方法。
参考图9，在所述BN薄膜层140上形成具有窗口151的光刻胶150。所述窗口151定义了所述待刻蚀层120中需刻蚀的部分。
随着半导体器件尺寸的下降，光刻形成的光刻胶中窗口的深宽比增加，使得窗口侧壁的粗糙度加大。将所述光刻胶中的图案转移至待刻蚀层中后，形成图形化的待刻蚀层，所述图形化的待刻蚀层的LER和LWR很大。LER和LWR很大可能导致半导体器件性能不稳定、漏电流增大和介质层击穿等问题。
在本实施例中，形成光刻胶150后，还包括对窗口151侧壁进行平滑处理。平滑处理后，窗口151侧壁的粗糙度减小，有利于得到LER和LWR小的图形化的待刻蚀层，以提高半导体器件的性能。
在本实施例中，对所述窗口151侧壁进行平滑处理的方法为使用Ar或He对窗口151的侧壁进行等离子体刻蚀。等离子体刻蚀时，偏置电压应当根据窗口151的深度进行调节。在本实施例中，Ar或He等离子体化的功率为6-10kW，偏置电压为0-500V，等离子体刻蚀的时间为10-100s。
由于对所述窗口151侧壁进行平滑处理的方法为各向同性刻蚀，对所述窗口151侧壁进行平滑处理后，光刻胶150的厚度也会减小，所以更加需要使用BN薄膜层140和无定形碳层130作为刻蚀待刻蚀层120的硬掩膜，以确保所述待刻蚀层120能够顺利完成图形化。
对所述窗口151的侧壁进行平滑处理后，有利于减小图形化的待刻蚀层的LER和LWR，提高半导体器件的性能。
在其他实施例中，在所述BN薄膜层140上形成光刻胶150之前，还可以在所述BN薄膜层140上形成底部抗反射层，所述光刻胶150形成在底部抗反射层上。底部抗反射层可以减小曝光时产生的反射效应，以得到具有精细图案的所述光刻胶150。所述底部抗反射层可以为有机底部抗反射层或无机底部抗反射层。
参考图10，以所述光刻胶150为掩膜，刻蚀所述BN薄膜层140和无定形碳层130，形成图形化的BN薄膜层141和图形化的无定形碳层131。
通常在形成图形化的BN薄膜层141后，所述光刻胶150被完全消耗，然后以图形化的BN薄膜层141为掩膜，刻蚀所述无定形碳层130，形成图形化的无定形碳层131。
在其他实施例中，刻蚀所述BN薄膜层140和无定形碳层130后，光刻胶150还未被完全消耗，则还包括去除光刻胶150。
在具体实施例中，使用含氟等离子体刻蚀所述BN薄膜层140，形成图形化的BN薄膜层141；然后再用含氧等离子体刻蚀所述无定形碳层130，形成图形化的无定形碳层131。
参考图11，以所述图形化的BN薄膜层141和图形化的无定形碳层131为掩膜，刻蚀所述待刻蚀层120，形成图形化的待刻蚀层121。
当所述待刻蚀层120的材料为硅时，可以使用CCl4等离子体刻蚀所述待刻蚀层120；当所述待刻蚀层120的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅时，可以使用CF4等离子体刻蚀所述待刻蚀层120。
在刻蚀所述待刻蚀层120时，所述待刻蚀层120与所述图形化的BN薄膜层141具有很高的刻蚀选择比（大于20），能够顺利完成所述待刻蚀层120的图形化，且得到形貌良好、尺寸精确的图形化的待刻蚀层121。
刻蚀所述待刻蚀层120时，所述待刻蚀层120与所述图形化的无定形碳层131也具有很高的刻蚀选择比，所述图形化的无定形碳层131也可以作为继续刻蚀所述待刻蚀层120的掩膜，以保证所述待刻蚀层120顺利完成图形化，并得到形貌良好、尺寸精确的图形化的待刻蚀层121。
在具体实施例中，所述待刻蚀层120的材料为硅，图形化的待刻蚀层121为栅极；或者，所述待刻蚀层120的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等介质材料，在图形化的待刻蚀层121中形成了接触孔。
参考图12，去除所述图形化的BN薄膜层141和图形化的无定形碳层131。
以上实施例以形成所述无定形碳层130为例，对图形化方法进行描述。在其他实施例中，刻蚀待刻蚀层120时，由于待刻蚀层120与BN薄膜层140的刻蚀选择比很高，利用较小厚度的BN薄膜层140也可以完成待刻蚀层120图形化，且得到形貌良好、尺寸精确的图形化的待刻蚀层121，所以也可以不形成所述无定形碳层130。但是，与使用了无定形碳层130的实施例相比，本实施例中的BN薄膜层140较厚，以保证能够完成所述待刻蚀层120的图形化。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种图形化方法，其特征在于，包括：
提供基底；
在所述基底上形成待刻蚀层，所述待刻蚀层的材料为硅、氧化硅、氮化硅或氮氧化硅；
在所述待刻蚀层上形成BN薄膜层；
在所述BN薄膜层上形成具有窗口的光刻胶；
以所述光刻胶为掩膜，刻蚀所述BN薄膜层，形成图形化的BN薄膜层；
以所述图形化的BN薄膜层为掩膜刻蚀所述待刻蚀层。
2.如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，形成BN薄膜层的方法为化学气相沉积或物理气相沉积。
3.如权利要求2所述的图形化方法，其特征在于，所述化学气相沉积的反应气体为BCl3和NH3，反应的温度大于100℃。
4.如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，在所述BN薄膜层上形成光刻胶之前，在所述BN薄膜层上形成底部抗反射层，所述光刻胶形成在底部抗反射层上。
5.如权利要求1或4所述的图形化方法，其特征在于，在所述待刻蚀层上形成BN薄膜层之前，在所述待刻蚀层上形成无定形碳层，所述BN薄膜层形成在无定形碳层上。
6.如权利要求5所述的图形化方法，其特征在于，在所述待刻蚀层上形成无定形碳层之前，在所述待刻蚀层上形成第一介质抗反射层，所述无定形碳层形成在第一介质抗反射层上。
7.如权利要求5或6所述的图形化方法，其特征在于，在所述无定形碳层上形成BN薄膜层之前，在所述无定形碳层上形成第二介质抗反射层，所述BN薄膜层形成在第二介质抗反射层上。
8.如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，形成具有窗口的光刻胶后，刻蚀所述BN薄膜层前，还包括：对所述窗口的侧壁进行平滑处理。
9.如权利要求8所述的图形化方法，其特征在于，平滑处理的方法为：He或Ar等离子体刻蚀。
10.如权利要求4所述的图形化方法，其特征在于，所述底部抗反射层为有机底部抗反射层或无机底部抗反射层。
11.如权利要求6所述的图形化方法，其特征在于，所述第一介质抗反射层为单层结构或叠层结构；
单层结构的第一介质抗反射层为氮氧化硅层或氧化硅层；
叠层结构的第一介质抗反射层为氮氧化硅层和氧化硅层的叠层结构。
12.如权利要求7所述的图形化方法，其特征在于，所述第二介质抗反射层的材料为单层结构或叠层结构；
单层结构的第二介质抗反射层为氮氧化硅层或氧化硅层；
叠层结构的第二介质抗反射层为氮氧化硅层和氧化硅层的叠层结构。
13.如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述待刻蚀层的材料为硅，刻蚀后的待刻蚀层为栅极。
14.如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述待刻蚀层的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，刻蚀待刻蚀层后，在待刻蚀层中形成了接触孔。
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CN109216164B (zh) * 2017-06-30 2020-11-03 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 图形化的掩膜层及其形成方法

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