CN104517813A

CN104517813A - 双重图形的形成方法

Info

Publication number: CN104517813A
Application number: CN201310455709.6A
Authority: CN
Inventors: 三重野文健
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2013-09-29
Filing date: 2013-09-29
Publication date: 2015-04-15

Abstract

一种双重图形的形成方法，所述方法包括：提供待刻蚀层；在所述待刻蚀层表面形成具有开口的牺牲层，所述开口暴露出部分待刻蚀层的表面；在所述牺牲层的侧壁表面形成侧墙；去除所述牺牲层；对所述侧墙进行疏水处理，使所述侧墙具有疏水性表面；对所述待刻蚀层表面及侧墙表面进行清洗并干燥。上述方法可以提高形成的双重图形的准确性。

Description

双重图形的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种双重图形的形成方法。

背景技术

随着集成电路设计的最小线宽和间距的不断缩小，当曝光线条的特征尺寸接近于曝光系统的理论分辨极限时，硅片表面的成像就会发生严重的畸变，从而导致光刻图形质量的严重下降。例如刻蚀形成特征较小的鳍式场效应晶体管的鳍部，由于图形质量的下降，会严重影响形成的鳍式场效应晶体管的性能。

为了减小光学邻近效应的影响，工业界提出了光刻分辨率增强技术（RET），其中备受关注的双重图形技术（DPT）被认为是填补浸入式光刻和EUV之间鸿沟的有力保障。

双重图形技术通常在待刻蚀材料层上形成刻蚀牺牲层，在刻蚀牺牲层的周围形成侧墙，去除所述刻蚀牺牲层后，以所述侧墙为掩膜，刻蚀所述待刻蚀材料层，可以形成特征尺寸小的图形。

图1至图5为现有技术中采用双图形化方法形成双重图形的结构示意图。

请参考图1，在半导体衬底10上形成刻蚀材料层20。

请参考图2，在刻蚀材料层20的表面形成待刻蚀牺牲材料层（未示出），刻蚀所述待刻蚀牺牲材料层，形成图形化的牺牲层30，暴露出部分刻蚀材料层20的表面。

请参考图3，在所述图形化的牺牲层30表面以及刻蚀材料层20表面形成侧墙材料层，并刻蚀所述侧墙材料层，在所述图形化的牺牲层30的侧壁表面形成侧墙40。

请参考图4，去除图形化的牺牲层30。

请参考图5，以所述侧墙40为掩膜，对刻蚀材料层20进行刻蚀，形成待刻蚀图形21。

现有技术形成的双重图形容易发生变形，影响后续刻蚀所述刻蚀材料层形成的刻蚀图形的准确性。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种双重图形的形成方法，提高形成的刻蚀图形的准确性。

为解决上述问题，本发明提供一种双重图形的形成方法，包括：提供待刻蚀层；在所述待刻蚀层表面形成具有开口的牺牲层，所述开口暴露出部分待刻蚀层的表面；在所述牺牲层的侧壁表面形成侧墙；去除所述牺牲层；对所述侧墙进行疏水处理，使所述侧墙具有疏水性表面；对所述待刻蚀层表面及侧墙表面进行清洗及清洗后的干燥处理。

可选的，所述待刻蚀层包括：待刻蚀材料层和位于所述待刻蚀材料层表面的硬掩膜层。

可选的，所述待刻蚀层还包括位于所述硬掩膜层表面的缓冲层，所述缓冲层的材料与侧墙的材料相同。

可选的，所述缓冲层的厚度为0.5nm～1nm。

可选的，形成所述缓冲层的方法为原子层沉积工艺或化学气相沉积工艺。

可选的，对所述侧墙进行疏水处理的方法为等离子体注入工艺。

可选的，所述等离子体注入的离子为Si，所述等离子体注入的偏置电压小于3kV，Si离子的注入剂量为5E16atom/cm²～5E17atom/cm²，注入深度小于1nm。

可选的，所述等离子体注入的气体源至少包括SiH₄、Si₃H₈、Si₂H₆、SiCl₄、Si₅H₁₀中的一种。

可选的，对所述侧墙进行疏水处理的方法为在所述侧墙表面形成疏水薄膜。

可选的，采用化学气相沉积或原子层沉积工艺形成所述疏水薄膜。

可选的，所述疏水薄膜的厚度小于1nm。

可选的，所述疏水薄膜的材料为硅。

可选的，所述硬掩膜层的材料为氮化硅。

可选的，所述侧墙的材料为氧化硅。

可选的，所述牺牲层的材料为无定形碳、光刻胶、有机抗反射材料。

可选的，采用灰化工艺去除所述牺牲层。

可选的，对所述待刻蚀层表面及侧墙表面进行清洗的溶液为NH₄OH和H₂O₂的水溶液。

可选的，还包括：以所述侧墙为掩膜，刻蚀所述硬掩膜层，形成图形化硬掩膜层；去除所述图形化硬掩膜层上的侧墙，以所述图形化硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述待刻蚀材料层，形成待刻蚀图形。

可选的，去除所述图形化硬掩膜层上的侧墙的同时，去除所述缓冲层。

可选的，采用湿法刻蚀工艺去除所述侧墙和缓冲层。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的技术方案，在去除所述牺牲层之后，对所述侧墙表面进行疏水性处理，使所述侧墙具有疏水性表面，然后在对所述待刻蚀层表面及侧墙表面进行清洗及清洗后的干燥处理。现有技术中，由于侧墙具有亲水性表面，在清洗后进行干燥的过程中，溶液逐渐减少，溶液和侧墙之间会有相互作用使侧墙会具有与溶液接触的趋势，从而使侧墙发生倾斜。而本发明的技术方案中，对所述侧墙表面进行了疏水性处理，在所述侧墙具有疏水性表面，从而在进行干燥的过程中，侧墙与溶液之间不会在发生作用，从而可以避免侧墙发生倾斜或坍塌现象，确保了双重图形的准确性。

进一步的，所述待刻蚀层包括待刻蚀材料层、位于待刻蚀材料层表面的硬掩膜层以及位于所述硬掩膜层表面的缓冲层，后续在所述缓冲层表面形成牺牲层和位于牺牲层侧壁表面的侧墙，并且所述侧墙的材料与缓冲层的材料相同。所述侧墙的材料与缓冲层的材料相同可以提高所述侧墙与缓冲层之间的粘附性，使的侧墙与缓冲层之间的接合更紧密，在后续工艺中不容易发生坍塌或倾斜，从而可以进一步提高双重图形的准确性。

附图说明

图1至图6是本发明的现有技术的双重图形的形成过程的结构示意图；

图7至图15是本发明的实施例的双重图形化的形成过程的结构示意图。

具体实施方式

如背景技术中所述，现有技术形成的双重图形结构容易发生变形，影响后续形成的刻蚀图形的准确性。

研究发现，现有技术中，通常采用灰化工艺去除所述牺牲层，并且在进行灰化工艺去除所述牺牲层之后，还要通过溶液清洗，去除残留的牺牲层材料，避免残留颗粒对后续工艺造成影响。在进行清洗之后，还需要进一步的干燥处理，以去除侧墙以及待刻蚀层表面残留的水溶液。由于所述侧墙的材料多为氧化硅或氮化硅，而所述氧化硅或氮化硅为亲水性材料，在进行干燥的过程中，随着相邻侧墙之间的水溶液逐渐减少，由于侧墙表面与溶液之间存在亲水性的作用，会使得侧墙发生倾斜（如图6所示），后续采用所述侧墙为掩膜刻蚀硬掩膜层和待刻蚀层时，会使得硬掩膜层和待刻蚀层中形成的图形产生变形，影响后续形成的器件的稳定性。

本发明的技术方案，提出一种双重图形的形成方法，在去除所述牺牲层之后，对所述侧墙表面进行疏水处理，表面在干燥过程中侧墙由于亲水性作用而发生倾斜，从而可以提高后续形成的刻蚀图形的准确性。

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。

请参考图7，提供待刻蚀材料层101和位于所述待刻蚀材料层101表面的硬掩膜层102。

所述待刻蚀材料层101为后续需要刻蚀的材料层。所述待刻蚀材料层101可以为单层或多层堆叠结构。所述待刻蚀材料层101的材料为介质层材料或金属材料或非金属材料。具体的，所述待刻蚀材料层101的材料为低介电常数材料、多晶硅、无定形硅、无定形碳、氧化硅、SiN、SiON、SiCN、SiC、BN、SiCO、SiCOH、BN、TiN、W、Al或Cu等。需要说明的是，所述待刻蚀层还可以为其他材料，刻蚀层的材料不应限制本发明的保护范围。

所述硬掩膜层102后续作为刻蚀所述待刻蚀材料层101的掩膜，在所述硬掩膜层102表面形成双重图形之后，将所述双重图形转移到所述硬掩膜层102上，然后以所述硬掩膜层102作为掩膜刻蚀所述待刻蚀材料层，由于所述硬掩膜层102的材料硬度较大，在刻蚀过程中掩膜图形不易发生变化，从而可以提高刻蚀图形的准确性，本实施例中，所述硬掩膜层102的材料为氮化硅。

请参考图8，在所述硬掩膜层102表面形成缓冲层103。

采用化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺形成所述缓冲层103，所述缓冲层103的厚度为0.5nm～1nm。

本实施例中，所述待刻蚀材料层101、硬掩膜层102和缓冲层103作为待刻蚀层。后续在所述缓冲层103表面形成的侧墙的材料与所述缓冲层103的材料相同，可以提高侧墙与待刻蚀层表面的粘附性，可以在后续工艺中，对侧墙产生一个固定侧墙的作用力，避免侧墙发生倾斜。

本实施例中，所述缓冲层103的材料为氧化硅，与硬掩膜层102的材料不相同，便于后续去除所述缓冲层103。

在本发明的其他实施例中，也可以不形成所述缓冲层，后续直接在硬掩膜层表面形成牺牲层和侧墙。

请参考图9，在所述缓冲层103上形成具有若干开口201的牺牲层200，所述开口201暴露出部分缓冲层103的表面。

所述牺牲层200的形成方法包括：在所述缓冲层103上形成牺牲材料层；在所述牺牲材料层表面形成图形化掩膜层，所述图形化掩膜层定义了开口的位置和大小；以所述图形化掩膜层为掩膜刻蚀所述牺牲材料层，在所述牺牲材料层内形成开口201，剩余牺牲材料层作为牺牲层200。

本实施例中，所述牺牲层200的材料与缓冲层103的材料以及后续形成的侧墙的材料不相同，以使各材料之间具有不同的刻蚀选择比。

在本发明的其他实施例中，直接在所述硬掩膜层102表面形成所述牺牲层200，所述牺牲层200的材料与硬掩膜层102的材料以及后续形成的侧墙的材料不相同，以使各材料之间具有不同的刻蚀选择比。

所述牺牲层200采用易于去除的材料，例如光刻胶、有机抗反射材料或无定形碳等。本实施例中，所述牺牲层200的材料为无定形碳。

请参考图10，在所述缓冲层103和牺牲层200表面形成侧墙材料层202。

所述侧墙材料层202的材料与牺牲层200的材料不相同，所述侧墙材料层202与缓冲层103接触面的材料相同。所述侧墙材料层202的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、氮碳化硅中的一种或几种。所述侧墙材料层202为单层结构或者多层堆叠结构，可以是氧化硅-氮化硅的双层堆叠结构或者氧化硅-氮化硅-氧化硅的三层堆叠结构。本实施例中，所述侧墙材料层202为单层的氧化硅层。在本发明的其他实施例中，所述侧墙材料层202为多层堆叠结构，所述多层堆叠结构中，与缓冲层直接接触的材料与缓冲层的材料相同。

本实施例中，采用原子层沉积工艺形成所述侧墙材料层202，采用原子层沉积工艺可以使所述侧墙材料层202表面具有较好的表面平整度，并且易于控制所述侧墙材料层202的厚度。在本发明的其他实施例中，还可以采用化学气相沉积工艺形成所述侧墙材料层202。

所述缓冲层103与位于所述缓冲层103表面的侧墙材料层202的材料相同，可以提高所述侧墙材料层202与缓冲层103之间的粘附性，使的后续刻蚀所述侧墙材料层202之后形成的侧墙与缓冲层103之间的接合更紧密，不容易发生坍塌或倾斜。

所述侧墙材料层202的厚度值小于相邻牺牲层200之间的开口201宽度尺寸的一半。

请参考图11，刻蚀所述侧墙材料层202（请参考图10），在所述牺牲层200侧壁表面形成侧墙203。

采用无掩膜刻蚀工艺，去除位于牺牲层200顶部表面以及缓冲层103表面部分侧墙材料层202（请参考图10），形成位于牺牲层200侧壁表面的侧墙203。

请参考图12，去除所述牺牲层200。

采用灰化工艺去除所述牺牲层200，也可以采用湿法刻蚀工艺去除所述牺牲层200。所述若干分立的侧墙203构成双重图形结构，后续以所述侧墙203为掩膜，将所述双重图形转移到硬掩膜层中，形成图形化硬掩膜层。

所述缓冲层103与侧墙203之间的结合比较牢固，在去除所述牺牲层200的过程中，不会对侧墙203的形态造成破坏。

请参考图13，对所述侧墙203表面进行疏水处理，使所述侧墙具有疏水性表面。

本实施例中，在所述侧墙203表面形成疏水薄膜204。所述疏水薄膜204的厚度小于1nm，可以是0.2nm、0.5nm或0.8nm，由于疏水薄膜204的厚度较小，不会对侧墙203的尺寸造成较大的影响。可以采用原子层沉积工艺或化学气相沉积工艺形成所述疏水薄膜204。

本实施例中，所述疏水薄膜204的材料为硅，采用原子层沉积工艺，在所述侧墙203薄膜以及缓冲层103薄膜形成一层硅膜，所述硅膜晶格结构排列整齐，缺陷少，具有疏水性，可以作为疏水薄膜。由于所述侧墙203的材料以及缓冲层103的材料中均含有硅，采用硅作为疏水薄膜材料，能够具有较好沉积质量。通过原子层沉积工艺形成所述疏水薄膜204，可以对所述疏水薄膜204的厚度进行较为准确的控制，避免形成的疏水薄膜204的厚度过大，影响后续形成的双重图形的尺寸，又可以避免所述疏水薄膜204的厚度过小，不足以提供疏水性表面，无法表面侧墙在后续工艺中发生倾斜。

在本发明的其他实施例中，还可以采用等离子体注入工艺，对所述侧墙203表面进行疏水处理。

具体的，所述等离子体注入的离子为Si，所述等离子体注入的偏置电压小于3kV，Si离子的注入剂量为5E16atom/cm²～5E17atom/cm²，注入深度小于1nm。所述等离子体注入的气体源至少包括SiH₄、Si₃H₈、Si₂H₆、SiCl₄、Si₅H₁₀等含硅气体中的一种。由于侧墙203的材料为氧化硅，侧墙表面具有氧离子，易与H离子等结合，从而具有亲水性。通过等离子体注入，利用硅离子取代氧原子的位置，使得所述侧墙表面的氧原子减少，从而使所述侧墙表面具有疏水性表面。

所述等离子体注入的偏置电压较低，避免注入离子的深度过大，使所述注入深度小于1nm，确保注入的硅离子集中在侧墙的表面附近，从而使侧墙表面具有疏水性。

在对所述侧墙203表面进行疏水处理之后，对所述缓冲层103表面及侧墙203表面进行清洗并干燥。

所述清洗溶液为NH₄OH和H₂O₂的水溶液。所述清洗溶液中，NH₄OH：H₂O₂：H₂O的浓度比例为1：1：5～1：2：7。所述清洗溶液能够去除所述缓冲层103及侧墙203表面残留的牺牲层材料，避免影响后续工艺。

在对所述缓冲层103表面及侧墙203表面进行冲洗之后，还要进行干燥处理，以去除所述缓冲层103表面的侧墙203之间及表面残留的水分。所述干燥处理为烘干处理。在烘干过程中，侧墙之间的溶液逐渐减少。现有技术中，由于侧墙具有亲水性表面，在溶液逐渐减少的过程中，侧墙会具有与溶液接触的趋势，从而使侧墙发生倾斜。而由于本实施例中，对所述侧墙表面进行了疏水性处理，使所述侧墙具有疏水性表面，从而在进行干燥的过程中，侧墙与溶液之间不会在发生作用，从而可以避免侧墙发生倾斜或坍塌现象，确保了双重图形的准确性。

请参考图14，以所述侧墙203及其表面的疏水薄膜204为掩膜，刻蚀所述缓冲层103和硬掩膜层102，形成图形化硬掩膜层112。

采用干法刻蚀工艺刻蚀所述缓冲层103和硬掩膜层102，将所述侧墙203构成的双重图形转移到硬掩膜层102（请参考图13）中，形成图形化硬掩膜层112，作为后续刻蚀待刻蚀材料层的掩膜。由于所述侧墙具有疏水性表面，在进行清洗及干燥的过程中，所述侧墙保持良好的形貌，从而确保了图形化硬掩膜层112中的双重图形的准确性。

请参考图15，去除所述图形化硬掩膜层112表面的缓冲层103、疏水薄膜204及侧墙203，以所述图形化硬掩膜层112为掩膜，刻蚀所述待刻蚀材料层101，在所述待刻蚀材料层101中形成双重图形。

采用湿法刻蚀工艺去除所述缓冲层103、疏水薄膜204及侧墙203，所述湿法刻蚀溶液可以是HF溶液。然后，以所述图形化硬掩膜层112为掩膜，刻蚀所述待刻蚀材料层101，将双重图形转移到待刻蚀材料层中。

由于本实施例中，对侧墙表面进行了疏水性处理，从而确保侧墙在后续工艺中保持良好的形貌，从而确保最终形成的双重图形的准确度较高，有利于后续形成的器件的质量。

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

1.一种双重图形的形成方法，其特征在于，包括：

提供待刻蚀层；

在所述待刻蚀层表面形成具有开口的牺牲层，所述开口暴露出部分待刻蚀层的表面；

在所述牺牲层的侧壁表面形成侧墙；

去除所述牺牲层；

对所述侧墙进行疏水处理，使所述侧墙具有疏水性表面；

对所述待刻蚀层表面及侧墙表面进行清洗和清洗后的干燥处理。

2.根据权利要求1所述的双重图形的形成方法，其特征在于，所述待刻蚀层包括：待刻蚀材料层和位于所述待刻蚀材料层表面的硬掩膜层。

3.根据权利要求2所述的双重图形的形成方法，其特征在于，所述待刻蚀层还包括位于所述硬掩膜层表面的缓冲层，所述缓冲层的材料与侧墙的材料相同。

4.根据权利要求3所述的双重图形的形成方法，其特征在于，所述缓冲层的厚度为0.5nm～1nm。

5.根据权利要求4所述的双重图形的形成方法，其特征在于，形成所述缓冲层的方法为原子层沉积工艺或化学气相沉积工艺。

6.根据权利要求1或3所述的双重图形的形成方法，其特征在于，对所述侧墙进行疏水处理的方法为等离子体注入工艺。

7.根据权利要求6所述的双重图形的形成方法，其特征在于，所述等离子体注入的离子为Si，所述等离子体注入的偏置电压小于3kV，Si离子的注入剂量为5E16atom/cm²～5E17atom/cm²，注入深度小于1nm。

8.根据权利要求7所述的双重图形的形成方法，其特征在于，所述等离子体注入采用的气体源至少包括SiH₄、Si₃H₈、Si₂H₆、SiCl₄、Si₅H₁₀中的一种。

9.根据权利要求1或3所述的双重图形的形成方法，其特征在于，对所述侧墙进行疏水处理的方法为在所述侧墙表面形成疏水薄膜。

10.根据权利要求9所述的双重图形的形成方法，其特征在于，采用化学气相沉积或原子层沉积工艺形成所述疏水薄膜。

11.根据权利要求10所述的双重图形的形成方法，其特征在于，所述疏水薄膜的厚度小于1nm。

12.根据权利要求11所述的双重图形的形成方法，其特征在于，所述疏水薄膜的材料为硅。

13.根据权利要求2所述的双重图形的形成方法，其特征在于，所述硬掩膜层的材料为氮化硅。

14.根据权利要求13所述的双重图形的形成方法，其特征在于，所述侧墙的材料为氧化硅。

15.根据权利要求1所述的双重图形的形成方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为无定形碳、光刻胶、有机抗反射材料。

16.根据权利要求15所述的双重图形的形成方法，其特征在于，采用灰化工艺去除所述牺牲层。

17.根据权利要求1所述的双重图形的形成方法，其特征在于，对所述待刻蚀层表面及侧墙表面进行清洗的溶液为NH₄OH和H₂O₂的水溶液。

18.根据权利要求3所述的双重图形的形成方法，其特征在于，还包括：以所述侧墙为掩膜，刻蚀所述硬掩膜层，形成图形化硬掩膜层；去除所述图形化硬掩膜层上的侧墙，以所述图形化硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述待刻蚀材料层，形成待刻蚀图形。

19.根据权利要求18所述的双重图形的形成方法，其特征在于，去除所述图形化硬掩膜层上的侧墙的同时，去除所述缓冲层。

20.根据权利要求19所述的双重图形的形成方法，其特征在于，采用湿法刻蚀工艺去除所述侧墙和缓冲层。