CN110571138A - 半导体器件的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种半导体器件的制作方法，包括：提供一基底，在所述基底上依次形成目标层、牺牲层以及图形化的光刻胶层，采用含氮的气体对所述图形化的光刻胶层进行等离子体处理，以在所述图形化的光刻胶层表面形成保护层，对所述牺牲层与所述目标层进行刻蚀，形成目标层核心图形，所述保护层能够防止在对牺牲层进行刻蚀的过程中对图形化的光刻胶层造成的过刻蚀，从而将光刻胶层的图形精确的转移到所述牺牲层内，并最终精确的转移到目标层内，从而改善目标层核心图形的线宽粗糙度及线边缘粗糙度，提高目标层核心图形的精度。

Description

半导体器件的制作方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体器件的制作方法。

背景技术

随着半导体技术的不断进步，半导体器件的工艺节点在不断缩小，在20nm及其以下节点，多重图形技术被应用于半导体领域，例如：双重的光刻与刻蚀(LELE，其中LE的全称为Litho-Etch)技术、多重的光刻与刻蚀(LELELE)技术、自对准双重图形(SADP)技术、自对准四重图形(SAQP)技术或自对准多重图形(SAMP)技术等。

其中，自对准多重图形技术由于对于图形的重合度具有比较好的可控性，被广泛的应用于半导体领域中。但是，在现有的自对准多重图形技术中，难以改善最终形成的图形的线宽粗糙度(LWR)与线边缘粗糙度(LER)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体器件的制作方法，改善图形的线宽粗糙度及线边缘粗糙度。

为实现上述目的，本发明提供一种半导体器件的制作方法，包括以下步骤：

提供一基底，在所述基底上依次形成目标层、牺牲层以及图形化的光刻胶层；

采用含氮的气体对所述图形化的光刻胶层进行等离子体处理，以在所述图形化的光刻胶层表面形成保护层；

对所述牺牲层与所述目标层进行刻蚀，形成目标层核心图形。

可选的，在一腔体内执行所述等离子体处理，执行所述等离子体处理时，所述腔体内的电极施加了偏置电压。

可选的，执行所述等离子体处理时，所述腔体内采用了偏置射频功率源。

可选的，所述偏置电压为50V～300V，所述偏置射频功率源打开的频率为10Hz～200Hz，占空比为10％～90％。

可选的，所述含氮的气体中还包括：氩气、氦气、氢气、碳氢化合物、氢氟烃中的一种或多种。

可选的，所述保护层为包含碳元素与氮元素的保护层。

可选的，所述保护层的厚度为

可选的，形成所述目标层之后，形成所述牺牲层之前，所述半导体器件的制作方法还包括：在所述目标层上形成刻蚀阻挡层；

在形成所述牺牲层之后，在形成所述图形化的光刻胶层之前，所述半导体器件的制作方法还包括：在所述牺牲层上形成抗反射层。

可选的，形成所述图形化的光刻胶层的步骤包括：

在所述抗反射层上形成光刻胶层；

对所述光刻胶层进行光刻工艺，形成图形化的光刻胶层。

可选的，所述抗反射层为电介质抗反射层，所述光刻工艺为准分子光刻技术、极紫外光刻技术或电子束光刻技术。

可选的，在形成所述图形化的光刻胶层之后，在所述牺牲层内形成图形之前，所述半导体器件的制作方法还包括：以图形化的光刻胶层为掩膜，对所述抗反射层进行刻蚀。

可选的，所述等离子体处理在形成所述图形化的光刻胶层之后，在对所述抗反射层进行刻蚀之前执行。

可选的，所述等离子体处理在对所述抗反射层进行刻蚀之后执行。

可选的，对所述牺牲层与所述目标层进行刻蚀，形成目标层核心图形的步骤包括：

以形成有所述保护层的所述图形化的光刻胶层为掩膜，对所述牺牲层进行刻蚀，形成牺牲层核心图形；

形成一绝缘层，所述绝缘层覆盖所述牺牲层核心图形的顶部及侧壁；

对所述绝缘层进行刻蚀，在所述牺牲层核心图形周围形成侧墙；

去除所述牺牲层核心图形；

以所述侧墙为掩膜，对所述目标层进行刻蚀，形成目标层核心图形。

与现有技术相比，本发明提供的半导体器件的制作方法具有以下有益效果：

在形成图形化的光刻胶层之后，对所述图形化的光刻胶层进行等离子体处理，以在所述图形化的光刻胶层表面形成保护层，然后对牺牲层与目标层进行刻蚀，形成目标层核心图形，所述保护层能够防止在对牺牲层进行刻蚀的过程中对图形化的光刻胶层造成的过刻蚀，从而将光刻胶层的图形精确的转移到所述牺牲层内，并最终精确的转移到目标层内，从而改善目标层核心图形的线宽粗糙度及线边缘粗糙度，提高目标层核心图形的精度。

附图说明

图1～5为一自对准双重图形的制作方法的各步骤结构示意图。

图6为本发明一实施例所提供的半导体器件的制作方法的流程图。

图7～图12为本发明一实施例所提供的半导体器件的制作方法的各步骤结构示意图。

图13a～13c为本发明一实施例所提供的进行等离子处理时有无施加偏置电压的牺牲层核心图形示意图。

图14a～14c为本发明一实施例所提供的进行等离子处理时有无设置偏置射频功率源的牺牲层核心图形示意图。

具体实施方式

图1～5为一自对准双重图形的制作方法的各步骤结构示意图。如图1～5所述，对所述自对准双重图形的制作方法进行具体介绍：

首先，请参考图1所示，提供一基底10，在所述基底10上依次形成目标层20，刻蚀阻挡层30、牺牲层40以及抗反射层50，然后在所述抗反射层50上形成光刻胶层，对所述光刻胶层进行曝光与刻蚀，在所述光刻胶层内形成图形，形成图形化的光刻胶层60。

然后，请参考图2并结合图1，以所述图形化的光刻胶层60为掩膜进行刻蚀工艺，依次对未被图形化的光刻胶层60覆盖的抗反射层50与牺牲层40进行刻蚀，形成抗反射层核心图形51与牺牲层核心图形41。

接着，请参考图3所示，在上述结构上形成一绝缘层60，所述绝缘层60覆盖所述抗反射层核心图形51的顶部表面、所述抗反射层核心图形51与牺牲层核心图形41的侧壁表面以及所述阻挡层30的上表面。

接着，如图4所示，去除所述抗反射层核心图形51顶部表面，以及所述阻挡层30上表面的所述绝缘层60，以形成侧墙61。然后，去除所述抗反射层核心图形51与所述牺牲层核心图形41。

最后，以所述侧墙61为掩膜对所述刻蚀阻挡层30以及所述目标层20进行刻蚀，形成刻蚀阻挡层核心图形31与目标层核心图形21，然后去除所述侧墙61，形成如图5所示的结构。之后，还可以去除所述阻挡层核心图形31。

在上述的形成方法中，将光刻胶层的图形转移到所述抗反射层50与牺牲层40内，然后再将所述抗反射层50与牺牲层40内的图形转移到所述刻蚀阻挡层30以及所述目标层20内，最终形成所需的图形。在转移过程中需要保持图形的精确度，即需要完成图形的精确转移，但是，在以图形化的光刻胶层60为掩膜对所述抗反射层50与牺牲层40进行刻蚀的过程中，不可避免的会对图形化的光刻胶层60造成刻蚀，即对光刻胶层内的图形产生了刻蚀，而图形化的光刻胶层60是作为掩膜的，它的刻蚀会造成对所述抗反射层50与牺牲层40的过刻蚀，从而导致所述抗反射层核心图形51与牺牲层核心图形41与初始的所述光刻胶层的图形不一致，最终会导致目标层核心图形21达不到预定的要求。

并且，在对所述抗反射层50与牺牲层40进行刻蚀的过程中，对图形化的光刻胶层60的刻蚀不均匀，会导致最终形成的核心图形的线宽粗糙度以及线边缘粗糙度达不到预定要求。

针对上述问题，本申请发明人提出了一种半导体器件的制作方法，包括：提供一基底，在所述基底上依次形成目标层、牺牲层以及图形化的光刻胶层；采用含氮的气体对所述图形化的光刻胶层进行等离子体处理，以在所述图形化的光刻胶层表面形成保护层；对所述牺牲层与所述目标层进行刻蚀，形成目标层核心图形。

本发明提供的半导体器件的制作方法中，在形成图形化的光刻胶层之后，对所述图形化的光刻胶层进行等离子体处理，以在所述图形化的光刻胶层表面形成保护层，然后对牺牲层与目标层进行刻蚀，形成目标层核心图形，所述保护层能够防止在对牺牲层进行刻蚀的过程中对图形化的光刻胶层造成的过刻蚀，从而将光刻胶层的图形精确的转移到所述牺牲层内，并最终精确的转移到目标层内，从而改善目标层核心图形的线宽粗糙度及线边缘粗糙度，提高目标层核心图形的精度。

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应对此作为本发明的限定。

本发明提供一种半导体器件的制作方法，如图6所示，包括以下步骤：

步骤S100：提供一基底，在所述基底上依次形成目标层、牺牲层以及图形化的光刻胶层；

步骤S200：采用含氮的气体对所述图形化的光刻胶层进行等离子体处理，以在所述图形化的光刻胶层表面形成保护层；

步骤S300：对所述牺牲层与所述目标层进行刻蚀，形成目标层核心图形。

图7～图12为本发明一实施例所提供的半导体器件的制作方法的各步骤的结构示意图，请参考图6所示，并结合图7～图12，详细说明本发明提出的半导体器件的制作方法：

在步骤S100中，请参考图7所示，提供一基底100，在所述基底100上依次形成目标层200、牺牲层400以及图形化的光刻胶层600。

首先，提供一基底100，所述基底100的材质可以为硅基底，也可以是锗、锗硅、砷化镓基底或绝缘体上硅基底。本领域技术人员可以根据需要选择所述基底100，因此基底100的类型不应限制本发明的保护范围。在所述基底100中还可以形成掺杂区或者半导体结构等，本发明对此不做限定。

然后，在所述基底100上依次形成目标层200、牺牲层400以及光刻胶层。优选的，在所述目标层200与所述牺牲层400之间还形成有刻蚀阻挡层300，以防止对所述牺牲层400进行刻蚀的过程中对所述目标层200造成刻蚀。优选的，在所述牺牲层400与所述光刻胶层之间还形成有抗反射层500，所述抗反射层500为能够有效消除光反射形成驻波的抗反射材料，增设所述抗反射层500能够增加曝光能力范围和聚焦，能够在更小线宽下得到较好的光刻图形。也就是说，在所述基底100上依次形成目标层200、刻蚀阻挡层300、牺牲层400、抗反射层500以及光刻胶层。

优选的，所述目标层200的材质为多晶硅层，所述刻蚀阻挡层300与所述牺牲层400的材质为氧化硅、氮化硅或由氧化硅与氮化硅组成的叠层。所述抗反射层500优选为电介质抗反射层。本实施例中，所述抗反射层500为底部抗反射层，在其他实施例中，所述抗反射层500也可以为顶部抗反射层。

然后，形成图形化的光刻胶层600，具体的，对所述光刻胶层进行光刻工艺，即进行曝光与显影，形成图形化的光刻胶层600。所述光刻采用的技术包含但不限于准分子光刻技术、极紫外光刻技术或电子束光刻技术。

在步骤S200中，请参考图8所示，采用含氮的气体对所述图形化的光刻胶层600进行等离子体处理，以在所述图形化的光刻胶层600表面形成保护层610。

具体的，将上述结构放置于用含氮的气体所形成的等离子体环境的腔体中，以对图形化的光刻胶层600进行等离子体处理，在所述图形化的光刻胶层600的表面形成保护层610。

所述保护层610能够保护所述图形化的光刻胶层600，避免在后续以所述图形化的光刻胶层600为掩膜对所述抗反射层500与牺牲层400进行刻蚀时，对所述图形化的光刻胶层600造成过刻蚀，从而使得所述光刻胶层的图形能够精确的转移到所述牺牲层400中，改善所述牺牲层400内的核心图形的线宽粗糙度与线边缘粗糙度。

优选的，在执行等离子处理时，所述腔体内的电极被施加偏置电压，所述偏置电压优选为50V～300V，例如，所述偏置电压为50V、100V、150V、200V、250V或300V。经研究发现，施加偏置电压能够进一步改善核心图形的线宽粗糙度与线边缘粗糙度。

更优选的，在执行等离子处理时，所述腔体内设置偏置射频功率源，所述偏置射频功率源不断的打开与关闭，提供偏置射频功率。所述偏置射频功率源打开的频率优选为10Hz～200Hz，占空比优选为10％～90％，例如，所述偏置射频功率源打开的频率为10Hz、50Hz、100Hz、150Hz或200Hz，所述偏置射频功率源打开的占空比为10％、30％、60％或90％。经研究发现，设置偏置射频功率源能够进一步改善核心图形的线宽粗糙度与线边缘粗糙度。

所述含氮的气体还包括：氩气、氦气、氢气、碳氢化合物(CxHy)、氢氟烃(CxHyFz)中的一种或多种，其中，x，y，z均为正整数，并且碳氢化合物与氢氟烃中x、y可以互不相同。含氮的气体与光刻胶层发生反应，在所述图形化的光刻胶层600表面形成包含碳元素与氮元素的保护层601，所述保护层610的厚度优选为例如所述保护层610的厚度为或

在步骤S300中，对所述牺牲层400与所述目标层200进行刻蚀，形成目标层核心图形210，如图12所示。

具体的，首先，以所述图形化的光刻胶层600为掩膜对所述抗反射层500进行刻蚀，形成抗反射层核心图形510。需要说明的是，该过程可以在等离子体处理之前，也可以在等离子体处理之后。即可以是：对光刻胶层进行光刻形成图形化的光刻胶层600，然后以所述图形化的光刻胶层600为掩膜对所述抗反射层500进行刻蚀，形成抗反射层核心图形510，然后对所述图形化的光刻胶层600进行等离子体处理，在所述图形化的光刻胶层600的表面形成保护层610。也可以是：对光刻胶层进行光刻形成图形化的光刻胶层600，然后对所述图形化的光刻胶层600进行等离子体处理，在所述图形化的光刻胶层600的表面形成保护层610，然后以形成保护层610的所述图形化的光刻胶层600为掩膜对所述抗反射层500进行刻蚀，形成抗反射层核心图形510。

可以理解的是，以所述图形化的光刻胶层600为掩膜，与以形成保护层610的所述图形化的光刻胶层600为掩膜进行刻蚀，其掩膜的尺寸并不相同，刻蚀之后形成的核心图形的尺寸也不相同。需要通过光刻胶层上的图形尺寸以及保护层的尺寸来控制最终图形的尺寸。

接着，以形成有所述保护层610的所述图形化的光刻胶层600为掩膜对所述牺牲层400进行刻蚀，形成牺牲层核心图形410，如图9所示。

通过对所述抗反射层500以及牺牲层600的刻蚀，将光刻胶层中的图形转移到所述牺牲层400内，形成牺牲层核心图形410。由于在上述步骤中，在对牺牲层400进行刻蚀之前，对所述图形化的光刻胶层600进行等离子处理步骤，在所述图形化的光刻胶层600的表面形成保护层610，能够在后续刻蚀过程中保护图形化的光刻胶层600，避免对所述图形化的光刻胶层造成过刻蚀，将光刻胶层的图形精确的转移到所述牺牲层400内，提高牺牲层核心图形410的线宽粗糙度及线边缘粗糙度。

进一步的，进行等离子处理的腔体内的电极被施加偏置电压，施加偏置电压能够进一步改善核心图形的线宽粗糙度与线边缘粗糙度。请参考图13a～13c所示，其为本发明一实施例所提供的进行等离子处理时有无施加偏置电压的牺牲层核心图形示意图。图13a表面未进行等离子体处理这一步骤，图13b表示在进行等离子体处理时并未施加偏置电压，图13c表示在进行等离子体处理时施加偏置电压，从图13a至13c可以明显看出，牺牲层核心图形的线宽粗糙度及线边缘粗糙度得到明显改善。经测量发现，图13b与图13a相比，其线宽粗糙度改善26％，图13b与图13c相比，其线宽粗糙度改善35％，其线边缘粗糙度改善72％。

更进一步的，进行等离子处理的腔体内设置偏置射频功率源，所述偏置射频功率源不断的打开与关闭，提供偏置射频功率，能够进一步改善核心图形的线宽粗糙度与线边缘粗糙度。请参考图14a～14c所示，其为本发明一实施例所提供的进行等离子处理时有无设置偏置射频功率源的牺牲层核心图形示意图。图14a表示在进行等离子体处理时未施加偏置电压并且未设置偏置射频功率源，图14b表示在进行等离子体处理时施加偏置电压并且未设置偏置射频功率源，图14c表示在进行等离子体处理时施加偏置电压并且设置偏置射频功率源。从图14a至14c可以明显看出，牺牲层核心图形的线宽粗糙度及线边缘粗糙度得到明显改善。经测量发现，图14b与图14a相比，其线宽粗糙度改善35％，其线边缘粗糙度改善72％，图14b与图14c相比，其线宽粗糙度改善9％，其线边缘粗糙度改善16％。

形成所述牺牲层核心图形410之后，本实施例所提供的半导体器件的制作方法还包括：形成一绝缘层600，所述绝缘层600覆盖所述牺牲层核心图形410的顶部及侧壁，如图10所示。具体的，所述绝缘层600覆盖所述抗反射层核心图形510的顶部表面、所述抗反射层核心图形510与牺牲层核心图形410的侧壁表面以及所述阻挡层300的上表面。

接着，对所述绝缘层600进行刻蚀，在所述牺牲层核心图形410周围形成侧墙610，如图11所示。具体的，去除所述抗反射层核心图形510顶部表面，以及所述阻挡层300上表面的所述绝缘层600，在所述抗反射层核心图形510与所述牺牲层核心图形410周围形成侧墙610。然后去除所述牺牲层核心图形410，形成如图11所示的结构。

最后，以所述侧墙610为掩膜，对所述目标层200进行刻蚀，形成目标层核心图形210，如图12所示。具体的，以所述侧墙610为掩膜，对所述刻蚀阻挡层300进行刻蚀，形成刻蚀阻挡层核心图形310，接着继续对所述目标层400进行刻蚀，形成目标层核心图形210，最后去除所述侧墙610，形成如图12所示的结构。当然，最后还可以去除所述刻蚀阻挡层核心图形310，在基底100上形成目标层核心图形210。

由于在上述步骤中，将光刻胶层的图形精确的转移到了牺牲层400内，提高了牺牲层核心图形410的线宽粗糙度及线边缘粗糙度，然后将牺牲层400内的图形精确的转移到目标层200内，形成线宽粗糙度及线边缘粗糙度得到改善的目标层核心图形210。

综上所述，本发明提供的半导体器件的制作方法中，在形成图形化的光刻胶层之后，对所述图形化的光刻胶层进行等离子体处理，以在所述图形化的光刻胶层表面形成保护层，然后对牺牲层与目标层进行刻蚀，形成目标层核心图形，所述保护层能够防止在对牺牲层进行刻蚀的过程中对图形化的光刻胶层造成的过刻蚀，从而将光刻胶层的图形精确的转移到所述牺牲层内，并最终精确的转移到目标层内，从而改善目标层核心图形的线宽粗糙度及线边缘粗糙度，提高目标层核心图形的精度。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (14)

1.一种半导体器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一基底，在所述基底上依次形成目标层、牺牲层以及图形化的光刻胶层；

采用含氮的气体对所述图形化的光刻胶层进行等离子体处理，以在所述图形化的光刻胶层表面形成保护层；

对所述牺牲层与所述目标层进行刻蚀，形成目标层核心图形。

2.如权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，在一腔体内执行所述等离子体处理，执行所述等离子体处理时，所述腔体内的电极施加了偏置电压。

3.如权利要求2所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，执行所述等离子体处理时，所述腔体内采用了偏置射频功率源。

4.如权利要求3所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述偏置电压为50V～300V，所述偏置射频功率源打开的频率为10Hz～200Hz，占空比为10％～90％。

5.如权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述含氮的气体中还包括：氩气、氦气、氢气、碳氢化合物、氢氟烃中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述保护层为包含碳元素与氮元素的保护层。

7.如权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述保护层的厚度为

8.如权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，形成所述目标层之后，形成所述牺牲层之前，所述半导体器件的制作方法还包括：在所述目标层上形成刻蚀阻挡层；

在形成所述牺牲层之后，在形成所述图形化的光刻胶层之前，所述半导体器件的制作方法还包括：在所述牺牲层上形成抗反射层。

9.如权利要求8所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，形成所述图形化的光刻胶层的步骤包括：

在所述抗反射层上形成光刻胶层；

对所述光刻胶层进行光刻工艺，形成图形化的光刻胶层。

10.如权利要求9所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述抗反射层为电介质抗反射层，所述光刻工艺为准分子光刻技术、极紫外光刻技术或电子束光刻技术。

11.如权利要求9所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，在形成所述图形化的光刻胶层之后，在所述牺牲层内形成图形之前，所述半导体器件的制作方法还包括：以图形化的光刻胶层为掩膜，对所述抗反射层进行刻蚀。

12.如权利要求11所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述等离子体处理在形成所述图形化的光刻胶层之后，在对所述抗反射层进行刻蚀之前执行。

13.如权利要求11所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，所述等离子体处理在对所述抗反射层进行刻蚀之后执行。

14.如权利要求1～13中任一项所述的半导体器件的制作方法，其特征在于，对所述牺牲层与所述目标层进行刻蚀，形成目标层核心图形的步骤包括：

以形成有所述保护层的所述图形化的光刻胶层为掩膜，对所述牺牲层进行刻蚀，形成牺牲层核心图形；

形成一绝缘层，所述绝缘层覆盖所述牺牲层核心图形的顶部及侧壁；

对所述绝缘层进行刻蚀，在所述牺牲层核心图形周围形成侧墙；

去除所述牺牲层核心图形；

以所述侧墙为掩膜，对所述目标层进行刻蚀，形成目标层核心图形。