CN117075424A - 一种优化光刻胶线宽粗糙度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种优化光刻胶线宽粗糙度的方法;该方法用于晶片光阻曝光之后,刻蚀之前,加工层包括至少一个图案化层和一个蚀刻目标层。在将图案转移到蚀刻目标层之后,可以实现图案化层的CD与蚀刻目标层的CD之间的转移。在蚀刻目标层被刻蚀之前,使用多步及多种等离子体气相来对光阻等有机物层进行修整,以使光刻胶的线条边缘粗糙度达到预设值。根据本发明,优化光刻胶线宽粗糙度,有利于减小刻蚀后衬底图形的粗糙度,提升器件性能,同时有助于减少先进节点中spacer对光刻胶形貌的影响。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路与半导体器件领域,尤其涉及一种优化光刻胶线宽粗糙度的方法。
背景技术
随着集成电路技术飞速发展,如何进一步缩小芯片面积成为了一个越来越重要的难题。随着器件特征尺寸线宽下降至100nm以下时,线宽粗糙度(Line Width Roughness,LWR)对集成电路加工工艺的和器件的影响已无法忽略,成为严重制约集成电路持续发展的瓶颈之一。光刻胶边缘粗糙度和光刻胶下多晶硅粗糙度的改善一直是光刻领域的一个热门课题。这些粗糙度在刻蚀时会被转移到半导体衬底上,线宽粗糙度变大会增大晶体管的阈值电压的变化,显著地增加漏电流,同时引起器件间性能的差异,导致器件电学性能的不稳定。如何降低LWR.成为目前多晶硅栅蚀刻面临的严峻挑战。
传统技术利用光致抗蚀剂关键尺寸(CD)转移方案,曝光显影后,光刻胶图形的边缘是粗糙不平的。同时,在显影过程中,显影液、去离子水会产生表面张力而对图案施加横向的拉力,尤其对于高宽比较大的图案,会造成光刻胶倒胶等现象。光致抗蚀剂被图案化到一定尺寸后利用等离子体蚀刻修整工艺来修整光刻胶边缘,降低LWR。刻蚀前的等离子体处理指采用H2、HBr、Ar等离子体处理光刻胶,所产生的真空紫外光(VUV)可以改变光阻表面的分子结构,使局部重新流动和部分键断裂,有利于表面的光滑和硬化,从而减少LWR。另一方面,过度硬化会使含碳的物质挥发,并再沉淀在光阻表面,沉积的不均匀性可能使粗糙度恶化。已经发现,随着半间距减小,特别是接近30nm或更小的间距,在修整CD的图案转移工艺期间线宽粗糙度(LWR)反而增加。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足,进一步降低线宽粗糙度,满足先进制程需求;提出一种优化光刻胶线宽粗糙度的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种优化光刻胶线宽粗糙度的方法,包括:
将表面有光刻胶图形的晶片置于真空反应室中:在光刻胶图形的表面原位均匀沉积有机薄膜并使用descum工艺进行吹扫,刻蚀除光阻顶部外的有机薄膜;
使用真空紫外射线和等离子气体对光刻胶图形进行修整处理,以减小光刻胶图形的线宽粗糙度,保证光刻胶图形的稳定性;最后通过修整后的图案化有机掩模蚀刻该蚀刻层,同时判断所述光刻胶的线宽粗糙度是否达到预设值,得到线条边缘粗糙度达到预设值的光刻胶。
进一步地,沉积有机薄膜采用碳氢或碳氟气体,沉积温度低于150℃。
进一步地,所述刻蚀部分有机薄膜具体为:采用电感耦合等离子体刻蚀机或变压器耦合等离子体反应器刻蚀有机薄膜,保留光阻顶部有机薄膜。
进一步地,所述沉积步骤之后至少包括两次使用VUV射线和等离子气体对光刻胶图形进行修整处理,两种等离子体处理交替进行。
进一步地,所述等离子气体对光刻胶图形进行修整处理具体为:
使用电感耦合反应器或者变压器耦合等离子体反应器对有机薄膜进行各向同性刻蚀。
进一步地,所述真空紫外射线为将稀有气体等离子化后提供至该真空室以产生真空紫外射线;利用真空紫外射线改变光刻胶形貌,修整光刻胶边缘,降低线宽粗糙度;稀有气体通入流量为0sccm~200sccm之间,通入时间为5s~60s。
进一步地,所述descum工艺采用电感耦合等离子体刻蚀机或变压器耦合等离子体反应器,腔体压力5mTorr~80mTorr,Source power在0w-200w之间,Bias power在0w~100w之间,气体采用N2、CO2或CO,流量为0sccm~100sccm。
本发明的有益效果:
本发明提供一种在CD修整期间减少LWR劣化和光刻胶倒胶现象的集成技术。相较于常见的光刻胶修整工艺,利用了含碳层的沉积,保护了光刻胶图案,避免了在等离子体修整过程中可以出现的LWR劣化和光刻胶倒胶现象。同时,为去除部分基底生产的含碳有机物,引入原位等离子沉积和descum吹扫工艺,通过在光刻胶图案表面沉积一定含碳有机层、使用等离子体去除光刻过程中的有机残留物、产生VUV射线来修整光刻胶形貌,有利于进一步降低线宽粗糙度,更好地使光刻胶图案转移到衬底上,满足先进制程需求
附图说明
图1为可用于本发明的一个工艺流程图;
图2为解释线宽粗糙度的示意图,图示为线宽粗糙度较大的line-space图;
图3是图案化工艺后形成在衬底上的光阻层\ARC层\刻蚀层\前层或光阻层\ARC层\硬掩膜层\刻蚀层\前层的剖视示意图;
图4示意性地描绘了有机层沉积后的剖视示意图;
图5示意性地描绘了部分有机沉积层去除后的剖视示意图;
图6示意性地描绘了经过修整、刻蚀后的叠层示意图;
图7是本发明实施例所使用的一个等离子处理室的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。然而,对于本领域的技术人员来说,本发明没有这些具体细节中的一些或全部仍然可以实施。特定特性、结构、材料、或特征可以以任何适合方式结合到一个或更多个实施方案在其它情况下,没有对已知的工艺步骤和/或结构进行详细描述,以免不必要地模糊本发明。
第一实施例
在第一实施例中,如图1所示,提供了一种用于形成光刻胶掩模的方法,包括图案制备,沉积步骤,多次修整以及蚀刻得到目标图形;具体为:
将表面有光刻胶图形的晶片置于真空反应室中:在光刻胶图形的表面原位均匀沉积有机薄膜并使用descum工艺进行吹扫,刻蚀除光阻顶部外的有机薄膜;
使用真空紫外射线和等离子气体对光刻胶图形进行修整处理,以减小光刻胶图形的线宽粗糙度,保证光刻胶图形的稳定性;最后通过修整后的图案化有机掩模蚀刻该蚀刻层,同时判断所述光刻胶的线宽粗糙度是否达到预设值,得到线条边缘粗糙度达到预设值的光刻胶。
在第一第二实施例中,曝光显影后光刻胶(Photoresist,PR)图案根据设计分为1D和2D两大类,本发明实施例为便于比较均选取1D(line-space)以及未修OPC的光阻图形。
本发明改善线宽粗糙度的方法包括在光刻胶图案表面原位沉积一定厚度含碳有机层step1、去除未被光阻覆盖区域沉积的碳step2、使用VUV射线修整光刻胶形貌step3、使用等离子气体修整光刻胶形貌step4以及刻蚀并得到优化后的LWR step5。
图2是为解释线宽粗糙度的示意图,图2中的line-space图反映出较大的线宽粗糙度,本实施例研究的线宽粗糙度用于表征线宽偏移平均宽的程度,与线边粗糙度(LER)存在以下关联,LWR在长程和短程增加会分别导致器件参数漂移和漏电增加。
σLWR为线宽粗糙度,σLER为线边缘粗糙度
图3是图案化工艺后形成在衬底上的光阻层102/ARC层104/刻蚀层108/前层100或光阻层102/ARC层104/硬掩膜层106/刻蚀层108/前层100的剖视示意图,前层100是由硅、氧化硅或者氮化硅材料形成。108为待刻蚀层,图中所示叠层结构可以包括一个或更多个刻蚀中间层。例如,衬底可以是具有在半导体晶片上或半导体晶片中形成的许多工艺层的半导体晶片。在一些实施例中,半导体衬底可以是晶体硅衬底、晶体硅碳衬底、晶体硅锗衬底、III-V族化合物半导体衬底等。部分实施案例中只有光阻层102和ARC层104或光阻层102和硬掩膜层106。
图4是沉积步骤step1后的叠层结构示意图,区别于常规的使用等离子增强化学气相沉积设备(PECVD)进行有机薄膜110沉积的方法,本实施例采用等离子沉积有机薄膜,沉积厚度根据光刻胶的厚度、边缘粗糙度和周围环境设定,通常光阻顶部有机薄膜沉积的厚度最大,底部次之,侧壁最少,有机薄膜沉积厚度通常为几到几nm,有机薄膜的沉积气体选用碳氢或碳氟气体,例如CH4,CO2,CO,CF4,CH3F,CH2F2,CH2F2,等气体中的一种或多种组合,沉积温度低于150℃。
沉积过程中同时进行descum轻度吹扫工艺,原位沉积区别于传统的CVD沉积方法,有机薄膜的沉积气体选用碳氢或碳氟气体,例如CH4,CO2,CO,CF4,CH3F,CH2F2,CH2F2,等气体中的一种或多种组合,沉积温度低于100℃,沉积过程中保持腔体处于低压状态,含碳气体流量为0sccm~100sccm之间。在一些实施例中,含碳层的厚度小于或等于约50埃。descum轻度吹扫工艺用于去除部分未被光阻覆盖区域沉积的碳,descum后叠层示意如图5。本例中,descum吹扫工艺采用电感耦合等离子体刻蚀机(ICP)或变压器耦合等离子体反应器(TCP),腔体压力5mTorr~80mTorr,Source power在0w-200w之间,Bias power在0w~100w之间,气体采用N2、CO2或CO,流量为0sccm~100sccm。
图5是step2后的叠层示意图,step1中原位沉积的有机薄膜在step2后部分结构如图5所示,利用顶部剩余含碳层,保护了光刻胶图案,避免了在等离子体修整过程中可以出现的LWR劣化和光刻胶倒胶现象。刻蚀步骤step2中,采用电感耦合等离子体刻蚀机(ICP)或变压器耦合等离子体反应器(TCP)刻蚀部分含碳沉积层,保留光阻顶部含碳沉积层。其中,腔体压力5mTorr~80mTorr,Source power在100w-1000w之间,Bias power在0w~200w之间,刻蚀气体采用O2、Cl2和He,O2流量为20sccm~100sccm,Cl2流量为20sccm~200sccm,He流量为0sccm~200sccm,通入时间为3s~30s。
图6是step3、4、5后的叠层示意图,step3中将高强度真空紫外线(VUV)生产气体(HBr,H2,Ar,CF4,N2,NH3)提供至具有衬底的真空室,具体实施例中,流量为0sccm~200sccm之间,通入时间为5s~60s,离子化该VUV生产气体以产生VUV射线来辐照该光刻胶掩模。所述气体还可包括CH3F、N2中的一种或两种,以作为稀释气体。使光阻局部重新流动和部分键断裂,光阻的重新流动有利于平滑凹坑或者凸起,有利于表面的光滑和硬化,驱使光刻胶图形发生回流(reflow),进而减小了光刻胶图形的线宽粗糙度。在修整步骤step4中,采用电感耦合等离子体刻蚀机(ICP)或TCP对有机薄膜进行各向同性刻蚀。其中,腔体压力5mTorr~80mTorr,Source power在100w-1000w之间,Bias power在0w~200w之间,气体采用CH4,O2,CH2F2,CH2F2,N2,HBr,Cl2中的组合,流量为0sccm~200sccm之间,通入时间为5s~20s。刻蚀步骤step5与前两步均使用同一机台刻蚀,刻蚀气体为CH4,O2,CH2F2,CH2F2,N2,HBr,Cl2中气体组合,蚀刻层108的LWR为最终优化后LWR,优化后的光阻LWR经过刻蚀转移至蚀刻层108,经过测量LWR由7~8降低至3左右,证实了本方法的方法易于实现且效果显著。图7是本实施例所使用的一个常见的等离子处理室的示意图。等离子刻蚀机的组成包括等离子发生器(RF Generator),真空室和电极等模块。其工作原理是用等离子体中的自由基去轰击或溅射被刻蚀材料的表面分子,形成易挥发物质,从而实现刻蚀的目的。本专利部分等离子刻蚀机采用反应离子刻蚀(RIE)技术。在RIE的基础上,上电极外部接有螺旋形的导电线圈或平面形的盘型线圈,通13.56MHz射频后激发产生等离子体,在较宽的压力范围内能产生高密度的等离子体,可以精确的控制等离子体的撞击动能和等离子体密度。
第二实施例
第二实施例第一实施例的所述的step3和step4顺序相反,刻蚀部分含碳有机层后使用等离子气体修整光刻胶形貌,随后使用VUV射线修整光刻胶形貌以及刻蚀并得到优化后的LWR。
以上所述仅为本说明书一个或多个实施例的较佳实施例而已,并不用以限制本说明书一个或多个实施例,凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本说明书一个或多个实施例保护的范围之内。
上述实施例用来解释说明本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种优化光刻胶线宽粗糙度的方法,其特征在于,包括:
将表面有光刻胶图形的晶片置于真空反应室中:在光刻胶图形的表面原位均匀沉积有机薄膜并使用descum工艺进行吹扫,刻蚀除光阻顶部外的有机薄膜;
使用真空紫外射线和等离子气体对光刻胶图形进行修整处理,以减小光刻胶图形的线宽粗糙度,保证光刻胶图形的稳定性;最后通过修整后的图案化有机掩模蚀刻该蚀刻层,同时判断所述光刻胶的线宽粗糙度是否达到预设值,得到线条边缘粗糙度达到预设值的光刻胶。
2.根据权利要求1所述的一种优化光刻胶线宽粗糙度的方法,其特征在于,沉积有机薄膜采用碳氢或碳氟气体,沉积温度低于150℃。
3.根据权利要求1所述的一种优化光刻胶线宽粗糙度的方法,其特征在于,所述刻蚀部分有机薄膜具体为:采用电感耦合等离子体刻蚀机或变压器耦合等离子体反应器刻蚀有机薄膜,保留光阻顶部有机薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种优化光刻胶线宽粗糙度的方法,其特征在于,所述沉积步骤之后至少包括两次使用VUV射线和等离子气体对光刻胶图形进行修整处理,两种等离子体处理交替进行。
5.根据权利要求1所述的一种优化光刻胶线宽粗糙度的方法,其特征在于,所述等离子气体对光刻胶图形进行修整处理具体为:
使用电感耦合反应器或者变压器耦合等离子体反应器对有机薄膜进行各向同性刻蚀。
6.根据权利要求1所述的一种优化光刻胶线宽粗糙度的方法,其特征在于,所述真空紫外射线为将稀有气体等离子化后提供至该真空室以产生真空紫外射线;利用真空紫外射线改变光刻胶形貌,修整光刻胶边缘,降低线宽粗糙度;稀有气体通入流量为0sccm~200sccm之间,通入时间为5s~60s。
7.根据权利要求1所述的一种优化光刻胶线宽粗糙度的方法,其特征在于,所述descum工艺采用电感耦合等离子体刻蚀机或变压器耦合等离子体反应器,腔体压力5mTorr~80mTorr,Source power在0w-200w之间,Bias power在0w~100w之间,气体采用N2、CO2或CO,流量为0sccm~100sccm。
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CN202311018546.5A CN117075424A (zh) | 2023-08-14 | 2023-08-14 | 一种优化光刻胶线宽粗糙度的方法 |
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2023
- 2023-08-14 CN CN202311018546.5A patent/CN117075424A/zh active Pending
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