专利名称：通孔刻蚀方法及通孔掩膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种通孔刻蚀方法及通 孔掩膜。
背景技术：
随着半导体器件临界尺寸的不断缩小，在光刻工艺中，为形成具有 更小临界尺寸的抗蚀剂层图形，仅仅利用更短波长的曝光光源已不能满 足实际需要。近年来，业界通常采用在抗蚀剂层图形形成后附加某种处 理的办法缩小所述图形的尺寸。具体地，为得到具有更小尺寸的通孔， 则需要缩小在抗蚀剂层上形成的通孔的尺寸。
通常，可采用有熔化工艺缩小通孔尺寸。所述有熔化工艺是通过在 抗蚀剂层上形成接触孔图形后对半导体基板施行加热处理的办法，使抗 蚀剂层向孔的内侧流动，以缩小通孔尺寸的工艺。
jt匕夕卜，还可利用RELACS (Resolution Enhancement Of Lithography By Assist of Chemical Shrink,借助于化学收缩增强光刻分辨率)工艺缩 小通孔尺寸。所述RELACS工艺通过在通孔形成后向半导体基板上旋涂水 溶性树脂，所述水溶性树脂加热后将与抗蚀剂层中的酸性成分发生交联 反应；然后，借助于加热处理，使得水溶性树脂与抗蚀剂层中的酸之间 发生交联反应，在抗蚀剂层的表面上形成膜，借助于此缩小通孔尺寸。
类似地，还可采用SAFIRE (加热收缩)工艺缩小通孔尺寸。所述SAFIRE 工艺通过在形成通孔后向半导体基板上涂^一受热收缩的水溶性树脂， 然后，进行加热，并借助于水溶性树脂的收缩力使图形化的抗蚀剂层平 行于所述基板向通孔中心延展以缩小通孔尺寸。
釆用上述工艺，均可形成仅用现有工艺无法形成的樣i细的通孔。但 应用上述方法形成的通孔的尺寸需受到抗蚀剂层或如水溶性树脂等辅助 材料的材料性能的限制。此外，业界还可通过应用新式掩膜设计获得尺寸更小的通孔。1997 年12月24日公开的公告号为"CN1036814C，， 的中国专利和2006年3月8 曰公开的公告号为"CN1744282"的中国专利中均提供了 一种应用新式 掩膜设计形成半导体器件通孔的方法，应用所述方法，或者，将所述利 用水溶性树脂的方法与上述对比文件中提供的方法结合，均可获得在固 有工艺条件下更小的通孔尺寸，但获得的通孔尺寸要受光刻极限工艺条 件或抗蚀剂层以及如水溶性树脂等辅助材料的材料性能的限制，即即使 采用了新式掩膜设计，应用所述方法形成半导体器件通孔时，也还要受 到光刻极限工艺条件的限制；若在采用新式掩膜设计的基础上，再辅以 水溶性树脂等辅助掩膜，则在受光刻极限工艺条件的限制之外，还要受 到水溶性树脂等辅助材^f的材料性能的限制。
发明内容
本发明提供了 一种通孔刻蚀方法，可扩展固有工艺条件下的通孔尺 寸极限；本发明提供了一种通孔掩膜，利用所述掩膜可形成固有工艺条 件下具有扩展的尺寸极限的通孔。
本发明4是供的一种通孔刻蚀方法，包括
提供通孔刻蚀基底；
在所述通孔刻蚀基底上形成图形化的抗蚀剂层，所述图形化的抗蚀 剂层暴露部分所述通孔刻蚀基底；
沉积辅助掩膜层，所述辅助掩膜层覆盖所述图形4匕的抗蚀剂层和所 述图形化的抗蚀剂层暴露的部分所述通孔刻蚀基底；
刻蚀所述辅助掩膜层，以形成包含辅助掩膜的通孔掩膜；
利用所述通孔掩膜刻蚀所述通孔刻蚀基底，以形成通孔。
可选地，沉积所述辅助掩膜层时应用高密度等离子体化学气相沉积 工艺；可选地，沉积所述辅助掩膜层时应用沉积-刻蚀-沉积工艺，所述 沉积工艺中应用高密度等离子体化学气相沉积工艺；可选地，所述沉积 反应气体包括碳氢气体和氧气；可选地，所述碳氢气体为丁烯；可选地，所述沉积反应气体包括氟碳气体；可选地，所述氟碳气体包括八氟化三 碳、八氟化四碳、六氟化四碳或六氟化二碳中的一种及其组合；可选地， 沉积所述辅助掩膜层时应用沉积-刻蚀_沉积工艺，所述沉积工艺中应用 低压化学气相沉积工艺；可选地，刻蚀所述辅助掩膜层时应用的刻蚀气 体为氧气。
本发明提供的一种通孔掩膜，包括具有确定图形的抗蚀剂层，所 述具有确定图形的抗蚀剂层暴露部分通孔刻蚀基底；以及，辅助掩膜， 所述辅助掩膜覆盖所述具有确定图形的抗蚀剂层的侧壁。
可选地，所述辅助掩膜材料为包含碳、氢、氧的聚合物；特别地， 所述辅助掩膜具有底接触面、直侧接触面及曲侧接触面；所述辅助掩膜 通过所述底接触面与所述通孔刻蚀基底相4妄；所述辅助掩膜通过所述直 侧接触面与所述具有确定图形的抗蚀剂层的侧壁相接；所述辅助掩膜的 曲侧接触面作为通孔刻蚀过程中刻蚀气体的承接面；可选地，所述曲侧 接触面的纵向剖面曲线为弧形。
与现有技术相比，本发明具有以下优点
本发明提供的通孔刻蚀方法中，通过增加辅助掩膜层的沉积步骤， 以减小固有条件下通孔掩膜的尺寸，继而形成具有扩展的尺寸极限的通 孔；
本发明提供的通孔刻蚀方法的可选方式中，通过控制所述辅助掩膜 层的沉积步骤的工艺条件，可灵活控制所述辅助掩膜层的性质，如厚度、 致密度等，继而实现通孔掩膜/通孔的尺寸的精确控制；
本发明提供的通孔刻蚀方法的可选方式中，通过采用HDP工艺，及/ 或，采用沉积-刻蚀-沉积工艺，可使通孔侧壁的辅助掩膜层的厚度均匀 成为可能，利于通孔刻蚀尺寸的控制；
本发明提供的通孔刻蚀掩膜，通过在固有通孔掩膜基础上，增加一 辅助掩膜，以减小固有条件下通孔掩膜的图形尺寸，利于利用所述掩膜 形成具有扩展的尺寸极限的通孔。
图1为说明本发明实施例的刻蚀通孔的流程示意图2为说明本发明实施例的通孔刻蚀基底结构示意图3为说明本发明实施例的在所述通孔刻蚀基底上形成图形化的抗
蚀剂层后的结构示意图4为说明本发明实施例的在形成所述图形化的抗蚀剂层的所述通
孔刻蚀基底上沉积辅助掩膜层后的结构示意图5为说明本发明实施例的通孔掩膜的结构示意图6为说明本发明实施例的通孔结构示意图7为说明本发明实施例的通孔掩膜结构示意图。
具体实施例方式
尽管下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发 明的优选实施例，应当理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明 而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列的描述应当被理解为对于本 领域技术人员的广泛教导，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细 描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混 乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实 现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实 施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和
规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下列 说明和权利要求书本发明的优点和特征将更清楚。需i兌明的是，附图均 采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方i"更、明晰地辅助 说明本发明实施例的目的。
应用本发明方法刻蚀通孔的步骤包括提供通孔刻蚀基底；在所述通孔刻蚀基底上形成图形化的抗蚀剂层，所述图形化的抗蚀剂层暴露部
分所述通孔刻蚀基底；沉积辅助掩膜层，所述辅助掩膜层覆盖所述图形 化的抗蚀剂层和所述图形化的抗蚀剂层暴露的部分所述通孔刻蚀基底； 刻蚀所述辅助掩膜层，以形成通孔掩膜；利用所述通孔掩膜刻蚀所述通 孔刻蚀基底，以形成通孔。
如图l所示，应用本发明方法刻蚀通孔的具体步-骤包括
如图2所示，步骤101:提供通孔刻蚀基底IO。
本文件内，将处于制程中任意阶段的已形成层间介质层的在制品称 为通孔刻蚀基底，所述层间介质层内将形成通孔。
在半导体衬底(substrate)上定义器件有源区并完成浅沟槽隔离、 继而形成栅极结构及源区和漏区、进而沉积第一层间介质层(即金属前 介质层，PMD)后，形成通孔刻蚀基底。
隔离、继而形成栅极结构及源区和漏区、进而沉积第一层间介质层后， 继续形成第一层通孔，并填充所述第一层通孔，随后，形成第一金属层； 继而，沉积第二层间介质层后，仍可形成通孔刻蚀基底。
可扩展地，在沉积第N-1层间介质层后，继续形成第N-1层通孔，并 填充所述第N-1层通孔，随后，形成第N-1金属层后，继续沉积第N层间介 质层后，形成通孔刻蚀基底。
显然，所述在制品中包含的层间介质层的数目N可为任意自然数，如 1、 3、 5、 7或9等，所述在制品中包含的层间介质层的具体数目根据产品 要求确定。
所述金属前介质层覆盖所述栅极结构及源区和漏区并填满位于所述 栅极结构间的线缝；所述栅极结构包含栅极、环绕棚4及的侧墙及栅氧化 层。所述栅极结构还可包含覆盖所述栅极和侧墙的阻挡层。
如图3所示，步骤102:在所述通孔刻蚀基底10上形成图形化的抗蚀 剂层20,所述图形化的抗蚀剂层20暴露部分所述通孔刻蚀基底10。所述形成图形化的抗蚀剂层2 0的步骤包括所述抗蚀剂层的涂覆、烘
干、曝光及显影等步骤，涉及的具体方法可采用传统工艺，不再赘述。
所述图形化的抗蚀剂层20暴露部分所述通孔刻蚀基底，所述暴露的 部分所述通孔刻蚀基底用以提供通孔刻蚀区域。
随着半导体器件临界尺寸的不断缩小，为形成具有更小临界尺寸的 抗蚀剂层图形，具体地，为得到具有更小尺寸的通孔，需要缩小在抗蚀 剂层上形成的通孔的尺寸。采用本发明提供的方法刻蚀通孔时，所述通 孔尺寸的缩小通过在所述图形化的抗蚀剂层侧壁增加辅助掩膜实现。
如图4所示，步骤103:沉积辅助掩膜层30,所述辅助掩膜层30覆盖 所述图形化的抗蚀剂层20和所述图形化的抗蚀剂层20暴露的部分所述通 孔刻蚀基底IO。
所述沉积工艺包括但不限于应用高密度等离子体化学气相沉积 (HDPCVD)工艺。应用HDPCVD实现所述辅助掩膜层30沉积的工艺包含至 少一次的即时沉积-賊蚀过程。所述即时沉积过程中的反应气体包括碳氬 气体和氧气，所述碳氢气体包括丁烯(C4H8);所述即时沉积过程中还需 包含辅助气体，所述辅助气体用以提供解离气体及平衡反应室压力，所 述辅助气体可选用氩气(Ar)和氦气(He)。所述即时溅蚀过程中的反 应气体包括氟碳气体，如八氟化三碳(C3F8)、八氟化四碳(C4F8)、六 氟化四碳(C4F6)或六氟化二碳(C2F6)中的一种及其组合；所述即时溅 蚀过程中还需包含辅助气体，所述辅助气体用以提供解离气体及平衡反 应室压力，所述辅助气体可选用氩气(Ar)和氦气(He)。
作为本发明的实施例，沉积所述辅助掩膜层30时，若沉积厚度为2 纳米的所述辅助掩膜层30，所需工艺参数主要为所需等离子体解离功 率(SRF)范围为250 350瓦(W);所需等离子体沉积-溅蚀功率(BRF ) 范围为150 250W;所述即时沉积过程中，所述碳氢气体的流量范围为 30 - 50 sccm;所述氧气的流量范围为30 ~ 40 sccm;所述氩气的流量范 围为200 ~ 400 sccm;所述设备反应腔中氦气压力为20 ~ 40毫米汞柱
9(torr)。所述即时賊蚀过程中，所述氟石友气体的流量范围为40-60 sccm;所述氩气的流量范围为400 600 sccm;所述设备反应腔中氦气压 力为20 - 40毫米汞柱(torr)。所述即时沉积及即时溅蚀过程的单次持 续时间及所述辅助掩膜层沉积工艺包含的即时沉积-賊蚀过程的重复次 数根据产品要求及工艺条件确定。具体地，上述即时沉积及即时溅蚀过 程的单次持续时间可分别为5秒和15秒，重复15次。
需强调的是，所述沉积工艺还可采用低压化学气相^积UPCVD)工 艺与沉积-刻蚀-沉积刻蚀工艺相结合的方法，或者，即使应用HDPCVD工 艺，也可采用HDPCVD工艺与沉积-刻蚀-沉积工艺相结合的方法沉积所述 辅助掩膜层。应用所述方法均可扩大工艺窗口及增强工艺适用度。
采用HDPCVD工艺，及/或，采用沉积-刻蚀-沉积工艺，可使通孔侧壁 的辅助掩膜层30的厚度均匀成为可能，利于通孔刻蚀尺寸的控制；通过 控制所述辅助掩膜层的沉积步骤的工艺条件，可灵活控制所述辅助掩膜 层30的性质，如厚度、致密度等，继而实现通孔掩膜/通孔的尺寸的精确 控制；在通孔刻蚀过程中，增加辅助掩膜层30的沉积步骤，通过减小固 有条件下通孔掩膜的尺寸，形成具有扩展的尺寸极限的通孔。
如图5所示，步骤104:刻蚀所述辅助掩膜层30,以形成通孔掩膜。
所述刻蚀气体为氧气，所述刻蚀工艺可采用传统的干式反刻方法， 即无需掩膜，应用各向异性刻蚀工艺反刻掉所述辅助掩膜层30。反刻后， 在图形化的抗蚀剂层侧壁形成辅助掩膜31,所述图形化的抗蚀剂层及所 述辅助掩膜共同组成所述通孔掩膜。
如图6所示，步骤105:利用所述通孔掩膜刻蚀所述通孔刻蚀基底IO， 以形成通孔40。
特别地，各附图中两条虚线之间涵盖的区域标示利用固有通孔掩膜 形成的通孔。所述固有通孔掩膜意指现行工艺中应用的抗蚀剂掩膜。
图7为说明本发明实施例的通孔掩膜结构示意图，如图7所示，本发 明提供了一种通孔掩膜，所述通孔掩膜包括具有确定图形的抗蚀剂层21,所述具有确定图形的抗蚀剂层21暴露部分通孔刻蚀基底；以及，辅 助掩膜31,所述辅助掩膜3l覆盖所述具有确定图形的抗蚀剂层21的侧壁。
所述确定图形用以定义通孔图形。所述具有确定图形的抗蚀剂层可 为应用传统的方法获得的已定义图形、且可包含任意抗蚀材料的抗蚀剂 层。所述辅助掩膜31材料为利用碳氢气体，如丁蜂(CA),经历等离子 体沉积工艺后形成的包含碳、氢、氧的聚合物，所述辅助掩膜31的厚度 根据产品要求及工艺条件确定。
所述辅助掩膜31具有底接触面32 、直侧*接触面3 3及曲侧接触面3 4 。 所述辅助掩膜31通过所述底接触面32与所述通孔刻蚀基底相接，具体为 与所述通孔刻蚀基底上表面ll相接；所述辅助掩膜31通过所述直侧接触 面33与所述具有确定图形的抗蚀剂层21的侧壁相接。所述辅助掩膜31的 曲侧接触面34作为通孔刻蚀过程中刻蚀气体的承接面。所述曲侧接触面 3 4的纵向剖面曲线为弧形。
在固有通孔掩膜基础上，增加一辅助掩膜31,以减小固有条件下通 孔掩膜的图形尺寸，利于利用所述掩膜形成具有扩展的尺寸极限的通孑L。 需强调的是，未加说明的步骤均可釆用传统的方法获得，且具体的工艺 参数根据产品要求及工艺条件确定。
尽管通过在此的实施例描述说明了本发明，和尽管已经足够详细地 描述了实施例，申请人不希望以任何方式将权利要求书的范围限制在这 种细节上。对于本领域技术人员来说另外的优势和改进是显而易见的。 因此，在较宽范围的本发明不限于表示和描述的特定细节、表达的设备 和方法和说明性例子。因此，可以偏离这些细节而不脱离申请人总的发 明概念的精神和范围。
权利要求
1.一种通孔刻蚀方法，包括提供通孔刻蚀基底；在所述通孔刻蚀基底上形成图形化的抗蚀剂层，所述图形化的抗蚀剂层暴露部分所述通孔刻蚀基底；沉积辅助掩膜层，所述辅助掩膜层覆盖所述图形化的抗蚀剂层和所述图形化的抗蚀剂层暴露的部分所述通孔刻蚀基底；刻蚀所述辅助掩膜层，以形成包含辅助掩膜的通孔掩膜；利用所述通孔掩膜刻蚀所述通孔刻蚀基底，以形成通孔。
2. 根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于沉积所述辅 助掩膜层时应用高密度等离子体化学气相沉积工艺。
3. 根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于沉积所述辅 助掩膜层时应用沉积-刻蚀-沉积工艺，所述沉积工艺中应用高密度等离 子体化学气相沉积工艺。
4. 根据权利要求2或3所述的通孔刻蚀方法，其特征在于所述沉 积反应气体包括碳氢气体和氧气。
5. 根据权利要求4所述的通孔刻蚀方法，其特征在于所述碳氪气 体为丁烯。
6. 根据权利要求2或3所述的通孔刻蚀方法，其特征在于所述沉 积反应气体包括氟碳气体。
7. 根据权利要求6所述的通孔刻蚀方法，其特征在于所述氟碳气 体包括八氟化三碳、八氟化四碳、六氟化四碳或六氟化二碳中的一种及 其组合。
8. 根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于沉积所述辅 助掩膜层时应用沉积-刻蚀-沉积工艺，所述沉积工艺中应用低压化学气 相沉积工艺。
9. 根据权利要求1所述的通孔刻蚀方法，其特征在于刻蚀所述辅 助掩膜层时应用的刻蚀气体为氧气。
10. —种通孔掩膜，包括具有确定图形的抗蚀剂层，所述具有确 定图形的抗蚀剂层暴露部分通孔刻蚀基底；以及，辅助掩膜，所述辅助 掩膜覆盖所述具有确定图形的抗蚀剂层的侧壁。
11. 根据权利要求IO所述的通孔掩膜，其特征在于所述辅助掩膜 材料为包含碳、氢、氧的聚合物。
12. 根据权利要求IO所述的通孔掩膜，其特征在于所述辅助掩膜 具有底接触面、直侧接触面及曲侧接触面；所述辅助掩膜通过所述底接 触面与所述通孔刻蚀基底相接；所述辅助掩膜通过所述直侧接触面与所 述具有确定图形的抗蚀剂层的侧壁相接；所述辅助掩膜的曲侧接触面作 为通孔刻蚀过程中刻蚀气体的承接面。
13. 根据权利要求12所述的通孔掩膜，其特征在于所述曲侧接触 面的纵向剖面曲线为弧形。
全文摘要
一种通孔刻蚀方法，包括提供通孔刻蚀基底；在所述通孔刻蚀基底上形成图形化的抗蚀剂层，所述图形化的抗蚀剂层暴露部分所述通孔刻蚀基底；沉积辅助掩膜层，所述辅助掩膜层覆盖所述图形化的抗蚀剂层和所述图形化的抗蚀剂层暴露的部分所述通孔刻蚀基底；刻蚀所述辅助掩膜层，以形成包含辅助掩膜的通孔掩膜；利用所述通孔掩膜刻蚀所述通孔刻蚀基底，以形成通孔。一种通孔掩膜，包括具有确定图形的抗蚀剂层，所述具有确定图形的抗蚀剂层暴露部分通孔刻蚀基底；以及，辅助掩膜，所述辅助掩膜覆盖所述具有确定图形的抗蚀剂层的侧壁。在固有通孔掩膜基础上，增加一辅助掩膜，以减小固有条件下通孔掩膜的图形尺寸，利于利用所述掩膜形成具有扩展的尺寸极限的通孔。
文档编号H01L21/768GK101295643SQ20071004025
公开日2008年10月29日 申请日期2007年4月24日 优先权日2007年4月24日
发明者乒 刘, 尹晓明, 沈满华 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司