图形化方法
【专利摘要】一种图形化方法，包括：提供基底；在基底上形成待刻蚀层；在待刻蚀层上形成第一硬掩膜层；在第一硬掩膜层上形成第二硬掩膜层；在第二硬掩膜层上形成光刻胶，光刻胶中具有多个第一窗口，第一窗口具有第一尺寸，相邻第一窗口间具有第一间距；通过第一窗口刻蚀所述第二硬掩膜层，形成图形化的第二硬掩膜层，图形化的第二硬掩膜层中具有多个第二窗口；刻蚀第二窗口的侧壁，使第二窗口具有第二尺寸，相邻第二窗口之间具有第二间距，第二尺寸和第二间距为预定尺寸；通过第二窗口刻蚀第一硬掩膜层和待刻蚀层，形成图形化的第一硬掩膜层和图形化的待刻蚀层。本技术方案提供的图形化方法可以避免光刻胶坍塌。
【专利说明】图形化方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 半导体技术在摩尔定律的驱动下，工艺节点被持续减小，使得基底单位面积上电 子器件的数量不断增加。例如，现有技术中，接触孔的尺寸越来越小。随着基底单位面积上 电子器件数量的不断增加，光刻技术中使用的光刻胶容易发生坍塌。
[0003] 参考图1，提供基底1，在所述基底1上形成待刻蚀层2,在所述待刻蚀层2上形成 光刻胶3,所述光刻胶3中具有多个窗口 4。
[0004] 光刻胶3坍塌的主要原因是随着器件尺寸的不断缩小，相应的，相邻窗口 4之间的 间距W也越来越小，而为了能够完成所述待刻蚀层2的图形化，所述光刻胶3的厚度H较大， 当光刻胶3的高宽比H/W超过某一极限值之后就容易坍塌。
[0005] 其次，由于刻蚀偏差的存在，使得待刻蚀层中刻蚀后形成的窗口的尺寸(刻蚀后 检测（AEI，AfterEtchInspection))小于光刻胶显影后形成的窗口的尺寸（显影后检测 (ADI,AfterDevelopmentInspection))，所以为得到预定窗口的尺寸的图形化的待刻蚀 层，光刻胶3中的窗口 4的尺寸必须较大，进而导致相邻窗口 4之间的间距W会更小，光刻 胶3更容易发生坍塌。
【发明内容】
[0006] 本发明解决的问题是现有技术中，图形化的光刻胶容易发生坍塌。
[0007] 为解决上述问题，本发明提供一种图形化方法，包括：
[0008] 提供基底；
[0009] 在所述基底上形成待刻蚀层；
[0010] 在所述待刻蚀层上形成第一硬掩膜层；
[0011] 在所述第一硬掩膜层上形成第二硬掩膜层；
[0012] 在所述第二硬掩膜层上形成光刻胶，光刻胶中具有多个第一窗口，第一窗口具有 第一尺寸，相邻第一窗口间具有第一间距；
[0013] 通过所述第一窗口刻蚀所述第二硬掩膜层，形成图形化的第二硬掩膜层，所述图 形化的第二硬掩膜层中具有多个第二窗口；
[0014] 刻蚀所述第二窗口的侧壁，使第二窗口具有第二尺寸，相邻第二窗口之间具有第 二间距，第二尺寸和第二间距为预定尺寸；
[0015] 通过所述第二窗口刻蚀所述第一硬掩膜层和所述待刻蚀层，形成图形化的第一硬 掩膜层和图形化的待刻蚀层。
[0016] 可选的，所述第二硬掩膜层为SiOC层、SiC层、SiN层和SiO2层中的一层或多层。
[0017] 可选的，所述第一硬掩膜层为单层结构或叠层结构；
[0018] 单层结构的第二硬掩膜层为BN层或AlN;
[0019] 叠层结构的第二硬掩膜层为AlN层和位于AlN层上的BN层。
[0020] 可选的，所述待刻蚀层为SiO2层或低k介质层。
[0021] 可选的，图形化的待刻蚀层中形成了接触孔或通孔。
[0022] 可选的，刻蚀所述第二窗口的侧壁的方法为等离子体刻蚀。
[0023] 可选的，所述等离子体刻蚀为氟碳基等离子体刻蚀。
[0024] 可选的，在所述第二硬掩膜层上形成光刻胶前，在所述第二硬掩膜层上形成底部 抗反射层，所述光刻胶形成在所述底部抗反射层上。
[0025] 可选的，在所述第二硬掩膜层上形成底部抗反射层前，在所述第二硬掩膜层上形 成有机介质层，底部抗反射层形成在所述有机介质层上。
[0026] 可选的，在所述有机介质层上形成底部抗反射层前，在所述有机介质层上由下至 上依次形成无定形碳层和氧化硅层，所述底部抗反射层形成在所述氧化硅层上。
[0027] 可选的，在所述待刻蚀层上形成第一硬掩膜层前，在所述待刻蚀层上形成氧化硅 层或含硅有机物层，所述第一硬掩膜层形成在所述氧化硅层或含硅有机物层上。
[0028] 可选的，所述第一硬掩膜层的厚度为50-500A。
[0029] 可选的，所述第一硬掩膜层的形成方法为PVD、CVD或ALD。
[0030] 与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
[0031] 光刻胶中具有多个第一窗口，第一窗口具有第一尺寸，相邻第一窗口间具有第一 间距，所述第一间距较大。所述第一间距较大，提高了光刻胶与所述第二硬掩膜层的接触面 积，克服了光刻胶由于第一间距较小，在重力作用下容易导致光刻胶坍塌的缺点。然后，通 过所述第一窗口刻蚀所述第二硬掩膜层，形成图形化的第二硬掩膜层，所述图形化的第二 硬掩膜层中具有多个第二窗口，第二窗口也具有第一尺寸，且相邻第二窗口之间的间距也 为第一间距。接着，通过刻蚀所述第二窗口的侧壁，使第二窗口的尺寸增大至第二尺寸，而 相邻第二窗口之间的尺寸减小至第二间距，第二尺寸和第二间距为预定尺寸。由于第二硬 掩膜层的质地较硬，不会发生坍塌现象。再通过具有预定尺寸的第二窗口刻蚀第一硬掩膜 层和待刻蚀层，形成的图形化的待刻蚀层具有预定的尺寸。
[0032] 第二硬掩膜层形成在第一硬掩膜层上，第一硬掩膜层可以防止刻蚀第二硬掩膜 层，以及刻蚀第二窗口的侧壁时，对待刻蚀层造成损伤；第一硬掩膜层还可以作为刻蚀所述 待刻蚀层的掩膜层。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1是现有技术中图形化方法的剖面结构示意图；
[0034] 图2至图11是本发明具体实施例中图形化方法各阶段的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0035] 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。
[0036] 本实施例提供一种图形化方法，包括：
[0037] 参考图2,提供基底110。
[0038] 在本实施例中，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。所述基底110中可以形成有半导体器件，如源 极、漏极和栅极等。
[0039] 参考图3,在所述基底110上形成待刻蚀层120。
[0040] 在本实施例中，所述待刻蚀层120为SiO2层或低k介质层。图形化所述待刻蚀层 120,以在图形化的待刻蚀层中形成接触孔或通孔。
[0041] 形成所述待刻蚀层120的方法为化学气相沉积（CVD)、物理气相沉积（PVD)或原子 层沉积（ALD)。
[0042] 例如形成SiO2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。
[0043] 在本实施例中，所述待刻蚀层120中可以已形成有插塞、互连线等半导体器件。
[0044] 参考图4,在所述待刻蚀层120上形成第一硬掩膜层131。
[0045] 所述第一硬掩膜层131为单层结构，如BN层或A1N，其厚度为50-500A。形成所述 第一硬掩膜层131的形成方法为PVD、CVD或ALD。
[0046] 以所述第一硬掩膜层131为形成BN层为例，在本实施例中，形成BN层的方法为化 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°C，且该反应 的温度应该保证不破坏所述基底110和待刻蚀层120,及在所述基底110和待刻蚀层120中 已形成的半导体器件和材料。
[0047] 在其他实施例中，所述第一硬掩膜层131为叠层结构，如所述第一硬掩膜层131为 AlN层和位于AlN层上的BN层。
[0048] 第一硬掩膜层131可以防止后续刻蚀第二硬掩膜层，以及刻蚀第二窗口的侧壁 时，对待刻蚀层120造成损伤。所述第一硬掩膜层131还可以作为刻蚀所述待刻蚀层120 的掩膜。
[0049] 在其他实施例中，在所述待刻蚀层120上形成第一硬掩膜层131前，在所述待刻蚀 层120上形成氧化硅层或含硅有机物层，所述第一硬掩膜层131形成在所述氧化硅层或含 娃有机物层上。
[0050] 氧化硅层、含硅有机物层的作用是改善第一硬掩膜层131与待刻蚀层120之间的 界面特性，如减小第一硬掩膜层131与待刻蚀层120之间的应力、提高第一硬掩膜层131与 待刻蚀层120的粘合力。
[0051] 参考图5,在所述第一硬掩膜层131上形成第二硬掩膜层132。
[0052] 所述第二硬掩膜层132为SiOC层、SiC层、SiN层和SiO2层中的一层或多层。
[0053] 形成所述第二硬掩膜层132的形成方法为PVD、CVD或ALD。
[0054] 所述第二硬掩膜层132的质地较硬，图形化后不会发生坍塌。
[0055] 参考图6,在所述第二硬掩膜层132上形成底部抗反射层140。
[0056] 底部抗反射层140可以减小曝光时产生的反射效应，以得到具有精细图案的光刻 胶。所述底部抗反射层140可以为有机底部抗反射层或无机底部抗反射层。
[0057] 形成底部抗反射层140的方法可以为旋涂法。
[0058] 在其他实施例中，在所述第二硬掩膜层132上形成底部抗反射层140前，所述第二 硬掩膜层132中已经形成有图形，可以先在所述第二硬掩膜层132上形成有机介质层，所述 有机介质层上表面平坦，底部抗反射层140形成在所述有机介质层上。
[0059] 在其他实施例中，在所述有机介质层上形成底部抗反射层140前，还可以在所述 有机介质层上由下至上依次形成无定形碳层和氧化硅层，所述底部抗反射层140形成在所 述氧化硅层上。
[0060] 其中，无定形碳层由于具有高化学稳定性、高硬度、高强度等优点，后续将光 刻胶中的图形转移至无定形碳层时，可以得到具有小的线边缘粗糙度（LER，lineedge roughness)和线宽粗糙度（LWR，linewidthroughness)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，刻蚀所述第二硬掩膜层132时，可以得到LER和LWR小的图 形化的第二硬掩膜层。
[0061] 氧化硅层的作用是改善无定形碳层与底部抗反射层140之间的界面特性，如减小 定形碳层与底部抗反射层140之间的应力、提高定形碳层与底部抗反射层140的粘合力。
[0062] 在其他实施例中，也可以不形成底部抗反射层140。
[0063] 参考图7,在所述底部抗反射层140上形成光刻胶150,光刻胶150中具有多个第 一窗口 101，第一窗口 101具有第一尺寸wl，相邻第一窗口 101间具有第一间距dl。
[0064] 由于光刻胶150的质地较软，如果第一间距dl太小，会导致光刻胶150难以承受 重力的作用而坍塌。而且，如果第一间距dl太小，由于光刻技术的限制，难以在光刻胶中通 过一次光刻形成光刻胶150。
[0065] 本实施例中，第一间距dl较大，可以防止光刻胶150坍塌。而且，可以克服难以在 光刻胶中通过一次光刻形成光刻胶150的缺陷，通过一次光刻工艺完成光刻胶150的制备， 简化了工艺。
[0066] 由于不同的第一窗口101可以具有不同的尺寸，因此本实施例中，第一尺寸wl并 不代表某一数值，只是用于作为标记。即某一第一窗口的第一尺寸wl可以与另一第一窗口 的第一尺寸wl不同。
[0067] 同理，第一间距dl并不代表某一数值，只是用于作为标记。即某两相邻第一窗口 间的第一间距dl可以与另两相邻第一窗口间的第一间距dl不同。
[0068]参考图8,通过所述第一窗口 101刻蚀所述底部抗反射层140和第二硬掩膜层 132,形成图形化底部抗反射层和图形化的第二硬掩膜层133,所述图形化的第二硬掩膜层 133中具有多个第二窗口 102。然后去除所述光刻胶150和图形化底部抗反射层。
[0069] 由于通过所述第一窗口101刻蚀第二硬掩膜层132,所以相邻所述第二窗口102之 间的间距也为dl，所述第二窗口 102的尺寸也为wl。
[0070] 参考图9,刻蚀所述第二窗口 102的侧壁，使第二窗口 102的尺寸由第一尺寸dl增 大至第二尺寸d2,而相邻第二窗口 102之间的尺寸有第一间距wl减小至第二间距《2。其 中，第二尺寸w2和第二间距d2为预定尺寸。
[0071] 第一尺寸dl、第二尺寸d2和第一间距wl、第二间距《2满足w2il=dl-d2。
[0072] 在本实施例中，刻蚀所述第二窗口 102的侧壁的方法为的等离子体刻蚀，所述等 离子体刻蚀为氟碳基等离子体刻蚀。
[0073] 在本实施例中，由于去除了光刻胶150和图形化底部抗反射层，刻蚀所述第二窗 口 102的侧壁时，同样也会刻蚀所述图形化的第二硬掩膜层133的上表面，使图形化的第二 硬掩膜层133的高度减小。
[0074] 刻蚀所述第二窗口 102的侧壁时，所述第二窗口 102的尺寸与刻蚀的时间成正比， 所以可以通过控制刻蚀所述第二窗口 102的侧壁的刻蚀时间来控制所述第二窗口 102的尺 寸。
[0075] 由于第二硬掩膜层132的质地较硬，即使所述第二间距d2很小，图形化的第二硬 掩膜层133不会发生坍塌现象。
[0076]参考图10,通过所述第二窗口 102刻蚀所述第一硬掩膜层131，形成图形化的第一 硬掩膜层134。
[0077] 刻蚀所述第一硬掩膜层131的方法为等离子体刻蚀。
[0078]参考图11，以所述图形化的第二硬掩膜层133和图形化的第一硬掩膜层134为掩 膜刻蚀所述待刻蚀层120,形成图形化的待刻蚀层121。然后去除图形化的第二硬掩膜层 133和图形化的第一硬掩膜层134。
[0079]刻蚀所述待刻蚀层120的方法为等离子体刻蚀，如使用CF4等离子体刻蚀所述待 刻蚀层120。
[0080] 图形化的待刻蚀层121中形成第三窗口 103,所述第三窗口 103的尺寸为《2,相邻 第三窗口 103之间的间距为d2。第三窗口 103的尺寸达到预定尺寸，相邻第三窗口 103之 间的间距也达到预定尺寸。
[0081] 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。
【权利要求】
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； 在所述待刻蚀层上形成第一硬掩膜层； 在所述第一硬掩膜层上形成第二硬掩膜层； 在所述第二硬掩膜层上形成光刻胶，光刻胶中具有多个第一窗口，第一窗口具有第一 尺寸，相邻第一窗口间具有第一间距； 通过所述第一窗口刻蚀所述第二硬掩膜层，形成图形化的第二硬掩膜层，所述图形化 的第二硬掩膜层中具有多个第二窗口； 刻蚀所述第二窗口的侧壁，使第二窗口具有第二尺寸，相邻第二窗口之间具有第二间 距，第二尺寸和第二间距为预定尺寸； 通过所述第二窗口刻蚀所述第一硬掩膜层和所述待刻蚀层，形成图形化的第一硬掩膜 层和图形化的待刻蚀层。
2. 如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述第二硬掩膜层为SiOC层、SiC 层、SiN层和Si〇2层中的一层或多层。
3. 如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述第一硬掩膜层为单层结构或叠 层结构； 单层结构的第二硬掩膜层为BN层或A1N ; 叠层结构的第二硬掩膜层为A1N层和位于A1N层上的BN层。
4. 如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述待刻蚀层为Si〇2层或低k介质 层。
5. 如权利要求4所述的图形化方法，其特征在于，图形化的待刻蚀层中形成了接触孔 或通孔。
6. 如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，刻蚀所述第二窗口的侧壁的方法为 等离子体刻蚀。
7. 如权利要求6所述的图形化方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀为氣碳基等离子 体刻蚀。
8. 如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，在所述第二硬掩膜层上形成光刻胶 前，在所述第二硬掩膜层上形成底部抗反射层，所述光刻胶形成在所述底部抗反射层上。
9. 如权利要求8所述的图形化方法，其特征在于，在所述第二硬掩膜层上形成底部抗 反射层前，在所述第二硬掩膜层上形成有机介质层，底部抗反射层形成在所述有机介质层 上。
10. 如权利要求9所述的图形化方法，其特征在于，在所述有机介质层上形成底部抗反 射层前，在所述有机介质层上由下至上依次形成无定形碳层和氧化娃层，所述底部抗反射 层形成在所述氧化娃层上。
11. 如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，在所述待刻蚀层上形成第一硬掩膜 层前，在所述待刻蚀层上形成氧化娃层或含娃有机物层，所述第一硬掩膜层形成在所述氧 化娃层或含娃有机物层上。
12. 如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述第一硬掩膜层的厚度为 50-500A。
13.如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述第一硬掩膜层的形成方法为 PVD'CVD 或 ALD。
【文档编号】H01L21/027GK104425217SQ201310401308
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】张城龙, 黄瑞轩, 张海洋 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司