一种自对准双层图形的形成方法
【专利摘要】本发明提供了一种自对准双层图形的形成方法，包括以下步骤,提供一半导体衬底，且在半导体衬底上依次形成有氧化硅层、多晶硅层、无定形碳层、硬掩膜介质层和光刻胶层，并对光刻胶层进行曝光显影；通过刻蚀工艺依次对硬掩膜介质层和无定形碳层进行刻蚀，以形成无定形碳核心图形；在无定形碳核心图形侧壁、顶部表面以及多晶硅层上表面形成氮化硅层；去除无定形碳核心图形顶部表面的氮化硅层，以及多晶硅层上表面的氮化硅层，以形成氮化硅侧墙；去除无定形碳核心图形，并以所述氮化硅侧墙为阻挡层对多晶硅层进行刻蚀；去除所述氮化硅侧墙，形成自对准双层图形。本发明利用上述方法最终可形成的刻蚀图形的侧壁形貌稳定。
【专利说明】一种自对准双层图形的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别涉及一种形貌稳定的自对准双层图形的形成方法。
【背景技术】
[0002]在半导体集成电路中，随着半导体工艺的特征尺寸的不断缩小，为了提高半导体器件的集成度，业界已提出了多种双层图形工艺；其中，自对准双层图形(Self-AlignedDouble Patterning, SADP)工艺即为其中的一种。图1至图7为现有技术的一种自对准双层图形的实现方法，具体包括:
[0003]请参考图1，提供一半导体衬底，且在所述半导体衬底上依次形成有氧化硅层10、氮化硅层11、无定形碳层12、硬掩膜介质层13、底部抗反射层14和光刻胶层15，并对所述光刻胶层15进行曝光显影；
[0004]请参考图2，通过刻蚀工艺依次对所述底部抗反射层14、硬掩膜介质层13和无定形碳层12进行刻蚀，直到暴露出所述氮化硅层11表面和无定形碳层12的顶部表面，以形成无定形碳核心图形12 ；
[0005]请参考图3，在所述无定形碳核心图形12侧壁、顶部以及氮化硅层11表面形成氧化娃层16 ；
[0006]请参考图4，去除所述无定形碳核心图形12顶部表面的氧化硅层16，以及所述氮化娃层11上表面的氧化娃层16 ；
[0007]请参考图5，去除所述无定形碳核心图形12，形成氧化硅侧墙16 ；
[0008]请参考图6，以所述氧化硅侧墙16为阻挡层对氮化硅层11进行刻蚀；
[0009]请参考图7，去除氧化硅侧墙16，形成自对准双层图形。
[0010]现有技术中，形成无定形碳核心图形后，通常采用原子层沉积工艺在无定形碳核心图形上沉积一层氧化硅，原子层淀积工艺中通入富含硅的前驱体材料，然后通入氧气与此前驱体发生反应生成氧化硅，以此为一个周期；重复N个周期循环，以达到所述氧化硅层预设的厚度；其中，N为大于等于一的整数。
[0011]在此之中，每一个周期都要经历前驱体与氧气的化学反应过程，而此处的基体材料为无定形碳(APF)，由于碳和氧气亦极易发生化学反应，因此导致无定形碳核心图形受到损伤发生形变；在经过N个周期的反应后，无定形碳核心图形受到的形变趋为严重，进而影响到后续氧化硅侧墙的形貌，由于氧化硅侧墙不垂直于待刻蚀材料层(即氮化硅层)，导致最终形成的刻蚀图形的侧壁形貌不稳定。因此，本领域技术人员急需提供一种形貌稳定的自对准双层图形的形成方法。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是提供了一种自对准双层图形的形成方法，利用所述方法最终形成的刻蚀图形的侧壁形貌稳定。[0013]本发明提供的一种自对准双层图形的形成方法，包括:
[0014]步骤SOl:提供一半导体衬底，且在所述半导体衬底上依次形成有氧化硅层、多晶硅层、无定形碳层、硬掩膜介质层和光刻胶层，并对所述光刻胶层进行曝光显影；
[0015]步骤S02:通过刻蚀工艺依次对所述硬掩膜介质层和无定形碳层进行刻蚀，直到暴露出所述多晶硅层上表面和无定形碳层的顶部表面，以形成无定形碳核心图形；
[0016]步骤S03:在所述无定形碳核心图形侧壁、顶部表面以及多晶硅层上表面形成氮化娃层；
[0017]步骤S04:去除所述无定形碳核心图形顶部表面的氮化硅层，以及所述多晶硅层上表面的氮化硅层，以形成氮化硅侧墙；
[0018]步骤S05:去除所述无定形碳核心图形，并以所述氮化硅侧墙为阻挡层对多晶硅层进行刻蚀；
[0019]步骤S06:去除所述氮化硅侧墙，形成自对准双层图形。
[0020]优选的，所述步骤SOl中，所述光刻胶层的下表面涂布底部抗反射层；所述步骤S02中，通过刻蚀工艺依次对所述底部抗反射层、硬掩膜介质层和无定形碳层进行刻蚀。
[0021]优选的，所述步骤S02中的刻蚀工艺采用等离子干法刻蚀工艺。
[0022]优选的，通入反应气体HBr、02、CF4其中的一种或几种的组合来刻蚀所述底部抗反射层；通入反应气体CF4对所述硬掩膜介质层进行刻蚀；通入反应气体SO2或/和O2对所述无定形碳层进行刻蚀。
[0023]优选的，所述步骤S03中的氮化硅层是通过原子层淀积工艺生长形成的。
[0024]优选的，所述原子层淀积工艺中通入反应气体SiH2CL2作为前躯体材料，然后通入反应气体NH3与SiH2CL2发生反应生成氮化硅层，以此为一个周期；重复N个周期循环，以达到所述氮化硅层预设的厚度；其中，N为大于等于一的整数。
[0025]其中，SiH2CL2为二氯二氢硅，简称DCS。
[0026]优选的，所述步骤S04中的去除工艺是采用等离子干法刻蚀工艺；通入CF4与CHF3的混和气体对所述氮化硅层进行回刻蚀。
[0027]优选的，步骤S05中，通入反应气体SO2或/和O2对所述无定形碳核心图形进行刻蚀。
[0028]优选的，所述步骤S05中，对多晶硅层进行刻蚀具体包括:
[0029]步骤S051:对多晶硅层进行主刻蚀；采用气体CL2、CF4, N2, SF6其中的一种或几种的组合来刻蚀所述多晶硅层；
[0030]步骤S052:对多晶硅层进行辅刻蚀；采用气体HBr、02、He其中的一种或几种的组合来刻蚀剩余所述多晶硅层。
[0031]优选的，所述步骤S06中的去除工艺是采用湿法刻蚀工艺；所述刻蚀工艺采用热磷酸溶剂浸泡所述氮化硅侧墙。
[0032]与现有技术相比，本发明提供的自对准双层图形的形成方法优点在于:
[0033]1、本发明中将待刻蚀材料层由多晶硅层代替现有的氮化硅层；在后续工艺对多晶硅层干法刻蚀进行图形转移时，氮化硅层对多晶硅层有较高选择比，即对多晶硅层刻蚀时不影响氮化硅侧墙。
[0034]2、本发明中将形成侧墙的膜层材料由氮化硅层代替现有的氧化硅层；在原子层沉积工艺沉积氮化硅层过程中，以SiH2CL2作为前驱体，然后通入NH3与前驱体SiH2CL2发生化学反应生成氮化硅层；由于前驱体SiH2CL2和NH3发生化学反应过程对无定形碳APF造成的损伤非常小，在原子层沉积工艺中不发生形变，因而形成氮化硅侧墙与待刻蚀材料层垂直，最终对待刻蚀材料层进行刻蚀形成的刻蚀图形的侧壁形貌稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍；显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1至图7是现有技术的自对准双层图形工艺的剖面结构示意图；
[0037]图8是本发明实施例中自对准双层图形的形成方法的流程示意图；
[0038]图9至图14是本发明实施例中自对准双层图形的形成过程的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0039]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0040]上述及其它技术特征和有益效果，将结合实施例及附图8至图14对本发明的自对准双层图形的形成方法进行详细说明。图8是本发明实施例中自对准双层图形的形成方法的流程示意图，图9至图14是本发明实施例中自对准双层图形的形成过程的剖面结构示意图。
[0041]请参阅图8，在本实施例中，本发明提供的一种自对准双层图形的形成过程具体包括:
[0042]步骤SOl:提供一半导体衬底，且在所述半导体衬底上依次形成有氧化硅层100、多晶硅层110、无定形碳层120、硬掩膜介质层130、底部抗反射层140和光刻胶层150 (如图9所示)，并对所述光刻胶层150进行曝光显影。
[0043]其中，在所述光刻胶150优选设有底部抗反射层140，底部抗反射层140能有效消除光反射形成驻波的抗反射材料，增设底部抗反射层140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。
[0044]步骤S02:通过等离子干法刻蚀工艺依次对底部抗反射层140、硬掩膜介质层130和无定形碳层120进行刻蚀，直到暴露出所述多晶硅层110表面和无定形碳层120的顶部表面，以形成无定形碳核心图形120(如图10所示)。
[0045]具体的说，刻蚀工艺采用等离子干法刻蚀工艺；通入反应气体HBr、02、CF4其中的一种或几种的组合来刻蚀所述底部抗反射层140 ;通入反应气体CF4对所述硬掩膜介质层130进行刻蚀；通入反应气体SO2或/和O2对所述无定形碳层120进行刻蚀。
[0046]步骤S03:在所述无定形碳核心图形120侧壁、顶部表面以及多晶硅层110表面形成氮化硅层160 (如图11所示)；
[0047]具体的说，氮化硅层160是通过原子层淀积工艺生长形成的；原子层淀积工艺中通入反应气体SiH2CL2作为前躯体材料，然后通入反应气体NH3与SiH2CL2发生反应生成氮化硅层160，以此为一个周期；重复N个周期循环，以达到所述氮化硅层160预设的厚度；其中，N为大于等于一的整数。
[0048]在原子层沉积工艺沉积氮化硅层过程中，以SiH2CL2作为前驱体，然后通入NH3与前驱体SiH2CL2发生化学反应生成氮化硅层160 ;由于前驱体SiH2CL2和NH3发生化学反应过程对无定形碳核心图形120造成的损伤非常小，无定形碳核心图形120在原子层沉积工艺中不发生形变。
[0049]步骤S04:去除所述无定形碳核心图形120顶部的氮化硅层160，以及所述多晶硅层110表面的氮化娃层160,以形成氮化娃侧墙160 (如图12所不)；
[0050]具体的说，所述氮化硅侧墙160的顶部与无定形碳核心图形120顶部平齐，所述氮化硅侧墙160的底部与多晶硅110的上表面平齐。本实施例中，去除工艺是采用等离子干法刻蚀工艺，通入CF4与CHF3的混和气体对所述氮化硅层160进行回刻蚀。
[0051]步骤S05:去除所述无定形碳核心图形120，并以所述氮化硅侧墙160为阻挡层对多晶硅层110进行刻蚀(如图13所示)；
[0052]具体的说，去除工艺是采用等离子干法刻蚀工艺，通入反应气体SO2或/和O2对所述无定形碳核心图形120进行刻蚀。
[0053]较佳的，以氮化硅侧墙160为阻挡层对多晶硅层110进行刻蚀具体包括主刻蚀和辅刻蚀；对多晶硅层110进行主刻蚀:采用气体CL2、CF4, N2, SF6其中的一种或几种的组合来刻蚀所述多晶硅层110 ;对多晶硅层110进行辅刻蚀:采用气体HBr、02、He其中的一种或几种的组合来刻蚀剩余所述多晶硅层110。采用主刻蚀和辅刻蚀工艺，可以在刻蚀多晶硅层110过程中，有效保护氧化硅层100，防止过刻蚀到氧化硅层100。
[0054]步骤S06:去除所述氮化硅侧墙160，形成自对准双层图形(如图14所示)。
[0055]具体的说，去除所述氮化硅侧墙160是采用湿法刻蚀工艺，采用热磷酸溶剂浸泡所述氮化硅侧墙160，所述热磷酸溶剂的工艺温度优选为165°C。
[0056]综上，本发明提供的自对准双层图形的形成方法优点在于:本发明中将待刻蚀材料层由多晶硅层代替现有的氮化硅层，在后续工艺对多晶硅层干法刻蚀进行图形转移时，氮化硅层对多晶硅层有较高选择比；将形成侧墙的膜层材料由氮化硅层代替现有的氧化硅层；在原子层沉积工艺沉积氮化硅层过程中，对无定形碳核心图形造成的损伤非常小，使无定形碳核心图形不发生形变，因而形成氮化硅侧墙与待刻蚀材料层垂直，最终对待刻蚀材料层进行刻蚀形成的刻蚀图形的侧壁形貌稳定，因此，本发明利用上述方法最终形成的刻蚀图形的侧壁形貌稳定。
[0057]上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种自对准双层图形的形成方法，其特征在于，包括: 步骤SOl:提供一半导体衬底，且在所述半导体衬底上依次形成有氧化硅层、多晶硅层、无定形碳层、硬掩膜介质层和光刻胶层，并对所述光刻胶层进行曝光显影； 步骤S02:通过刻蚀工艺依次对所述硬掩膜介质层和无定形碳层进行刻蚀，直到暴露出所述多晶硅层上表面和无定形碳层的顶部表面，以形成无定形碳核心图形； 步骤S03:在所述无定形碳核心图形侧壁、顶部表面以及多晶硅层上表面形成氮化硅层； 步骤S04:去除所述无定形碳核心图形顶部表面的氮化硅层，以及所述多晶硅层上表面的氮化硅层，以形成氮化硅侧墙； 步骤S05:去除所述无定形碳核心图形，并以所述氮化硅侧墙为阻挡层对多晶硅层进行刻蚀； 步骤S06:去除所述氮化硅侧墙，形成自对准双层图形。
2.根据权利要求1所述的自对准双层图形的形成方法，其特征在于，所述步骤SOl中，所述光刻胶层的下表面涂布底部抗反射层；所述步骤S02中，通过刻蚀工艺依次对所述底部抗反射层、硬掩膜介质层和无定形碳层进行刻蚀。
3.根据权利要求2所述的自对准双层图形的形成方法，其特征在于，所述步骤S02中的刻蚀工艺采用等离子干法刻蚀工艺。
4.根据权利要求3所述的自对准双层图形的形成方法，其特征在于，通入反应气体HBr, 02、CF4其中的一种或几种的组合来刻蚀所述底部抗反射层；通入反应气体CF4对所述硬掩膜介质层进行刻蚀；通入反应气体SO2或/和O2对所述无定形碳层进行刻蚀。
5.根据权利要求1所述的自对准双层图形的形成方法，其特征在于，所述步骤S03中的氮化硅层是通过原子层淀积工艺生长形成的。
6.根据权利要求5所述的自对准双层图形的形成方法，其特征在于，所述原子层淀积工艺中通入反应气体SiH2CL2作为前躯体材料，然后通入反应气体NH3与SiH2CL2发生反应生成氮化硅层，以此为一个周期；重复N个周期循环，以达到所述氮化硅层预设的厚度；其中，N为大于等于一的整数。
7.根据权利要求1所述的自对准双层图形的形成方法，其特征在于，所述步骤S04中的去除工艺是采用等离子干法刻蚀工艺；通入CF4与CHF3的混和气体对所述氮化硅层进行回刻蚀。
8.根据权利要求1所述的自对准双层图形的形成方法，其特征在于，步骤S05中，通入反应气体SO2或/和O2对所述无定形碳核心图形进行刻蚀。
9.根据权利要求1所述的自对准双层图形的形成方法，其特征在于，所述步骤S05中，对多晶硅层进行刻蚀具体包括: 步骤S051:对多晶硅层进行主刻蚀；采用气体CL2、CF4, N2, SF6其中的一种或几种的组合来刻蚀所述多晶硅层； 步骤S052:对多晶硅层进行辅刻蚀；采用气体HBr、02、He其中的一种或几种的组合来刻蚀剩余所述多晶硅层。
10.根据权利要求1所述的自对准双层图形的形成方法，其特征在于，所述步骤S06中的去除工艺是采用湿法刻蚀工艺；所述刻蚀工艺采用热磷酸溶剂浸泡所述氮化硅侧墙。
【文档编号】H01L21/311GK103972076SQ201410217626
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】崇二敏, 黄君 申请人:上海华力微电子有限公司