专利名称：无定形碳处理方法及采用无定形碳作为硬掩膜的刻蚀方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种作为硬掩膜的无定形碳的处理方法及采用无定形碳作为硬掩膜的刻蚀方法。
背景技术：
在现今的半导体制造工艺中，由于先进的光刻技术中使用的光刻胶越来越薄，及同时需要保持刻蚀选择性，硬掩膜的使用越来越广泛化。
无定形碳作为硬掩膜有一些其它材质不具备的优势第一，无定形碳具有较好的透光性，更利于光刻中的层对准(overlap);第二,无定形碳硬度较大,相对其它材质具有高的刻蚀选择比；第三，无定形碳·是一种非常容易去除的材料。
为了进一步提高无定形碳的刻蚀选择比，目前也有一些现有技术公开，例如专利号为US 6939794的美国专利中公开了一种形成半导体器件的方法，该方法包括
提供半导体衬底，一层待刻蚀层，及对准标记；
在待刻蚀层上形成一层无定形碳，所述无定形碳掺入了硼离子；
通过掺硼的无定形碳探测对准标记；
掩膜版上的图案通过掺硼的无定形碳探测对准标记，与衬底的图案进行对准；
图案化掺硼的无定形碳；
以图案化掺硼的无定形碳为掩膜,刻蚀半导体衬底。
在上述半导体的形成方法中，通过掺入硼提高无定形碳的刻蚀选择比，所述硼离子的掺入是在无定形碳淀积过程中，引入B2H6流实现的，见该美国专利公开文本中第3栏49 行到55行。然而，上述方法也存在一些缺陷，例如随着硼离子掺入浓度的提高，无定形碳透光性变差，这将影响掩膜版上的图案通过掺硼的无定形碳探测对准标记，进行对准，使得之后的图案化掺硼的无定形碳及以图案化掺硼的无定形碳为掩膜，刻蚀半导体衬底都变得不精准，因此，掺入硼的剂量不能太高，该美国专利公开文本中第3栏第59行到第3栏第2 行也提到这个问题；其次，在去除硬掩膜过程中，即去除掺硼的无定形碳时，需要引入H2或 CF4,对工艺的实现要求较高。
有鉴于此，实有必要提供一种新的作为硬掩膜的无定形碳的处理方法及采用无定形碳作为硬掩膜的刻蚀方法，以克服现有技术的缺陷。发明内容
本发明解决的问题是提出一种新的作为硬掩膜的无定形碳的处理方法及采用无定形碳作为硬掩膜的刻蚀方法，以克服现有的采用无定形碳作为硬掩膜进行刻蚀时，掺硼剂量范围有限及去除该硬掩膜层时工艺要求较高的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种作为硬掩膜的无定形碳的处理方法，包括
提供硬掩膜层，所述硬掩膜层的材质为无定形碳；
图案化所述硬掩膜层；
对所述图案化硬掩膜层进行硼离子注入。
可选地，所述硼离子注入步骤中，注入方向为垂直所述硬掩膜层的表上面。
可选地，所述硼离子注入步骤中，注入方向与所述硬掩膜层的上表面法线方向成一定夹角。
可选地，所述夹角的范围为10-30度。
可选地，所述硼离子注入步骤中，注入剂量范围为5X IO14 IX IO15个原子/平方厘米。
可选地，所述硼离子注入步骤中，注入能量范围为5 lOKeV。
可选地，所述硼离子注入步骤中，包括注入完成一次后，旋转所述图案化硬掩膜层90度，再进行一次硼离子注入，接着再进行两次对所述图案化硬掩膜层的90度旋转及两次硼离子注入，以实现对所述图案化硬掩膜层的360度硼离子注入。
可选地，所述硼离子注入步骤后，还对所述图案化硬掩膜层进行退火步骤。
本发明还提供一种采用无定形碳作为硬掩膜的刻蚀方法，包括
提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有对准标记及衬底图案，且最上层为待刻蚀层；
在所述待刻蚀层上淀积硬掩膜层，所述硬掩膜层的材质为无定形碳；通过无定形碳探测对准标记，使得掩膜版上的图案和衬底图案对准；
图案化所述硬掩膜层；
对所述图案化硬掩膜层进行硼离子注入，形成新的图案化硬掩膜层；
以所述新的图案化硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述待刻蚀层。
可选地，所述硼离子注入步骤中，注入方向为垂直所述硬掩膜层的上表面。
可选地，所述硼离子注入步骤中，注入方向与所述硬掩膜层的上表面法线方向成一定夹角。
可选地，所述夹角的范围为10-30度。
可选地，所述硼离子注入步骤中，注入剂量范围为5X IO14 IX IO15个原子/平方厘米。
可选地，所述硼离子注入步骤中，注入能量范围为5 lOKeV。
可选地，在所述待刻蚀层上淀积硬掩膜层步骤后，还进行淀积抗反射介电层的步骤；所述图案化所述硬掩膜层步骤包括
在所述抗反射介电层上形成光刻胶，曝光显影后，以图案化的光刻胶为掩膜刻蚀所述抗反射介电层与所述硬掩膜层；
去除光刻胶残留物及抗反射介电层。
可选地，所述硼离子注入步骤中，包括注入完成一次后，旋转所述图案化硬掩膜层90度，再进行一次硼离子注入，接着再进行两次对所述图案化硬掩膜层的90度旋转及两次硼离子注入，以实现对所述图案化硬掩膜层的360度硼离子注入。
可选地，刻蚀所述待刻蚀层步骤后，还进行去除所述新的图案化硬掩膜层步骤。
可选地，去除所述新的图案化硬掩膜层采用干法刻蚀去除，干法刻蚀主刻蚀气体为O2，辅刻蚀气体为cf4、h2中的至少一种。
可选地，所述硼离子注入步骤后，还对所述图案化硬掩膜层进行退火步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下优点采用先通过无定形碳探测对准标记，使得掩膜版上的图案和衬底的图案对准，接着图案化所述硬掩膜层；避免了无定形碳随着硼离子掺入浓度的提高，透光性变差，影响对准精度；之后对所述图案化硬掩膜层进行硼离子注入，形成新的图案化硬掩膜层，以所述新的图案化硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述待刻蚀层，使得整个刻蚀过程精准且掺硼剂量范围不受限制。
此外，硼离子注入是在硬掩膜层已经图案化后进行的，换句话说，只是在无定形碳的表面含硼离子，由于刻蚀过程中，硬掩膜层起作用的主要为表层，因此，即起到硬掩膜的作用，在之后去除该硬掩膜时，表层区域只需引入CF4或H2，中间区域仍采用无定形碳的O2 去除，工艺实现条件相对简单。
图1是本发明实施例提供的作为硬掩膜的无定形碳的处理方法流程示意图2-图3是按照图1中的方法形成的中间结构示意图4是按照图1中的方法形成的一种最终结构示意图5是按照图1中的方法形成的另一种最终结构示意图6是发明本实施例还提供的采用无定形碳作为硬掩膜的刻蚀方法流程示意图7、图8是按照图6中的方法形成的中间结构示意图9是对准过程的结构示意图10是对准后进一步制作形成的中间结构示意图11是按照图6中的方法形成的一种最终结构示意图12是按照图6中的方法形成的另一种最终结构示意图。
具体实施方式
本发明先采用将掩膜版上的图案通过无定形碳探测对准标记和衬底的图案进行对准，接着图案化所述硬掩膜层；避免了无定形碳随着硼离子掺入浓度的提高，透光性变差，影响对准精度；之后对所述图案化硬掩膜层进行硼离子注入，形成新的图案化硬掩膜层，以所述新的图案化硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述待刻蚀层，使得整个刻蚀过程精准且掺硼剂量范围不受限制。
此外，硼离子注入是在硬掩膜层已经图案化后进行的，换句话说，只是在无定形碳的表面含硼离子，由于刻蚀过程中，硬掩膜层起作用的主要为表层，因此，即起到硬掩膜的作用，在之后去除该硬掩膜时，表层区域只需引入CF4或H2，中间区域仍采用无定形碳的O2 去除，工艺实现条件相对简单。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。由于重在说明本发明的原理，因此，未按比例制图。
本实施例提供的作为硬掩膜的无定形碳的处理方法，参见图1所示。
结合图1与图2，首先，执行步骤S11，提供硬掩膜层11，所述硬掩膜层11的材质为无定形碳；结构截面示意图如图2所示。
接着，执行步骤S12，图案化所述硬掩膜层11。
所述图案化步骤可以包括在硬掩膜层11的表面旋涂一层光刻胶，所述光刻胶很薄，选择性曝光显影后，形成图案化的硬掩膜层11，所得结构截面示意图如图3所示。进一步地，为达到消除曝光过程中反射光的干扰，本步骤还可以包括在硬掩膜11的表面淀积抗反射介电层(DARC)(未图示)，接着在所述抗反射介电层上形成光刻胶，曝光显影后，以图案化的光刻胶为掩膜刻蚀所述抗反射介电层与所述硬掩膜层11 ;之后，去除光刻胶残留物和抗反射介电层。
执行步骤S13，对所述图案化硬掩膜层11进行硼离子注入。
在具体实施过程中，作为对现有技术的改进，硼离子的注入方向为垂直所述硬掩膜层的表面，该注入方法会在图案化的硬掩膜层11的上表面111区域形成掺入硼的无定形碳，所得结构截面示意图如图4所示。
本步骤中，注入方向还可以与所述硬掩膜层的上表面111法线方向成一定夹角， 该注入方法会在图案化的硬掩膜层11的上表面111区域和部分侧表面112区域形成掺入硼的无定形碳，所得结构截面示意图如图5所示。更进一步地，注入完成一次后，旋转所述图案化硬掩膜层90度，再进行一次硼离子注入，接着再进行两次对所述图案化硬掩膜层的 90度旋转及两次硼离子注入，以实现对所述图案化硬掩膜层的360度硼离子注入，该注入方法会在图案化的硬掩膜层11的上表面111区域和全部侧表面112区域形成掺入硼的无定形碳。
在具体实施过程中，本发明的发明人发现所述夹角的范围为10-30度，注入效果较好。
在垂直注入以及成夹角注入过程中，注入剂量与所需的硼离子浓度相关，注入能量与所需的硼离子深度相关，而硼离子浓度与刻蚀选择比相关，因此，注入剂量范围可以较大，例如为5X IO14 IX IO15个原子/平方厘米。
如前面所述，硬掩膜层在刻蚀过程中起主要作用的为表面，因此，注入能量不需太高，范围例如为5 lOKe V。
在具体实施过程中，为使得硼离子分布均匀，还可以执行步骤S14，对所述图案化硬掩膜层11进行退火。所述退火温度例如为400度，环境例如为N2里，持续时间例如10-15 分钟。
本实施例还提供了采用无定形碳作为硬掩膜的刻蚀方法，如图6所示。
结合图6与图7，首先执行步骤S21，提供半导体衬底21，所述半导体衬底21上形成有对准标记213及衬底图案214，且最上层为待刻蚀层215 ;结构截面示意图如图7所示； 本实施例中，所述对准标记213 —般为一些十字叉,衬底图案214 —般为半导体衬底上形成的器件或器件的部分结构。
需要说明的是，为了示意效果考虑，图7中的对准标记213及衬底图案214进行了透视效果显示。
接着，执行步骤S22，在所述待刻蚀层215上淀积硬掩膜层22，所述硬掩膜层22的材质为无定形碳；结构示意图如图8所示。
然后，执行步骤S23，通过无定形碳探测对准标记213，使得掩膜版上的图案30和衬底图案214对准。对准过程示意图如图9所示。
此过程中，对准标记213所起作用为辅助掩膜板上的图案30与已形成在衬底上的衬底图案214对准。
然后，执行步骤S24，图案化所述硬掩膜层22。
所述图案化步骤可以包括在硬掩膜层22的表面旋涂一层光刻胶，所述光刻胶很薄，选择性曝光显影后，形成图案化的光刻胶，而后以图案化光刻胶为掩膜刻蚀形成图案化的硬掩膜层22 ;为了示意方便，图10示出了硬掩膜层22经图案化后，且沿图9中A-A直线的剖视结构示意图。进一步地，为达到消除曝光过程中，反射光的干扰，本步骤还可以包括 在硬掩膜层22的表面淀积抗反射介电层(DARC)(未图示)，接着在所述抗反射介电层上形成光刻胶，曝光显影后，以图案化的光刻胶为掩膜刻蚀所述抗反射介电层与所述硬掩膜层 22 ;之后，去除光刻胶残留物和抗反射介电层。
再然后，执行步骤S25，对所述图案化硬掩膜层进行硼离子注入，形成新的图案化硬掩膜层22。
在具体实施过程中，作为对现有技术的改进，硼离子的注入方向为垂直所述硬掩膜层的表面，该注入方法会在图案化的硬掩膜层22的上表面221区域形成掺入硼的无定形碳，所得结构截面示意图如图Π所示。
本步骤中，注入方向也可以与所述硬掩膜层的上表面221法线方向成一定夹角， 该注入方法会在图案化的硬掩膜层22的上表面221区域和部分侧表面222区域形成掺入硼的无定形碳，所得结构截面示意图如图12所示。更进一步地，注入完成一次后，旋转所述图案化硬掩膜层90度，再进行一次硼离子注入，接着再进行两次对所述图案化硬掩膜层的 90度旋转及两次硼离子注入，以实现对所述图案化硬掩膜层的360度硼离子注入，该注入方法会在图案化的硬掩膜层22的上表面221区域和全部侧表面222区域形成掺入硼的无定形碳。
在具体实施过程中，本发明的发明人发现所述夹角的范围为10-30度，注入效果较好。
在垂直注入以及成夹角注入过程中，注入剂量与所需的硼离子浓度相关，注入能量与所需的硼离子深度相关，而硼离子浓度与刻蚀选择比相关，因此，注入剂量范围可以较大，例如为5X IO14 IX IO15个原子/平方厘米。
如前面所述，硬掩膜在刻蚀过程中起主要作用的为表面，因此，注入能量不需太高，范围例如为5 lOKeV。
在具体实施过程中，为使得硼离子分布均匀，还可以执行步骤S26，对所述图案化硬掩膜层22进行退火。所述退火温度例如为400度，环境例如为N2里，持续时间例如10-15 分钟。
紧接着，执行步骤S27，以所述新的图案化硬掩膜层22为掩膜，刻蚀所述待刻蚀层 214。所述刻蚀可以为干法刻蚀。
可选地，执行步骤S28，去除所述新的图案化硬掩膜层22步骤。
在具体实施过程中，去除所述新的图案化硬掩膜层22采用干法刻蚀去除，干法刻蚀主刻蚀气体为O2，辅刻蚀气体为cf4、h2中的至少一种。
可以理解的是，在本实施例中，只有表层区域含有硼离子，因此，只有表层区域去除时只需引入CF4或H2，中间区域仍采用无定形碳的O2去除，相对硬掩膜层都含硼离子来说，去除工艺实现起来相对简单，且成本低。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，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
1.一种作为硬掩膜的无定形碳的处理方法，其特征在于，包括提供硬掩膜层，所述硬掩膜层的材质为无定形碳；图案化所述硬掩膜层；对所述图案化硬掩膜层进行硼离子注入。
2.根据权利要求1所述的无定形碳的处理方法，其特征在于，所述硼离子注入步骤中， 注入方向为垂直所述硬掩膜层的上表面。
3.根据权利要求1所述的无定形碳的处理方法，其特征在于，所述硼离子注入步骤中， 注入方向与所述硬掩膜层的上表面法线方向成一定夹角。
4.根据权利要求3所述的无定形碳的处理方法，其特征在于，所述夹角的范围为 10-30 度。
5.根据权利要求1所述的无定形碳的处理方法，其特征在于，所述硼离子注入步骤中， 注入剂量范围为5X1014 IXlO15个原子/平方厘米。
6.根据权利要求5所述的无定形碳的处理方法，其特征在于，所述硼离子注入步骤中， 注入能量范围为5 lOKeV。
7.根据权利要求3所述的无定形碳的处理方法，其特征在于，所述硼离子注入步骤中， 包括注入完成一次后，旋转所述图案化硬掩膜层90度，再进行一次硼离子注入，接着再进行两次对所述图案化硬掩膜层的90度旋转及两次硼离子注入，以实现对所述图案化硬掩膜层的360度硼离子注入。
8.根据权利要求1所述的无定形碳的处理方法，其特征在于，所述硼离子注入步骤后， 还对所述图案化硬掩膜层进行退火步骤。
9.一种采用无定形碳作为硬掩膜的刻蚀方法，其特征在于，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有对准标记及衬底图案，且最上层为待刻蚀层；在所述待刻蚀层上淀积硬掩膜层，所述硬掩膜层的材质为无定形碳；通过无定形碳探测对准标记，使得掩膜版上的图案和衬底图案对准；图案化所述硬掩膜层；对所述图案化硬掩膜层进行硼离子注入，形成新的图案化硬掩膜层；以所述新的图案化硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述待刻蚀层。
10.根据权利要求9所述的刻蚀方法，其特征在于，所述硼离子注入步骤中，注入方向为垂直所述硬掩膜层的上表面。
11.根据权利要求9所述的刻蚀方法，其特征在于，所述硼离子注入步骤中，注入方向与所述硬掩膜层的上表面法线方向成一定夹角。
12.根据权利要求11所述的刻蚀方法，其特征在于，所述夹角的范围为10-30度。
13.根据权利要求9所述的刻蚀方法，其特征在于，所述硼离子注入步骤中，注入剂量范围为5X1014 IXlO15个原子/平方厘米。
14.根据权利要求13所述的刻蚀方法，其特征在于，所述硼离子注入步骤中，注入能量范围为5 IOKeV0
15.根据权利要求9所述的刻蚀方法，其特征在于，在所述待刻蚀层上淀积硬掩膜层步骤后，还进行淀积抗反射介电层的步骤；所述图案化所述硬掩膜层步骤包括在所述抗反射介电层上形成光刻胶，曝光显影后，以图案化的光刻胶为掩膜刻蚀所述抗反射介电层与所述硬掩膜层；去除光刻胶残留物和抗反射介电层。
16.根据权利要求9所述的刻蚀方法，其特征在于，所述硼离子注入步骤中，包括注入完成一次后，旋转所述图案化硬掩膜层90度，再进行一次硼离子注入，接着再进行两次对所述图案化硬掩膜层的90度旋转及两次硼离子注入，以实现对所述图案化硬掩膜层的360 度硼离子注入。
17.根据权利要求9所述的刻蚀方法，其特征在于，刻蚀所述待刻蚀层步骤后，还进行去除所述新的图案化硬掩膜层步骤。
18.根据权利要求17所述的刻蚀方法，其特征在于，去除所述新的图案化硬掩膜层采用干法刻蚀去除，干法刻蚀主刻蚀气体为O2，辅刻蚀气体为CF4、H2中的至少一种。
19.根据权利要求9所述的刻蚀方法，其特征在于，所述硼离子注入步骤后，还对所述图案化硬掩膜层进行退火步骤。
全文摘要
一种作为硬掩膜的无定形碳的处理方法，包括提供硬掩膜层，材质为无定形碳；图案化硬掩膜层；对图案化硬掩膜层进行硼离子注入。本发明还一种采用无定形碳作为硬掩膜的刻蚀方法，包括提供半导体衬底，其上形成有对准标记及衬底图案，且最上层为待刻蚀层；在待刻蚀层上淀积硬掩膜层，硬掩膜层材质为无定形碳；通过无定形碳探测对准标记，使得掩膜版上的图案和衬底图案对准；图案化硬掩膜层；对图案化硬掩膜层进行硼离子注入，形成新的图案化硬掩膜层；以新的图案化硬掩膜层为掩膜，刻蚀待刻蚀层。采用本发明的技术方案，可以克服现有的采用无定形碳作为硬掩膜进行刻蚀时，掺硼剂量范围有限及去除该硬掩膜层时工艺要求较高的问题。
文档编号H01L21/311GK103021838SQ20111029699
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月27日 优先权日2011年9月27日
发明者邓浩, 张彬 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司