掩膜图形、半导体结构及其制备方法与流程

本发明涉及集成电路制造领域，特别是涉及一种掩膜图形、半导体结构及其制备方法。

背景技术：

随着半导体存储技术的快速发展，半导体存储产品的体积越来越小，但是市场对半导体存储产品的存储能力提出了更高的要求。尤其是对于动态随机存储器(dynamicrandomaccessmemory，dram)来说，如何制备出体积更小小、可靠性更高的dram，是目前面临的重大课题。

在dram的制备过程中，需要用到反向自对准双重成像工艺(reverseself-aligneddoublepatterning，rsadp)，在使用反向自对准双重成像工艺制备掩膜结构时，由于dram体积不断减小，作为侧墙的氧化层的厚度较小，在去除氧化层时容易刻蚀到作为牺牲图形的有机材料层，在基于去除侧墙后的缝隙继续刻蚀时，容易造成有机材料层或在刻蚀过程中产生的副产物(例如聚合物)堵塞刻蚀沟槽的底部，有机材料层会阻挡刻蚀的进行，使得后续工艺无法继续往下刻蚀，造成不同位置的刻蚀沟槽的深度不一致。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统的rsadp工艺中存在的问题，提供一种掩膜图形、半导体结构及其制备方法。

一种掩膜图形的制备方法，包括：形成由下至上叠置的图形转移层、刻蚀停止层、牺牲层及硬掩膜层；图形化所述硬掩膜层及所述牺牲层，以得到牺牲图形，所述牺牲图形暴露出所述刻蚀停止层；于所述牺牲图形的侧壁形成侧墙结构；去除所述牺牲图形；于所述侧墙结构之间形成填充层，所述侧墙结构与所述填充层的刻蚀选择比大于100；去除所述侧墙结构，以形成初始掩膜图形；基于所述初始掩膜图形刻蚀所述刻蚀停止层及所述图形转移层，以将所述初始掩膜图形的图案转移至所述图形转移层，以得到目标掩膜图形。

在其中一个实施例中，所述于所述牺牲图形的侧壁形成侧墙结构包括：于所述牺牲图形的侧壁、所述牺牲图形的顶部及暴露出的所述刻蚀停止层的表面形成侧墙材料层；去除位于所述牺牲图形顶部及暴露出的所述刻蚀停止层表面的所述侧墙材料层，保留位于所述牺牲图形侧壁的所述侧墙材料层。

在其中一个实施例中，采用原子层沉积工艺于所述牺牲图形的侧壁、所述牺牲图形的顶部及暴露出的所述刻蚀停止层的表面形成所述侧墙材料层。

在其中一个实施例中，所述于所述侧墙结构之间形成填充层包括：形成填充材料层，所述填充材料层填满所述侧墙结构之间的间隙，并覆盖所述侧墙结构；去除位于所述侧墙结构上的所述填充材料层，以得到所述填充层，所述填充的上表面与所述侧墙结构的上表面相平齐。

在其中一个实施例中，所述图形转移层包括氧化硅层，所述刻蚀停止层包括多晶硅层，所述牺牲层包括旋涂有机硬掩模层，所述硬掩膜层包括氮氧化硅层，所述侧墙结构包括氧化硅结构，所述填充层包括氮化硅层。

在其中一个实施例中，所述去除所述侧墙结构，以形成初始掩膜图形包括：采用干法刻蚀工艺去除所述侧墙结构，去除所述侧墙结构的刻蚀气体包括三氟化氮与氨气或氢氟酸的组合。

在其中一个实施例中，去除所述侧墙结构的刻蚀温度包括100℃～120℃。

在其中一个实施例中，所述氧化硅与所述氮化硅的刻蚀选择比大于100。

在其中一个实施例中，所述基于所述初始掩膜图形刻蚀所述刻蚀停止层及所述图形转移层，以将所述初始掩膜图形的图案转移至所述图形转移层，以得到目标掩膜图形包括：基于所述初始掩膜图形刻蚀所述刻蚀停止层及所述图形转移层，以将所述初始掩膜图形的图案转移至所述图形转移层；去除所述初始掩膜图形；去除所述刻蚀停止层。

在其中一个实施例中，采用干法刻蚀工艺去除所述刻蚀停止层，去除所述刻蚀停止层的刻蚀气体包括氯气，刻蚀温度包括30℃～70℃。

在其中一个实施例中，所述侧墙结构、所述硬掩膜层及所述牺牲层与所述刻蚀停止层的刻蚀选择比均大于1。

一种掩膜图形，采用上述任一实施例中所述的掩膜图形的制备方法制备而得到。

一种半导体结构的制备方法，包括：提供基底；采用上述任一实施例中所述的掩膜图形的制备方法于所述基底上形成所述目标掩膜图形；基于所述目标掩膜图形刻蚀所述基底，以得到半导体结构。

在其中一个实施例中，所述基底包括衬底及位于所述衬底上表面的介质层；所述目标掩膜图形形成于所述介质层的上表面；所述衬底的材料包括硅，锗或硅锗，所述介质层包括氮氧化硅层。

一种半导体结构，采用上述任一实施例中所述的半导体结构的制备方法制备而得到。

上述掩膜图形的制备方法，先去除牺牲层，再在侧墙结构之间形成填充层后再去除侧墙结构，并控制侧墙结构与填充层之间的刻蚀选择比均大于100，从而可以在去除侧墙结构、刻蚀形成侧墙缝隙时，几乎不会对刻蚀填充层形成的初始掩膜图形造成刻蚀。将上述掩膜图形的制备方法引入rsadp工艺，可以降低rsadp工艺中去除侧墙后形成的侧墙缝隙及基于去除侧墙后形成的缝隙继续刻蚀形成的缝隙被堵塞的风险。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合本发明的较佳实施例并配合附图进行详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，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实施例的附图。

图1为本申请一实施例中提供一种掩膜图形的制备方法的流程示意图。

图2为本申请一实施例提供的形成图形转移层、刻蚀停止层、牺牲层及硬掩膜层的局部截面结构示意图。

图3为本申请一实施例中提供的形成牺牲图形的局部截面结构示意图。

图4为本申请一实施例中提供的形成侧墙材料层的局部截面结构示意图。

图5为本申请一实施例中提供的于牺牲图形的侧壁形成侧墙结构的局部截面结构示意图。

图6为本申请一实施例中提供的形成侧墙结构的局部截面结构示意图。

图7为本申请一实施例中提供的形成填充层材料层的局部截面结构示意图。

图8为本申请一实施例中提供的形成填充层的局部截面结构示意图。

图9为本申请一实施例中提供的形成初始掩膜图形的局部截面结构示意图。

图10-图12为本申请一实施例中提供的基于初始掩膜图形形成目标掩膜图形的工艺过程示意图。

附图标注说明：11、基底；111、衬底；112、介质层；12、图形转移层；13、刻蚀停止层；14、牺牲层；15、硬掩膜层；16、牺牲图形；17、侧墙材料层；18、侧墙结构；19、填充材料层；20、填充层；21、初始掩膜图形；22、目标掩膜图形。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

这里参考作为本申请的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述申请的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本申请的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本申请的范围。

本申请的一个实施例提供了一种掩膜图形的制备方法，如图1所示，包括：

s1：形成由下至上叠置的图形转移层、刻蚀停止层、牺牲层及硬掩膜层。

s2：图形化所述硬掩膜层及所述牺牲层，以得到牺牲图形，所述牺牲图形暴露出所述刻蚀停止层。

s3：于所述牺牲图形的侧壁形成侧墙结构。

s4：去除所述牺牲图形。

s5：于所述侧墙结构之间形成填充层，所述侧墙结构与所述填充层的刻蚀选择比大于100。

s6：去除所述侧墙结构，以形成初始掩膜图形。

s7：基于所述初始掩膜图形刻蚀所述刻蚀停止层及所述图形转移层，以将所述初始掩膜图形的图案转移至所述图形转移层，以得到目标掩膜图形。

在步骤s1中，如图2所示，由下至上叠置的图形转移层12、刻蚀停止层13、牺牲层14以及硬掩膜层15可以形成于基底11上。其中，图形转移层12可以包括但不仅限于氧化物层，例如二氧化硅层。刻蚀停止层13可以包括但不仅限于多晶硅层。牺牲层14可以包括但不仅限于旋涂硬掩膜层(spinonhardmask,soh)。硬掩膜层15可以包括但不仅限于氮氧化硅层。

在一个实施例中，所述基底11包括衬底111及位于衬底111上表面的介质层112；衬底111的材料可以包括硅，锗或硅锗，介质层112可以包括氮氧化硅层。

在步骤s2中，图形化硬掩膜层15及牺牲层14，得到如图3中所示的牺牲图形16。牺牲图形16位于刻蚀停止层13的上表面，各牺牲图形16之间暴露出刻蚀停止层13。作为示例，硬掩膜层15和牺牲层14与刻蚀停止层13之间的刻蚀选择比均大于1，可以使得在图形化硬掩膜层15和牺牲层14的过程中，不会穿透刻蚀停止层13以刻蚀到图形转移层12。具体的，硬掩膜层15和牺牲层14与刻蚀停止层13之间的刻蚀选择比可以为2、5、10或20等等。如图3所示，各个牺牲图形16包括上下两层，即各个牺牲图形16均包括图形化之后保留的硬掩膜层15和图形化之后保留的牺牲层14。

在步骤s3中，于牺牲图形16的侧壁形成侧墙结构。在一个实施例中，形成侧墙结构的步骤包括：

s31：于所述牺牲图形16的侧壁、所述牺牲图形16的顶部及暴露出的所述刻蚀停止层13的表面形成侧墙材料层17，如图4所示。

s32：去除位于所述牺牲图形16顶部及暴露出的所述刻蚀停止层13表面的所述侧墙材料层17，保留位于所述牺牲图形16侧壁的所述侧墙材料层17,如图5所示。

在步骤s31中，如图4所示，首先，可以采用但不仅限于原子层沉积工艺于牺牲图形16的侧壁和顶部及暴露的刻蚀停止层13的上表面沉积侧墙材料层17。侧墙材料层17的厚度可以根据需求进行调节。在本实施例中，各牺牲图形16的侧壁上沉积的侧墙材料层17的厚度相等。

作为示例，侧墙材料层17的材质可以包括但不仅限于二氧化硅。

在步骤s32中，形成侧墙材料层17之后，通过刻蚀工艺去除位于牺牲图形16顶部的侧墙材料层17和位于刻蚀停止层13表面的侧墙材料层17。同时，还可以在去除位于牺牲图形16顶部的侧墙材料层17和位于刻蚀停止层13表面的侧墙材料层17之后去除牺牲图形16中的硬掩膜层部分，以露出图形化之后保留的牺牲层14部分。图4中的侧墙材料层17经过刻蚀工艺后，得到图5中所示的位于牺牲图形16侧壁的侧墙结构18。在本实施例中，侧墙材料层17与刻蚀停止层13之间的刻蚀选择比大于1，例如，可以是10、20或30，其目的在于，在刻蚀形成侧墙结构18的过程中，避免刻蚀穿透刻蚀停止层13,从而避免对图形转移层12造成破坏。

在步骤s4中，去除牺牲图形16。具体的，由于在步骤s3中已经去除了牺牲图形16中的硬掩膜层部分，对于剩下的牺牲层部分，可采用sohstrip工艺将其去除，得到如图6所示的间隔设置侧墙结构18。其中，侧墙结构18之间的间隙距离可以通过控制牺牲图形16的宽度来加以调节。

在步骤s5中，于侧墙结构18之间形成填充层20，侧墙结构18与所述填充层的刻蚀选择比大于100。具体的，侧墙结构18与所述填充层的刻蚀选择比可以为110、150、200或250等等。具体的，如图7和图8所示，首先，于刻蚀停止层13上表面形成填充材料层19，所述填充材料层19填满所述侧墙结构18之间的间隙，并覆盖所述侧墙结构18，如图7所示。然后去除位于侧墙结构18上的填充材料层19，以得到填充层20，所述填充层20的上表面与所述侧墙结构18的上表面相平齐，如图8所示。

作为示例，可以采用氮化硅沉积工艺，例如可以为原子层沉积，化学气相沉积或物理气相沉积，形成图7所示的填充材料层19。

作为示例，采用氮化硅回刻工艺，例如可以为干法刻蚀或湿法刻蚀，形成图8所示的填充层20。

在本实施例中，通过将侧墙结构18与填充层20的刻蚀选择比设置为大于100，可以在相同的刻蚀条件下，使得侧墙结构18的刻蚀速度比填充层20的刻蚀速度快100倍以上。因此，在步骤s6去除侧墙结构18时，填充层20几乎不受当前刻蚀条件的影响，从而形成图9所示的初始掩膜图形21。

作为示例，在步骤s6中可采用干法刻蚀工艺去除侧墙结构18，以形成初始掩膜图形21。具体的，去除侧墙结构18的刻蚀气体可以选择氨气和三氟化氮组成的混合气体或氢氟酸和三氟化氮组成的混合气体，刻蚀温度可以控制在100℃～1000℃，刻蚀温度可以为100℃～120℃，例如，刻蚀温度可以是100℃、110℃或120℃；当然，在其他示例中，刻蚀温度也可以大于800℃，譬如800℃、900℃或1000℃等等。采用气体分子刻蚀的方法对侧墙结构18进行去除，即使侧墙结构18很窄，形成的侧墙缝隙很小，也可以实现彻底的清除。

可选地，侧墙结构18的材质可以是氧化硅，初始掩膜图形21的材质可以是氮化硅。通过调节刻蚀工艺参数控制氧化硅与氮化硅之间的刻蚀选择比大于100，可以在高效清除侧墙结构18时，减少对初始掩膜图形21的刻蚀，从而避免在刻蚀过程中产生副产物(例如聚合物)堵塞在侧墙结构18的顶部，使得刻蚀气体无法接触到侧墙结构18，影响刻蚀工艺的进行和侧墙结构18的去除。同时，得益于侧墙结构18与初始掩膜图形21之间的高刻蚀选择比，在刻蚀过程中几乎不会产生足以堵塞侧墙结构18形成的间隙及后续刻蚀形成目标掩膜图形时的间隙的杂质，解决了传统工艺中随着刻蚀工艺的进行出现的侧墙结构形成的间隙及后续刻蚀形成目标掩膜图形时的间隙被反应副产物堵塞的问题。

在步骤s7中，基于初始掩膜图形21刻蚀图形转移层12和刻蚀停止层13，以将初始掩膜图形21的图案转移至所述图形转移层12，以得到目标掩膜图形22。在一种实施方式中，请参考图10至图12，具体步骤包括：基于所述初始掩膜图形21刻蚀所述刻蚀停止层13及所述图形转移层12，以将所述初始掩膜图形21的图案转移至所述图形转移层12，如图10所示；去除所述初始掩膜图形21，如图11所示；去除所述刻蚀停止层13，如图12所示。

首先，如图10所示，基于初始掩膜图形21向下刻蚀，初始掩膜图形21覆盖的部分被保留，初始掩膜图形21未覆盖的部分被刻蚀并贯穿至基底上表面。

然后，去除初始掩膜图形21，得到如图11所示的半导体结构。

在另一种实施方式中，请参考图11和图12，具体步骤包括：基于所述初始掩膜图形21刻蚀所述刻蚀停止层13及所述图形转移层12，以将所述初始掩膜图形21的图案转移至所述图形转移层12，同时在刻蚀所述刻蚀停止层13及所述图形转移层12的过程中刻蚀去除所述初始掩膜图形21，如图11所示；去除所述刻蚀停止层13，如图12所示。

首先，如图11所示，基于初始掩膜图形21向下刻蚀，初始掩膜图形21覆盖的部分被保留，初始掩膜图形21未覆盖的部分被刻蚀并贯穿至基底上表面，同时可通过控制刻蚀工艺在向下刻蚀时，去除初始掩膜图形21，可以使得图形转移层12刻蚀完成时，正好刻蚀去除初始掩膜图形21，得到如图11所示的半导体结构。

作为示例，可以采用干法刻蚀工艺去除初始掩膜图形21。

最后，去除刻蚀停止层13，以得到图12中所示的目标掩膜图形22。作为示例，刻蚀气体可以为氯气，刻蚀温度控制在30℃～70℃之间，例如，刻蚀温度可以是30℃、40℃、50℃、60℃或70℃等等。

上述掩膜图形的制备方法，增加了刻蚀停止层，并在刻蚀停止层上制备了初始掩膜图形，同时控制侧墙结构与填充层之间的刻蚀选择比均大于100，从而可以在去除侧墙结构、刻蚀形成侧墙缝隙时，几乎不会对刻蚀填充层形成的初始掩膜图形造成刻蚀。将上述掩膜图形的制备方法引入rsadp工艺，可以降低rsadp工艺中基于去除侧墙后的侧墙缝隙继续刻蚀形成目标掩膜图形22时的间隙被堵塞的风险。

在一个实施例中，侧墙结构18、硬掩膜层15以及牺牲层14与刻蚀停止层13的刻蚀选择比均大于1，使得在制备侧墙结构18过程中，对牺牲层14、硬掩膜层15和侧墙材料层17的刻蚀速度均大于刻蚀停止层13的刻蚀速度，刻蚀停止层13起到了阻隔作用，避免提前刻蚀图形转移层12导致形成的图形转移层12表面刻蚀不均，不会影响最终目标掩模图形22的形成。具体的，侧墙结构18、硬掩膜层15以及牺牲层14与刻蚀停止层13的刻蚀选择比可以为2、5、10、20或30等等。

本申请还提供一种掩膜图形，采用上述任一实施例中的掩膜图形的制备方法制备而得到。通过采用上述实施例中的掩膜图形的制备方法，得到的掩膜图形更加接近预设形状。

请继续参阅图1至图12，本申请还提供一种半导体结构的制备方法，包括：提供基底11；采用上述任一实施例中所述的掩膜图形的制备方法于基底上形成的目标掩膜图形22；基于目标掩膜图形22刻蚀基底11，以得到半导体结构。

在目标掩模图形22的制备过程中采用了上述实施例中的掩膜图形的制备方法，增加了刻蚀停止层，避免初始掩膜图形的制备过程中刻蚀到图形转移层；先去除牺牲层，再在侧墙结构之间形成填充层后再去除侧墙结构，并控制侧墙结构与填充层之间的刻蚀选择比均大于100，从而可以保证去除侧墙后形成的侧墙缝隙及基于去除侧墙后形成的缝隙继续刻蚀形成的缝隙被堵塞的风险。

在一个实施例中，所述基底11包括衬底111及位于衬底111上表面的介质层112；目标掩膜图形22形成于介质层112的上表面。

本申请还提供一种半导体结构，采用上述实施例中的半导体结构的制备方法制备而得到。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。