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、氮化硅层、多晶硅层、底部抗反射层和光刻胶层，并对光刻胶层进行曝光显影；通过刻蚀工艺依次对底部抗反射层和多晶硅层进行刻蚀，直到暴露出氮化硅层上表面和多晶硅层的顶部表面；在多晶硅核心图形顶部、侧壁表面以及氮化硅层上表面形成氧化硅层；去除多晶硅核心图形顶部表面的氧化硅层，以及氮化硅层上表面的氧化硅层，以形成氧化硅侧墙；去除多晶硅核心图形，并以氧化硅侧墙为阻挡层对氮化硅层以及氧化硅层进行刻蚀；去除顶部氧化硅侧墙，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、氮化硅层、多晶硅层、底部抗反射层和光刻胶层，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底部抗反射层和多晶硅层进行刻蚀，直到暴露出所述氮化硅层上表面和多晶硅层的顶部表面，以形成多晶硅核心图形；
[0016]步骤S03:在所述多晶硅核心图形顶部、侧壁表面以及氮化硅层上表面形成氧化娃层;
[0017]步骤S04:去除所述多晶硅核心图形顶部表面的氧化硅层，以及所述氮化硅层上表面的氧化硅层，以形成氧化硅侧墙；
[0018]步骤S05:去除所述多晶硅核心图形，并以所述氧化硅侧墙为阻挡层对氮化硅层以及氧化硅层进行刻蚀；
[0019]步骤S06:去除顶部氧化硅侧墙，形成自对准双层图形。
[0020]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。
[0021]优选的，通入反应气体CL2、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。
[0022]优选的，对多晶硅层进行刻蚀具体包括:
[0023]步骤S021:对多晶硅层进行主刻蚀；采用气体CF4、SF6、N2、02其中的一种或几种的组合来刻蚀所述多晶硅层；
[0024]步骤S022: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。
[0025]优选的，通入气体O2去除所述底部抗反射层和光刻胶层。
[0026]优选的，所述步骤S03中的氧化硅层是通过原子层淀积工艺生长形成的。
[0027]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C4F8与O2的混和气体对所述氧化硅层进行回刻蚀。
[0028]优选的，步骤S05中，通入HBr、02、He的混和气体去除所述多晶硅核心图形。
[0029]优选的，步骤S05中，通入CF4、CHF3、CH2F2的混和气体以所述氧化硅侧墙为阻挡层对所述氮化硅层进行刻蚀。
[0030]优选的,步骤S06中,通入CF4气体去除顶部氧化娃侧墙。
[0031]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:核心图形即基体材料用多晶硅取代现有的无定形碳，目的是在后续原子层沉积技术沉积氧化硅过程中，利用富含硅前驱体与氧气的反应对多晶硅的损伤非常小的优势，避免了在氧化硅沉积过程中核心图形形貌发生变化，因而形成的氧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】
[0032]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。[0033]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；
[0034]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；
[0035]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】
[0036]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。
[0037]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。
[0038]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:
[0039]步骤SOl:提供一半导体衬底100，且在所述半导体衬底100上依次形成有氧化硅层110、氮化娃层120、多晶娃层130、底部抗反射层140和光刻胶层150,并对所述光刻胶层150进行曝光显影(如图9所示)。
[0040]其中，半导体衬底100的材料为单晶硅、多晶硅或非晶硅形成的硅材料，或是绝缘娃材料(Silicon on insulator,简称SOI),还可以是其它半导体材料或其它结构,在此不再赘述。
[0041]本实施例中，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。
[0042]步骤S02:通过刻蚀工艺依次对所述底部抗反射层140和多晶硅层130进行刻蚀，直到暴露出所述氮化娃层120上表面和多晶娃层130的顶部表面，以形成多晶娃核心图形130 (如图10所示)。
[0043]具体的说，刻蚀工艺采用等离子干法刻蚀工艺。具体包括:
[0044]首先，通入反应气体CL2、HBr、O2、CF4其中的一种或几种的组合来刻蚀所述底部抗反射层140。
[0045]然后，对多晶硅层130进行刻蚀具体包括:步骤S021:对多晶硅层130进行主刻蚀；采用气体CF4、SF6, N2, O2其中的一种或几种的组合来刻蚀多晶硅层130 ;步骤S022:对多晶硅层130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130。采用主刻蚀和辅刻蚀工艺，可以在刻蚀多晶硅层130过程中，有效保护氮化硅层120，防止过刻蚀到氮化硅层120。
[0046]最后，通入气体O2去除所述底部抗反射层140和光刻胶层150。
[0047]步骤S03:在所述多晶硅核心图形130顶部、侧壁表面以及氮化硅层120上表面形成氧化硅层110 (如图11所示)。[0048]在原子层沉积工艺沉积氧化硅层110过程中通入富含硅前驱体，富含硅前驱体与氧气的反应对多晶硅的损伤非常小，避免了在沉积过程中核心图形形貌发生变化，因而形成的侧墙与待刻蚀材料层垂直。
[0049]步骤S04:去除所述多晶硅核心图形130顶部表面的氧化硅层110，以及所述氮化硅层120上表面的氧化硅层110，以形成氧化硅侧墙110 (如图12所示)。
[0050]具体的说，所述氧化硅侧墙110的顶部与多晶硅核心图形130顶部平齐，所述氧化硅侧墙110的底部与氮化硅层120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C4F8与O2的混和气体对所述氧化硅层110进行回刻蚀。
[0051]步骤S05:去除所述多晶硅核心图形130，并以所述氧化硅侧墙110为阻挡层对氮化硅层120以及氧化硅层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HBr、02、He的混和气体去除所述多晶硅核心图形130，通入CF4、CHF3、CH2F2的混和气体以所述氧化硅侧墙110为阻挡层对所述氮化硅层120进行刻蚀。
[0053]步骤S06:去除顶部氧化硅侧墙110，形成自对准双层图形(如图14所示)。
[0054]具体的说，使用CF4气体通过时间控制去除顶部氧化硅侧墙110，最终形成形貌稳定的自对准双层图形结构。
[0055]综上，本发明提供的自对准双层图形的形成方法优点在于:核心图形即基体材料用多晶硅取代现有的无定形碳，目的是在后续原子层沉积技术沉积氧化硅过程中，利用富含硅前驱体与氧气的反应对多晶硅的损伤非常小的优势，避免了在氧化硅沉积过程中核心图形形貌发生变化，因而形成的氧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。
[0056]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、氮化硅层、多晶硅层、底部抗反射层和光刻胶层，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底部抗反射层和多晶硅层进行刻蚀，直到暴露出所述氮化硅层上表面和多晶硅层的顶部表面，以形成多晶硅核心图形； 步骤S03:在所述多晶硅核心图形顶部、侧壁表面以及氮化硅层上表面形成氧化硅层； 步骤S04:去除所述多晶硅核心图形顶部表面的氧化硅层，以及所述氮化硅层上表面的氧化硅层，以形成氧化硅侧墙； 步骤S05:去除所述多晶硅核心图形，并以所述氧化硅侧墙为阻挡层对氮化硅层以及氧化硅层进行刻蚀； 步骤S06:去除顶部氧化硅侧墙，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S02中的刻蚀工艺采用等离子干法刻蚀工艺。
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，通入反应气体CL2, 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。
4.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，对多晶硅层进行刻蚀具体包括: 步骤S021:对多晶硅层进行主刻蚀；采用气体CF4、SF6、N2、02其中的一种或几种的组合来刻蚀所述多晶硅层； 步骤S022: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。
5.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，通入气体O2去除所述底部抗反射层和光刻胶层。
6.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中的氧化硅层是通过原子层淀积工艺生长形成的。
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C4F8与O2的混和气体对所述氧化硅层进行回刻蚀。
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HBr、02、He的混和气体去除所述多晶硅核心图形。
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，步骤S05中，通入CF4, CHF3、CH2F2的混和气体以所述氧化硅侧墙为阻挡层对所述氮化硅层进行刻蚀。
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，步骤S06中，通入CF4气体去除顶部氧化硅侧墙。
【文档编号】H01L21/311GK103972077SQ201410217678
【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