一种图形转移方法与流程

本发明属于半导体器件制造领域，具体涉及一种图形转移方法。

背景技术：

在半导体器件制造领域，为降低器件的制作成本，需要在一定面积的衬底上尽可能多地制备器件，这就需要器件的特征尺寸越小越好。目前，光刻工艺决定了器件的最小特征尺寸，为了将更小特征尺寸的特征图形精准地转移至衬底上，光刻工艺需要面对应尽可能降低线宽粗糙度(LWR)的挑战，所谓线宽粗糙度是指器件线条相对理想器件线条的偏差，具体地，理想器件线条的形状一般为一条直线，而实际上器件线条的形状往往为锯齿状，这样，可能会导致器件性能退化以及良率降低等问题。

为了降低线宽粗糙度，目前，采用的方式为：增大进行光刻工艺的光刻系统的光学透镜的数值孔径，这样，会造成光刻系统的成像景深，因此，需要减薄光刻胶的厚度。但是，由于越薄的光刻胶，其耐等离子体刻蚀性能越差，因此，需要在衬底和光刻胶之间形成一层耐等离子体刻蚀的硬掩膜层，一般为非晶碳层。

然而，在实际应用中采用在衬底和光刻胶层之间形成一层非晶碳层会存在以下问题：

第一，需要将衬底先自刻蚀腔室传输至沉积腔室来形成非晶碳层，之后再自沉积设备传输至刻蚀腔室以继续进行刻蚀工艺，刻蚀工艺还需要增加刻蚀该非晶碳的步骤，因此，不仅造成工艺复杂、工艺时间很长，产量低；而且还增加了沉积腔室的设备成本，经济效益低。

第二，由于非晶碳结构疏松多孔，硬度相对不高，因此，在刻蚀工艺中容易受到损伤，造成线宽粗糙度仍然较高，存在影响器件性能的隐患。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种图形转移方法，可实现原位降低光刻胶图形的线条的线宽粗糙度，这样，不仅在很大程度上简化工艺、缩短工艺时间，减小沉积腔室的设备成本，提高经济效益；而且还可以进一步降低光刻胶图形的线条的线宽粗糙度，从而有利于图形的准确地转移至衬底上。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种图形转移方法，用于将特征图形转移至衬底上，包括以下步骤：S1，在所述衬底上形成光刻胶层，采用构图工艺将特征图形转移至光刻胶层上，形成光刻胶图形；S2，开启刻蚀腔室的激励电源和偏压电源，所述偏压电源为等离子体浸没离子注入工艺对应的第一偏压电源，对所述光刻胶图形进行等离子体浸没离子注入工艺，而后关闭所述第一偏压电源。S3，在刻蚀腔室内对表面形成有所述光刻胶图形的衬底进行等离子体刻蚀工艺，直至所述特征图形转移至所述衬底上。

优选地，在所述步骤S2和所述步骤S3中均采用电感耦合方式产生的等离子体；所述步骤S3还包括：切换所述偏压电源为所述刻蚀工艺对应的第二偏压电源并开启。

具体地，所述第一偏压电源为高压脉冲直流电源或者高压直流电源。

优选地，若所述第一偏压电源为高压脉冲直流电源，其参数包括：电压范围为-1k～-100kV；脉冲频率范围为0～1kHz；脉冲占空比范围为10～90％；若所述第一偏压电源为高压直流电源，其参数包括：电压范围为-1k～-100kV。

优选地，在所述步骤S2中的工艺气体为含碳元素、硅元素、溴元素、氢元素、氮元素和惰性气体元素中的至少一种的气体。

优选地，所述步骤S2的工艺参数包括：工艺气体的气流量范围为10～200sccm；工艺气压范围为0.5～100mT；工艺时间范围为0.5～30min。

优选地，在所述步骤S1中还包括：在所述衬底上形成氧化层；在所述氧化层上形成所述光刻胶层。

优选地，在所述步骤S1中还包括：在所述氧化层上形成氮化硅层；在所述氮化硅层上形成所述光刻胶层。

优选地，在所述步骤S1中还包括：在所述氮化硅层上形成抗反射层；在所述抗反射层上形成所述光刻胶层。

优选地，在所述步骤S3中，在所述特征图形转移至所述氮化硅层后，采用等离子体灰化方式去除所述光刻胶图形，而后继续进行刻蚀工艺，直至所述特征图形转移至所述衬底上。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的图形转移方法，在步骤S3进行刻蚀工艺之前，通过步骤S2在刻蚀腔室内对光刻胶图形进行等离子体浸没离子注入工艺，借助离子注入光刻胶图形的各个外露表面，使得光刻胶图形的各个外露表面均匀改性，离子注入后的光刻胶图形硬化，可作为硬掩膜层，这与现有技术需要在沉积腔室内沉积硬掩膜层并在图形转移至衬底过程时需要额外增加刻蚀掉该硬掩膜层的步骤相比，第一，可以在刻蚀腔室内形成硬掩膜层，也就实现原位降低光刻胶图形的线条的线宽粗糙度，从而减小沉积腔室的设备成本，提高经济效益；第二，还可以在图形转移至衬底过程时不需要额外增加刻蚀掉该硬掩膜层的步骤，从而在很大程度上简化工艺、缩短工艺时间；第三，光刻胶图形硬化后相对现有沉积的非晶碳层，硬度较高，在刻蚀过程中不易受到损伤，因此，可以避免对线宽粗糙度产生影响；第四，由于在离子注入过程中光刻胶温度升高使得其局部软化而重新排列，且离子可以研磨、碰撞和抛光掉光刻胶图形的线条的粗糙边缘，从而可以进一步实现原位降低光刻胶图形的线条的线宽粗糙度；第五，等离子体浸没离子注入工艺在三维方向上离子注入效率高，因而可以很好地对光刻胶图形的线条的轮廓形状进行修正。

附图说明

图1为本发明实施例提供的图形转移方法的流程图；

图2为图1所示的步骤S2的示意图；以及

图3为执行本发明实施例提供的图形转移方法的刻蚀腔室的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的图形转移方法进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的图形转移方法的流程图；图2为图1所示的步骤S2的示意图。请一并参阅图1和图2，本发明实施例提供的图形转移方法，用于将特征图形转移至衬底100上，所谓特征图形是指制备半导体器件所设计的图形。具体地，该图形转移方法包括以下步骤：

步骤S1，在衬底100上形成一层光刻胶层104，采用构图工艺将特征图形转移至光刻胶层104上，形成光刻胶图形。具体地，构图工艺包括但不限于曝光和显影等。

步骤S2，开启刻蚀腔室的激励电源和偏压电源，偏压电源为等离子体浸没离子注入工艺对应的第一偏压电源，对光刻胶图形进行等离子体浸没离子注入工艺，而后关闭第一偏压电源。其中，激励电源用于激发刻蚀腔室内输入的工艺气体来形成等离子体；第一偏压电源用于向衬底100提供负偏压，以吸引正离子朝向衬底100移动，以实现对光刻胶图形进行等离子体浸没离子注入工艺，如图2所示，正离子105自各个方向注入光刻胶图形的各个外露表面。

具体地，第一偏压电源为高压脉冲直流电源或者高压直流电源。更具体地，若第一偏压电源为高压脉冲直流电源，其参数包括：电压范围为-1k～-100kV；脉冲频率范围为0～1kHz；脉冲占空比范围为10～90％；若第一偏压电源为高压直流电源，其参数包括：电压范围为-1k～-100kV。

并且，在步骤S2中的工艺气体为含碳元素(C)、硅元素(Si)、溴元素(Br)、氢元素(H)、氮元素(N)和惰性气体元素(He、Ne、Ar、Kr、Xe)中的至少一种的气体，也就是说，注入的离子种类包括碳离子、硅离子、溴离子、氢离子、氮离子和多种惰性气体离子中至少一种。优选地，工艺气体为氩气(Ar)。

步骤S2的参数包括：工艺气体的气流量范围为10～200sccm；工艺气压范围为0.5～100mT；工艺时间范围为0.5～30min。

S3，在刻蚀腔室内对表面形成有光刻胶图形的衬底100进行等离子体刻蚀工艺，直至特征图形转移至衬底100上。

具体地，在本实施例中，在步骤S2和步骤S3中均采用电感耦合的方式产生的等离子体；在这种情况下，步骤S3还包括：切换偏压电源为刻蚀工艺对应的第二偏压电源。其中，第二偏压电源用于向衬底100提供负偏压，以吸引正离子朝向衬底100移动，从而实现对衬底100进行刻蚀。

图3为执行本发明实施例提供的图形转移方法的刻蚀腔室的结构示意图。请参阅图3，刻蚀腔室包括反应腔室10，在反应腔室10内设置有用于承载衬底100的卡盘11，在反应腔室10的顶壁上方设置有感应线圈12，感应线圈12经过第一阻抗匹配器13与激励电源14电连接，其中，激励电源14为射频电源，其在步骤S2中功率范围为300～1500W；另外，卡盘11通过选择开关18分别与第一偏压电源15电连接，以及经过第二阻抗匹配器17与第二偏压电源16电连接，其中，第二偏压电源16为射频电源。

在此情况下，在上述步骤S2中，使选择开关18与第一偏压电源15电连接，而与第二偏压电源16断接；在步骤S3中，切换选择开关，使其与第二偏压电源16电连接，而与第一偏压电源15断接。

优选地，本发明实施例提供的图形转移方法，在步骤S1中还包括：在衬底100的上表面上形成氧化层101；在该氧化层101上形成氮化硅层102；在氮化硅层102上形成抗反射层103，光刻胶层104形成在抗反射层103上。

具体地，衬底100为硅衬底，采用热氧化的方法生长氧化层101(即，氧化硅)，其厚度范围为20～100A；借助氧化层101不仅可以避免后续在其上形成氮化硅层102时对衬底100表面沾污；而且还可以充当缓冲层，以减小氮化硅层102和衬底100之间产生的热应力。

氮化硅层102的厚度范围为500～1500A，氮化硅层102主要用于作为化学或机械抛光的停止层。具体地，可以采用化学气相沉积方法形成该氮化硅层102。

抗反射层103的厚度范围为500～800A。借助该抗反射层103可以减少光刻胶底部的反射光，具体地，可以采用旋转涂抹法(简称旋涂)或者化学气相沉积方法(简称CVD)形成该抗反射层103。

另外，在步骤S3之后还包括：采用等离子体灰化方式去除光刻胶图形。或者，在步骤S3中，在特征图形转移至氮化硅层后，采用等离子体灰化方式将光刻胶图形去除，而后继续进行刻蚀工艺，直至特征图形转移至衬底100上。

需要说明的是，尽管本申请中步骤S1和步骤S2中均采用电感耦合方式产生等离子体，也就是说，刻蚀腔室为电感耦合等离子体腔室；但是，本发明并不局限于此，在实际应用中，二者还可以采用其他方式产生等离子体，例如，电子回旋共振方式(ECR)。

由上可知，本发明实施例提供的图形转移方法，在步骤S3进行刻蚀工艺之前，通过步骤S2在刻蚀腔室内对光刻胶图形进行等离子体浸没离子注入工艺，借助离子注入光刻胶图形的各个外露表面，使得光刻胶图形的各个外露表面均匀改性，离子注入后的光刻胶图形硬化，可作为硬掩膜层，这与现有技术需要在沉积腔室内沉积硬掩膜层并在图形转移至衬底过程时需要额外增加刻蚀掉该硬掩膜层的步骤相比，第一，可以在刻蚀腔室内形成硬掩膜层，也就实现原位降低光刻胶图形的线条的线宽粗糙度，从而减小沉积腔室的设备成本，提高经济效益；第二，还可以在图形转移至衬底过程时不需要额外增加刻蚀掉该硬掩膜层的步骤，从而在很大程度上简化工艺、缩短工艺时间；第三，光刻胶图形硬化后相对现有沉积的非晶碳层，硬度较高，在刻蚀过程中不易受到损伤，因此，可以避免对线宽粗糙度产生影响；第四，由于在离子注入过程中光刻胶温度升高使得其局部软化而重新排列，且离子可以研磨、碰撞和抛光掉光刻胶图形的线条的粗糙边缘，从而可以进一步实现原位降低光刻胶图形的线条的线宽粗糙度；第五，等离子体浸没离子注入工艺在三维方向上离子注入效率高，因而可以很好地对光刻胶图形的线条的轮廓形状进行修正。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。