自对准图形结构的制备方法与流程

本发明属于半导体技术领域，特别是涉及一种自对准图形结构的制备方法。

背景技术：

在自对准图形光刻工艺中，譬如，自对准双重图形(self-aligneddoublepatterning，sapd)光刻工艺中，侧墙(spacer)结构(即自对准图形结构)的制备以及选择性刻蚀是自对准图形光刻工艺成功的关键。然而，在现有工艺中很难控制刻蚀的精度，对刻蚀具有较高的要求。

为了得到较好的侧墙结构，在沉积芯轴材料(mandrelmaterial)并形成芯轴图案(mandrelpattern)后，一般采用原子层沉积(ald，atomiclayerdeposition)工艺在所述芯轴图案上形成用于制备侧墙的侧墙材料，但原子层沉积工艺是一个非常慢的工艺，耗时较长，会严重影响产品的生产量，产量较低。此外，在所述芯轴图形上形成所述侧墙材料后需要采用回刻工艺去除部分位于所述芯轴图形上所述侧墙材料，保留于所述芯轴图形两侧的所述侧墙材料即为需要形成的所述侧墙；然而，回刻工艺很难控制最终形成的所述侧墙的形貌及尺寸。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自对准图形结构的制备方法用于解决现有技术中需要使用原子层沉积工艺形成侧墙材料而存在的耗时较长及产量较低的问题，以及采用回刻工艺形成侧墙时难以控制侧墙的形貌及尺寸的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自对准图形结构的制备方法，所述自对准图形结构的制备方法包括如下步骤：

提供衬底；

于所述衬底上形成图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层包括若干个图形结构；

对所述图形化光刻胶层进行处理，以于各所述图形结构的侧壁及上表面形成聚合物层；

使用含硅气体对所述聚合物层进行处理，以将所述聚合物层转化为含硅材料层；

对所述含硅材料层进行处理，以将所述含硅材料层转化为自对准图形结构材料层；

去除位于所述图形结构的上表面的所述自对准图形结构材料层；

去除所述图形化光刻胶层。

可选地，于所述衬底上形成正性光刻胶层；

对所述正性光刻胶层进行曝光，以定义出所述图形结构的形状及位置；

将曝光后的所述正性光刻胶层进行负显影，以得到所述图形化光刻胶层。

可选地，所述图形化光刻胶层含有光酸，对所述图形化光刻胶层进行烘烤，以于各所述图形结构的侧壁及上表面形成所述聚合物层。

可选地，对所述图形化光刻胶层进行烘烤的温度小于200℃。

可选地，所述含硅气体包括硅烷。

可选地，使用所述含硅气体对所述聚合物层进行处理过程中的处理温度小于200℃。

可选地，使用氧等离子体对所述含硅材料层进行处理以形成所述自对准图形结构材料层，所述自对准图形结构材料层包括氧化硅层。

可选地，使用氧等离子体对所述含硅材料层进行处理过程中的处理温度小于200℃。

可选地，提供所述衬底之后且于所述衬底上形成图形化光刻胶层还包括如下步骤：

于所述衬底的上表面形成待刻蚀材料层；

于所述待刻蚀材料层的上表面形成硬掩膜层；

所述图形化光刻胶层形成于所述硬掩膜层的上表面。

如上所述，本发明的一种自对准图形结构的制备方法，具有以下有益效果：

图形化光刻胶层中的图形结构用于形成自对准图形结构及位于自对准图形结构内侧的芯轴图形，图形化光刻胶层中的图形结构的尺寸大于芯轴图形尺寸，可以使得图形化光刻胶层中的图形尺寸较大，对光刻工艺的要求较低，降低光刻的工艺难度；

图形化光刻胶层用于形成自对准图形结构及位于自对准图形结构内侧的芯轴图形，不需要额外的光刻胶层来形成轴心图形，从而节省了光刻胶的使用，省去了用于形成轴心图形的光刻胶层形成及去除的步骤，简化了工艺，节约了成本；

本发明的自对准图形结构的制备方法中的自对准图形结构的尺寸可以精确控制，且可以得到形貌可控的自对准图形结构；

本发明的自对准图形结构的制备方法不需要采用原子层沉积工艺，工艺时间较短、产量较高及成本较低。

附图说明

图1显示为本发明提供的自对准图形结构的制备方法的流程图。

图2至图12显示为本发明提供的自对准图形结构的制备方法各步骤所得结构的截面结构示意图。

元件标号说明

10衬底

11待刻蚀材料层

12硬掩膜层

13正性光刻胶层

14光罩

15图形化光刻胶层

151图形结构

16聚合物层

17含硅材料层

18自对准图形结构材料层

181自对准图形结构

s1～s7步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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。

请参阅图1至图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

请参阅图1，本发明提供一种自对准图形结构的制备方法，所述自对准图形结构的制备方法包括如下步骤：

1)提供衬底；

2)于所述衬底上形成图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层包括若干个图形结构；

3)对所述图形化光刻胶层进行处理，以于各所述图形结构的侧壁及上表面形成聚合物层；

4)使用含硅气体对所述聚合物层进行处理，以将所述聚合物层转化为含硅材料层；

5)对所述含硅材料层进行处理，以将所述含硅材料层转化为自对准图形结构材料层；

6)去除位于所述图形结构的上表面的所述自对准图形结构材料层；

7)去除所述图形化光刻胶层。

在步骤1)中，请参阅图1中的s1步骤及图2，提供一衬底10。

作为示例，所述衬底10可以为任意一种可以起到支撑作用的衬底，譬如，半导体衬底、玻璃衬底等等，优选地，所述衬底10可以包括但不仅限于半导体衬底，所述衬底10可以具体为裸晶圆或内部形成有器件结构的晶圆等等。

作为示例，如图3所示，步骤1)之后还可以包括如下步骤：

于所述衬底10的上表面形成待刻蚀材料层11，如图3所示；

于所述待刻蚀材料层11的上表面形成硬掩膜层12，如图4所示。

作为示例，所述待刻蚀材料层11可以包括但不仅限于多晶硅层。具体的，可以采用物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺于所述衬底10的上表面形成所述待刻蚀材料层11。

作为示例，所述硬掩膜层12可以包括但不仅限于氮化硅层、氧化硅层或氮氧化硅层等等。具体的，可以采用物理气相沉积工艺、化学气相沉积工艺或原子层沉积工艺于所述待刻蚀材料层11的上表面形成所述硬掩膜层12。

在步骤2)中，请参阅图1中的s2步骤及图5至图7，于所述衬底10上形成图形化光刻胶层15，所述图形化光刻胶层15包括若干个图形结构151。

需要说明的是，当所述衬底10的上表面形成有所述待刻蚀材料层11且所述待刻蚀材料层11的上表面形成有所述硬掩膜层12时，所述图形化光刻胶层15形成于所述硬掩膜层12的上表面。

作为示例，步骤2)中，于所述衬底10上形成所述图形化光刻胶层15可以包括如下步骤：

2-1)于所述衬底10上形成正性光刻胶层13，如图5所示；

2-2)对所述正性光刻胶层13进行曝光，以定义出所述图形结构151的形状及位置，如图6所示；

2-3)将曝光后的所述正性光刻胶层13进行负显影(negativetonedeveloper，ntd)，以得到所述图形化光刻胶层15，如图7所示。

作为示例，在步骤2-1)中，可以采用旋涂工艺于所述衬底10形成所述正性光刻胶层13；需要说明的是，当所述衬底10的上表面形成有所述待刻蚀材料层11且所述待刻蚀材料层11的上表面形成有所述硬掩膜层12时，所述正性光刻胶层13形成于所述硬掩膜层12的上表面。

作为示例，所述正性光刻胶层13可以选用现有任意一种正性光刻胶，其通常包括含有酚醛树脂类的聚合物、光致酸产生剂之类的感光化合物以及丙二醇-甲基乙醚之类的溶剂。正性光刻胶具有很好的对比度，可以使得曝光显影后的所述图形结构151具有良好的分辨率。

作为示例，步骤2-2)中，可以如图6所示在所述正性光刻胶层13的上方放置光罩14，基于所述光罩14对所述正性光刻胶层13进行曝光，曝光后，所述正性光刻胶层13包括曝光区域和未曝光区域。

作为示例，步骤2-3)中，采用负显影液(譬如，二甲苯)对曝光后的所述正性光刻胶层13进行显影，以去除曝光后未曝光(即未曝光区域)的所述正性光刻胶层13，对曝光后的所述正性光刻胶层13进行负显影，可以得到尺寸更小的超微细和高集成度的图形结构。

需要说明的是，显影后还可以采用乙酸丁酯、乙醇或三氯乙烯等有机溶剂对显影后的所述图形化光刻胶层15进行清洗，以去除所述图形化光刻胶层15上的残渣，以提高工艺生产良率。

作为示例，对曝光后的所述正性光刻胶层13进行负显影后，所述正性光刻胶层13未被曝光的部分被去除，所述正性光刻胶层13被曝光的部分被保留了下来。对所述正性光刻胶层13进行曝光及负显影后，保留下来的所述图形结构151会含有光酸。

在步骤3)中，请参阅图1中的s3步骤及图8，对所述图形化光刻胶层15进行处理，以于各所述图形结构151的侧壁及上表面形成聚合物层16。

作为示例，可以对所述图形化光刻胶层15进行烘烤，由于所述图形结构151含有光酸，烘烤后会在各所述图形结构151的侧壁及上表面形成所述聚合物层。具体的，可以将所述图形化光刻胶层15置于烘烤装置(譬如烘烤炉等)中对所述图形结构15进行烘烤，对所述图形化光刻胶层15进行烘烤的温度可以小于200℃，优选地，对所述图形化光刻胶层15进行烘烤的温度可以为100℃～150℃。

作为示例，经过烘烤处理后形成的所述聚合物层16可以与含硅气体发生反应，以吸附所述含硅气体中的硅形成含硅材料层。

在步骤4)中，请参阅图1中的s4步骤及图9，使用含硅气体对所述聚合物层16进行处理，以将所述聚合物层16转化为含硅材料层17。

作为示例，所述含硅材料层17的厚度小于所述图形结构151的厚度，即形成所述含硅材料层17后，所述含硅材料层17内侧还保留有所述图形结构151。

作为示例，可以将步骤3)所得结构置于反应腔室内，在反应条件下向所述反应腔室内通入所述含硅气体以对所述聚合物层16进行处理。

作为示例，所述含硅气体可以包括但不仅限于硅烷。

作为示例，使用所述含硅气体对所述聚合物层16进行处理的时间可以根据实际需要进行设定，通过控制所述含硅气体对所述聚合物层16进行处理的时间可以控制形成的所述含硅材料层的厚度。

作为示例，使用所述含硅气体对所述聚合物层16进行处理的温度可以根据实际需要进行设定，优选地，使用所述含硅气体对所述聚合物层16进行处理的温度可以小于200℃，更优选地，本实施例中，使用所述含硅气体对所述聚合物层16进行处理的温度可以包括150℃。在小于200℃的温度下使用含硅气体对所述聚合物层16进行处理，即可以保证处理的结果又可以确保位于所述含硅材料层17内侧的所述图形结构151不会被损坏。

作为示例，该步骤中形成的所述含硅材料层17覆盖各所述图形结构151的侧壁及表面。

在步骤5)中，请参阅图1中的s5步骤及图10，对所述含硅材料层17进行处理，以将所述含硅材料层17转化为自对准图形结构材料层18。

作为示例，可以使用氧等离子体对所述含硅材料层17进行处理，具体的，可以将步骤4)所得的结构置于氧等离子体处理设备中以对所述含硅材料层17进行氧等离子体处理。在使用所述氧等离子体对所述含硅材料层17进行处理后，所述含硅材料层17形成的所述自对准图形结构材料层18可以包括二氧化硅层。

作为示例，对所述含硅材料层17进行处理后，所有的所述含硅材料层17可以均转化为所述自对准图形结构材料层18。

作为示例，使用所述氧等离子体对所述含硅材料层17进行处理的时间可以根据实际需要进行设定，通过控制所述氧等离子体对所述含硅材料层17的处理时间可以控制形成的所述自对准图形结构材料层18的厚度。

作为示例，使用所述氧等离子体对所述含硅材料层17进行处理的温度可以根据实际需要进行设定，优选地，使用所述氧等离子体对所述含硅材料层17进行处理的温度可以小于200℃，更为优选地，本实施例中，使用所述氧等离子体对所述含硅材料层17进行处理的温度可以包括150℃。在小于200℃的温度下使用所述氧等离子体对所述含硅材料层17进行处理，即可以保证处理的结果又可以确保位于所述自对准图形结构材料层18内侧的所述图形结构151不会被损坏。

在步骤6)中，请参阅图1中的s6步骤及图11，去除位于所述图形结构151的上表面的所述自对准图形结构材料层18。

作为示例，可以采用刻蚀工艺去除位于所述图形结构151的上表面的所述自对准图形结构材料层18，以裸露出位于所述自对准图形结构材料层18内侧的所述图形结构151。

在步骤7)中，请参阅图1中的s7步骤及图12，去除所述图形化光刻胶层15。

可以采用但不仅限于灰化工艺去除所述图形化光刻胶层15。去除所述图形化光刻胶层15后保留的所述自对准图形结构材料层18即为所需制备的自对准图形结构181。

综上所述，本发明的自对准图形结构的制备方法，所述自对准图形结构的制备方法包括如下步骤：提供衬底；于所述衬底上形成图形化光刻胶层，所述图形化光刻胶层包括若干个图形结构；对所述图形化光刻胶层进行处理，以于各所述图形结构的侧壁及上表面形成聚合物层；使用含硅气体对所述聚合物层进行处理，以将所述聚合物层转化为含硅材料层；对所述含硅材料层进行处理，以将所述含硅材料层转化为自对准图形结构材料层；去除位于所述图形结构的上表面的所述自对准图形结构材料层；去除所述图形化光刻胶层。本发明的自对准图形结构的制备方法中，图形化光刻胶层中的图形结构用于形成自对准图形结构及位于自对准图形结构内侧的芯轴图形，图形化光刻胶层中的图形结构的尺寸大于芯轴图形尺寸，可以使得图形化光刻胶层中的图形尺寸较大，对光刻工艺的要求较低，降低光刻的工艺难度；图形化光刻胶层用于形成自对准图形结构及位于自对准图形结构内侧的芯轴图形，不需要额外的光刻胶层来形成轴心图形，从而节省了光刻胶的使用，省去了用于形成轴心图形的光刻胶层形成及去除的步骤，简化了工艺，节约了成本；本发明的自对准图形结构的制备方法中的自对准图形结构的尺寸可以精确控制，且可以得到形貌可控的自对准图形结构；本发明的自对准图形结构的制备方法不需要采用原子层沉积工艺，工艺时间较短、产量较高及成本较低。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。