特征尺寸收縮方法技術

本發明專利技術涉及半導體技術領域，公開了一特征尺寸收縮方法，采用CO替代傳統的碳氟化合物以及含H的碳氟化合物氣體，作為特征尺寸收縮方法中的高分子聚合物氣體，在低頻射頻功率下進行等離子體刻蝕，從而有效控制特征尺寸收縮過程中分子鏈長度和等離子體能量、密度，能夠控制等離子體刻蝕形成的聚合物分子鏈長度，避免了等離子體刻蝕過程中長分子鏈聚合物的形成。同時，該特征尺寸收縮方法的等離子體刻蝕工藝在高壓環境下進行，能夠進一步改善刻蝕過程中聚合物沉積的物理轟擊現象，從而有效避免條紋現象的出現，改善特征尺寸收縮后刻蝕結構的線邊緣粗糙度，進一步提高工藝質量，實現特征尺寸的有效、高質量收縮。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體
，特別涉及新一代半導體工藝節點下的光刻后特征尺寸收縮技術。
技術介紹
隨著集成電路技術的不斷發展，半導體工藝節點逐漸進入65nm、45nm時代，并向著更為先進的22nm以及16nm進發。然而,隨著半導體工藝節點的不斷向前推進,在半導體器件制備前端工藝(FEOL)和后端工藝(BEOL)中的特征尺寸(Critical Dimension, CD)需求變得越來越苛刻。其中，65nm工藝中的器件特征尺寸已開始大大小于主流平板印刷的尺寸，在半導體器件制備過程中，越來越多特征尺寸小于65nm、甚至小于45nm、28nm的半導體結構開始出現，光刻開始成為半導體技術發展的瓶頸。為了解決該問題，國內外學者及相關企業均在光刻技術上做了大量研究，包括浸沒式、極紫外光刻等在內的新一代光刻技術越來越多的出現在人們的視野中。然而，無論在考慮目前工藝節點下的技術難題還是未來技術時，通常有一點是肯定的當前的解決方案在實在不能再用之前始終都是最好的。因此，對于半導體技術而言，盡可能的延長干法光刻的使用時間，是業內普遍期待并共同努力的目標。為了更好地解決新一代工藝節點中光刻所存在的瓶頸問題，現有技術中出現了一種能夠擴展工藝窗口的方法及工具，基于曝光后圖形增強系統采用專用等離子體輔助工藝來獲得可控的光刻膠孔洞(hole)和高達IOOnm的間隔區特征尺寸縮小(space⑶ shrink),能夠獲得小至IOnm的特征圖形,并表現出擴展到22nm及以下節點的能力。具體的講，為了縮小特征尺寸，在印制好的光刻膠孔洞和間隔區上淀積一層薄膜，該薄膜厚度通常即為期望的特征縮小尺度。利用現有的光刻技術和掩膜技術，以足夠大的尺寸來印制光刻膠孔洞和間隔區，并進一步優化曝光容忍度(exposure latitude),以使失真最小。在完成圖形光刻之后，使用基于等離子體技術的縮小工藝來將被印制的特征圖形縮小至期望尺寸，并進行刻蝕。而在刻蝕后的光刻膠剝離步驟中，所淀積的作為掩膜層的薄膜將被去除。 該解決方案中，淀積的薄膜具有較好的抗刻蝕等離子體的能力，從而能夠降低圖形縮小和轉移過程中的線邊緣粗糙度和失真，并能夠提供良好的特征尺寸均勻性，通常等于或優于即將引入的新的光刻技術，并能夠在一定范圍內對圖形中的特征尺寸進行調整。除此之外，中國專利技術專利CN200810109206. 2中還提供了一解決方案在待刻蝕的襯底上以圖形化的光致抗蝕劑和未圖形化的有機抗反射涂層(BARC)作為多層掩膜，該多層掩膜還包括位于該有機抗反射涂層和襯底層之間的未圖形化的無定形碳層，該有機抗反射涂層由一有效的負性刻蝕偏置刻蝕以減小位于由在光致抗蝕劑中確定尺寸的平板印刷之下的該多層掩膜中的開口的 特征尺寸。而為了使用一有效的負性刻蝕偏置在有機抗反射涂層上等離子體刻蝕開口，采用如CHF3等聚合物氣體在高頻、低壓環境下的刻蝕腔室中進行聚合化學反應，可以在激發等離子體時產生CF2種類，有益于縮減自光致抗蝕劑的有機抗反射涂層開口的特征尺寸以提供有效的刻蝕偏置。在該技術方案中，等離子體刻蝕涉及的聚合工藝氣體是全鹵化的，如C4F8、C5F8, C6F6, C4F6等；也可以是部分鹵化的，如C4F60、CH2F2 等；該聚合工藝氣體還可以是CHF3。此外，等離子體刻蝕還涉及非聚合工藝氣體CF4以有利于產生更少的CF2種類，并進一步涉及N2或NH3或He等載體氣體，以進一步在側壁聚合形成中起到作用。由上述描述可知，以上述解決方案為代表的實現特征尺寸收縮的現有技術均具有相同的構思和必不可少的步驟進行較大尺寸的光刻曝光后，采用干法刻蝕，特別是等離子體刻蝕技術實現特征尺寸收縮，從而得到更小特征尺寸的半導體結構。然而，現有技術特征尺寸收縮的等離子體刻蝕工藝中均采用CF4和聚合物氣體(如 CHF3、C4F8、CH2F2等)在高頻功率下實現。在該工藝條件下，雖然能夠將特征尺寸收縮至更小， 并有效改善了低頻偏置問題，卻由于采用了較大分子的聚合物而不可避免的使得條紋現象 (Striation)更為嚴重,刻蝕結構的線邊緣粗糙度(Line-edge roughness,LER)無法得到保障。在現有技術特征尺寸收縮工藝中造成條紋現象嚴重、刻蝕結構線邊緣粗糙度差的原因主要有兩個1、由于等離子體刻蝕采用的聚合物氣體具有較長的分子鏈，且采用的混合氣體含C量高，使得刻蝕過程中長鏈CxFy聚合物不均勻地沉積在半導體結構表面。圖1為現有技術中聚合物不均勻沉積形成的不規則圖形化邊界結構示意圖。如圖1所示，由于長鏈CxFy聚合物不均勻地沉積在半導體結構表面，使得圓形或長方形設計的原始圖形化區域IOla邊界形狀發生形變，成為不規則形狀，影響圖形化轉移質量。2、由于傳統等離子體刻蝕過程通常在200mT以下的低壓環境下進行，在大分子聚合物沉積過程中帶來較為嚴重的物理轟擊進一步加劇了對刻蝕結構線邊緣的損傷，帶來更嚴重的條紋現象。圖2為現有技術特征尺寸收縮工藝中條紋現象示意圖。如圖2所示，在條紋現象的影響下，使得圓形或長方形設計的原始圖形化區域IOlb邊界出現較為嚴重的毛刺或條紋102，一方面影響圖形化轉移精度，另一方面，毛刺或條紋102的出現，也影響了圖形化區域IOlb邊界的刻蝕質量。與普通大尺寸半導體器件相比，結構側壁質量對于特征尺寸較小的半導體結構性能的影響更為顯著，如何在有效實現特征尺寸收縮的同時，避免引入由此帶來的側壁損傷或表面雜質，避免條紋現象，改善刻蝕結構的線邊緣粗糙度，成為新一代半導體工藝下制備高質量、小特征尺寸半導體結構急需解決的問題。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是，提供一種，能夠在有效實現特征尺寸收縮的同時，避免引入由此帶來的側壁損傷或表面雜質，避免條紋現象，改善刻蝕結構的線邊緣粗糙度。為解決上述技術問題，本專利技術提供了一種，其步驟包括提供半導體基底，所述半導體基底表面覆蓋有圖形化的光阻材料；將所述半導體基底置于等離子體刻蝕腔室內；以所述圖形化的光阻材料層為掩膜，對刻蝕氣體為飽和小分子碳氟氣體、含 N氣體以及CO的混合氣體等離子化，并采用等離子化的上述氣體對半導體基底進行刻蝕。作為可選的技術方案，該還包括刻蝕未圖形化的有機抗反射涂層至半導體基底表面的過程，所述未圖形化的有機抗反射涂層位于所述半導體基底和圖形化的光阻材料之間。作為可選的技術方案，該還包括刻蝕無定形碳至半導體基底表面的過程，所述無定形碳位于所述半導體基底和有機抗反射涂層之間。作為可選的技術方案，所述飽和小分子碳氟氣體為CF4或C2F6或二者的混合氣體； 所述含N氣體為N2或NH3或二者的混合氣體。進一步地，等離子體刻蝕過程中，采用的刻蝕氣體為CF4、N2和CO混合氣體。作為可選的技術方案，等離子體刻蝕過程中，所述飽和小分子碳氟氣體的氣體流量小于所述含N氣體的氣體流量，且所述含N氣體的氣體流量小于所述CO的氣體流量。進一步地，所述等離子體刻蝕過程中，所述飽和小分子碳氟氣體、含N氣體、CO的氣體流量比范圍為1:2:5 1:8:40。進一步地，所述等離子體刻蝕過程中，所述飽和小分子碳氟氣體、含N氣體、CO的氣體流量比為1:6:30。作為可選的技術方案，所述等離子體刻蝕過程中，所述飽和小分子碳氟氣體的氣體流量小于200sccm ;所述含N氣體的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種特征尺寸收縮方法，包括步驟：提供半導體基底，所述半導體基底表面覆蓋有圖形化的光阻材料層；將所述半導體基底置于等離子體刻蝕腔室內；其特征在于：以所述圖形化的光阻材料層為掩膜，對刻蝕氣體為飽和小分子碳氟氣體、含N氣體以及CO的混合氣體等離子化，并采用等離子化的上述氣體對半導體基底進行刻蝕。

【技術特征摘要】
1.一種特征尺寸收縮方法，包括步驟 提供半導體基底，所述半導體基底表面覆蓋有圖形化的光阻材料層； 將所述半導體基底置于等離子體刻蝕腔室內； 其特征在于 以所述圖形化的光阻材料層為掩膜，對刻蝕氣體為飽和小分子碳氟氣體、含N氣體以及CO的混合氣體等離子化，并采用等離子化的上述氣體對半導體基底進行刻蝕。2.根據權利要求1所述的特征尺寸收縮方法，其特征在于，還包括刻蝕未圖形化的有機抗反射涂層至半導體基底表面的過程，所述未圖形化的有機抗反射涂層位于所述半導體基底和圖形化的光阻材料層之間。3.根據權利要求2所述的特征尺寸收縮方法，其特征在于，還包括刻蝕無定形碳至半導體基底表面的過程，所述無定形碳位于所述半導體基底和有機抗反射涂層之間。4.根據權利要求1所述的特征尺寸收縮方法，其特征在于，所述飽和小分子碳氟氣體為CF4或C2F6或二者的混合氣體。5.根據權利要求1所述的特征尺寸收縮方法，其特征在于，所述含N氣體為N2或NH3或二者的混合氣體。6.根據權利要求4或5所述的特征尺寸收縮方法，其特征在于，所述等離子體刻蝕過程中，所述飽和小分子碳氟氣體的氣體流量小于所述含N氣體的氣體流量，且所述含N氣體的氣體流量小于所述CO的氣體流量。7.根據權利要求6所述的特征尺寸收縮方法，其特...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王兆祥，杜若昕，劉志強，蘇興才，
申請(專利權)人：中微半導體設備上海有限公司，
類型：發明
國別省市：