一种改善高深宽比光刻胶形貌的结构和方法技术

技术编号:14684242 阅读:221 留言:0更新日期:2017-02-22 17:47
本发明专利技术公开了一种改善高深宽比光刻胶形貌的结构和方法。具体为通过对光刻胶涂布的结构和成分进行设计,改善高深宽比光刻胶形貌。在多层光刻胶结构中,通过最上层的光刻胶定义图形,通过第二层的硬掩模层转移图形,通过对第三层即多层复合膜层的结构与成分的设计,防止和减缓光刻胶成分在侧向被刻蚀的趋势,并通过形貌修复步骤进一步改善光刻胶形貌,最后形成良好形貌的高深宽比光刻胶图形。因此避免锥形或保龄球形等不良形貌的出现,可进一步改善器件的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电子领域,更具体地,涉及一种改善高深宽比光刻胶形貌的结构和方法
技术介绍
光刻胶是指通过紫外光、准分子激光、电子束、离子束、X射线等光源的照射或辐射,其溶解度发生变化的耐刻蚀薄膜材料。由于光刻胶具有光化学敏感性,可利用其进行光化学反应,经曝光、显影后,去除可溶解的部分,在光刻胶层就会形成所需的图形,留下的部分则对底层起保护作用,且其厚度要足够厚以实现阻挡刻蚀的功能。因此,光刻胶是半导体行业中实现图形转移的重要结构。通常采用分辨率和深宽比来评价光刻图形工艺的指标。分辨率是指在光刻胶层能够产生的关键尺寸(线宽)的大小,关键尺寸越小,说明分辨率越高。深宽比是光刻胶厚度与图形线宽的比值,光刻胶的厚度由工艺要求决定,如在离子注入工艺中,要求光刻胶与掩蔽膜的厚度之和大于掩蔽所需最小厚度。传统的单层光刻胶工艺的图形转移是通过两步来完成的。首先,通过曝光和显影,图形被转移到光刻胶层;然后,用刻蚀剂刻蚀晶圆表面没有被光刻胶盖住的部分,使图形被永久的转移到晶圆层。但是,传统的单层光刻胶工艺适合的深宽比一般仅在2-5左右。随着电子器件功能的提高,对线宽的要求越来越高。例如,在某些高能注入的工艺中,线宽已经要求到0.15um,光刻胶高度则达到4um厚度,深宽比已经大于20。这个要求已经超过了传统光刻工艺的极限,单层光刻胶工艺已不能满足要求。于是,多层光刻胶工艺被发展。多层光刻胶工艺往往先在底部用较厚的光刻胶来填充凹处和平整晶圆表面,图形首先在被平坦化的顶层光刻胶层中形成,因为该表面比较薄,用这种表面成像方法更利于得到很小尺寸的图形。以现有三层光刻胶工艺为例,从上到下依次包括薄层光刻胶层、硬掩模层及下层光刻胶层。首先在顶层的薄层光刻胶形成图形,接着通过刻蚀工艺将图形转移到中间的硬掩模层,最后,使用硬掩模层作为刻蚀掩模版将图形转移到底层的光刻胶层上。在现有工艺中,由于下层光刻胶层的厚度太大,在对下层光刻胶层进行刻蚀的时候,容易形成底部过窄的锥形形貌,或者因横向刻蚀量增加,形成中间宽度过大、底部较窄的保龄球形的形貌,改变了器件离子注入的浓度和深度分布,进一步影响了器件特性。因此,锥形形貌和保龄球形的形貌皆造成注入的离子分布和设计不一致,最终引起器件方面的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷,提供一种特殊的结构和方法,改善高深宽比的光刻胶刻蚀后的锥形和保龄球形形貌。为实现上述目的,本专利技术的技术方案如下:一种改善高深宽比光刻胶形貌的结构,包括:由下到上顺序为半导体衬底,介质膜去胶停止层,多层复合膜层,硬掩模层,光刻胶层,其中,多层复合膜层是指不同刻蚀速率的光刻胶和膜层的组合,刻蚀速率慢的膜层和刻蚀速率快的光刻胶间隔重复叠加,刻蚀速率慢的膜层至少一层,并且在刻蚀速率快的光刻胶中间,根据多层复合膜层结构的不同膜质调整刻蚀参数,最终刻蚀停止在介质膜去胶停止层。进一步地,所述的多层复合膜层的总厚度在5000-100000埃之间,所述的刻蚀速率慢的膜层厚度在50-1000埃之间。进一步地,所述的刻蚀速率慢的膜层是指无定形碳、或氧化硅、或氮化硅,所述的无定形碳、或氧化硅、或氮化硅的厚度在50-1000埃之间。进一步地,所述的硬掩模层为旋涂法涂覆的二氧化硅或者硅,或低温化学气相沉积的二氧化硅或者氮化硅,厚度在500-10000埃之间。进一步地,所述的介质膜去胶停止层为氧化硅膜或者氮化硅膜,厚度为50-500埃之间。本专利技术还公开了一种形成上述高深宽比光刻胶形貌的结构的方法,包括:步骤S01:提供一半导体硅衬底晶圆,在衬底上依次沉积介质膜去胶停止层、多层复合膜层、硬掩模层、光刻胶层,其中,多层复合膜层是指不同刻蚀速率的光刻胶和膜层的组合,刻蚀速率慢的膜层和刻蚀速率快的光刻胶间隔重复叠加,刻蚀速率慢的膜层至少一层,并且在刻蚀速率快的光刻胶中间;步骤S02:进行光刻曝光和显影;步骤S03:刻蚀硬掩模层;步骤S04:刻蚀多层复合膜层,根据多层复合膜结构的不同膜质调整刻蚀参数,最终刻蚀停止在介质膜去胶停止层。进一步地,步骤S04中,刻蚀多层复合膜层时,在不同膜质层的刻蚀切换步骤之间,增加形貌修复步骤。进一步地,所述的形貌修复步骤是基于NF3的各向同性刻蚀条件,或基于C4F8或者C5F8的聚合物沉积条件,或基于O2或者SO2的聚合物去除条件。进一步地,步骤S04中,刻蚀多层复合膜层时,在多层复合膜的不同膜质层转换时使用刻蚀终点系统判断刻蚀深度,在不同膜质的刻蚀使用不同刻蚀条件。进一步地,步骤S03中,刻蚀硬掩模层选择CF系等离子刻蚀工艺,可以通过调整条件中的C/F比调节硬掩模层形貌来调节最终的关键尺寸;在步骤S02和步骤S03之间,增加光刻胶和硬掩模层高选择比刻蚀步骤来调整关键尺寸。从上述技术方案可以看出,本专利技术通过分层蚀刻多层复合膜,防止和减缓光刻胶成分在侧向被刻蚀的趋势,并通过形貌修复步骤对光刻胶形貌进一步修正。因此,本专利技术具备在高深宽比工艺条件下改善光刻胶形貌的显著特点。附图说明图1是本专利技术用于改善高深宽比光刻胶形貌的一种实施例的膜层结构示意图;图2是本专利技术用于改善高深宽比光刻胶形貌的一种实施例的流程图;图3a-3f是本专利技术用于改善高深宽比光刻胶形貌的一种实施例的流程示意图。具体实施方式下面结合附图,对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例,本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。在以下本专利技术的具体实施方式中,结合图1对本专利技术的高深宽比光刻胶形貌的结构作进一步详细说明。图1是本实施例用于改善高深宽比光刻胶形貌的膜层结构示意图。如图1所示,一种改善高深宽比光刻胶形貌的结构,包括:由下到上顺序为半导体衬底100,介质膜去胶停止层101,多层复合膜层,硬掩模层301,光刻胶层401,其中,多层复合膜层是指不同刻蚀速率的光刻胶和膜层的组合,刻蚀速率慢的膜层和刻蚀速率快的光刻胶间隔重复叠加,刻蚀速率慢的膜层至少一层,并且在刻蚀速率快的光刻胶中间,根据多层复合膜层结构的不同膜质调整刻蚀参数,最终刻蚀停止在介质膜去胶停止层。光刻胶层401的作用为通过曝光和显影形成图形,完成第一次图形转移。接着,通过刻蚀工艺将图形转移到硬掩模层301,最后,使用硬掩模层301作为刻蚀掩模版依次将图形转移到其下面的各层复合膜层上,直至到达介质膜去胶停止层101。该过程中,需要根据不同复合膜层的不同膜质改变工艺条件分层蚀刻多层复合膜层,防止和减缓了光刻胶成分在侧向被刻蚀的趋势,并且,当工艺条件改变时,可以根据需要对侧壁形貌进行适当的修复,从而达到改善高深宽比光刻胶形貌的目的。具体的,半导体衬底100可以为原始的或外延的半导体材料,包括纯单晶硅、p型硅、n型硅、Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料、Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料以及在上述材料中包含电子器件(栅极、源漏极、浅沟槽隔离结构)的半导体材料等。请参阅图1。多层复合膜层是指不同膜质201和202间隔重复叠加,本实施例中复合膜层201为四层,复合膜层202为三层,分别代表不同刻蚀速率的光刻胶和膜层,复合膜层201为刻蚀速率快的光刻胶,复合膜层202为刻蚀速率慢的膜层,刻蚀速率慢的膜层至少一层,并且在刻蚀速率快的光刻胶中间,即多层复合膜层从下到上以本文档来自技高网
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一种改善高深宽比光刻胶形貌的结构和方法

【技术保护点】
一种改善高深宽比光刻胶形貌的结构,其特征在于,包括:由下到上顺序为半导体衬底,介质膜去胶停止层,多层复合膜层,硬掩模层,光刻胶层,其中,多层复合膜层是指不同刻蚀速率的光刻胶和膜层的组合,刻蚀速率慢的膜层和刻蚀速率快的光刻胶间隔重复叠加,刻蚀速率慢的膜层至少一层,并且在刻蚀速率快的光刻胶中间,根据多层复合膜层结构的不同膜质调整刻蚀参数,最终刻蚀停止在介质膜去胶停止层。

【技术特征摘要】
1.一种改善高深宽比光刻胶形貌的结构,其特征在于,包括:由下到上顺序为半导体衬底,介质膜去胶停止层,多层复合膜层,硬掩模层,光刻胶层,其中,多层复合膜层是指不同刻蚀速率的光刻胶和膜层的组合,刻蚀速率慢的膜层和刻蚀速率快的光刻胶间隔重复叠加,刻蚀速率慢的膜层至少一层,并且在刻蚀速率快的光刻胶中间,根据多层复合膜层结构的不同膜质调整刻蚀参数,最终刻蚀停止在介质膜去胶停止层。2.根据权利要求1所述的改善高深宽比光刻胶形貌的结构,其特征在于,所述的多层复合膜层的总厚度在5000-100000埃之间,所述的刻蚀速率慢的膜层厚度在50-1000埃之间。3.根据权利要求2所述的改善高深宽比光刻胶形貌的结构,其特征在于,所述的刻蚀速率慢的膜层是指无定形碳、或氧化硅、或氮化硅,所述的无定形碳、或氧化硅、或氮化硅的厚度在50-1000埃之间。4.根据权利要求1所述的改善高深宽比光刻胶形貌的结构,其特征在于,所述的硬掩模层为旋涂法涂覆的二氧化硅或者硅,或低温化学气相沉积的二氧化硅或者氮化硅,厚度在500-10000埃之间。5.根据权利要求1所述的改善高深宽比光刻胶形貌的结构,其特征在于,所述的介质膜去胶停止层为氧化硅膜或者氮化硅膜,厚度为50-500埃之间。6.一种利用如权利要求1~5所述的结构改善高深宽比光刻胶形貌的方法,其特征在于,包括:步骤S01:提供一半导体硅衬底晶圆,在衬底上依次沉...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘鹏胡伟玲任昱吕煜坤张旭升
申请(专利权)人:上海华力微电子有限公司
类型:发明
国别省市:上海;31

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