半导体器件及其形成方法技术

一种半导体器件及其形成方法，其中方法包括：提供待刻蚀材料层，所述待刻蚀材料层上具有顶层掩膜层；在所述顶层掩膜层中形成贯穿顶层掩膜层的第一开口，第一开口的侧壁材料具有第一密度；对第一开口的侧壁进行第一表面处理工艺，使第一开口的侧壁材料具有第二密度，第二密度大于第一密度；进行第一表面处理工艺后，进行中间图形化工艺；进行中间图形化工艺后，在所述顶层掩膜层中形成贯穿顶层掩膜层的第二开口，第二开口和第一开口相互分立。所述方法使半导体器件的性能得到提高。

Semiconductor devices and their formation methods

A semiconductor device and its forming method include: providing a material layer to be etched, having a top layer of mask on the material layer to be etched; forming a first opening through the top layer of mask layer in which the side wall material of the first opening has a first density; and carrying out a first surface treatment process on the side wall of the first opening to make the side wall material of the first opening so as to make the side wall material of the first opening. The second density is larger than the first density; after the first surface treatment process, the intermediate graphical process is carried out; after the intermediate graphical process, a second opening through the top mask layer is formed in the top mask layer, and the second opening and the first opening are separated from each other. The method improves the performance of semiconductor devices.

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体器件及其形成方法。
技术介绍
在半导体器件制造的工艺中，通常利用光刻工艺把掩膜版上的图形转移到衬底上。光刻过程包括：提供衬底；在衬底上形成光刻胶层；对所述光刻胶层进行曝光和显影，形成图案化的光刻胶层；以图案化的光刻胶层为掩膜对衬底进行刻蚀，使得光刻胶层上的图案转印到衬底中；去除光刻胶层。随着半导体器件尺寸的不断缩小，光刻关键尺寸逐渐接近甚至超出了光刻的物理极限，由此给光刻技术提出了更加严峻的挑战。双重构图技术的基本思想是通过两次构图形成最终的目标图案，以克服单次构图不能达到的光刻极限。一种双重构图技术为litho(光刻)-etch(刻蚀)-litho(光刻)-etch(刻蚀)(LELE)。具体的，LELE的过程包括：在衬底上形成第一光刻胶层；在第一光刻胶层中形成第一掩膜图案；然后以第一光刻胶层为掩膜对衬底进行第一次刻蚀，在衬底中形成第一目标图案；进行第一次刻蚀后，去除第一光刻胶层；去除第一光刻胶层后，在衬底上形成第二光刻胶层；在第二光刻胶层中形成第二掩膜图案；然后以第二光刻胶层为掩膜对衬底进行第二次刻蚀，在衬底中形成第二目标图案；进行第二次刻蚀后，去除第二光刻胶层。然而，采用上述LELE的双重构图技术形成的半导体器件的性能较差。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体器件及其形成方法，以提高半导体器件的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体器件的形成方法，包括：提供待刻蚀材料层，所述待刻蚀材料层上具有顶层掩膜层；在所述顶层掩膜层中形成贯穿顶层掩膜层的第一开口，第一开口的侧壁材料具有第一密度；对第一开口的侧壁进行第一表面处理工艺，使第一开口的侧壁材料具有第二密度，第二密度大于第一密度；进行第一表面处理工艺后，进行中间图形化工艺；进行中间图形化工艺后，在所述顶层掩膜层中形成贯穿顶层掩膜层的第二开口，第二开口和第一开口相互分立。可选的，在进行所述第一表面处理工艺的过程中激发紫外光和热，所激发的紫外光和热作用于第一开口的侧壁，使第一开口的侧壁材料由第一密度变为第二密度。可选的，所述第一表面处理工艺为第一等离子体处理，所述第一等离子体处理产生第一等离子体，在形成第一等离子体的过程中激发紫外光和热。可选的，所述第一等离子体处理的参数包括：采用的气体包括He，等离子体化功率为50瓦～1000瓦。可选的，所述第一表面处理工艺为紫外线固化工艺；所述紫外线固化工艺的参数包括：固化温度为300摄氏度～400摄氏度，紫外光源波长为250nm～400nm。可选的，所述待刻蚀材料层包括对准区；所述第二开口位于对准区的顶层掩膜层中；进行所述中间图形化工艺的步骤包括：在所述第一开口中以及顶层掩膜层上形成中间平坦层；在所述中间平坦层上形成中间底部抗反射层；在所述中间底部抗反射层上形成中间光刻胶层，所述中间光刻胶层中具有贯穿中间光刻胶层的中间掩膜开口，所述中间光刻胶层覆盖对准区的中间底部抗反射层；去除中间光刻胶层、中间底部抗反射层和中间平坦层；去除中间光刻胶层、中间底部抗反射层和中间平坦层后，进行中间清洗工艺。可选的，所述中间清洗工艺为湿刻工艺，采用的刻蚀溶液为氢氟酸溶液。可选的，所述顶层掩膜层的材料为氮氧化硅、碳氧化硅、氧化硅、碳化硅或无定型硅。可选的，所述第一开口和所述第二开口之间的距离为14nm～32nm；所述第一开口的宽度为14nm～32nm；所述第二开口的宽度为14nm～32nm。可选的，在所述顶层掩膜层中形成第一开口的步骤包括：在顶层掩膜层上形成第一平坦层；在第一平坦层上形成第一底部抗反射层；在第一底部抗反射层上形成第一光刻胶层，第一光刻胶层中具有贯穿第一光刻胶层的第一掩膜开口；以所述第一光刻胶层为掩膜刻蚀第一掩膜开口底部的第一底部抗反射层和第一平坦层，在第一平坦层中形成贯穿第一平坦层的第一转印开口；以第一平坦层为掩膜刻蚀第一转印开口底部的顶层掩膜层，在顶层掩膜层中形成所述第一开口；刻蚀第一转印开口底部的顶层掩膜层后，去除第一平坦层。可选的，在所述顶层掩膜层中形成第二开口的步骤包括：在第一开口中以及顶层掩膜层上形成第二平坦层；在第二平坦层上形成第二底部抗反射层；在第二底部抗反射层上形成第二光刻胶层，第二光刻胶层中具有贯穿第二光刻胶层的第二掩膜开口；以第二光刻胶层为掩膜刻蚀第二掩膜开口底部的第二底部抗反射层和第二平坦层，在第二平坦层中形成贯穿第二平坦层的第二转印开口；以第二平坦层为掩膜刻蚀第二转印开口底部的顶层掩膜层，在顶层掩膜层中形成所述第二开口；刻蚀第二转印开口底部的顶层掩膜层后，去除第二平坦层。可选的，还包括：在形成所述第一开口之前，所述待刻蚀材料层和所述顶层掩膜层之间还具有底层掩膜层；所述半导体器件的形成方法还包括：形成所述第一开口和所述第二开口后，以所述顶层掩膜层为掩膜刻蚀所述底层掩膜层，在第一开口底部的底层掩膜层中形成贯穿底层掩膜层的第三开口，在第二开口底部的底层掩膜层中形成贯穿底层掩膜层的第四开口；形成第三开口和第四开口后，以底层掩膜层为掩膜刻蚀待刻蚀材料层，在第三开口底部的待刻蚀材料层中形成第一沟槽，在第四开口底部的待刻蚀材料层中形成第二沟槽。可选的，所述底层掩膜层的材料为氮化钛、氧化钛或氮化硅。可选的，还包括：在以所述顶层掩膜层为掩膜刻蚀底层掩膜层之前，对所述第二开口的侧壁进行第二表面处理工艺，使第二开口的侧壁材料具有第四密度；进行所述第二表面处理工艺之前，第二开口的侧壁材料具有第三密度，第四密度大于第三密度。可选的，在进行所述第二表面处理工艺的过程中激发紫外光和热，所激发的紫外光和热作用于第二开口的侧壁，使第二开口的侧壁材料由第三密度变为第四密度。可选的，所述第二表面处理工艺为第二等离子体处理，所述第二等离子体处理产生第二等离子体，在形成第二等离子体的过程中激发紫外光和热。可选的，所述第二等离子体处理采用的气体包括He。可选的，在形成所述第一开口之前，所述待刻蚀材料层和所述底层掩膜层之间还具有粘结保护层；所述半导体器件的形成方法还包括：以所述顶层掩膜层为掩膜刻蚀所述底层掩膜层后，且在刻蚀待刻蚀材料层之前，以所述顶层掩膜层为掩膜刻蚀粘结保护层，使所述第三开口和第四开口还贯穿粘结保护层。可选的，还包括：在所述第一沟槽中形成第一插塞；在所述第二沟槽中形成第二插塞；在形成所述第一插塞和第二插塞的过程中，去除所述底层掩膜层；在形成第一插塞和第二插塞之后，去除所述粘结保护层。本专利技术还提供一种采用上述任意一项方法所形成的半导体器件。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案提供的半导体器件的形成方法中，第一开口和第二开口用于共同构成顶层掩膜层中的目标图案，第一开口和第二开口的位置用于定义待刻蚀材料层中的图案的位置。第一开口和第二开口分别形成，以克服单次构图不能达到的光刻极限。所述中间图形化工艺在设计中用于形成第二开口，但是在实际中间图形化工艺形成的图形和第二开口不对应。由于第一表面处理工艺使第一开口的侧壁材料的密度提高，因此使得第一开口侧壁处的顶层掩膜层材料的耐刻蚀性增强。在进行中间图形化工艺的过程中，中间图形化工艺在垂直于第一开口侧壁方向上对顶层掩膜层损耗较小，进而避免中间图形化工艺对第一开口的尺寸产生较大的影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供待刻蚀材料层，所述待刻蚀材料层上具有顶层掩膜层；在所述顶层掩膜层中形成贯穿顶层掩膜层的第一开口，第一开口的侧壁材料具有第一密度；对第一开口的侧壁进行第一表面处理工艺，使第一开口的侧壁材料具有第二密度，第二密度大于第一密度；进行第一表面处理工艺后，进行中间图形化工艺；进行中间图形化工艺后，在所述顶层掩膜层中形成贯穿顶层掩膜层的第二开口，第二开口和第一开口相互分立。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供待刻蚀材料层，所述待刻蚀材料层上具有顶层掩膜层；在所述顶层掩膜层中形成贯穿顶层掩膜层的第一开口，第一开口的侧壁材料具有第一密度；对第一开口的侧壁进行第一表面处理工艺，使第一开口的侧壁材料具有第二密度，第二密度大于第一密度；进行第一表面处理工艺后，进行中间图形化工艺；进行中间图形化工艺后，在所述顶层掩膜层中形成贯穿顶层掩膜层的第二开口，第二开口和第一开口相互分立。2.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，在进行所述第一表面处理工艺的过程中激发紫外光和热，所激发的紫外光和热作用于第一开口的侧壁，使第一开口的侧壁材料由第一密度变为第二密度。3.根据权利要求2所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一表面处理工艺为第一等离子体处理，所述第一等离子体处理产生第一等离子体，在形成第一等离子体的过程中激发紫外光和热。4.根据权利要求3所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一等离子体处理的参数包括：采用的气体包括He，等离子体化功率为50瓦～1000瓦。5.根据权利要求2所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一表面处理工艺为紫外线固化工艺；所述紫外线固化工艺的参数包括：固化温度为300摄氏度～400摄氏度，紫外光源波长为250nm～400nm。6.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述待刻蚀材料层包括对准区；所述第二开口位于对准区的顶层掩膜层中；进行所述中间图形化工艺的步骤包括：在所述第一开口中以及顶层掩膜层上形成中间平坦层；在所述中间平坦层上形成中间底部抗反射层；在所述中间底部抗反射层上形成中间光刻胶层，所述中间光刻胶层中具有贯穿中间光刻胶层的中间掩膜开口，所述中间光刻胶层覆盖对准区的中间底部抗反射层；去除中间光刻胶层、中间底部抗反射层和中间平坦层；去除中间光刻胶层、中间底部抗反射层和中间平坦层后，进行中间清洗工艺。7.根据权利要求6所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述中间清洗工艺为湿刻工艺，采用的刻蚀溶液为氢氟酸溶液。8.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述顶层掩膜层的材料为氮氧化硅、碳氧化硅、氧化硅、碳化硅或无定型硅。9.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一开口和所述第二开口之间的距离为14nm～32nm；所述第一开口的宽度为14nm～32nm；所述第二开口的宽度为14nm～32nm。10.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，在所述顶层掩膜层中形成第一开口的步骤包括：在顶层掩膜层上形成第一平坦层；在第一平坦层上形成第一底部抗反射层；在第一底部抗反射层上形成第一光刻胶层，第一光刻胶层中具有贯穿第一光刻胶层的第一掩膜开口；以所述第一光刻胶层为掩膜刻蚀第一掩膜开口底部的第一底部抗反射层和第一平坦层，在第一平坦层中形成贯穿第一平坦层的第一转印开口；以第一平坦层为掩膜刻蚀第一转印开口底部的顶层掩膜层，在顶层掩膜层中形成所述第一开口；刻蚀第一转印开口底部的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王士京，姚达林，张海洋，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31