特征尺寸收缩方法技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，公开了一特征尺寸收缩方法，采用CO替代传统的碳氟化合物以及含H的碳氟化合物气体，作为特征尺寸收缩方法中的高分子聚合物气体，在低频射频功率下进行等离子体刻蚀，从而有效控制特征尺寸收缩过程中分子链长度和等离子体能量、密度，能够控制等离子体刻蚀形成的聚合物分子链长度，避免了等离子体刻蚀过程中长分子链聚合物的形成。同时，该特征尺寸收缩方法的等离子体刻蚀工艺在高压环境下进行，能够进一步改善刻蚀过程中聚合物沉积的物理轰击现象，从而有效避免条纹现象的出现，改善特征尺寸收缩后刻蚀结构的线边缘粗糙度，进一步提高工艺质量，实现特征尺寸的有效、高质量收缩。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及新一代半导体工艺节点下的光刻后特征尺寸收缩技术。
技术介绍
随着集成电路技术的不断发展，半导体工艺节点逐渐进入65nm、45nm时代，并向着更为先进的22nm以及16nm进发。然而,随着半导体工艺节点的不断向前推进,在半导体器件制备前端工艺(FEOL)和后端工艺(BEOL)中的特征尺寸(Critical Dimension, CD)需求变得越来越苛刻。其中，65nm工艺中的器件特征尺寸已开始大大小于主流平板印刷的尺寸，在半导体器件制备过程中，越来越多特征尺寸小于65nm、甚至小于45nm、28nm的半导体结构开始出现，光刻开始成为半导体技术发展的瓶颈。为了解决该问题，国内外学者及相关企业均在光刻技术上做了大量研究，包括浸没式、极紫外光刻等在内的新一代光刻技术越来越多的出现在人们的视野中。然而，无论在考虑目前工艺节点下的技术难题还是未来技术时，通常有一点是肯定的当前的解决方案在实在不能再用之前始终都是最好的。因此，对于半导体技术而言，尽可能的延长干法光刻的使用时间，是业内普遍期待并共同努力的目标。为了更好地解决新一代工艺节点中光刻所存在的瓶颈问题，现有技术中出现了一种能够扩展工艺窗口的方法及工具，基于曝光后图形增强系统采用专用等离子体辅助工艺来获得可控的光刻胶孔洞(hole)和高达IOOnm的间隔区特征尺寸缩小(space⑶ shrink),能够获得小至IOnm的特征图形,并表现出扩展到22nm及以下节点的能力。具体的讲，为了缩小特征尺寸，在印制好的光刻胶孔洞和间隔区上淀积一层薄膜，该薄膜厚度通常即为期望的特征缩小尺度。利用现有的光刻技术和掩膜技术，以足够大的尺寸来印制光刻胶孔洞和间隔区，并进一步优化曝光容忍度(exposure latitude),以使失真最小。在完成图形光刻之后，使用基于等离子体技术的缩小工艺来将被印制的特征图形缩小至期望尺寸，并进行刻蚀。而在刻蚀后的光刻胶剥离步骤中，所淀积的作为掩膜层的薄膜将被去除。 该解决方案中，淀积的薄膜具有较好的抗刻蚀等离子体的能力，从而能够降低图形缩小和转移过程中的线边缘粗糙度和失真，并能够提供良好的特征尺寸均匀性，通常等于或优于即将引入的新的光刻技术，并能够在一定范围内对图形中的特征尺寸进行调整。除此之外，中国专利技术专利CN200810109206. 2中还提供了一解决方案在待刻蚀的衬底上以图形化的光致抗蚀剂和未图形化的有机抗反射涂层(BARC)作为多层掩膜，该多层掩膜还包括位于该有机抗反射涂层和衬底层之间的未图形化的无定形碳层，该有机抗反射涂层由一有效的负性刻蚀偏置刻蚀以减小位于由在光致抗蚀剂中确定尺寸的平板印刷之下的该多层掩膜中的开口的 特征尺寸。而为了使用一有效的负性刻蚀偏置在有机抗反射涂层上等离子体刻蚀开口，采用如CHF3等聚合物气体在高频、低压环境下的刻蚀腔室中进行聚合化学反应，可以在激发等离子体时产生CF2种类，有益于缩减自光致抗蚀剂的有机抗反射涂层开口的特征尺寸以提供有效的刻蚀偏置。在该技术方案中，等离子体刻蚀涉及的聚合工艺气体是全卤化的，如C4F8、C5F8, C6F6, C4F6等；也可以是部分卤化的，如C4F60、CH2F2 等；该聚合工艺气体还可以是CHF3。此外，等离子体刻蚀还涉及非聚合工艺气体CF4以有利于产生更少的CF2种类，并进一步涉及N2或NH3或He等载体气体，以进一步在侧壁聚合形成中起到作用。由上述描述可知，以上述解决方案为代表的实现特征尺寸收缩的现有技术均具有相同的构思和必不可少的步骤进行较大尺寸的光刻曝光后，采用干法刻蚀，特别是等离子体刻蚀技术实现特征尺寸收缩，从而得到更小特征尺寸的半导体结构。然而，现有技术特征尺寸收缩的等离子体刻蚀工艺中均采用CF4和聚合物气体(如 CHF3、C4F8、CH2F2等)在高频功率下实现。在该工艺条件下，虽然能够将特征尺寸收缩至更小， 并有效改善了低频偏置问题，却由于采用了较大分子的聚合物而不可避免的使得条纹现象 (Striation)更为严重,刻蚀结构的线边缘粗糙度(Line-edge roughness,LER)无法得到保障。在现有技术特征尺寸收缩工艺中造成条纹现象严重、刻蚀结构线边缘粗糙度差的原因主要有两个1、由于等离子体刻蚀采用的聚合物气体具有较长的分子链，且采用的混合气体含C量高，使得刻蚀过程中长链CxFy聚合物不均匀地沉积在半导体结构表面。图1为现有技术中聚合物不均匀沉积形成的不规则图形化边界结构示意图。如图1所示，由于长链CxFy聚合物不均匀地沉积在半导体结构表面，使得圆形或长方形设计的原始图形化区域IOla边界形状发生形变，成为不规则形状，影响图形化转移质量。2、由于传统等离子体刻蚀过程通常在200mT以下的低压环境下进行，在大分子聚合物沉积过程中带来较为严重的物理轰击进一步加剧了对刻蚀结构线边缘的损伤，带来更严重的条纹现象。图2为现有技术特征尺寸收缩工艺中条纹现象示意图。如图2所示，在条纹现象的影响下，使得圆形或长方形设计的原始图形化区域IOlb边界出现较为严重的毛刺或条纹102，一方面影响图形化转移精度，另一方面，毛刺或条纹102的出现，也影响了图形化区域IOlb边界的刻蚀质量。与普通大尺寸半导体器件相比，结构侧壁质量对于特征尺寸较小的半导体结构性能的影响更为显著，如何在有效实现特征尺寸收缩的同时，避免引入由此带来的侧壁损伤或表面杂质，避免条纹现象，改善刻蚀结构的线边缘粗糙度，成为新一代半导体工艺下制备高质量、小特征尺寸半导体结构急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种，能够在有效实现特征尺寸收缩的同时，避免引入由此带来的侧壁损伤或表面杂质，避免条纹现象，改善刻蚀结构的线边缘粗糙度。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种，其步骤包括提供半导体基底，所述半导体基底表面覆盖有图形化的光阻材料；将所述半导体基底置于等离子体刻蚀腔室内；以所述图形化的光阻材料层为掩膜，对刻蚀气体为饱和小分子碳氟气体、含 N气体以及CO的混合气体等离子化，并采用等离子化的上述气体对半导体基底进行刻蚀。作为可选的技术方案，该还包括刻蚀未图形化的有机抗反射涂层至半导体基底表面的过程，所述未图形化的有机抗反射涂层位于所述半导体基底和图形化的光阻材料之间。作为可选的技术方案，该还包括刻蚀无定形碳至半导体基底表面的过程，所述无定形碳位于所述半导体基底和有机抗反射涂层之间。作为可选的技术方案，所述饱和小分子碳氟气体为CF4或C2F6或二者的混合气体； 所述含N气体为N2或NH3或二者的混合气体。进一步地，等离子体刻蚀过程中，采用的刻蚀气体为CF4、N2和CO混合气体。作为可选的技术方案，等离子体刻蚀过程中，所述饱和小分子碳氟气体的气体流量小于所述含N气体的气体流量，且所述含N气体的气体流量小于所述CO的气体流量。进一步地，所述等离子体刻蚀过程中，所述饱和小分子碳氟气体、含N气体、CO的气体流量比范围为1:2:5 1:8:40。进一步地，所述等离子体刻蚀过程中，所述饱和小分子碳氟气体、含N气体、CO的气体流量比为1:6:30。作为可选的技术方案，所述等离子体刻蚀过程中，所述饱和小分子碳氟气体的气体流量小于200sccm ;所述含N气体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特征尺寸收缩方法，包括步骤：提供半导体基底，所述半导体基底表面覆盖有图形化的光阻材料层；将所述半导体基底置于等离子体刻蚀腔室内；其特征在于：以所述图形化的光阻材料层为掩膜，对刻蚀气体为饱和小分子碳氟气体、含N气体以及CO的混合气体等离子化，并采用等离子化的上述气体对半导体基底进行刻蚀。

【技术特征摘要】
1.一种特征尺寸收缩方法，包括步骤 提供半导体基底，所述半导体基底表面覆盖有图形化的光阻材料层； 将所述半导体基底置于等离子体刻蚀腔室内； 其特征在于 以所述图形化的光阻材料层为掩膜，对刻蚀气体为饱和小分子碳氟气体、含N气体以及CO的混合气体等离子化，并采用等离子化的上述气体对半导体基底进行刻蚀。2.根据权利要求1所述的特征尺寸收缩方法，其特征在于，还包括刻蚀未图形化的有机抗反射涂层至半导体基底表面的过程，所述未图形化的有机抗反射涂层位于所述半导体基底和图形化的光阻材料层之间。3.根据权利要求2所述的特征尺寸收缩方法，其特征在于，还包括刻蚀无定形碳至半导体基底表面的过程，所述无定形碳位于所述半导体基底和有机抗反射涂层之间。4.根据权利要求1所述的特征尺寸收缩方法，其特征在于，所述饱和小分子碳氟气体为CF4或C2F6或二者的混合气体。5.根据权利要求1所述的特征尺寸收缩方法，其特征在于，所述含N气体为N2或NH3或二者的混合气体。6.根据权利要求4或5所述的特征尺寸收缩方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀过程中，所述饱和小分子碳氟气体的气体流量小于所述含N气体的气体流量，且所述含N气体的气体流量小于所述CO的气体流量。7.根据权利要求6所述的特征尺寸收缩方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆祥，杜若昕，刘志强，苏兴才，
申请(专利权)人：中微半导体设备上海有限公司，
类型：发明
国别省市：