[發(fā)明專利]一種新型柵極圖形尺寸收縮方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210014989.2
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN102543712A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設計）人: 楊渝書;李程;陳玉文
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/3105
• 分類號: H01L21/3105;G03F7/40
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 王敏杰

技術領域

本發(fā)明涉及半導體集成電路制造領域，特別涉及一種新型柵極圖形尺寸收縮方法。

背景技術

隨著半導體技術的迅猛發(fā)展，集成電路器件設計的尺寸也持續(xù)的向小型化的方向發(fā)展。基于市場競爭和產業(yè)需求，不斷提高產品的性能/性價比是微電子技術發(fā)展的動力。特征尺寸即線寬（critical?dimension，?CD）是指集成電路芯片工藝可達到的最小導線寬度，是一條工藝線中能加工的最小尺寸，其是集成電路芯片先進水平的主要指標。線寬越小，集成度越高，在同一面積上可集成更多的芯片。縮小特征尺寸從而提高成績度是提高產品性能/性價比最有效手段之一。只有特征尺寸縮小，在同等集成度的條件下，芯片面積才可以更小，同等直徑的硅片產出量才能夠提高。特別在高密度存儲裝置中，例如動態(tài)隨機存儲器DRAM以及與非型閃存（NAND?Flash），特征尺寸小型化具有更加重要的意義。

隨著CMOS半導體器件工藝的發(fā)展以及按比例尺寸縮小，對光刻工藝的要求不斷提高，而光刻的分辨率具有一定的極限，這就造成圖形化的關鍵尺寸的不斷縮小會達到或超過光刻工藝的極限。與此同時，為達到高的光刻分辨率，要求顯影光的波長不斷縮小，這也使顯影時聚焦深度（DOF：depth?of?focus）減小，供干法刻蝕作為阻擋層的光阻的厚度不斷減薄，對干法刻蝕中襯底層對光阻的選擇比提出了更高的要求。另外，圖形尺寸的縮小，使線寬粗糙度所占圖形尺寸的比例擴大，對線寬粗糙度的要求不斷提高。

現行的工藝方法是為了縮小柵極光阻圖形尺寸，增加柵極光阻圖形化工藝的工藝界限（process?window）,采用在柵極干法刻蝕工藝中增加一步等離子體消減（trimming）的步驟，來縮小柵極圖形的尺寸，從而使刻蝕出的圖形尺寸更小。這一等離子體消減的步驟可以針對光阻進行，也可以在底部抗反射層(BARC:Bottom?Anti-Reflective?Coating)刻蝕后進行，或者在硬掩膜（hardmask）刻蝕完成后進行，這一工藝方法的問題是等離子體消減的工藝步驟的特殊工藝參數設定是一種趨向各項同性的刻蝕步驟，容易在晶圓表面產生缺陷（defect）：為減小對襯底的刻蝕和增大對被消減物兩側的消減，這一工藝步驟采用含鹵素氣體（氟、氯或者溴化氫）加氧氣，并沒有射頻偏壓能量（RF?bias?power），使得反應腔側壁附著的聚合物（polymer）被富氧離子轟擊掉落，使晶圓表面形成缺陷，而且等離子體的轟擊也會惡化圖形的線寬粗糙度（LWR）。

傳統(tǒng)柵極圖形尺寸收縮工藝包括等離子體刻蝕法和離子注入法。中國專利CN200810205372提供一種等離子體刻蝕電介質層的方法，使用含硫的等離子體刻蝕電介質層，可以很好地保證在電介質層上刻蝕出的等離子體符合預期。另外，該發(fā)明先還利用不含硫的第二等離子體刻蝕硬膜層，再利用含硫的第一?等離子體刻蝕電介質層，既能利用含硫的等離子體刻蝕電介質層從而保持良好的刻蝕形狀，又能防止硫與有機掩膜層形成阻隔層，從而避免難以去除有機掩膜層的缺陷。

中國專利CN200810109206提供一種控制特征尺寸收縮的蝕刻工藝。多層掩模包括形成在待刻蝕的襯底層上平版印刷圖形化的光致抗蝕劑和未圖形化的有機抗反射涂層(BARC)。使用有效的負性蝕刻偏置蝕刻該BARC層以減小在該多層掩模?中的開口的特征尺寸至在該光致抗蝕劑中的平版印刷所確定的尺寸之下。該BARC蝕刻的有效的負性蝕刻偏置而后被應用到在襯底層中蝕刻具有減小的?特征尺寸的開口。使用有效的負性蝕刻偏置在BARC中等離子體蝕刻開口，使用例如CHF3進行聚合化學反應。在另一個實施例中，該聚合化學反應提供使用高頻耦合電源在相對低的功率在低壓激發(fā)。

中國專利CN200810203804使用離子注入處理方法來實現線形圖形尺寸收縮工藝。其提出一種收縮線型圖形特征尺寸的方法，包括：對作為掩膜的光阻圖形進行離子注入，使得所述光阻圖形的特征尺寸收縮。本發(fā)明提出的收縮線型圖形特征尺寸的方法，其能夠有效收縮光阻的特征尺寸，使得光阻線性邊緣的粗糙度變得更加平滑，并保證整個晶圓的特征尺寸的均勻性，離子注入處理后的光阻在后續(xù)的蝕刻過程中抗蝕刻能力大大加強，而且有效降低密集圖形與稀疏圖形在特征尺寸縮減量上的差異即微負載效應。但這種方法在實現對光阻圖形尺寸的收縮和固化的同時，也會對光阻的底層抗反射層進行離子注入，使之變性而改變其刻蝕特性而難以被刻蝕去除，所以有潛在的工藝問題。