[發明專利]一種用于形成硬掩膜層的方法

有效

• 申請號: 201210196978.0
• 申請日: 2012-06-14
• 公開（公告）號: CN103489758A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 王新鵬;洪中山
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/033
• 分類號: H01L21/033
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 董巍;高偉

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，且具體而言，涉及一種用于形成硬掩膜層的方法。此外，本發明還涉及利用該硬掩膜層進行自對準雙重構圖（SADP，Self-Aligned?Double?Patterning）的方法。

背景技術

隨著半導體器件尺寸不斷縮小，光刻關鍵尺寸（CD）逐漸接近甚至超過了光學光刻的物理極限，由此給半導體制造技術尤其是光刻技術提出了更加嚴峻的挑戰。而雙重構圖技術也適時而至，其基本思想是通過兩次構圖形成最終的目標圖案，以獲得單次構圖所不能達到的光刻極限。

雙重構圖技術目前主要包括下列三種：SADP（自對準雙重構圖）、LELE（光刻-蝕刻-光刻-蝕刻）DP和LLE（光刻-光刻-蝕刻）DP。

LELE?DP技術遵循光刻-蝕刻-光刻-蝕刻的工藝順序，其主要原理是：首先在第一層光刻膠上通過曝光顯影形成第一部分圖案，接著通過蝕刻將該部分圖案轉移到下層硬掩膜材料層上，然后再旋涂第二層光刻膠并通過曝光顯影形成第二部分圖案，最后通過蝕刻將兩部分圖案最終轉移到目標材料層上。第20100136784號美國專利申請中公開了該技術的具體實施方式。

LLE?DP技術也稱作雙重光刻技術，其遵循光刻-光刻-蝕刻的工藝順序，主要原理是：首先利用第一塊掩膜版曝光，在第一層光刻膠上形成第一部分圖案，接著旋涂第二層光刻膠，然后利用第二塊掩膜版曝光，在第二層光刻膠上形成第二部分圖案，最后進行蝕刻和清洗，將兩次曝光得到的圖案同時轉移到目標材料層上。

SADP技術的主要原理是：首先在預先形成的光刻膠圖案兩側形成間隙壁（spacer），然后去除光刻膠圖案，并將間隙壁圖案轉移到目標材料層上，從而使單位面積內可形成的圖案數量翻倍，即圖案之間的最小間距（pitch）可減小至CD的二分之一。

在上述三種技術中，LELE?DP技術和LLE?DP技術由于兩次使用光刻膠，所以對光刻膠的線性度要求很高，并且因此也使得制造成本提高，以致其應用受到局限。而SADP技術由于僅單次使用光刻膠，并且能夠突破CD的物理極限而使最小間距減小至CD的二分之一，因而尤其適用于制造CD在32nm以下的半導體器件。

目前，通常這樣來進行SADP雙重構圖：首先，通過例如化學氣相沉積（CVD）法，在待蝕刻的目標材料層上形成由光致抗蝕劑（PR）或氧化硅等等構成的犧牲材料層；接著，通過例如光刻和蝕刻工藝等對犧牲材料層進行構圖，使其具有圖案；然后，通過CVD法或原子層沉積（ALD）法，在犧牲材料層上形成硅層，并在無掩膜層的情況下蝕刻該硅層，以至少露出犧牲層的頂表面，從而僅在犧牲層的側壁上保留硅層（又稱為“間隙壁層”）；接著，通過干法或濕法剝離，去除犧牲層而僅留下間隙壁層；最后，以間隙壁層作為硬掩膜層，對目標材料層進行蝕刻，以使其具有預定圖案。

然而，盡管這種技術具有諸多優點，但由于形成間隙壁時采用了全面回蝕刻工藝，因而得到的間隙壁頂部呈圓弧狀，如圖1所示。利用這種具有圓弧狀頂部的硬掩膜層對目標材料層進行構圖，會導致構圖后的目標材料層中圖案的高度均一性較差，從而使線寬粗糙度（LWR）和CD均一性均較差，進而導致最終制作的半導體器件性能降低。

鑒于上述原因，需要一種改進的自對準雙重構圖方法，期望該方法能夠克服傳統工藝的上述缺陷，并且能夠容易與傳統CMOS工藝兼容。

發明內容

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

為解決上述現有技術中存在的問題，根據本發明的一個方面，提供一種用于形成硬掩膜層的方法，包括：提供襯底，在所述襯底上預先形成有具有圖案的犧牲層；在所述襯底的表面以及所述犧牲層的表面和側壁上形成硅層；執行回蝕刻，以在所述犧牲層的側壁上形成由所述硅層構成的間隙壁；執行橫向外延生長，以在所述間隙壁的表面上形成鍺硅外延層；以及去除所述犧牲層，留下所述間隙壁和所述鍺硅外延層，作為所述硬掩膜層。

優選地，所述硅層采用原子層沉積法形成。

優選地，所述橫向外延生長是在500~1000℃的溫度且10~100托的壓強下，以包含SiCl₄、SiH₄和SiH₂Cl₂中的至少一種以及GeH₄的混合氣體為源氣體進行的。