[發明專利]特征尺寸收縮方法

有效

• 申請號: 201210593718.7
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103035508A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 王兆祥;杜若昕;劉志強;蘇興才
• 申請（專利權）人: 中微半導體設備（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/3065
• 分類號: H01L21/3065;H01L21/311
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及新一代半導體工藝節點下的光刻后特征尺寸收縮技術。

背景技術

隨著集成電路技術的不斷發展，半導體工藝節點逐漸進入65nm、45nm時代，并向著更為先進的22nm以及16nm進發。然而，隨著半導體工藝節點的不斷向前推進，在半導體器件制備前端工藝（FEOL）和后端工藝（BEOL）中的特征尺寸（Critical?Dimension，CD）需求變得越來越苛刻。其中，65nm工藝中的器件特征尺寸已開始大大小于主流平板印刷的尺寸，在半導體器件制備過程中，越來越多特征尺寸小于65nm、甚至小于45nm、28nm的半導體結構開始出現，光刻開始成為半導體技術發展的瓶頸。

為了解決該問題，國內外學者及相關企業均在光刻技術上做了大量研究，包括浸沒式、極紫外光刻等在內的新一代光刻技術越來越多的出現在人們的視野中。然而，無論在考慮目前工藝節點下的技術難題還是未來技術時，通常有一點是肯定的：當前的解決方案在實在不能再用之前始終都是最好的。因此，對于半導體技術而言，盡可能的延長干法光刻的使用時間，是業內普遍期待并共同努力的目標。

為了更好地解決新一代工藝節點中光刻所存在的瓶頸問題，現有技術中出現了一種能夠擴展工藝窗口的方法及工具，基于曝光后圖形增強系統采用專用等離子體輔助工藝來獲得可控的光刻膠孔洞（hole）和高達100nm的間隔區特征尺寸縮小（space?CD?shrink），能夠獲得小至10nm的特征圖形，并表現出擴展到22nm及以下節點的能力。具體的講，為了縮小特征尺寸，在印制好的光刻膠孔洞和間隔區上淀積一層薄膜，該薄膜厚度通常即為期望的特征縮小尺度。利用現有的光刻技術和掩膜技術，以足夠大的尺寸來印制光刻膠孔洞和間隔區，并進一步優化曝光容忍度（exposure?latitude），以使失真最小。在完成圖形光刻之后，使用基于等離子體技術的縮小工藝來將被印制的特征圖形縮小至期望尺寸，并進行刻蝕。而在刻蝕后的光刻膠剝離步驟中，所淀積的作為掩膜層的薄膜將被去除。該解決方案中，淀積的薄膜具有較好的抗刻蝕等離子體的能力，從而能夠降低圖形縮小和轉移過程中的線邊緣粗糙度和失真，并能夠提供良好的特征尺寸均勻性，通常等于或優于即將引入的新的光刻技術，并能夠在一定范圍內對圖形中的特征尺寸進行調整。

除此之外，中國發明專利CN200810109206.2中還提供了一解決方案：在待刻蝕的襯底上以圖形化的光致抗蝕劑和未圖形化的有機抗反射涂層（BARC）作為多層掩膜，該多層掩膜還包括位于該有機抗反射涂層和襯底層之間的未圖形化的無定形碳層，該有機抗反射涂層由一有效的負性刻蝕偏置刻蝕以減小位于由在光致抗蝕劑中確定尺寸的平板印刷之下的該多層掩膜中的開口的特征尺寸。而為了使用一有效的負性刻蝕偏置在有機抗反射涂層上等離子體刻蝕開口，采用如CHF₃等聚合物氣體在高頻、低壓環境下的刻蝕腔室中進行聚合化學反應，可以在激發等離子體時產生CF₂種類，有益于縮減自光致抗蝕劑的有機抗反射涂層開口的特征尺寸以提供有效的刻蝕偏置。在該技術方案中，等離子體刻蝕涉及的聚合工藝氣體是全鹵化的，如：C₄F₈、C₅F₈、C₆F₆、C₄F₆等；也可以是部分鹵化的，如C₄F₆O、CH₂F₂等；該聚合工藝氣體還可以是CHF₃。此外，等離子體刻蝕還涉及非聚合工藝氣體CF₄以有利于產生更少的CF₂種類，并進一步涉及N₂或NH₃或He等載體氣體，以進一步在側壁聚合形成中起到作用。

由上述描述可知，以上述解決方案為代表的實現特征尺寸收縮的現有技術均具有相同的構思和必不可少的步驟：進行較大尺寸的光刻曝光后，采用干法刻蝕，特別是等離子體刻蝕技術實現特征尺寸收縮，從而得到更小特征尺寸的半導體結構。