改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法，至少包括以下步驟：提供一基板，其上依次形成有硬掩模層及若干平行排列的線條；然后測試所述線條的線寬并沉積側壁隔離層，根據(jù)線寬判斷所需刻蝕時間對側壁隔離層進行刻蝕，使相鄰隔離墻之間的間隙寬度等于所述線條的線寬；再去除所述線條，根據(jù)線寬確定刻蝕氣體的比例，在所述硬掩模層中刻蝕形成若干具有預設底部寬度的開口；最后在所述基板中刻蝕形成分布均勻的若干凹槽。本發(fā)明通過監(jiān)測線條的線寬，并根據(jù)測得的線寬調(diào)整側壁隔離墻刻蝕時間得到預設厚度的隔離墻，再調(diào)整硬掩膜開口的傾斜角度來控制開口的底部寬度，最終得到均勻的凹槽分布，改善了器件的RC性能及可靠性。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明半導體制造領域，涉及一種雙重圖形化方法，特別是涉及一種改善刻蝕后 關鍵尺寸均勻性的方法。 改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法

【背景技術】
[0002] 半導體技術在摩爾定律的驅動下持續(xù)地朝更小的工藝節(jié)點邁進。隨著半導體技術 的不斷進步，器件的功能不斷強大，但是半導體制造難度也與日俱增。而光刻技術是半導體 制造工藝中最為關鍵的生產(chǎn)技術，隨著半導體工藝節(jié)點進入到65納米、45納米，甚至更低 的32納米，現(xiàn)有的193nm的ArF光源光刻技術已經(jīng)無法滿足半導體制造的需要。多年以來， 光刻技術人員將解決小節(jié)點圖形制作的方案聚焦在了降低波長及增大數(shù)值孔徑（NA)上。每 一套波長與NA的組合可以解決一定極限的圖形尺寸，如今的193nm波長和1. 35的NA在實 際生產(chǎn)中可以達到的極限是40nm的半節(jié)距。并且1. 35的NA被認為幾乎就是ArF系統(tǒng)的 極限，所以減小波長就成了業(yè)內(nèi)人士研究的焦點。波長僅13. 5nm的EUV光刻無疑為產(chǎn)業(yè)帶 來了希望，然而盡管EUV光刻的研究已研究多時，并且取得了不小的進展，但是很多配套相 關技術依然不夠成熟。而其它研究熱點技術如多波束無掩膜技術和納米壓印技術也仍然存 在有不便與缺陷，亟待加以進一步的改進。
[0003] 當摩爾定律繼續(xù)向前延伸的腳步不可逆轉的時候，雙重圖形化技術無疑成為了業(yè) 界的最佳選擇。雙重圖形化技術只需要對現(xiàn)有的光刻基礎設施進行很小的改動，就可以有 效地填補45納米到32納米甚至更小節(jié)點的光刻技術空白。雙重圖形化技術的原理是將一 套高密度的電路圖形分解成兩套分立的、密度低一些的圖形，然后將它們制備到晶圓上。
[0004] 目前實現(xiàn)雙重圖形的方法大致分為三類：自對準雙重圖形、二次刻蝕雙重圖形和 單刻蝕雙重圖形。其中自對準雙重曝光（SADP)技術有能力實現(xiàn)擁有有益線寬和節(jié)距控制 效果的高密度平行線條。對于任意給定的可以用光刻方法定義的線條，可以在每個側邊使 用間隔層，當去除最初的模板材料后，就能有效實現(xiàn)線條密度的加倍。
[0005] 在自對準雙重圖形的制作中，對光刻定義的線條線寬的控制是一個很大的挑戰(zhàn)， 因為線條的線寬將會影響最終的關鍵尺寸。關鍵尺寸方面的非均勻性可以由上游的工藝流 程引起，例如，光刻。由于光刻的平行特征(例如在基板上所有器件管芯同時暴露)和因素很 難控制，例如光源不均勻性，光掩膜上的衍射，溫度的不均勻性，光刻膠厚度的不均勻性等， 使得光刻后和蝕刻前的基板在器件特征上通常有不均勻性。例如光刻定義的線條線寬過 大，就會使得后續(xù)刻蝕得到的溝槽寬度呈現(xiàn)奇偶分布，即不均勻分布，這種不均勻性可以導 致減少器件產(chǎn)量。因此光刻定義的線條線寬異常的晶圓通常只能返工或報廢，造成巨大浪 費。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種改善刻蝕后關鍵尺寸 均勻性的方法，用于解決現(xiàn)有技術中光刻定義的線條線寬異常的晶圓通常只能返工或報 廢，造成巨大浪費的問題。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的 方法，該方法至少包括以下步驟：
[0008] 1)提供一基板，所述基板上形成有硬掩模層，所述硬掩膜層上形成有若干平行排 列的線條；
[0009] 2)測試所述線條的線寬；
[0010] 3)沉積側壁隔離層，所述側壁隔離層覆蓋所述線條外表面及所述硬掩模表面；
[0011] 4)根據(jù)步驟2)中測得的線寬判斷所需刻蝕時間，采用該刻蝕時間對所述側壁隔離 層進行刻蝕，直至在所述線條側壁留下預設厚度的隔離墻，使相鄰隔離墻之間的間隙寬度 等于所述線條的線寬；
[0012] 5)去除所述線條，根據(jù)步驟2)中測得的線寬確定刻蝕氣體的比例，然后以所述預 設厚度的隔離墻為掩模、并采用該比例的刻蝕氣體對所述硬掩模層進行刻蝕，在所述硬掩 模層中形成若干具有預設底部寬度的開口；
[0013] 6)以刻蝕后的硬掩膜層為掩模，對所述基板進行刻蝕，在所述基板中形成分布均 勻的若干凹槽。
[0014] 可選地，于所述步驟5)中，所述刻蝕氣體為CHF3與CF4，其中CHF 3與CF4的體積比 是 χ:1，0· 01 彡 X 彡 100。
[0015] 可選地，于所述步驟5)中，所述刻蝕氣體為CH2F2與0 2，其中CH2F2與02的體積比 是 y:l，0. 2 彡 y 彡 500。
[0016] 可選地，所述步驟6)中形成的凹槽的寬度范圍是5~2000 nm。
[0017] 可選地，所述側壁隔離層通過原子層沉積法得到。
[0018] 可選地，所述硬掩膜層為單層、雙層或多層結構。
[0019] 可選地，所述硬掩膜的材料包括金屬、金屬氮化物、氮化硅、氧化硅或碳化硅中的 一種或多種。
[0020] 可選地，所述側壁隔離層的材料為氧化物或氮化物。
[0021] 如上所述，本發(fā)明的改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法，具有以下有益效果：通過 監(jiān)測線條的線寬，并根據(jù)測得的線寬調(diào)整側壁隔離墻刻蝕時間得到預設厚度的隔離墻，再 調(diào)整硬掩膜開口的傾斜角度來控制開口的底部寬度，最終得到均勻的凹槽分布，改善器件 的RC性能及可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1顯示為本發(fā)明的改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法提供的基板及在基板上 形成的硬掩膜層和線條結構的剖面示意圖。
[0023] 圖2顯示為本發(fā)明的改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法在線條及硬掩模層表面 沉積側壁隔離層的示意圖。
[0024] 圖3顯示為本發(fā)明的改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法刻蝕側壁隔離層使相鄰 隔離墻之間的間隙等于線條線寬的示意圖。
[0025] 圖4顯示為本發(fā)明的改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法去除隔離墻之間的線條 之后的剖面結構示意圖。
[0026] 圖5顯示為本發(fā)明的改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法在硬掩膜層中刻蝕形成 若干具有預設底部寬度的開口的示意圖。
[0027] 圖6顯示為本發(fā)明的改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法在基板中形成分布均勻 的若干凹槽的示意圖。
[0028] 元件標號說明
[0029] 1 基板
[0030] 2硬掩膜層
[0031] 3 線條
[0032] 4側壁隔離層
[0033] 5隔離墻
[0034] 6 開口
[0035] 7 凹槽
[0036] 屯線寬
[0037] d2間隙寬度
[0038] d3 了頁設底部覽度

【具體實施方式】
[0039] 以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書 所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實 施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離 本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0040] 請參閱圖1至圖6。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明 本發(fā)明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù) 目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其 組件布局型態(tài)也可能更為復雜。
[0041] 本發(fā)明提供一種改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法，該方法至少包括以下步驟：
[0042] 步驟1)，請參閱圖1，提供一基板1，所述基板1上形成有硬掩模層2,所述硬掩膜 層2上形成有若干平行排列的線條3。
[0043] 具體的，所述基板1可以為硅、SOI、鍺、鍺硅等襯底，也可以為包括制作好部分電 路或其它元件的襯底，還可以是包括金屬層及覆蓋電介質層的襯底，在此特地說明，不應過 分限制本發(fā)明的保護范圍。本實施例中，所述基板1優(yōu)選為包括低k電介質層及覆蓋于所 述低k電介質層上的帽層(未具體圖示)。
[0044] 具體地，所述硬掩膜層2為單層、雙層或多層結構，所述硬掩模層2的材料可以包 括無機物、有機物或金屬中的一種或多種，優(yōu)選的，可包括Ti、TiN、其它金屬氮化物、氮化 硅、氧化硅或碳化硅中的一種或多種。。
[0045] 具體的，所述線條3通過光刻工藝形成，各個線條平行排列且間距相等。由于光刻 的平行特征和因素很難控制，例如光源不均勻性，光掩膜上的衍射，溫度的不均勻性，光刻 膠厚度的不均勻性等，使得光刻后得到的線條具有不均勻性。而過寬或過細的線條線寬分 布將會使后續(xù)蝕刻得到的雙重圖案關鍵尺寸呈現(xiàn)奇偶分布，即不均勻分布，導致器件性能 不符合要求。通常這種線條線寬異常的晶圓只能返工或報廢，而本發(fā)明的改善刻蝕后關鍵 尺寸均勻性的方法可以在一定程度上解決這個問題，請參見后續(xù)步驟。
[0046] 步驟2)，測試所述線條3的線寬V
[0047] 具體的，通過關鍵尺寸掃描電子顯微鏡（⑶-SEM)測量所述線條3的線寬屯，請參 閱圖1，示出了所述線寬屯。
[0048] 步驟3)，請參閱圖2,沉積側壁隔離層4,所述側壁隔離層4覆蓋所述線條3外表面 及所述硬掩模2表面。
[0049] 具體的，本實施例中，所述側壁隔離層可通過原子層沉積法得到，采用原子層沉積 可以得到較好的臺階覆蓋率。在其它實施例中，也可采用其它沉積方法來形成所述側壁隔 尚層。
[0050] 具體的，所述側壁隔離層4的材料為氧化物或氮化物，如氧化硅或氮化硅。
[0051] 步驟4)，請參閱圖3,根據(jù)步驟2)中測得的線寬屯判斷所需刻蝕時間，采用該刻 蝕時間對所述側壁隔離層4進行刻蝕，直至在所述線條側壁留下預設厚度的隔離墻5,使相 鄰隔離墻5之間的間隙寬度d 2等于所述線條3的線寬屯。
[0052] 具體的，可采用等離子體刻蝕法對所述側壁隔離層4進行各向異性刻蝕，去除所 述線條上表面及所述硬掩膜層表面的部分側墻隔離層材料，僅在各個線條兩側壁保留預設 厚度的隔離墻5。
[0053] 需要指出的是，對于線寬屯的測量，可以在實時生產(chǎn)線上進行監(jiān)控，并將測得的線 寬數(shù)據(jù)反饋到刻蝕側壁隔離層的工藝流程中，計算出最終要保留的隔離墻5的厚度，從而 對刻蝕時間進行調(diào)整，使相鄰隔離墻5之間的間隙寬度d 2等于所述線條3的線寬屯。
[0054] 步驟5)，請參閱圖4及圖5,去除所述線條3,根據(jù)步驟2)中測得的線寬屯確定刻 蝕氣體的比例，然后以所述預設厚度的隔離墻5為掩模、并采用該比例的刻蝕氣體對所述 硬掩模層2進行刻蝕，在所述硬掩模層2中形成若干具有預設底部寬度d 3的開口 6。
[0055] 具體的，如圖4所示，顯示為去除隔離墻5之間的線條之后的剖面結構示意圖，在 雙重圖形制作工藝中，隔離墻之間的線條也可稱為內(nèi)核（core)，去除內(nèi)核后，然后可以利用 所述隔離墻5為掩模，采用等離子體刻蝕對所述硬掩膜層2進行刻蝕，在所述硬掩模層2中 形成若干開口 6?？梢赃M行適當?shù)倪^刻蝕，使得所述開口 6的底部達到所述硬掩模層下表面 以下。
[0056] 具體的，可通過改變刻蝕氣體的組合及其比例來調(diào)整所述開口 6的側壁傾斜度， 從而達到調(diào)整所述開口底部寬度的目的，使其符合后續(xù)溝槽刻蝕的要求。例如刻蝕氣體為 CHF3與CF4，如果其中CHF3氣體的比例越高，所述開口 6的側壁就會越傾斜，反之，若CF4氣 體越多，所述開口 6的側壁就會越垂直。本實施例中，所述刻蝕氣體優(yōu)選為CHF3與0?4，其 中CHF 3與CF4的體積比是X: 1，0. 01 < X < 100。所述開口側壁傾斜度(與水平方向的夾角） 的范圍是45° ~90°。在另一實施例中，所述刻蝕氣體還可以為CH2F2與02，其中CH 2F2與02 的體積比是y: 1，〇· 2彡y彡500。
[0057] 需要指出的是，刻蝕氣體除了前面指出的CHF3/CF4或CH 2F2/02，還可以為其它類似 的組合，在此特地說明，不應過分限制本發(fā)明的保護范圍。
[0058] 步驟6)，請參閱圖6,以刻蝕后的硬掩膜層2為掩模，對所述基板1進行刻蝕，在所 述基板1中形成分布均勻的若干凹槽7。
[0059] 需要指出的是，在刻蝕形成所述凹槽7的過程中，所述隔離墻5會慢慢消耗完畢， 接下來的刻蝕會由刻蝕后的硬掩膜層2來繼續(xù)定義所述凹槽7。
[0060] 具體的，所述凹槽7的寬度范圍是5~2000 nm。所述凹槽7可作為溝槽（trench)， 在其中沉積金屬形成互連線，在互連結構中，從第一金屬層到頂層金屬的制作都可采用上 述方法。需要指出的是，對于所述基板1中包含刻蝕停止層的情況，形成所述凹槽7的過程 中還包括襯墊層蝕除（Liner Removal, LRM)的步驟，即包括對刻蝕停止層進行刻蝕的步驟。
[0061] 至此，在所述基板1中形成了分布均勻的若干凹槽7,改善了自對準雙曝光技術中 刻蝕后檢測（After Etch Inspection, AEI)關鍵尺寸（⑶）的均勻性。由于凹槽大小決定 互連線的電阻（R)，凹槽的間距決定了電容（C)，因此分布均勻寬度一致的凹槽會使得器件 的RC性能更好，并可改善電遷移（EM)的問題，提高器件的可靠性。
[0062] 綜上所述，本發(fā)明的改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法首先通過監(jiān)測光刻定義的 線條的線寬，并根據(jù)測得的線條線寬調(diào)整側壁隔離墻刻蝕時間，在所述線條側壁留下預設 厚度的隔離墻，使相鄰隔離墻之間的間隙寬度等于所述線條的線寬，初步形成均勻的圖案 分布；然后通過控制刻蝕氣體的比例來調(diào)整硬掩膜開口的傾斜角度以控制硬掩模開口的底 部寬度，使得其滿足后續(xù)凹槽刻蝕寬度的需求，并最終得到均勻的凹槽分布，從而改善器件 的RC性能及可靠性。本發(fā)明還可以在一定范圍內(nèi)解決光刻定義的線條線寬異常的晶圓只 能返工或者報廢的問題，大大節(jié)約生產(chǎn)成本，減少浪費。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術 中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0063] 上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟 悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因 此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完 成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1. 一種改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法，其特征在于，所述改善刻蝕后關鍵尺寸均 勻性的方法至少包括以下步驟： 1) 提供一基板，所述基板上形成有硬掩模層，所述硬掩膜層上形成有若干平行排列的 線條； 2) 測試所述線條的線寬； 3) 沉積側壁隔離層，所述側壁隔離層覆蓋所述線條外表面及所述硬掩模表面； 4) 根據(jù)步驟2)中測得的線寬判斷所需刻蝕時間，采用該刻蝕時間對所述側壁隔離層進 行刻蝕，直至在所述線條側壁留下預設厚度的隔離墻，使相鄰隔離墻之間的間隙寬度等于 所述線條的線寬； 5) 去除所述線條，根據(jù)步驟2)中測得的線寬確定刻蝕氣體的比例，然后以所述預設厚 度的隔離墻為掩模、并采用該比例的刻蝕氣體對所述硬掩模層進行刻蝕，在所述硬掩模層 中形成若干具有預設底部寬度的開口； 6) 以刻蝕后的硬掩膜層為掩模，對所述基板進行刻蝕，在所述基板中形成分布均勻的 若干凹槽。
2. 根據(jù)權利要求1所述的改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法，其特征在于：于所述步 驟5)中，所述刻蝕氣體為CHF3與CF 4，其中CHF3與CF4的體積比是X: 1，0. 01彡X彡100。
3. 根據(jù)權利要求1所述的改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法，其特征在于：于所述步 驟5)中，所述刻蝕氣體為CH2F 2與02，其中CH2F2與02的體積比是y: 1，0· 2彡y彡500。
4. 根據(jù)權利要求1所述的改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法，其特征在于：所述步驟 6)中形成的凹槽的寬度范圍是5~2000 nm。
5. 根據(jù)權利要求1所述的改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法，其特征在于：所述側壁 隔離層通過原子層沉積法得到。
6. 根據(jù)權利要求1所述的改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法，其特征在于：所述硬掩 膜層為單層、雙層或多層結構。
7. 根據(jù)權利要求1所述的改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法，其特征在于：所述硬掩 膜的材料包括金屬、金屬氮化物、氮化硅、氧化硅或碳化硅中的一種或多種。
8. 根據(jù)權利要求1所述的改善刻蝕后關鍵尺寸均勻性的方法，其特征在于：所述側壁 隔離層的材料為氧化物或氮化物。
【文檔編號】H01L21/306GK104157564SQ201310178481
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年5月15日 優(yōu)先權日:2013年5月15日
【發(fā)明者】張城龍, 何其暘, 張海洋 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司