[发明专利]自对准双重图形的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术，特别涉及一种自对准双重图形的形成方法。

背景技术

在半导体制造领域，光刻胶材料用于将掩膜图像转印到一层或多层的材料层中，例如将掩膜图像转印到金属层、介质层或半导体衬底上。但随着半导体工艺的特征尺寸的不断缩小，利用光刻工艺在材料层中形成小特征尺寸的掩膜图形变得越来越困难。

为了提高半导体器件的集成度，业界已提出了多种双重图形工艺，其中，自对准双重图形（Self-Aligned Double Patterning，SADP）工艺即为其中的一种。图1至图6为现有技术的一种利用自对准双重图形为掩膜对半导体结构进行刻蚀的方法，具体包括：

请参考图1，提供半导体衬底10，在半导体衬底10表面形成待刻蚀材料层20，在所述待刻蚀材料层20表面形成底部抗反射层40，在所述底部抗反射层40表面形成光刻胶层50；

请参考图2，对所述光刻胶层进行曝光显影，形成牺牲光刻胶层55，以所述牺牲光刻胶层55为掩膜，对底部抗反射层进行刻蚀，形成牺牲底部抗反射层45；

请参考图3，在所述待刻蚀材料层20和牺牲光刻胶层55表面形成硬掩膜层60；

请参考图4，对所述硬掩膜层进行回刻蚀，直到暴露出所述待刻蚀材料层20表面和牺牲光刻胶层55的顶部表面，在所述牺牲光刻胶层55、牺牲底部抗反射层45侧壁表面形成侧墙65；

请参考图5，去除所述牺牲光刻胶层和牺牲底部抗反射层；

请参考图6，以所述侧墙65作为掩膜，对所述待刻蚀材料层20（请参考图5）进行刻蚀。

更多关于自对准双重图形工艺请参考公开号为US2009/0146322A1的美国专利文献。

但是发明人发现，利用上述方法刻蚀待刻蚀材料层形成的刻蚀图形的侧壁形貌较差。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种自对准双重图形的形成方法，最终形成的待刻蚀材料层的侧壁形貌较佳。

为解决上述问题，本发明提供了一种自对准双重图形的形成方法，包括：提供待刻蚀材料层；在所述待刻蚀材料层上形成牺牲光刻胶层；在所述牺牲光刻胶层的顶部和侧壁表面形成聚合物层；在所述聚合物层表面形成第一掩膜材料层；对所述第一掩膜材料层进行回刻蚀，直到暴露出所述牺牲光刻胶层顶部表面的聚合物层，位于所述牺牲光刻胶层两侧的第一掩膜材料层形成第一掩膜图形；去除所述牺牲光刻胶层和聚合物层。

可选的，形成所述聚合物层的工艺包括：在所述牺牲光刻胶层的顶部和侧壁表面利用沉积工艺形成聚合物层；对所述聚合物层进行刻蚀工艺，去除部分厚度的聚合物层。

可选的，重复若干次上述的沉积工艺和刻蚀工艺，使得形成的聚合物层的转角为直角。

可选的，所述重复的次数为1~5。

可选的，所述沉积工艺为等离子体沉积工艺，具体包括：利用至少包括CH₃F、CH₂F₂、HBr、CH₄其中一种或几种的反应气体在所述牺牲光刻胶层顶部和侧壁表面形成聚合物层，其中，射频功率的范围为100瓦~1000瓦，反应温度的范围为30摄氏度~60摄氏度，反应腔压强范围为100毫托~200毫托。

可选的，所述刻蚀工艺为等离子体刻蚀工艺，具体包括：利用至少含有CF₄、CHF₃、CH₂F₂、O₂、Ar其中一种的刻蚀气体对聚合物层进行刻蚀，射频功率的范围为50瓦~1000瓦，反应温度的范围为30摄氏度~60摄氏度，反应腔压强范围为5毫托~200毫托。

可选的，所述第一掩膜材料层的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化钛、氮化钽其中的一种或几种。

可选的，形成所述第一掩膜材料层的工艺为原子层沉积工艺、低压化学气相沉积工艺或亚常压化学气相沉积工艺。

可选的，还包括，在所述待刻蚀材料层表面形成第二掩膜材料层，在所述第二掩膜材料层表面形成牺牲光刻胶层。

可选的，去除所述牺牲底部抗反射层和牺牲光刻胶层后，以所述第一掩膜图形为掩膜，对所述第二掩膜材料层进行刻蚀，形成第二掩膜图形。

可选的，去除所述第一掩膜图形，以所述第二掩膜图形为掩膜，对所述待刻蚀材料层进行刻蚀。

可选的，所述第二掩膜材料层的材料为氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、无定形碳、多晶硅、氧化铪、氧化钛、氧化锆、氮化钛、氮化钽、钛其中的一种或几种。