[发明专利]特征尺寸收缩方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及新一代半导体工艺节点下的光刻后特征尺寸收缩技术。

背景技术

随着集成电路技术的不断发展，半导体工艺节点逐渐进入65nm、45nm时代，并向着更为先进的22nm以及16nm进发。然而，随着半导体工艺节点的不断向前推进，在半导体器件制备前端工艺（FEOL）和后端工艺（BEOL）中的特征尺寸（Critical Dimension，CD）需求变得越来越苛刻。其中，65nm工艺中的器件特征尺寸已开始大大小于主流平板印刷的尺寸，在半导体器件制备过程中，越来越多特征尺寸小于65nm、甚至小于45nm、28nm的半导体结构开始出现，光刻开始成为半导体技术发展的瓶颈。

为了解决该问题，国内外学者及相关企业均在光刻技术上做了大量研究，包括浸没式、极紫外光刻等在内的新一代光刻技术越来越多的出现在人们的视野中。然而，无论在考虑目前工艺节点下的技术难题还是未来技术时，通常有一点是肯定的：当前的解决方案在实在不能再用之前始终都是最好的。因此，对于半导体技术而言，尽可能的延长干法光刻的使用时间，是业内普遍期待并共同努力的目标。

为了更好地解决新一代工艺节点中光刻所存在的瓶颈问题，现有技术中出现了一种能够扩展工艺窗口的方法及工具，基于曝光后图形增强系统采用专用等离子体辅助工艺来获得可控的光刻胶孔洞（hole）和高达100nm的间隔区特征尺寸缩小（space CD shrink），能够获得小至10nm的特征图形，并表现出扩展到22nm及以下节点的能力。具体的讲，为了缩小特征尺寸，在印制好的光刻胶孔洞和间隔区上淀积一层薄膜，该薄膜厚度通常即为期望的特征缩小尺度。利用现有的光刻技术和掩膜技术，以足够大的尺寸来印制光刻胶孔洞和间隔区，并进一步优化曝光容忍度（exposure latitude），以使失真最小。在完成图形光刻之后，使用基于等离子体技术的缩小工艺来将被印制的特征图形缩小至期望尺寸，并进行刻蚀。而在刻蚀后的光刻胶剥离步骤中，所淀积的作为掩膜层的薄膜将被去除。该解决方案中，淀积的薄膜具有较好的抗刻蚀等离子体的能力，从而能够降低图形缩小和转移过程中的线边缘粗糙度和失真，并能够提供良好的特征尺寸均匀性，通常等于或优于即将引入的新的光刻技术，并能够在一定范围内对图形中的特征尺寸进行调整。

除此之外，中国发明专利CN200810109206.2中还提供了一解决方案：在待刻蚀的衬底上以图形化的光致抗蚀剂和未图形化的有机抗反射涂层（BARC）作为多层掩膜，该多层掩膜还包括位于该有机抗反射涂层和衬底层之间的未图形化的无定形碳层，该有机抗反射涂层由一有效的负性刻蚀偏置刻蚀以减小位于由在光致抗蚀剂中确定尺寸的平板印刷之下的该多层掩膜中的开口的特征尺寸。而为了使用一有效的负性刻蚀偏置在有机抗反射涂层上等离子体刻蚀开口，采用如CHF₃等聚合物气体在高频、低压环境下的刻蚀腔室中进行聚合化学反应，可以在激发等离子体时产生CF₂种类，有益于缩减自光致抗蚀剂的有机抗反射涂层开口的特征尺寸以提供有效的刻蚀偏置。在该技术方案中，等离子体刻蚀涉及的聚合工艺气体是全卤化的，如：C₄F₈、C₅F₈、C₆F₆、C₄F₆等；也可以是部分卤化的，如C₄F₆O、CH₂F₂等；该聚合工艺气体还可以是CHF₃。此外，等离子体刻蚀还涉及非聚合工艺气体CF₄以有利于产生更少的CF₂种类，并进一步涉及N₂或NH₃或He等载体气体，以进一步在侧壁聚合形成中起到作用。

由上述描述可知，以上述解决方案为代表的实现特征尺寸收缩的现有技术均具有相同的构思和必不可少的步骤：进行较大尺寸的光刻曝光后，采用干法刻蚀，特别是等离子体刻蚀技术实现特征尺寸收缩，从而得到更小特征尺寸的半导体结构。