图案的形成方法技术

一种图案的形成方法，包括：提供半导体衬底；在衬底上形成包括多个等间距、平行排列第一线的第一图案，第一图案的孔距为最终形成图案孔距的四倍；在第一线延伸方向的两相对侧壁形成第二线，其中，第二线的线宽等于第一线的线宽，第二线的材料与第一线的材料不同；在第二线与第一线相对且远离第一线的侧壁形成第三线，第三线的线宽与第一线的线宽相同；在第三线与第二线相对且远离第二线的侧壁外延生长形成第四线，第四线的线宽与第一线的线宽相同，第四线的材料与第三线的材料不同；去除第一线、第三线，最终形成的图案包括第二线、第四线。第二线、第四线构成的图案具有均匀排列密度和较佳的线宽，以该图案定义并形成的半导体器件性能良好。

【技术实现步骤摘要】
图案的形成方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种图案的形成方法。
技术介绍
在半导体
，为提高半导体器件的性能和降低生产成本，集成电路的集成度越来越高，集成电路上的晶体管的特征尺寸越来越小。据此，在具体生产中就需要提供更精密的技术，在半导体衬底上形成更精细的图案。在现有技术中，光刻技术可以在衬底上定义并形成半导体器件的图案，并得到广泛应用。但是，随着半导体工艺节点进入到65纳米、45纳米，甚至更低的32纳米，当光刻技术中曝光线条的特征尺寸接近于曝光系统的理论分辨极限时，衬底表面的成像就会发生严重的畸变，从而导致光刻图形质量的严重下降。因此，业界提出了光刻分辨率增强技术（RET，ResolutionEnhancementTechnology），目前，普遍使用自对准双重图案技术（SADP，Self-AlignedDoublePatterningTechnology）。下面结合附图图1至图5具体说明现有采用SADP技术形成精细图案的方法，包括以下步骤：参照图1，在半导体衬底100上形成膜层101，在膜层101上形成牺牲层102；参照图1和图2，使用光刻、刻蚀技术，图形化所述牺牲层102，形成牺牲线103；参照图3，使用化学气相沉积工艺，沉积介质层104，覆盖膜层101、牺牲线103；参照图4，使用回刻工艺，去除膜层101表面、牺牲线103表面的介质层，剩余牺牲线103延伸方向的两相对侧壁的介质层为侧墙105；参照图4和图5，以侧墙105为掩模，刻蚀去除牺牲线103、膜层101，暴露衬底100，形成线106；参照图6，去除侧墙105。继续参照图6，图案的孔距（Pitch）为相邻线106相同一侧之间的距离L，即等于线宽W和相邻线之间的间距d之和，L=W+d。使用SADP技术，可以得到具有较小线宽和间距的高密度图案。也就是说，线106的排列密度相比于牺牲线103（参照图2）的排列密度加倍，尤其是当半导体技术的工艺节点达到45nm至32nm，SADP技术可以制得精细图案。但是，随着半导体技术的工艺节点不断降低，尤其是当半导体工艺节点从32nm迈入20nm甚至更低，使用现有技术的SADP技术得到图案的线的边缘出现畸变情形。更多关于自对准图形化的知识，请参考2007年6月28日公开的公开号为US2007148968A1的美国专利文献。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是使用现有技术的SADP技术得到图案的线的边缘出现畸变情形。为解决上述问题，本专利技术提供一种新的图案形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述衬底上形成包括多个等间距、平行排列第一线的第一图案，第一图案的孔距为最终形成图案孔距的四倍；在所述第一线延伸方向的两相对侧壁形成第二线，其中，第二线的线宽等于第一线的线宽，第二线的材料与第一线的材料不同；在所述第二线与第一线相对且远离第一线的侧壁形成第三线，第三线的线宽与第一线的线宽相同；在所述第三线与第二线相对且远离第二线的侧壁外延生长形成第四线，第四线的线宽与第一线的线宽相同，第四线的材料与第三线的材料不同；去除所述第一线、第三线，最终形成的图案包括第二线、第四线。可选地，所述第一线、第三线的材料为多晶硅，第二线、第四线的材料均为锗硅；或者第一线的材料包括光刻胶、无定形碳、或含硅抗反射层，第二线的材料为介质材料，第三线的材料为多晶硅，第四线的材料为锗硅。可选地，当第一线的材料为多晶硅、无定形碳、或含硅抗反射层，所述第一线的形成方法包括：沉积第一线材料，覆盖半导体衬底；在所述第一线材料上形成图形化的光刻胶层，定义第一线的位置；以所述图形化的光刻胶层为掩模，刻蚀第一线材料，形成第一线；去除图形化的光刻胶层。可选地，当第二线材料为多晶硅，所述形成第二线的方法，包括：在第一线上形成硬掩模层；以所述硬掩模层为掩模，在第一线延伸方向的侧壁外延生长锗硅，为第二线；在去除第一线时，也去除硬掩模层。可选地，所述硬掩模层的材料为氮化硅。可选地，所述形成第三线的方法，包括：沉积多晶硅层，覆盖半导体衬底、第一线、第二线；回刻蚀多晶硅层，至半导体衬底表面停止，剩余第二线与第一线相对且远离第一线侧壁的多晶硅层，为第三线。可选地，所述沉积多晶硅层的方法为原子层沉积法。可选地，所述回刻蚀多晶硅层的方法为原子层刻蚀法。可选地，所述去除第一线、第三线的方法，包括：在所述半导体衬底上形成牺牲层；以所述第二线、第四线和牺牲层为掩模，使用湿法腐蚀法去除第一线、第三线；去除所述牺牲层。可选地，所述湿法腐蚀法使用的腐蚀剂包括四甲基氢氧化氨溶剂或氢氧化铵溶剂。可选地，形成牺牲层的方法，包括：在所述衬底上形成牺牲材料层，覆盖所述第一线、第二线、第三线、第四线；进行烘焙处理，使牺牲材料层固体化；去除第一线、第二线、第三线、第四线上的牺牲材料层，形成牺牲层。可选地，所述牺牲层的材料包括光刻胶、聚酰亚胺、底部抗反射层或含硅抗反射层。可选地，去除所述牺牲层的方法，包括干法刻蚀或湿法刻蚀。可选地，当第一线的材料为光刻胶，形成第一线的方法包括：在半导体衬底上形成光刻胶层；对光刻胶层进行曝光、显影处理，形成第一线。可选地，当所述第二线的材料为介质材料，形成第二线的方法，包括：沉积第二线材料，覆盖第一线、半导体衬底；回刻第二线材料，至半导体衬底表面停止，剩余第一线沿延伸方向的两相对侧壁的第二线材料，为第二线。可选地，在所述半导体衬底上形成第一图案之前，在半导体衬底上形成刻蚀阻挡层。可选地，所述刻蚀阻挡层的材料为氧化硅。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术首先定义并形成第一图案的孔距为最终要形成图案的孔距的四倍。第一图案的孔距较大，则形成第一图案、第二线、第三线时，可以避免出现线宽粗糙度（LWR）升高的问题，得到第一线、第二线、第三线的侧壁表面光滑，线宽在延伸方向的不同位置呈现相同数值，保证了后续得到精密图案。其次，本专利技术在形成第四线时，采用外延生长工艺，代替化学气相沉积（CVD），克服了化学气相沉积工艺的缺点。由于形成第四线时，衬底上的图案孔距已经很小，使用外延生长工艺可以控制外延层生长的速度和外延层中物质的浓度，并得到具有光滑侧壁的第四线，而且第四线的线宽在延伸方向也具有同一数值，提高了图案的精密度。综上，第二线、第四线构成的图案具有均匀排列密度和较佳的线宽，以该图案定义并形成的半导体器件性能良好。而且，本专利技术通过自对准四重图案化的方法形成图案，突破了半导体器件的CD变小带来的局限性，可以在较小工艺节点（如20nm）下实现大面积、大密度图案布局，提高了生产效率，促进工艺进步。附图说明图1～图6是现有技术的自对准双重图案化方法的剖面结构示意图；图7是本专利技术形成图案的方法流程图；图8～图14是本专利技术具体实施例形成图案的方法的剖面结构示意图。具体实施方式专利技术人针对现有技术的SADP技术存在的问题进行了研究，发现：第一、参照图5和图4，以侧墙105为掩模，刻蚀去除牺牲线103，在该过程中，去除牺牲线103后，与牺牲线103接触的侧墙105表面具有凹凸状或锯齿状，线宽粗糙度（LineWidthRoughness，LWR）较高。若侧墙105表面具有凹凸状或锯齿状，以所述侧墙105为掩模，刻蚀膜层101形成线106时，所述侧墙105在牺牲线延伸方向的凹凸状或锯齿状反映到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图案的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；在所述衬底上形成包括多个等间距、平行排列第一线的第一图案，第一图案的孔距为最终形成图案孔距的四倍；在所述第一线延伸方向的两相对侧壁形成第二线，其中，第二线的线宽等于第一线的线宽，第二线的材料与第一线的材料不同；在所述第二线与第一线相对且远离第一线的侧壁形成第三线，第三线的线宽与第一线的线宽相同；在所述第三线与第二线相对且远离第二线的侧壁外延生长形成第四线，第四线的线宽与第一线的线宽相同，第四线的材料与第三线的材料不同；去除所述第一线、第三线，最终形成的图案包括第二线、第四线。

【技术特征摘要】
1.一种图案的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；在所述衬底上形成包括多个等间距、平行排列第一线的第一图案，第一图案的孔距为最终形成图案孔距的四倍；在所述第一线延伸方向的两相对侧壁形成第二线，其中，第二线的线宽等于第一线的线宽，第二线的材料与第一线的材料不同；在所述第二线与第一线相对且远离第一线的侧壁形成第三线，第三线的线宽与第一线的线宽相同；在所述第三线与第二线相对且远离第二线的侧壁外延生长形成第四线，第四线的线宽与第一线的线宽相同，第四线的材料与第三线的材料不同；去除所述第一线、第三线，最终形成的图案包括第二线、第四线。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一线、第三线的材料为多晶硅，第二线、第四线的材料均为锗硅；或者第一线的材料包括光刻胶、无定形碳、或含硅抗反射层，第二线的材料为介质材料，第三线的材料为多晶硅，第四线的材料为锗硅。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当第一线的材料为多晶硅、无定形碳、或含硅抗反射层，所述第一线的形成方法包括：沉积第一线材料，覆盖半导体衬底；在所述第一线材料上形成图形化的光刻胶层，定义第一线的位置；以所述图形化的光刻胶层为掩模，刻蚀第一线材料，形成第一线；去除图形化的光刻胶层。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当第二线的材料为锗硅，所述形成第二线的方法，包括：在第一线上形成硬掩模层；以所述硬掩模层为掩模，在第一线延伸方向的侧壁外延生长锗硅，为第二线；在去除第一线时，也去除硬掩模层。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述硬掩模层的材料为氮化硅。6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述形成第三线的方法，包括：沉积多晶硅层，覆盖半导体衬底、第一线、第二线；回刻蚀多晶硅层，至半导体衬底表面停止，剩余第二线与第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新鹏，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31