金属硬掩模开口刻蚀方法技术

本发明专利技术提供一种金属硬掩模开口刻蚀方法，至少包括以下步骤：1）提供一基板，在所述基板表面自下向上依次形成金属硬掩模层、抗反射层及光阻层；2）进行光刻和显影，在所述光阻层中形成光刻图形以得到图案化光阻层；所述图案化光阻层包括凸起部分和凹陷部分，所述凹陷部分底部到达所述抗反射层表面；3）在所述图案化光阻层外表面沉积一隔离层，并对所述隔离层进行刻蚀，以在所述凸起部分的侧壁上形成预设厚度的侧墙；4）以所述图案化光阻层及所述侧墙为掩模，对所述抗反射层及金属硬掩模层进行刻蚀直至露出所述基板。本发明专利技术的金属硬掩膜开口刻蚀方法工艺简单，扩大了光刻工艺窗口，并可以改善光刻图形的线宽粗糙度。

【技术实现步骤摘要】
金属硬掩模开口刻蚀方法
本专利技术属于半导体制造领域，涉及一种刻蚀方法，特别是涉及一种金属硬掩模开口刻蚀方法。
技术介绍
在半导体器件制造工艺中，利用光刻过程将印在光掩膜上的图形结构转移到衬底的表面上。在光刻过程中，首先将光阻旋转涂布在衬底上，然后对其进行软烘干，使之成为固态薄膜。接着，对涂布有光阻的晶片进行光刻和显影，于是在光阻中形成期望的三维图形。基于该三维图形，可以对衬底进行蚀刻，使得光阻上的图形深入到衬底中。在完成衬底蚀刻之后，已经不再需要光阻作保护层，可以将其除去。随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件为了达到更快的运算速度、更大的资料存储量以及更多的功能，半导体芯片向更高集成度方向发展；而半导体芯片的集成度越高，则半导体器件的特征尺寸(CD，CriticalDimension)越小。为了实现微小的CD，必须使光掩模版上更加精细的图像聚焦在半导体衬底的光刻胶上，并且必须增强光学分辨率，以制造接近光掩模版工艺中光学分辨率极限的半导体器件。分辨率增强技术包括利用短波长光源、相移掩模方法和利用轴外照射(OAI，Off-AxisIllumination)的方法。理论上讲，在利用OAI的情况下，分辨率大约比利用传统照射时的分辨率高约1.5倍，并且能够增强聚焦深度(DOF，depthoffocus)。通过OAI技术，由光学系统印制在半导体衬底上CD的最小空间周期可以被进一步缩短，但是会产生光学邻近效应(OPE，OpticalProximityEffect)，即曝光光线穿过掩模版并投射到硅片表面的光刻胶上时，在光刻胶表面所形成的图案相较于掩模版图会出现变形和偏差。随着集成电路设计的高速发展，掩模版图的尺寸日益缩小，光学邻近效应越来越明显。为了消除光学邻近效应的影响，曝光图形需要经过光学邻近校正(OPC，OpticalProximityCorrection)处理，即实际的光刻掩膜版上的曝光图形与所希望得到的光刻图形并不相同，通过调整图案的形状，可减小曝光所获得的光刻图形的偏差，进而提高芯片生产的成品率。此外随着特征尺寸进入90nm范围，曝光图形的线宽甚至只有光波长的1/3，除上述必要的光学邻近校正处理以外，通常还需要在曝光图形的周围辅以设置亚尺寸的辅助图形，即亚分辨率辅助图形技术(SRAF，Sub-resolutionassistantfeature)。这些辅助图形仅设置于光刻掩膜版上，在实际曝光后其图形并不会转移至半导体器件，仅仅起到增加邻近曝光图形的聚焦深度，提高曝光精确度的作用。但是亚分辨率辅助图形并不是任何时候都能起到增加邻近曝光图形聚焦深度的作用，例如当曝光图形的间隙宽度处于某些特定周期范围时，亚分辨率辅助图形的作用就很小。上述特定周期被称为禁止光学空间周期(ForbiddenPitch)，禁止光学空间周期是光学邻近校正中必须要面对并解决的问题之一。它主要出现在1.1～1.4倍(曝光波长/数值孔径)的范围内，在此范围内曝光图形对比度明显削弱，该效应会导致曝光图形的聚焦深度明显小于其他空间周期，进而导致工艺窗口的缩小。一般来说，工艺窗口是指在将特征尺寸(CD)、光刻胶损失以及侧壁角保持在规定值的前提下时，所对应的焦深和曝光能量的允许范围，也可以说是当焦深和曝光能量发生改变时工艺的响应能力。通常，工艺窗口越大，焦深可调节的范围越大，工艺可实现的范围越宽，也就越容易实现。在实际应用中，通常采用聚焦-曝光图上的矩形或椭圆形来表示工艺窗口，其横轴跨度表示焦深的允许范围，其纵轴跨度表示曝光能量的允许范围。在先进CMOS技术的铜/低k互连结构制作中，基于金属硬掩模的双嵌套干刻蚀工艺因其对低k介质的低伤害性而被广泛采用，但是由于临界光刻工艺窗口的限制，禁止光学周期是个严重的问题。对于一定的节距（pitch），其中节距为互连线（line）间距，节距等于线宽（line）与间隙宽度（space）之和，当间隙宽度小于一定值时，其可操作的工艺窗口小于临界光刻工艺窗口，难以在现有工艺下实现。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种金属硬掩模开口刻蚀方法，用于解决现有技术中由于临界工艺光刻窗口的限制难以得到小尺寸间隙（space）的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种金属硬掩模开口刻蚀方法，所述方法至少包括以下步骤：1）提供一基板，在所述基板表面自下向上依次形成金属硬掩模层、抗反射层及光阻层；2）进行光刻和显影，在所述光阻层中形成光刻图形以得到图案化光阻层；所述图案化光阻层包括凸起部分和凹陷部分，所述凹陷部分底部到达所述抗反射层表面；3）在所述图案化光阻层外表面沉积一隔离层，并对所述隔离层进行刻蚀，以在所述凸起部分的侧壁上形成预设厚度的侧墙；4）以所述图案化光阻层及所述侧墙为掩模，对所述抗反射层及金属硬掩模层进行刻蚀直至露出所述基板。可选地，于所述步骤3）之前还包括利用修复气体对所述图案化光阻层进行处理的步骤。可选地，所述修复气体选自HBr、CF4、He及O2中的至少一种。可选地，所述金属硬掩模层为TiN层、BN层、AlN层或PEOX层中的一层或由其中几层形成的叠层结构。可选地，所述抗反射层为Si-arc层、LTO层、无定形硅层或ODL层中的一层或由其中几层形成的层叠结构。可选地，所述隔离层通过原子层沉积法形成。可选地，所述侧墙的厚度范围是2~10nm。可选地，于所述步骤3）中，在所述凸起部分的侧壁上形成预设厚度的侧墙之后，所述凹陷部分的最小宽度范围是36~49nm。可选地，所述隔离层的材料为氧化物或氮化物。如上所述，本专利技术的金属硬掩模开口刻蚀方法，具有以下有益效果：通过在光阻图案凸起部分的侧壁形成预设厚度的侧墙，减小光阻图案的间隙宽度，然后以图案化光阻层和侧墙为掩模进行刻蚀，在金属硬掩模中形成间隙宽度较小的开口。本专利技术的金属硬掩膜开口刻蚀方法工艺简单，在光刻时可以利用现有的掩模版在光阻层中形成具有较大间隙宽度的光刻图形，从而扩大了光刻工艺窗口，不用考虑禁止光学周期，并且在形成侧墙之前利用修复气体对图案化光阻层进行处理，可以改善光刻图形的线宽粗糙度（LWR）。附图说明图1显示为本专利技术的金属硬掩模开口刻蚀方法在基板上形成金属硬掩膜层、抗反射层及光阻层的示意图。图2显示为本专利技术的金属硬掩模开口刻蚀方法在光阻层中形成光刻图形的示意图。图3显示为本专利技术的金属硬掩模开口刻蚀方法在图案化光阻层外表面沉积隔离层的示意图。图4显示为本专利技术的金属硬掩模开口刻蚀方法对隔离层进行刻蚀以在凸起部分的侧壁上形成预设厚度侧墙的示意图。图5显示为本专利技术的金属硬掩模开口刻蚀方法对抗反射层及金属硬掩模层进行刻蚀的示意图。图6显示为本专利技术的金属硬掩模开口刻蚀方法得到的具有较小间隙宽度的开口的金属硬掩模层的示意图。元件标号说明具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属硬掩模开口刻蚀方法，其特征在于，至少包括以下步骤：1）提供一基板，在所述基板表面自下向上依次形成金属硬掩模层、抗反射层及光阻层；2）进行光刻和显影，在所述光阻层中形成光刻图形以得到图案化光阻层；所述图案化光阻层包括凸起部分和凹陷部分，所述凹陷部分底部到达所述抗反射层表面；3）在所述图案化光阻层外表面沉积一隔离层，并对所述隔离层进行刻蚀，以在所述凸起部分的侧壁上形成预设厚度的侧墙；4）以所述图案化光阻层及所述侧墙为掩模，对所述抗反射层及金属硬掩模层进行刻蚀直至露出所述基板。

【技术特征摘要】
1.一种金属硬掩模开口刻蚀方法，其特征在于，至少包括以下步骤：1)提供一基板，在所述基板表面自下向上依次形成金属硬掩模层、抗反射层及光阻层；2)进行光刻和显影，在所述光阻层中形成光刻图形以得到图案化光阻层；所述图案化光阻层包括凸起部分和凹陷部分，所述凹陷部分底部到达所述抗反射层表面；利用修复气体对所述图案化光阻层表面进行修复，改善图形的线宽粗糙度；所述修复气体选自HBr、He及O2中的至少一种；3)在所述图案化光阻层外表面沉积一隔离层，并对所述隔离层进行刻蚀，以在所述凸起部分的侧壁上形成预设厚度的侧墙；4)以所述图案化光阻层及所述侧墙为掩模，对所述抗反射层及金属硬掩模层进行刻蚀直至露出所述基板。2.根据权利要求1所述的金属硬掩模开口刻蚀方法，其特征在于：所述金属硬掩模层为Ti...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，张城龙，
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