半导体器件的形成方法技术

一种半导体器件的形成方法，包括：提供待刻蚀材料层；在待刻蚀材料层表面形成第一掩膜材料层；采用聚焦离子束刻蚀工艺刻蚀第一掩膜材料层，在待刻蚀材料层表面形成多个分立的第一掩膜层；在分立的第一掩膜层之间的待刻蚀材料层表面形成第二掩膜层，所述第二掩膜层的顶部表面与第一掩膜层的顶部表面齐平；去除第一掩膜层，保留第二掩膜层；对第二掩膜层进行横向回刻蚀，形成第三掩膜层；以第三掩膜层为掩膜刻蚀待刻蚀材料层，形成目标图案。所述半导体器件的形成方法提高了半导体器件中目标图案的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体器件的形成方法。
技术介绍
在半导体器件制造的工艺中，通常利用光刻工艺把掩膜版上的图形转移到衬底上。光刻过程包括：提供衬底；在半导体衬底上形成光刻胶；对所述光刻胶进行曝光和显影，形成图案化的光刻胶；以图案化的光刻胶为掩膜对衬底进行刻蚀，使得光刻胶上的图案转印到衬底中；去除光刻胶。随着半导体器件尺寸的不断缩小，光刻关键尺寸逐渐接近甚至超出了光刻的物理极限，由此给光刻技术提出了更加严峻的挑战。双重构图技术的基本思想是通过两次构图形成最终的目标图案，以克服单次构图不能达到的光刻极限。自对准型双重构图(SADP)技术是一种重要的双重构图技术，进行自对准型双重构图的步骤包括：在待刻蚀的目标材料层上形成牺牲材料层；通过光刻工艺对牺牲材料层进行构图，使其具有图案；在牺牲材料层上沉积间隙侧壁材料层；刻蚀间隙侧壁材料层，至少露出牺牲材料层的顶部表面，从而在牺牲材料层的侧壁形成间隙侧壁层；去除牺牲材料层，保留间隙侧壁层；以间隙侧壁层作为掩膜，对目标材料层进行刻蚀，使其具有图案。现有技术中构图工艺在半导体器件中形成的图案性能较差。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体器件的形成方法，提高半导体器件中图案的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体器件的形成方法，包括：提供待刻蚀材料层；在待刻蚀材料层表面形成第一掩膜材料层；采用聚焦离子束刻蚀工艺刻蚀第一掩膜材料层，在待刻蚀材料层表面形成多个分立的第一掩膜层；在分立的第一掩膜层之间的待刻蚀材料层表面形成第二掩膜层，所述第二掩膜层的顶部表面与第一掩膜层的顶部表面齐平；去除第一掩膜层，保留第二掩膜层；对第二掩膜层进行横向回刻蚀，形成第三掩膜层；以第三掩膜层为掩膜刻蚀待刻蚀材料层，形成目标图案。可选的，所述第一掩膜层的线宽为5nm～15nm，所述第一掩膜层的厚度为5nm～50nm。可选的，所述第一掩膜材料层的材料为金属或金属氧化物；所述第一掩膜层为金属硬掩膜层或金属氧化物硬掩膜层。可选的，所述第一掩膜层的材料为锌铝氧化物。可选的，采用聚焦离子束刻蚀工艺刻蚀第一掩膜材料层以形成第一掩膜层的工艺参数为：引出电压为20KeV～40KeV,束流为1pA～10pA,离子密度为1E211/cm2～5E211/cm2，离子源为镓金属离子源。可选的，所述第二掩膜层的线宽为50nm～70nm，所述第二掩膜层的厚度为5nm～50nm。可选的，所述第二掩膜层为金属硬掩膜层。可选的，所述第二掩膜层的材料为镍。可选的，采用旋涂工艺形成所述第二掩膜层，具体的方法为：在第一掩膜层暴露的待刻蚀材料层表面旋涂第二掩膜材料层，所述第二掩膜材料层表面高于第一掩膜层的顶部表面；固化第二掩膜材料层；平坦化所述第二掩膜材料层直至露出所述第一掩膜层的顶部表面，形成第二掩膜层，所述第二掩膜层的顶部表面与第一掩膜层的顶部表面齐平。可选的，形成所述第二掩膜层的方法为：采用沉积工艺形成覆盖所述第一掩膜层和待刻蚀材料层表面的第二掩膜材料层，所述第二掩膜材料层的表面高于第一掩膜层的顶部表面；平坦化所述第二掩膜材料层直至露出所述第一掩膜层的顶部表面，形成第二掩膜层，所述第二掩膜层的顶部表面与第一掩膜层的顶部表面齐平。可选的，当第二掩膜层的材料为镍时，旋涂第二掩膜材料层采用的溶质为环烷酸镍，采用的溶剂为甲苯，环烷酸镍和甲苯的体积比为2:5～4:5。可选的，固化所述第二掩膜材料层的温度为200摄氏度～350摄氏度，固化时间为60s～120s。可选的，采用中性粒子耦合刻蚀工艺去除所述第一掩膜层。可选的，当第一掩膜层的材料为锌铝氧化物，第二掩膜层的材料为镍时，采用中性粒子耦合刻蚀工艺去除第一掩膜层，采用的气体为BCl3和Ar，BCl3的流量为100sccm～1500sccm，Ar的流量为50sccm～200sccm，射频源功率为10KeV～150KeV，中性化网板施加的电压为10V～500V，刻蚀腔室压强为10mtorr～200mtorr。可选的，当第二掩膜层为金属硬掩膜层，还包括，对第二掩膜层进行氢气处理，氢气的流量为100sccm～1000sccm，温度为400摄氏度～600摄氏度，氢气处理时间为30min～60min。可选的，采用干法刻蚀对第二掩膜层进行横向回刻蚀，采用的气体为CF4，CF4的流量为100sccm～1500sccm，射频源功率为100KeV～1500KeV，刻蚀腔室压强为10mtorr～200mtorr。可选的，还包括：采用化学下游刻蚀对目标图案进行修复处理，工艺参数为：刻蚀气体包括CF4和O2，CF4流量为100sccm～1000sccm，O2流量为5sccm～100sccm，刻蚀源功率为100瓦～1500瓦，刻蚀腔室压强为2mtorr～50mtorr，刻蚀腔室温度为0摄氏度氏度～200摄氏度。可选的，所述第三掩膜层的线宽为20nm～40nm。可选的，所述待刻蚀材料层的材料为硅。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术提供的半导体器件的形成方法，采用聚焦离子束刻蚀工艺刻蚀第一掩膜材料层，在待刻蚀材料层表面形成多个分立的第一掩膜层，减小了第一掩膜层侧壁的线宽粗糙度，并且降低了对待刻蚀材料的刻蚀损伤，在分立的第一掩膜层之间的待刻蚀材料层表面形成第二掩膜层后，第二掩膜层的线宽粗糙度较小，去除第一掩膜层后，对第二掩膜层进行横向回刻蚀，形成第三掩膜层，使得第三掩膜层满足刻蚀待刻蚀材料层的尺寸要求，以形成的第三掩膜层为掩膜刻蚀待刻蚀材料层，形成的目标图案中的凹陷部分不存在高度差异性，且形成的目标图案具有较小的线宽粗糙度。进一步的，采用化学下游法对目标图案修复刻蚀处理，进一步减小了目标图案的线宽粗糙度。附图说明图1至图5为本专利技术一实施例中半导体器件的形成方法过程中的结构示意图。图6至图12为本专利技术另一实施例中半导体器件的形成方法过程中的结构示意图。具体实施方式现有技术中构图工艺在半导体器件中形成的图案性能较差。图1至图5为本专利技术一实施例中半导体器件的形成方法过程中的结构示意图。参考图1，提供半导体衬底100；在半导体衬底100上形成待刻蚀材料层110；在待刻蚀材料层110上形成具有图案的牺牲材料层120。所述待刻蚀材料层110的材料为硅。参考图2，形成间隙侧壁材料层130，所述间隙侧壁材料层130覆盖半导体衬底100表面和牺牲材料层120。参考图3，刻蚀间隙侧壁材料层130(参考图2)，至少露出牺牲材料层120的顶部表面，从而在牺牲材料层120的侧壁形成间隙侧壁131。所述间隙侧壁131的厚度为20nm～40nm，相邻间隙侧壁131之间的距离为50nm～100nm。采用各向异性干法刻蚀对间隙侧壁材料层130进行刻蚀。参考图4，去除牺牲材料层120(参考图3)，保留间隙侧壁131。参考图5，以间隙侧壁131作为掩膜，对待刻蚀材料层110进行刻蚀，在待刻蚀材料层110上形成目标图案。研究发现，上述实施例中半导体器件的形成方法形成的目标图案的性能较差，原因在于：在刻蚀间隙侧壁材料层以形成间隙侧壁的过程中(参考图3)，会损耗部分待刻蚀材料层，去除牺牲材料层后(参考图4)，导致相邻间隙侧壁之间的待刻蚀材料层的表面高度存在差异性，以形成的间隙侧壁为掩膜刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供待刻蚀材料层；在待刻蚀材料层表面形成第一掩膜材料层；采用聚焦离子束刻蚀工艺刻蚀第一掩膜材料层，在待刻蚀材料层表面形成多个分立的第一掩膜层；在分立的第一掩膜层之间的待刻蚀材料层表面形成第二掩膜层，所述第二掩膜层的顶部表面与第一掩膜层的顶部表面齐平；去除第一掩膜层，保留第二掩膜层；对第二掩膜层进行横向回刻蚀，形成第三掩膜层；以第三掩膜层为掩膜刻蚀待刻蚀材料层，形成目标图案。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供待刻蚀材料层；在待刻蚀材料层表面形成第一掩膜材料层；采用聚焦离子束刻蚀工艺刻蚀第一掩膜材料层，在待刻蚀材料层表面形成多个分立的第一掩膜层；在分立的第一掩膜层之间的待刻蚀材料层表面形成第二掩膜层，所述第二掩膜层的顶部表面与第一掩膜层的顶部表面齐平；去除第一掩膜层，保留第二掩膜层；对第二掩膜层进行横向回刻蚀，形成第三掩膜层；以第三掩膜层为掩膜刻蚀待刻蚀材料层，形成目标图案。2.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一掩膜层的线宽为5nm～15nm，所述第一掩膜层的厚度为5nm～50nm。3.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一掩膜材料层的材料为金属或金属氧化物；所述第一掩膜层为金属硬掩膜层或金属氧化物硬掩膜层。4.根据权利要求3所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第一掩膜层的材料为锌铝氧化物。5.根据权利要求4所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，采用聚焦离子束刻蚀工艺刻蚀第一掩膜材料层以形成第一掩膜层的工艺参数为：引出电压为20KeV～40KeV,束流为1pA～10pA,离子密度为1E211/cm2～5E211/cm2，离子源为镓金属离子源。6.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第二掩膜层的线宽为50nm～70nm，所述第二掩膜层的厚度为5nm～50nm。7.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第二掩膜层为金属硬掩膜层。8.根据权利要求7所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述第二掩
\t膜层的材料为镍。9.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，采用旋涂工艺形成所述第二掩膜层，具体的方法为：在第一掩膜层暴露的待刻蚀材料层表面旋涂第二掩膜材料层，所述第二掩膜材料层表面高于第一掩膜层的顶部表面；固化第二掩膜材料层；平坦化所述第二掩膜材料层直至露出所述第一掩膜层的顶部表面，形成第二掩膜层，所述第二掩膜层的顶部表面与第一掩膜层的顶部表面齐平。10.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，形成所述第二掩膜层的方法为：采用沉积工艺形成覆盖所述第一掩膜层和待刻蚀材料层表面的第二掩膜材料层，所述第二掩膜材料层的表面高于第一掩膜层的顶部表面；平坦化所述第二掩膜材料层直至露出...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，
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