專利名稱：硬掩膜層刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種硬掩膜層刻蝕方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷發(fā)展，作為衡量半導(dǎo)體制造技術(shù)工藝水平的柵極的線
寬也越來(lái)越小。目前，柵極的線寬已經(jīng)能做到65nm甚至更小，小的柵極線寬可以減小形成
的半導(dǎo)體器件的驅(qū)動(dòng)電壓，進(jìn)而減小功耗；此外，小的柵極線寬也可以使形成的半導(dǎo)體器件
尺寸減小，提高集成度，增加單位面積上半導(dǎo)體器件的數(shù)量，降低生產(chǎn)成本。 隨著半導(dǎo)體器件線寬的減小，193nm光阻逐漸代替248nm光阻，但是通常193nm光
阻比較柔軟，而且厚度也比較薄，為了能獲得輪廓良好的柵極，在柵極制造過(guò)程中經(jīng)常會(huì)使
用到硬掩膜層。 具體的說(shuō)，使用193nm光阻的硬掩膜層刻蝕方法通常包括以下幾個(gè)步驟首先，提 供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有硬掩膜層、底部抗反射層以及圖形化光阻層； 接著，以所述圖形化光阻層為掩膜，刻蝕所述底部抗反射層，以形成圖形化底部抗反射層； 接下來(lái)，以所述圖形化光阻層和圖形化底部抗反射層做掩膜，刻蝕所述硬掩膜層，以形成圖 形化硬掩膜層。 為了獲得較佳的輪廓，刻蝕所述底部抗反射層時(shí)通常采用的是干法刻蝕，所述干 法刻蝕依刻蝕產(chǎn)生的原理可分為化學(xué)性刻蝕(Chemical Etching)，物理性刻蝕(Physical Etching)和反應(yīng)離子刻蝕(RIE)。其中，化學(xué)性刻蝕主要是利用等離子(plasma)產(chǎn)生的原 子團(tuán)(Radicals)或反應(yīng)性(Reactive)離子與被刻蝕層產(chǎn)生活性化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行刻蝕。物 理性刻蝕是指利用被電漿與陰極電極間的電位差所加速的帶正電荷離子，而轟擊電極板表 面，這種現(xiàn)象稱為"離子轟擊"，也稱為濺射刻蝕。反應(yīng)離子刻蝕是介于化學(xué)性刻蝕和物理性 刻蝕之間的主流刻蝕技術(shù)，在物性和化性之間取得一個(gè)平衡點(diǎn)。其中，干法刻蝕所述底部抗 反射層時(shí)，采用的刻蝕氣體可以為四氟化碳和溴化氫的混合氣體，或者為溴化氫和氧氣的 混合氣體。 然而，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，無(wú)論采用上述哪種干法刻蝕工藝，在刻蝕底部抗反 射層后，由于干法刻蝕中使用的離子的影響，圖形化光阻層的側(cè)壁表面變得非常粗糙 (roughness)，該粗糙的表面會(huì)導(dǎo)致后續(xù)形成的柵極的表面不光滑，且上述硬掩膜層刻蝕方 法的刻蝕選擇比較低，進(jìn)而導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的漏電流增大，性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種硬掩膜層刻蝕方法，以解決現(xiàn)有的刻蝕方法的選擇比較低，且在 刻蝕底部抗反射層后，圖形化光阻層的側(cè)壁表面較為粗糙的問(wèn)題。 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種硬掩膜層刻蝕方法，包括提供半導(dǎo)體襯 底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有硬掩膜層、底部抗反射層以及圖形化光阻層；固化所述圖 形化光阻層；以固化后的圖形化光阻層為掩膜，刻蝕所述底部抗反射層，以形成圖形化底部
3抗反射層；以所述固化后的圖形化光阻層和圖形化底部抗反射層做掩膜，刻蝕所述硬掩膜 層，以形成圖形化硬掩膜層。 進(jìn)一步的，利用溴化氫氣體固化所述圖形化光阻層。 進(jìn)一步的，所述底部抗反射層為有機(jī)底部抗反射層，刻蝕所述底部抗反射層時(shí)所 采用的刻蝕氣體為四氟化碳和二氧化氦，其特征在于，所述四氟化碳和二氧化氦的氣體比 例為9 : 1 17 : 1，刻蝕所述底部抗反射層時(shí)反應(yīng)室內(nèi)的壓力低于6mTorr。
進(jìn)一步的，所述硬掩膜層的材質(zhì)為氮化硅。 進(jìn)一步的，所述硬掩膜層的厚度為1800 2200 A,所述底部抗反射層的厚度為
700 900 A,所述圖形化光阻層的厚度為2600 3000 A。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的硬掩膜層刻蝕方法具有以下優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明在刻蝕底部抗反射層之前，增加了固化圖形化光阻層的步驟，該固化步驟
可使所述圖形化光阻層的表面硬化，從而增加對(duì)后續(xù)進(jìn)行的刻蝕步驟的抵抗力，提高了刻
蝕選擇比，確保刻蝕底部抗反射層后，固化后的圖形化光阻層的側(cè)壁較為光滑，且在刻蝕后
剩余的固化后的圖形化光阻層的厚度較大； 此外，本發(fā)明刻蝕所述底部抗反射層時(shí)，所采用的刻蝕氣體為四氟化碳和二氧化
氦，所述四氟化碳和二氧化氦的氣體比例為9 : 1 17 : i，有利于使刻蝕步驟后的圖形化
光阻層的側(cè)壁光滑，提高了半導(dǎo)體器件的性能。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供的硬掩膜層刻蝕方法的流程圖； 圖2A至圖2D為本發(fā)明實(shí)施例所提供的硬掩膜層刻蝕方法的各步驟相應(yīng)結(jié)構(gòu)的剖 面示意圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參考圖l，其為本發(fā)明實(shí)施例所提供的硬掩膜層刻蝕方法的流程圖，結(jié)合該圖， 該刻蝕方法包括以下步驟 步驟S10，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有硬掩膜層、底部抗反射 層以及圖形化光阻層； 步驟Sll，固化所述圖形化光阻層； 步驟S12，以固化后的圖形化光阻層為掩膜，刻蝕所述底部抗反射層，以形成圖形 化底部抗反射層； 步驟S13，以所述固化后的圖形化光阻層和圖形化底部抗反射層做掩膜，刻蝕所述 硬掩膜層，以形成圖形化硬掩膜層。 本發(fā)明在刻蝕所述底部抗反射層之前，增加了固化圖形化光阻層的步驟，該固化 步驟可使圖形化光阻層的表面硬化，從而增加對(duì)后續(xù)進(jìn)行的刻蝕步驟的抵抗力，提高了刻 蝕選擇比，確保刻蝕底部抗反射層后，固化后的圖形化光阻層的側(cè)壁較為光滑，且在刻蝕后 剩余的固化后的圖形化光阻層的厚度較大。 下面將結(jié)合剖面示意圖對(duì)本發(fā)明的硬掩膜層刻蝕方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表 示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)所述理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍
4然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道， 而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。 為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能 和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開(kāi) 發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的 限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開(kāi)發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi) 時(shí)間的，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)僅僅是常規(guī)工作。 在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要 求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非 精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。 參考圖2A，首先，提供半導(dǎo)體襯底200，該半導(dǎo)體襯底200上依次形成有硬掩膜層 230、底部抗反射層240以及圖形化光阻層250。 在本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例中，硬掩膜層230是用于制造柵極，因此，在所述半導(dǎo)體 襯底200上，還形成有柵極介電層210以及位于柵極介電層210之上的柵極導(dǎo)電層220，其 中，硬掩膜層230、底部抗反射層240以及圖形化光阻層250是依次位于柵極導(dǎo)電層220上。
所述柵極介電層210的材質(zhì)可以為氧化硅，柵極導(dǎo)電層220的材質(zhì)可以為多晶硅。 為了減小形成的柵極的電阻率，還可以在柵極導(dǎo)電層220內(nèi)摻入雜質(zhì)，例如，在用作N型金 屬氧化物半導(dǎo)體晶體管柵極的多晶硅中可摻入磷或砷，在用作P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管柵極的多晶硅中可摻入硼或硼的化合物。較佳的，所述柵極介電層210和柵極導(dǎo)電層220 可通過(guò)爐管沉積方式形成。 在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述硬掩膜層230的材質(zhì)為氮化硅，所述硬掩膜 層230可通過(guò)化學(xué)氣相沉積方式形成；所述底部抗反射層240為有機(jī)底部抗反射層，其可通 過(guò)旋涂的方式形成。 所述圖形化光阻層250可通過(guò)以下步驟形成；首先，在底部抗反射層240上旋涂光 阻，所述光阻為193nm的光阻；接著，可通過(guò)曝光和顯影等工藝形成圖形化光阻層250，所述 底部抗反射層240可消除或減小在曝光工藝中，反射光對(duì)圖形化光阻層250的輪廓的影響。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，硬掩膜層230的厚度較厚，例如，硬掩膜層230的 可以為1800 2200 A，底部抗反射層240的厚度為700 900 A,而圖形化光阻層250的 厚度僅為2600 3000 A。 參考圖2B，本發(fā)明的關(guān)鍵步驟是，在形成圖形化光阻層250后，固化所述圖形化光 阻層250，以形成固化后的圖形化光阻層250a，所述固化步驟可使圖形化光阻層250的表面 硬化。 所述固化步驟是在刻蝕機(jī)臺(tái)內(nèi)完成的，在進(jìn)行該固化步驟時(shí)，刻蝕機(jī)臺(tái)的反應(yīng)室 內(nèi)的壓力低于6mTorr，偏壓功率為0V，可利用溴化氫氣體固化圖形化光阻層250，所述溴化 氫氣體可與圖形化光阻層250的表面反應(yīng)，使得圖形化光阻層250的表面硬化，從而增加對(duì) 后續(xù)進(jìn)行的刻蝕步驟的抵抗力，提高刻蝕選擇比，確保刻蝕底部抗反射層240步驟后，固化 后的圖形化光阻層250a的側(cè)壁較為光滑，粗糙程度降低。 然而應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在發(fā)明的其它具體實(shí)施例中，也可利用其它方式固化圖形化光 阻層，例如，可利用紫外線固化、電子束處理或者熱固化等方式來(lái)固化所述圖形化光阻層。
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參考圖2C，并結(jié)合圖2B，以固化后的圖形化光阻層250a為掩膜，刻蝕底部抗反射 層240，以形成圖形化底部抗反射層240a。 由于在刻蝕底部抗反射層240步驟之前，增加了固化圖形化光阻層250的步驟，使 得圖形化光阻層250的表面硬化，增加了對(duì)后續(xù)進(jìn)行的刻蝕步驟的抵抗力，可確?？涛g底 部抗反射層240步驟后，固化后的圖形化光阻層250a的側(cè)壁較為光滑；并且，由于固化后的 圖形化光阻層250a的硬度較大，提高了刻蝕選擇比，可確保在刻蝕底部抗反射層240步驟 后，剩余的固化后的圖形化光阻層250a的厚度大于200A，確保其可作為后續(xù)進(jìn)行的刻蝕硬 掩膜層230步驟中的掩膜層。 在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，刻蝕底部抗反射層240時(shí)，刻蝕設(shè)備的反應(yīng)室內(nèi)的 壓力低于6mTorr，所采用的刻蝕氣體為四氟化碳和二氧化氦，所述四氟化碳和二氧化氦的 氣體比例為9 : 1 17 : l，利用該氣體比例的四氟化碳和二氧化氦來(lái)刻蝕四氟化碳和二 氧化氦，有利于使刻蝕步驟后的圖形化光阻層的側(cè)壁較為光滑，進(jìn)而提高了半導(dǎo)體器件的 性能。 參考圖2D，并結(jié)合圖2C，接下來(lái)，以固化后的圖形化光阻層250a和圖形化底部抗 反射層240a做掩膜，刻蝕硬掩膜層230，以形成圖形化硬掩膜層230a。由于固化后的圖形 化光阻層250a的硬度較大，提高了刻蝕選擇比，且圖形化光阻層250a的側(cè)壁較為光滑，因 此，盡管硬掩膜層230的厚度較大，但是仍可形成輪廓較佳的圖形化硬掩膜層230a。
需要說(shuō)明的是，在上述具體實(shí)施例中，所述硬掩膜層230a是用于形成柵極，然而 應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明其它實(shí)施例中，所述硬掩膜層還可用于制造其它半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
一種硬掩膜層刻蝕方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有硬掩膜層、底部抗反射層以及圖形化光阻層；固化所述圖形化光阻層；以固化后的圖形化光阻層為掩膜，刻蝕所述底部抗反射層，以形成圖形化底部抗反射層；以所述固化后的圖形化光阻層和圖形化底部抗反射層做掩膜，刻蝕所述硬掩膜層，以形成圖形化硬掩膜層。
2. 如權(quán)利要求1所述的硬掩膜層刻蝕方法，其特征在于，利用溴化氫氣體固化所述圖 形化光阻層。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的硬掩膜層刻蝕方法，其特征在于，所述底部抗反射層為有機(jī) 底部抗反射層。
4. 如權(quán)利要求3所述的硬掩膜層刻蝕方法，其特征在于，刻蝕所述底部抗反射層時(shí)所 采用的刻蝕氣體為四氟化碳和二氧化氦。
5. 如權(quán)利要求4所述的硬掩膜層刻蝕方法，其特征在于，所述四氟化碳和二氧化氦的 氣體比例為9 : 1 17 : 1。
6. 如權(quán)利要求5所述的硬掩膜層刻蝕方法，其特征在于，刻蝕所述底部抗反射層時(shí)反 應(yīng)室內(nèi)的壓力低于6mTorr。
7. 如權(quán)利要求1所述的硬掩膜層刻蝕方法，其特征在于，所述硬掩膜層的材質(zhì)為氮化娃o
8. 如權(quán)利要求7所述的硬掩膜層刻蝕方法，其特征在于，所述硬掩膜層的厚度為 1, 2200A。
9. 如權(quán)利要求8所述的硬掩膜層刻蝕方法，其特征在于，所述底部抗反射層的厚度為 700 900人。
10. 如權(quán)利要求9所述的硬掩膜層刻蝕方法，其特征在于，所述圖形化光阻層的厚度為 2600 3000人。
全文摘要
本發(fā)明揭露了一種硬掩膜層刻蝕方法，該刻蝕方法包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有硬掩膜層、底部抗反射層以及圖形化光阻層；固化所述圖形化光阻層；以固化后的圖形化光阻層為掩膜，刻蝕所述底部抗反射層，以形成圖形化底部抗反射層；以固化后的圖形化光阻層和圖形化底部抗反射層做掩膜，刻蝕硬掩膜層，以形成圖形化硬掩膜層。本發(fā)明可提高刻蝕選擇比，并確?？涛g底部抗反射層后，固化后的圖形化光阻層的側(cè)壁較為光滑，提高了半導(dǎo)體器件的性能。
文檔編號(hào)H01L21/311GK101777493SQ20101010233
公開(kāi)日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者奚裴, 齊龍茵 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司