專利名稱：刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，特別涉及一種刻蝕方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，為了保證同一批產(chǎn)品在性能上具有一致性，要求同一批產(chǎn)品中產(chǎn)品之間的刻蝕后檢查關(guān)鍵尺寸(ΑΕΙ CD)差異必須被控制在一定范圍內(nèi)，換句話說，如果同一批產(chǎn)品中每件產(chǎn)品的AEI⑶都能夠被精確地控制，則產(chǎn)品之間的AEI⑶差異也是比較小的。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了能夠精確地控制產(chǎn)品的AEI⑶，光刻膠(PR)修剪(trim)工藝已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用，光刻膠修剪工藝的原理是采用刻蝕氣體對光刻圖案進行干法刻蝕，從而進一步對光刻圖案進行修正，以此來精確地控制光刻圖案的精度，以達到控制AEI⑶的目的。下面以現(xiàn)有技術(shù)中柵極的刻蝕方法為例對現(xiàn)有技術(shù)中的刻蝕方法進行介紹。圖IA 圖6A為現(xiàn)有技術(shù)中柵極的刻蝕方法的過程剖面示意圖，該方法主要包括 步驟1001，參見圖1A，在半導(dǎo)體襯底(圖未示出)表面生長柵氧化層101，并依次沉積多
晶硅層102和氮化硅層103。本步驟中，首先進行柵氧化層101的生長，然后，在柵氧化層101之上依次沉積多晶硅層102和氮化硅層103，其中，氮化硅層103后續(xù)將作為多晶硅層102的保護層。在本實施例中，圖1所示柵氧化層101、多晶硅層102和氮化硅層103為待刻蝕薄膜。步驟1002，參見圖2A，在氮化硅層103之上依次旋涂底部抗反射涂層(BARC) 104 和 PR 105。步驟1003，參見圖3A，施加掩膜版(圖未示出)，對I3R 105進行曝光、顯影，從而形成光刻圖案。步驟1004，參見圖4A，采用光刻膠修剪工藝對光刻圖案進行修剪。圖4A中虛線所示為修剪前的光刻圖案，圖4A中實線的I3R 105為所形成的修剪后的光刻圖案。在傳統(tǒng)的光刻膠修剪工藝中，通過修剪時間對AEI CD的大小進行控制，如果修剪時間比較短，則AEI⑶比較大，如果修剪時間比較長，則AEI⑶比較小。步驟1005，參見圖5A，按照修剪后的光刻圖案對柵氧化層101、多晶硅層102和氮化硅層103進行刻蝕，從而形成柵極。步驟1006，去除 PR 105 和 BARC 104。去除的方法可采用氧氣進行灰化處理。至此，本流程結(jié)束。但是，在實際應(yīng)用中，由于ra的修剪速率大于1納米/秒，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在I3R的修剪速率比較大的前提下，若欲將產(chǎn)品的AEI⑶或者產(chǎn)品之間的AEI⑶差異控制在很小的范圍內(nèi)，例如1納米以內(nèi)，實施起來是非常困難的，因此，采用現(xiàn)有技術(shù)中的刻蝕方法產(chǎn)品之間的AEI CD差異的控制精度比較低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種刻蝕方法，能夠提高產(chǎn)品之間的刻蝕后檢查關(guān)鍵尺寸 (ΑΕΙ⑶)差異的控制精度。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的 一種刻蝕方法，該方法包括
在待刻蝕薄膜之上沉積低介電常數(shù)絕緣材料層，并在低介電常數(shù)絕緣材料層之上依次旋涂底部抗反射涂層BARC和光刻膠ra ； 對ra進行曝光、顯影，形成光刻圖案；
采用修剪工藝對光刻圖案進行修剪，并按照修剪后的光刻圖案，對BARC和低介電常數(shù)絕緣材料層進行刻蝕； 去除BARC和PR ；
采用修剪工藝對刻蝕后的低介電常數(shù)絕緣材料層進行修剪，并將修剪后的低介電常數(shù)絕緣材料層作為掩膜，對待刻蝕薄膜進行刻蝕。所述低介電常數(shù)絕緣材料層的介電常數(shù)為2. 5至3. 0。
所述低介電常數(shù)絕緣材料層為碳氧化硅。所述低介電常數(shù)絕緣材料層的沉積方法為采用化學(xué)氣相沉積CVD工藝沉積低介電常數(shù)絕緣材料層。所述低介電常數(shù)絕緣材料層的厚度為200埃至500埃； 所述BARC的厚度為500埃至1500埃；
所述I3R的厚度為800埃至2500埃。所述對BARC和低介電常數(shù)絕緣材料層進行刻蝕的方法為采用氧氣進行各向異性干法刻蝕。所述采用修剪工藝對刻蝕后的低介電常數(shù)絕緣材料層進行修剪的方法為進行各向同性干法刻蝕。所述干法刻蝕的刻蝕氣體為氧氣；
所述氧氣的流量為50標(biāo)況毫升每分至500標(biāo)況毫升每分； 所述干法刻蝕的偏壓為0瓦特至200瓦特； 所述干法刻蝕的源壓為100瓦特至500瓦特。所述刻蝕氣體進一步包括氬氣和甲烷。所述氬氣的流量為0標(biāo)況毫升每分至200標(biāo)況毫升每分； 所述甲烷的流量為0標(biāo)況毫升每分至100標(biāo)況毫升每分。在本發(fā)明所提供的一種刻蝕方法中，首先在待刻蝕薄膜之上沉積低介電常數(shù)絕緣材料層，并在低介電常數(shù)絕緣材料層之上依次旋涂BARC和PR，然后對冊進行曝光、顯影， 形成光刻圖案，采用修剪工藝對光刻圖案進行修剪，并按照修剪后的光刻圖案，對BARC和低介電常數(shù)絕緣材料層進行刻蝕，其次去除BARC和PR，并采用修剪工藝對刻蝕后的低介電常數(shù)絕緣材料層進行修剪，將修剪后的低介電常數(shù)絕緣材料層作為掩膜，對待刻蝕薄膜進行刻蝕?？梢?，本發(fā)明先執(zhí)行修剪光刻圖案步驟，然后再執(zhí)行修剪低介電常數(shù)絕緣材料層的步驟，以修剪后的低介電常數(shù)絕緣材料層為掩膜對待蝕刻薄膜進行刻蝕，由于低介電常數(shù)絕緣材料具有比較小的修剪速率，因此，可對修剪后的低介電常數(shù)絕緣材料層的尺寸進行精確地控制，進而對產(chǎn)品的AEI⑶精確地控制，能夠提高產(chǎn)品之間的AEI⑶差異的控制精度。


圖IA 圖6A為現(xiàn)有技術(shù)中柵極的刻蝕方法的過程剖面示意圖。圖1為本發(fā)明所提供的一種刻蝕方法的流程圖。圖IB 圖8B為本發(fā)明中柵極的刻蝕方法的過程剖面示意圖。圖2為執(zhí)行修剪光刻圖案步驟時修剪時間與待刻蝕薄膜的AEI CD的關(guān)系示意圖。圖3為執(zhí)行修剪低介電常數(shù)絕緣材料層步驟時修剪時間與待刻蝕薄膜的AEI CD 的關(guān)系示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明所述方案作進一步地詳細(xì)說明。本發(fā)明的核心思想為當(dāng)對待蝕刻薄膜進行刻蝕之前，先執(zhí)行修剪光刻圖案步驟， 然后再執(zhí)行修剪低介電常數(shù)絕緣材料層的步驟，以修剪后的低介電常數(shù)絕緣材料層為掩膜對待蝕刻薄膜進行刻蝕，由于低介電常數(shù)絕緣材料具有比較小的修剪速率，因此，可對修剪后的低介電常數(shù)絕緣材料層的尺寸進行精確地控制，進而對產(chǎn)品的AEI CD精確地控制，能夠提高產(chǎn)品之間的AEI CD差異的控制精度。圖1為本發(fā)明所提供的一種刻蝕方法的流程圖。如圖1所示，該方法包括以下步驟
步驟11，在待刻蝕薄膜之上沉積低介電常數(shù)絕緣材料層，并在低介電常數(shù)絕緣材料層之上依次旋涂BARC和ra。步驟12，對ra進行曝光、顯影，形成光刻圖案。步驟13，采用修剪工藝對光刻圖案進行修剪，并按照修剪后的光刻圖案，對BARC 和低介電常數(shù)絕緣材料層進行刻蝕。步驟14，去除 BARC 和 PR。步驟15，采用修剪工藝對刻蝕后的低介電常數(shù)絕緣材料層進行修剪，并將修剪后的低介電常數(shù)絕緣材料層作為掩膜，對待刻蝕薄膜進行刻蝕。至此，本流程結(jié)束。下面以柵極的刻蝕方法為例對本發(fā)明所提供的刻蝕方法進行詳細(xì)介紹。圖IB 圖8B為本發(fā)明中柵極的刻蝕方法的過程剖面示意圖，該方法主要包括 步驟2001，參見圖1B，在半導(dǎo)體襯底(圖未示出)表面生長柵氧化層101，并依次淀積多
晶硅層102和氮化硅層103。步驟2002，參見圖2B，在氮化硅層103之上沉積低介電常數(shù)(low k)絕緣材料層 201，并在低介電常數(shù)絕緣材料層201之上依次旋涂BARC 104和I3R 105。
低介電常數(shù)絕緣材料層201的沉積方法是化學(xué)氣相沉積(CVD)。優(yōu)選地，低介電常數(shù)絕緣材料層201的厚度為200埃至500埃，BARC 104的厚度為500埃至1500埃，PR 105的厚度為800埃至2500埃。另外，需要說明的是，本發(fā)明要求低介電常數(shù)絕緣材料層201的厚度比較小，這是因為后續(xù)步驟中以刻蝕后的低介電常數(shù)絕緣材料層201為掩膜對柵氧化層101、多晶硅層 102和氮化硅層103進行刻蝕時，通?？涛g氣體會對低介電常數(shù)絕緣材料層201造成損傷， 當(dāng)?shù)徒殡姵?shù)絕緣材料層201的厚度很小時，會將低介電常數(shù)絕緣材料層201 —并刻蝕，但是如果低介電常數(shù)絕緣材料層201的厚度比較大，則可能難以完全將低介電常數(shù)絕緣材料層201刻蝕，會有部分低介電常數(shù)絕緣材料層201保留下來，影響了柵極的性能。在本實施例中，介電常數(shù)k為2. 5至3. 0，優(yōu)選地，低介電常數(shù)絕緣材料層201可為碳氧化硅(SiOC)。步驟2003，參見圖;3B，施加掩膜版(圖未示出)，對I3R 105進行曝光、顯影，從而形
成光刻圖案。步驟2004，參見圖4B，采用修剪工藝對光刻圖案進行修剪。圖4B中虛線所示為修剪前的光刻圖案，圖4B中實線的I3R 105為所形成的修剪后的光刻圖案。該步驟可參照現(xiàn)有的方法。步驟2005，參見圖5B，按照修剪后的光刻圖案，對BARC 104和低介電常數(shù)絕緣材料層201進行刻蝕。對BARC 104和低介電常數(shù)絕緣材料層201刻蝕的方法為采用氧氣進行各向異性干法刻蝕。在本步驟中，將暴露出的BARC 104和低介電常數(shù)絕緣材料層201刻蝕，被I3R 105 覆蓋的BARC 104和低介電常數(shù)絕緣材料層201未被刻蝕。步驟2006，參見圖 6B，去除 BARC 104 和 PR 105。去除BARC的方法采用現(xiàn)有技術(shù)的方法。步驟2007，參見圖7B，采用修剪工藝對刻蝕后的低介電常數(shù)絕緣材料層201進行修剪。圖7B中虛線所示為修剪前的低介電常數(shù)絕緣材料層201，圖7B中實線的所示為修剪后的低介電常數(shù)絕緣材料層201。對低介電常數(shù)絕緣材料層201進行修剪的方法為采用氧氣進行各向同性干法刻蝕，氧氣的流量為50標(biāo)況毫升每分(sccm)至500標(biāo)況毫升每分(sccm)，偏壓(bias power) 為0 (W)瓦特至200瓦特(W)，源壓(source power)為100 (W)瓦特至500瓦特(W)，其中， 使用較低的偏壓和較高的源壓可對干法刻蝕的等離子體起到加速的所用，提高等離子體對低介電常數(shù)絕緣材料層201的轟擊作用。進一步地，還可在氧氣中混入氬氣(Ar)和甲烷(CF4)，以增加化學(xué)反應(yīng)速率，優(yōu)選地，氬氣的流量為0標(biāo)況毫升每分(sccm)至200標(biāo)況毫升每分(sccm)，甲烷的流量為0標(biāo)況毫升每分(sccm)至100標(biāo)況毫升每分(sccm)。另外，修剪的時間由所需的AEI⑶決定，若所需AEI⑶比較大，則修剪時間可適當(dāng)增長，若所需AEI CD比較小，修剪時間比較短，具體的修剪時間視具體情況而定。
步驟2007，參見圖8B，將修剪后的低介電常數(shù)絕緣材料層201作為掩膜，依次對柵氧化層101、多晶硅層102和氮化硅層103進行刻蝕，從而形成柵極。對柵氧化層101、多晶硅層102和氮化硅層103的刻蝕方法與現(xiàn)有技術(shù)相同。在本步驟中，由于低介電常數(shù)絕緣材料層201的厚度比較小，當(dāng)對柵氧化層101、 多晶硅層102和氮化硅層103進行刻蝕時，可一并將低介電常數(shù)絕緣材料層201刻蝕。另外，需要說明的是，當(dāng)對其他待刻蝕薄膜進行刻蝕時，通常對待刻蝕薄膜進行刻蝕的氣體的都會對刻蝕后的低介電常數(shù)絕緣材料層造成一定損傷，由于本發(fā)明中低介電常數(shù)絕緣材料層的厚度非常小，當(dāng)在刻蝕待刻蝕薄膜時，基本上可將低介電常數(shù)絕緣材料層一并刻蝕。若低介電常數(shù)絕緣材料層沒有被完全刻蝕，也可增加去除低介電常數(shù)絕緣材料層的步驟，去除的方法可采用氧氣進行刻蝕，但是一般來說，由于低介電常數(shù)絕緣材料層的厚度非常小，則不必執(zhí)行這一步驟。至此，本流程結(jié)束。上述實施例提供的方法還可應(yīng)用于其他材料的刻蝕工藝中，上述介紹僅為舉例說明。圖2為執(zhí)行修剪光刻圖案步驟時修剪時間與待刻蝕薄膜的AEI CD的關(guān)系示意圖， 如圖2所示，橫坐標(biāo)為修剪時間(trim time)，單位為秒(s)，縱坐標(biāo)為待刻蝕薄膜的AEI CD，單位為納米(nm)。圖2所提供的數(shù)據(jù)的實驗條件是按照現(xiàn)有技術(shù)的方法，僅涉及一次修剪步驟(修剪光刻圖案，不修剪低介電常數(shù)絕緣材料層)，且待刻蝕薄膜為柵氧化層、多晶硅層和氮化硅層。圖2所示直線的斜率可以反映ra的修剪速率，通過近似計算，PR的修剪速率為1. 1納米/秒(nm/s)。圖3為執(zhí)行修剪低介電常數(shù)絕緣材料層步驟時修剪時間與待刻蝕薄膜的AEI CD 的關(guān)系示意圖，如圖3示，橫坐標(biāo)為修剪時間(trim time),單位為秒(s)，縱坐標(biāo)為待刻蝕薄膜的AEI CD，單位為納米(nm)。圖2所提供的數(shù)據(jù)的實驗條件是僅涉及一次修剪步驟 (修剪低介電常數(shù)絕緣材料層，不修剪光刻圖案)，且待刻蝕薄膜為柵氧化層、多晶硅層和氮化硅層。圖3所示直線的斜率可以反映低介電常數(shù)絕緣材料的修剪速率，通過近似計算， PR的修剪速率為0. 1納米/秒(nm/s)。通過對比圖2和圖3，冊具有比較大的修剪速率，低介電常數(shù)絕緣材料具有比較小的修剪速率，可見，若僅執(zhí)行修剪光刻圖案步驟、不執(zhí)行修剪低介電常數(shù)絕緣材料層的步驟，則難以將產(chǎn)品之間的AEI CD差異控制在很小的范圍內(nèi)；若僅執(zhí)行修剪低介電常數(shù)絕緣材料層的步驟、不執(zhí)行修剪光刻圖案步驟，則生產(chǎn)效率過低，很難在實際生產(chǎn)過程中應(yīng)用； 而在本發(fā)明中，先執(zhí)行修剪光刻圖案步驟，然后再執(zhí)行修剪低介電常數(shù)絕緣材料層的步驟， 在保證了生產(chǎn)效率的同時，還可以將產(chǎn)品之間的AEI CD差異控制在很小的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明所提供的技術(shù)案，首先在待刻蝕薄膜之上沉積低介電常數(shù)絕緣材料層，并在低介電常數(shù)絕緣材料層之上依次旋涂BARC和PR，然后對冊進行曝光、顯影，形成光刻圖案，采用修剪工藝對光刻圖案進行修剪，并按照修剪后的光刻圖案，對BARC和低介電常數(shù)絕緣材料層進行刻蝕，其次去除BARC和PR，并采用修剪工藝對刻蝕后的低介電常數(shù)絕緣材料層進行修剪，并將修剪后的低介電常數(shù)絕緣材料層作為掩膜，對待刻蝕薄膜進行刻蝕?？梢姡景l(fā)明先執(zhí)行修剪光刻圖案步驟，然后再執(zhí)行修剪低介電常數(shù)絕緣材料層的步驟，以修剪后的低介電常數(shù)絕緣材料層為掩膜對待蝕刻薄膜進行刻蝕，由于低介電常數(shù)絕緣材料具有比較小的修剪速率，因此，可對修剪后的低介電常數(shù)絕緣材料層的尺寸進行精確地控制，進而對產(chǎn)品的AEI⑶精確地控制，能夠提高產(chǎn)品之間的AEI⑶差異的控制精度。 以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種刻蝕方法，該方法包括在待刻蝕薄膜之上沉積低介電常數(shù)絕緣材料層，并在低介電常數(shù)絕緣材料層之上依次旋涂底部抗反射涂層BARC和光刻膠ra ； 對ra進行曝光、顯影，形成光刻圖案；采用修剪工藝對光刻圖案進行修剪，并按照修剪后的光刻圖案，對BARC和低介電常數(shù)絕緣材料層進行刻蝕； 去除BARC和PR ；采用修剪工藝對刻蝕后的低介電常數(shù)絕緣材料層進行修剪，并將修剪后的低介電常數(shù)絕緣材料層作為掩膜，對待刻蝕薄膜進行刻蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述低介電常數(shù)絕緣材料層的介電常數(shù)為 2. 5 至 3. 0。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述低介電常數(shù)絕緣材料層為碳氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述低介電常數(shù)絕緣材料層的沉積方法為采用化學(xué)氣相沉積CVD工藝沉積低介電常數(shù)絕緣材料層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述低介電常數(shù)絕緣材料層的厚度為200埃至500埃； 所述BARC的厚度為500埃至1500埃； 所述I3R的厚度為800埃至2500埃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對BARC和低介電常數(shù)絕緣材料層進行刻蝕的方法為采用氧氣進行各向異性干法刻蝕。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用修剪工藝對刻蝕后的低介電常數(shù)絕緣材料層進行修剪的方法為進行各向同性干法刻蝕。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于， 所述干法刻蝕的刻蝕氣體為氧氣；所述氧氣的流量為50標(biāo)況毫升每分至500標(biāo)況毫升每分； 所述干法刻蝕的偏壓為0瓦特至200瓦特； 所述干法刻蝕的源壓為100瓦特至500瓦特。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述刻蝕氣體進一步包括氬氣和甲烷。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述氬氣的流量為0標(biāo)況毫升每分至200標(biāo)況毫升每分； 所述甲烷的流量為0標(biāo)況毫升每分至100標(biāo)況毫升每分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種刻蝕方法，該方法包括在待刻蝕薄膜之上沉積低介電常數(shù)絕緣材料層，并在低介電常數(shù)絕緣材料層之上依次旋涂底部抗反射涂層BARC和光刻膠PR；對PR進行曝光、顯影，形成光刻圖案；采用修剪工藝對光刻圖案進行修剪，并按照修剪后的光刻圖案，對BARC和低介電常數(shù)絕緣材料層進行刻蝕；去除BARC和PR；采用修剪工藝對刻蝕后的低介電常數(shù)絕緣材料層進行修剪，并將修剪后的低介電常數(shù)絕緣材料層作為掩膜，對待刻蝕薄膜進行刻蝕。采用本發(fā)明公開的方法能夠提高產(chǎn)品之間的刻蝕后檢查關(guān)鍵尺寸AEICD差異的控制精度。
文檔編號H01L21/311GK102376561SQ201010256349
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月18日
發(fā)明者孫武, 張海洋, 黃怡 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司