電子束光刻方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電子束光刻方法，包括：在結(jié)構(gòu)材料層上形成硬掩模層；在硬掩模層上形成電子束光刻膠；采用電子束曝光系統(tǒng)，對(duì)電子束光刻膠進(jìn)行曝光，其中通過(guò)增加曝光劑量來(lái)提高電子束光刻膠的抗刻蝕性；采用顯影液對(duì)曝光后的電子束光刻膠顯影，形成電子束光刻膠圖形；以電子束光刻膠圖形為掩模，各向異性刻蝕硬掩模層和結(jié)構(gòu)材料層，形成所需的精細(xì)線條。依照本發(fā)明的電子束光刻方法，在保證高寬比不變的情況下通過(guò)改變工藝條件來(lái)提高電子束膠的抗刻蝕性能，防止電子束膠被完全損失，由此提高了線條的精度、改進(jìn)了最終器件的性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 電子束光刻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，更具體地，涉及一種能有效改善線寬粗糙度的電子束光刻方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路對(duì)集成度的要求越來(lái)越高，集成電路器件的關(guān)鍵尺寸越來(lái)越小。而目前光學(xué)光刻能直接寫(xiě)出的最小線條在45nm左右，為了得到更小的線條，電子束曝光成為一個(gè)較好的途徑。雖然由于電子束曝光耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，無(wú)法用于大規(guī)模生產(chǎn)，但在實(shí)驗(yàn)室是完全可以使用電子束來(lái)制備20nm以下線條來(lái)提前進(jìn)行刻蝕工藝開(kāi)發(fā)。
[0003]使用電子束曝光來(lái)寫(xiě)出電子束線條，通常包括以下步驟:在襯底上形成硬掩模層，在硬掩模層上涂布電子束光刻膠，采用電子束曝光系統(tǒng)按照版圖設(shè)計(jì)對(duì)光刻膠局部曝光也即用電子束掃描需要曝光的區(qū)域使其交聯(lián)變性，采用顯影液化學(xué)處理光刻膠以去除部分光刻膠形成光刻膠掩模圖形，并且使用干法刻蝕將光刻膠掩模圖形轉(zhuǎn)移至下方的硬掩膜層。
[0004]想要得到40nm以下的線條就需要保證線條的高寬比小于3: 1，因?yàn)楦鶕?jù)光刻經(jīng)驗(yàn)當(dāng)線條的高寬比大于3: I時(shí)，線條容易出現(xiàn)側(cè)倒的現(xiàn)象，因此電子束膠的厚度就需要小于lOOnm。但厚度小于IOOnm刻蝕就面臨另一個(gè)問(wèn)題，就是電子束膠是否能夠保證硬掩膜的刻蝕。在硬掩膜刻蝕過(guò)程中也會(huì)有一定的膠的損失，當(dāng)線寬大于90nm時(shí)，膠的厚度在270nm左右，因此在硬掩膜刻蝕中光刻膠不會(huì)完全損失；但現(xiàn)在只有IOOnm的膠厚時(shí)，就需要考慮膠是否能夠抗住硬掩膜的刻蝕。
[0005]附圖1A是電子束曝光后線條的SEM圖像，附圖1B是硬掩?？涛g后的線條的SEM圖像。通過(guò)SEM圖片可以發(fā)現(xiàn)在硬掩膜刻蝕后，線寬的粗糙度變得很差。這主要是由于電子束膠太薄，導(dǎo)致有些地方的膠在硬掩膜刻蝕過(guò)程中已經(jīng)被完全損失，因此有些地方硬掩膜線條會(huì)被刻蝕出缺口。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于通過(guò)改善電子束曝光條件來(lái)改善硬掩膜刻蝕后的線寬粗糙度的問(wèn)題。
[0007]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，是通過(guò)提供一種電子束光刻方法，包括:在結(jié)構(gòu)材料層上形成硬掩模層；在硬掩模層上形成電子束光刻膠；采用電子束曝光系統(tǒng)，對(duì)電子束光刻膠進(jìn)行曝光，其中通過(guò)增加曝光劑量來(lái)提高電子束光刻膠的抗刻蝕性；采用顯影液對(duì)曝光后的電子束光刻膠顯影，形成電子束光刻膠圖形；以電子束光刻膠圖形為掩模，各向異性刻蝕硬掩模層和結(jié)構(gòu)材料層，形成所需的精細(xì)線條。
[0008]其中，曝光劑量增加量100%。
[0009]其中，電子束光刻膠的厚度小于lOOnm。
[0010]其中，硬掩模層包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅及其組合。
[0011]其中，各向異性刻蝕采用等離子體干法刻蝕技術(shù)。[0012]其中，等離子體干法刻蝕采用CCP或ICP或TCP設(shè)備。
[0013]其中，刻蝕之后還包括干法去膠和/或濕法腐蝕清洗。
[0014]其中，濕法腐蝕清洗采用SPM+APM。
[0015]依照本發(fā)明的電子束光刻方法，在保證高寬比不變的情況下通過(guò)改變工藝條件來(lái)提高電子束膠的抗刻蝕性能，防止電子束膠被完全損失，由此提高了線條的精度、改進(jìn)了最終器件的性能。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]以下參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，其中:
[0017]圖1A和圖1B分別為現(xiàn)有技術(shù)中電子束曝光以及刻蝕之后線條的SEM不意圖；
[0018]圖2為依照本發(fā)明的電子束光刻方法的流程示意圖；以及
[0019]圖3A和圖3B分別為依照本發(fā)明的電子束光刻方法的電子束曝光以及刻蝕之后線條的SEM示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下參照附圖并結(jié)合示意性的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明技術(shù)方案的特征及其技術(shù)效果。需要指出的是，類(lèi)似的附圖標(biāo)記表示類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，本申請(qǐng)中所用的術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“上”、“下”、“厚”、“薄”等等可用于修飾各種器件結(jié)構(gòu)。這些修飾除非特別說(shuō)明并非暗示所修飾器件結(jié)構(gòu)的空間、次序或?qū)蛹?jí)關(guān)系。
[0021]要改善電子束光刻`線寬粗糙度，從原理上分析，目前有兩個(gè)途徑可以選擇:
[0022]1.增加電子束膠的厚度。這個(gè)方案可以通過(guò)提高厚度來(lái)防止膠在刻蝕過(guò)程中完全損失，但缺點(diǎn)是由于膠厚的提高，線條的高寬比會(huì)變大。因此電子束在寫(xiě)40nm以下線條的時(shí)候容易出現(xiàn)側(cè)倒現(xiàn)象，沒(méi)有辦法穩(wěn)定的得到40nm以下線條。
[0023]2.提高電子束膠的抗刻蝕性。這個(gè)方案可以在保證高寬比不變的情況下通過(guò)改變工藝條件來(lái)提高電子束膠的抗刻蝕性能，防止電子束膠被完全損失。這個(gè)方案也是我們主要研發(fā)方向。
[0024]圖2為依照本發(fā)明的電子束光刻方法的流程示意圖，其中該方法至少包括以下步驟:
[0025]步驟I，在結(jié)構(gòu)材料層上形成硬掩模層。
[0026]提供襯底，依照器件用途需要而合理選擇，可包括單晶體硅(Si)、SO1、單晶體鍺(Ge)、GeO1、應(yīng)變硅(Strained Si)、鍺硅(SiGe)，或是化合物半導(dǎo)體材料，例如氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、銻化銦(InSb)，以及碳基半導(dǎo)體例如石墨烯、SiCj^納管等等。出于與CMOS工藝兼容的考慮，襯底優(yōu)選地為體Si或者SOI。襯底中或者襯底上可以包括結(jié)構(gòu)材料層，其可以是假柵極層(多晶硅、非晶硅、微晶硅、非晶碳、非晶鍺等材質(zhì))、多晶硅或者金屬柵極層、局部互連結(jié)構(gòu)(例如Cu、Al、W等材質(zhì)填充的大馬士革結(jié)構(gòu))、頂部焊墊結(jié)構(gòu)等等。在結(jié)構(gòu)材料層上通過(guò)LPCVD、PECVD, HDPCVD, RT0、化學(xué)氧化、MBE、ALD等方法沉積形成硬掩模層。其中硬掩模層可以是單層也可以是多層層疊結(jié)構(gòu)，其材質(zhì)可以是氧化娃、氮化娃、氮氧化娃及其組合。在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，硬掩模層是ONO疊層結(jié)構(gòu)，即氧化硅-氮化硅-氧化硅的三層層疊結(jié)構(gòu)。以上各層厚度依照器件結(jié)構(gòu)需要而合理設(shè)定。[0027]步驟2，在硬掩模層上形成電子束光刻膠。
[0028]通過(guò)旋涂、噴涂、滴涂、絲網(wǎng)印刷等方法，在硬掩模層上形成電子束光刻膠。其材質(zhì)可以是PMMA、環(huán)氧618、C0P等等。由于本發(fā)明優(yōu)選地適用于45nm以下精細(xì)線條的制造，為了防止發(fā)生側(cè)倒，電子束光刻膠的厚度小于IOOnm,例如為10?IOOnm并且優(yōu)選地為30?60nmo
[0029]步驟3，采用電子束曝光系統(tǒng)，對(duì)電子束光刻膠進(jìn)行曝光。
[0030]電子束曝光系統(tǒng)可以是現(xiàn)有的改進(jìn)SEM、高斯掃描系統(tǒng)、成型束系統(tǒng)、有限散射角投影式系統(tǒng)等等。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)增加曝光劑量時(shí)，光刻膠中聚合物成分交聯(lián)程度增大，使得電子束光刻膠的抗刻蝕性明顯提高。具體地，對(duì)于高斯掃描系統(tǒng)，增加100%曝光劑量時(shí)，可以明顯提高抗刻蝕性。進(jìn)一步地，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的曝光劑量0.5?2.5X 10_5C/cm2，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的曝光劑量相應(yīng)地增加為I?5X10_5C/Cm2。此外，作為其他實(shí)施例，曝光劑量可以是lXl(T5C/cm2?2Xl(T4C/cm2。
[0031]步驟4，采用顯影液對(duì)曝光后的電子束光刻膠顯影，形成電子束光刻膠圖形。例如，在異丙酮等顯影液中顯影得出例如在22nm節(jié)點(diǎn)或以下的超精細(xì)圖形。
[0032]步驟5，以電子束光刻膠圖形為掩模，采用各向異性的方法依次刻蝕硬掩模層和結(jié)構(gòu)材料層，形成所需的精細(xì)線條。具體地，采用等離子體刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕(RIE)等干法刻蝕技術(shù)，刻蝕氣體可以是碳氟基氣體，并且還可以包括惰性氣體以及氧化性氣體以調(diào)節(jié)刻蝕速率。其中，干法刻蝕設(shè)備可以是ICP、TCP、CCP設(shè)備。優(yōu)選地，采用干法刻蝕和/或濕法腐蝕工藝去除刻蝕過(guò)程中產(chǎn)生的聚合物及其顆粒，干法刻蝕例如采用氟基等離子體刻蝕，濕法腐蝕例如SPM(例如硫酸:雙氧水=4: I)/APM(例如氨水:雙氧水:去離子水=1:1: 5或者0.5:1: 5)濕法清洗。由于在步驟3中提高了曝光劑量，電子束光刻膠的抗刻蝕性能明顯提高，因此即便在線寬IOnm以下(相應(yīng)的電子束光刻膠厚度30nm左右)的情形中，電子束光刻膠也不會(huì)被例如碳氟基等刻蝕氣體過(guò)分刻蝕，因此不會(huì)出現(xiàn)圖1A以及圖1B所示的側(cè)向線條缺口，也即不會(huì)造成線寬粗糙度變差。圖3A以及圖3B示出了采用本發(fā)明的光刻方法形成的電子束曝光線條以及硬掩模刻蝕線條，可見(jiàn)明顯改善了電子束光刻/刻蝕的線條粗糙度。
[0033]依照本發(fā)明的電子束光刻方法，在保證高寬比不變的情況下通過(guò)改變工藝條件來(lái)提高電子束膠的抗刻蝕性能，防止電子束膠被完全損失，由此提高了線條的精度、改進(jìn)了最終器件的性能。
[0034]盡管已參照一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知曉無(wú)需脫離本發(fā)明范圍而對(duì)形成器件結(jié)構(gòu)的方法做出各種合適的改變和等價(jià)方式。此外，由所公開(kāi)的教導(dǎo)可做出許多可能適于特定情形或材料的修改而不脫離本發(fā)明范圍。因此，本發(fā)明的目的不在于限定在作為用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳實(shí)施方式而公開(kāi)的特定實(shí)施例，而所公開(kāi)的器件結(jié)構(gòu)及其制造方法將包括落入本發(fā)明范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種電子束光刻方法，包括: 在結(jié)構(gòu)材料層上形成硬掩模層； 在硬掩模層上形成電子束光刻膠； 采用電子束曝光系統(tǒng)，對(duì)電子束光刻膠進(jìn)行曝光，其中通過(guò)增加曝光劑量來(lái)提高電子束光刻膠的抗刻蝕性； 采用顯影液對(duì)曝光后的電子束光刻膠顯影，形成電子束光刻膠圖形； 以電子束光刻膠圖形為掩模，各向異性刻蝕硬掩模層和結(jié)構(gòu)材料層，形成所需的精細(xì)線條。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，曝光劑量增加量100%。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，電子束光刻膠的厚度小于lOOnm。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，硬掩模層包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅及其組合。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，各向異性刻蝕采用等離子體干法刻蝕技術(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，等離子體干法刻蝕采用CCP或ICP或TCP設(shè)備。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，刻蝕之后還包括干法去膠和/或濕法腐蝕清洗。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，濕法腐蝕清洗采用SPM+APM。
【文檔編號(hào)】H01L21/027GK103676492SQ201210357243
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月21日
【發(fā)明者】賀曉彬, 孟令款, 丁明正, 劉艷松 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所