專利名稱：半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種半導(dǎo)體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造工藝的不斷發(fā)展，集成電路中半導(dǎo)體器件的特征尺寸(CD， Critical Dimension)越來越小,對(duì)光刻技術(shù)的要求也越來越高。為了確保更小尺寸的制造的可行性，雙重圖形化(Double Patterning)成為在22nm節(jié)點(diǎn)及其以下精確定義出圖形的潛在解決方案之一。
現(xiàn)有的雙重圖形化方法一般包括三種光刻-刻蝕-光刻-刻蝕(LELE， Litho-Etch-Litho-Etch)、光刻-凍結(jié)-光刻-刻蝕(LFLE, Litho-Freeze-Litho-Etch),以及間隔 / 自對(duì)準(zhǔn)式雙重曝光光刻(SADP, Spacer or self-aligned double-patterning)。 其中，LELE是指在一個(gè)光刻步驟之后接著一個(gè)刻蝕步驟，然后再接著一個(gè)光刻、一個(gè)蝕刻步驟。以上的兩個(gè)光刻步驟都是關(guān)鍵光刻步驟，也就是會(huì)產(chǎn)生迭對(duì)，換句話說，一個(gè)光刻步驟所曝光的圖形與另一個(gè)光刻步驟曝光的圖形的相對(duì)位置非常重要。為了解決對(duì)LELE技術(shù)中兩套光掩模重疊精度的依賴性，SADP技術(shù)在22nm節(jié)點(diǎn)及其以下量級(jí)的半導(dǎo)體制造過程中成為主流工藝。
更多關(guān)于LELE、LFLE的技術(shù)可參考專利號(hào)為US6042998的美國專利。
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)說明以SADP法形成半導(dǎo)體器件的方法。
參考圖1，提供半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100上依次形成有介質(zhì)層110、 第一掩模層120以及第二掩模層130。所述第二掩模層130定義出設(shè)計(jì)形成的半導(dǎo)體器件的圖形。
參考圖2，在所述第二掩模層130的側(cè)面形成側(cè)墻140。
參考圖3，去除所述第二掩模層130，并以所述側(cè)墻140為掩模，以所述介質(zhì)層110 為停止層，刻蝕所述第一掩模層120，形成如圖4所示的結(jié)構(gòu)。
參考圖5,沉積抗反射層150,覆蓋所述第一掩模層120和所述介質(zhì)層110,并在所述抗反射層150上涂布光刻膠,光刻后形成圖形化的光刻膠160。
參考圖6,以所述圖形化的光刻膠160為掩模對(duì)所述抗反射層150以及介質(zhì)層110 進(jìn)行刻蝕，以形成設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體器件。
目前在半導(dǎo)體制造的后段制程中形成通孔或溝槽時(shí)，通常會(huì)選擇具有較高刻蝕選擇比的氮化鈦(TiN)作為第一掩模層。但是，利用上述現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體器件存在著其形成的尺寸不精確的問題，從而影響了半導(dǎo)體器件的性能。參考圖6，所述半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)尺寸為圖6所示的SI，但是實(shí)際上形成的尺寸可能會(huì)如圖6所示的S2。由此可以看出， 利用現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體的實(shí)際尺寸可能會(huì)大于設(shè)計(jì)的尺寸，從而影響了半導(dǎo)體器件的性能。
因此，如何精確地控制半導(dǎo)體器件的特征尺寸，以提高半導(dǎo)體器件的性能成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，以精確地控制半導(dǎo)體器件的尺寸并有效地提高半導(dǎo)體器件的性能。
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述方法包括
提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有介質(zhì)層、第一掩模層和第二掩模層；
在所述第二掩模層的側(cè)面形成側(cè)墻；
形成圖形化的光掩模層，覆蓋所述第二掩模層、側(cè)墻和第一掩模層；
以所述圖形化的光掩模層為掩模，依次刻蝕所述第二掩模層、第一掩模層和介質(zhì)層。
可選地，所述介質(zhì)層的材料為低介電常數(shù)材料或者超低介電常數(shù)材料。
可選地，所述圖形化的光掩模層的開口尺寸大于所述第二掩模層的特征尺寸。
可選地，所述第一掩模層為金屬硬掩模層。
可選地，所述第一掩模層的材料包括氮化鈦、氮化硼或者兩者的組合?？蛇x地，所述第一掩模層的厚度小于或等于300A。
可選地，所述第二掩模層的材料為氧化硅；所述側(cè)墻的材料為氮化硅。
可選地，以所述圖形化的光掩模層為掩模，依次干法刻蝕所述第二掩模層、第一掩模層和介質(zhì)層。
可選地，所述半導(dǎo)體器件的制造方法還包括
去除所述圖形化的光掩模層，并以所述側(cè)墻為掩?？涛g剩余的第一掩模層以及部分介質(zhì)層；
去除所述側(cè)墻，并以第一掩模層為掩模，刻蝕剩余的介質(zhì)層。
可選地，去除所述圖形化的光掩模層，并以所述側(cè)墻為掩模干法刻蝕剩余的第一掩模層以及部分介質(zhì)層。
可選地，濕法刻蝕去除所述側(cè)墻，并以第一掩模層為掩模，干法刻蝕剩余的介質(zhì)層。
可選地，所述半導(dǎo)體器件的制造方法還包括在所述第二掩模層的側(cè)面形成側(cè)墻之后，且在形成圖形化的光掩模層之前，對(duì)所述側(cè)墻進(jìn)行線性裁切。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)
通過調(diào)整現(xiàn)有技術(shù)中的部分步驟，以側(cè)墻和第一掩模層同時(shí)作為掩模，以刻蝕形成半導(dǎo)體器件。這樣，通過增加側(cè)墻作為掩模，在刻蝕形成半導(dǎo)體器件過程中，不會(huì)出現(xiàn)所形成的半導(dǎo)體器件的實(shí)際尺寸大于其設(shè)計(jì)的尺寸問題，因而能精確地控制所形成的半導(dǎo)體器件的特征尺寸，避免了對(duì)半導(dǎo)體器件性能的影響。


圖1 圖6是現(xiàn)有技術(shù)中半導(dǎo)體器件的制造方法的示意圖7是本發(fā)明半導(dǎo)體器件的制造方法的流程示意圖8 圖15是在后段制程的金屬布線中應(yīng)用本發(fā)明半導(dǎo)體器件的制造方法形成通孔的不意圖16是圖9所示的半導(dǎo)體器件的俯視結(jié)構(gòu)示意圖17是對(duì)圖9所示的半導(dǎo)體器件的側(cè)墻線性裁切后的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。
在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
正如背景技術(shù)部分所述，利用上述現(xiàn)有技術(shù)形成的半導(dǎo)體器件存在著其尺寸不精確的問題，即形成的半導(dǎo)體器件的實(shí)際尺寸可能會(huì)大于其設(shè)計(jì)的尺寸，從而影響了半導(dǎo)體器件的性能。
發(fā)明人通過分析后發(fā)現(xiàn)，存在上述問題的原因在于采用現(xiàn)有技術(shù)，以圖形化的光刻膠為掩模對(duì)抗反射層以及介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕的過程中(參考圖6所示)，可能會(huì)將較薄的第一掩模層120刻蝕掉，從而使得形成的半導(dǎo)體器件的實(shí)際尺寸(如圖6所示的S2)大于其設(shè)計(jì)的尺寸(如圖6所示的SI)，進(jìn)而對(duì)半導(dǎo)體器件的性能產(chǎn)生了不良影響。
為了克服上述問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，參考圖7，所述制造方法包括
步驟S11，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有介質(zhì)層、第一掩模層和第二掩模層；
步驟S12，在所述第二掩模層的側(cè)面形成側(cè)墻；
步驟S13，形成圖形化的光掩模層，覆蓋所述第二掩模層、側(cè)墻和第一掩模層；
步驟S14，以所述圖形化的光掩模層為掩模，依次刻蝕所述第二掩模層、第一掩模層和介質(zhì)層。
本發(fā)明提供的方法，在刻蝕形成半導(dǎo)體器件時(shí)，以側(cè)墻和第一掩模層同時(shí)作為掩模，這樣通過增加側(cè)墻作為掩模，在刻蝕形成半導(dǎo)體器件過程中，不會(huì)因?yàn)榈谝谎谀虞^薄而將其刻蝕掉，進(jìn)而出現(xiàn)所形成的半導(dǎo)體器件的實(shí)際尺寸大于設(shè)計(jì)的尺寸的問題，因而本發(fā)明提供的方法能精確地控制所形成的半導(dǎo)體器件的特征尺寸，避免對(duì)半導(dǎo)體器件性能的影響。
下面結(jié)合圖8至圖17，并以在后段制程的金屬布線中形成通孔為例對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
參考圖8，提供半導(dǎo)體襯底(圖中未示出)，所述半導(dǎo)體襯底上形成有襯墊氧化層 200，其中，所述襯墊氧化層200上依次形成有介質(zhì)層210、第一掩模層22 0以及第二掩模層 230。
具體地，所述半導(dǎo)體襯底中形成有器件，例如電阻、電容、MOS晶體管和互連結(jié)構(gòu)坐寸ο
所述介質(zhì)層210的材料可以為氧化硅、摻雜的氧化硅、低介電常數(shù)材料或超低介電常數(shù)材料。在本實(shí)施例中，所述介質(zhì)層210的材料為低介電常數(shù)材料或超低介電常數(shù)材料。所述介質(zhì)層210的形成工藝可以為現(xiàn)有的沉積工藝，例如，可以為等離子體增加化學(xué)氣相沉積工藝或亞常壓化學(xué)氣相沉積工藝，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，故在此不再贅述。
在本實(shí)施例中，所述第一掩模層220為金屬硬掩模層,其材料為氮化鈦(TiN)、氮化硼(BN)或者其兩者的組合，并且所述第一掩模層220的厚度小于或等于300A。但是此不能限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，在其他實(shí)施例中，所述第一掩模層220還可以采用其他材料，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的，故在此不再贅述。
所述第二掩模層230用于定義金屬連線的尺寸，其材料可以為氧化硅。
參考圖9，在所述第二掩模層230的側(cè)面形成側(cè)墻240。
其中，所述側(cè)墻240的材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中一種或者它們?nèi)我獾慕M合。在本實(shí)施例中，為了使所述側(cè)墻240與所述第二掩模層230在刻蝕中具有較高的選擇比，所述側(cè)墻240的材料為氮化硅。此外，所述側(cè)墻240的形成工藝對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是熟知的，故在此不再贅述。
參考圖10，形成圖形化的光掩模層，覆蓋所述第二掩模層230、側(cè)墻240和第一掩模層220。
在本實(shí)施例中，首先沉積抗反射層250，覆蓋所述第二掩模層230、側(cè)墻240和第一掩模層220，然后在所述抗反射層250上形成圖形化的光刻膠層260，所述抗反射層250和圖形化的光刻膠層260構(gòu)成圖形化的光掩模層。
具體地，所述抗反射層250可以通過物理氣相沉積(PVD)或者化學(xué)氣相沉積 (CVD)的方式形成。所述抗反射層250為底層抗反射層(BARC, Bottom Ant1-Reflective Coating)，其可以是有機(jī)BARC或無機(jī)BARC。由于無機(jī)BARC的化學(xué)性質(zhì)一般與其下覆蓋層類似，可以有效地去除，而且，無機(jī)BARC比有機(jī)BARC在刻蝕中有更高的選擇性，所以本實(shí)施例中優(yōu)選為無機(jī)BARC，以等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)的方法沉積硅氮氧化物或硅氮化物層來形成所述無機(jī)BARC。
所述圖形化的光刻膠層260的形成方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，例如，可以采用旋涂工藝，在所述抗反射層250上旋涂一層光刻膠，經(jīng)過烘烤堅(jiān)膜后采用光刻設(shè)備對(duì)光刻膠層進(jìn)行曝光、顯影，形成所述圖形化的光刻膠層260。其中，所述圖形化的光刻膠層 260具有開口 270，所述開口 270的尺寸大于所述第二掩模層230所定義的金屬連線的尺寸。
需要說明的是，在其他實(shí)施例中，所述光掩模層也可以根據(jù)實(shí)際需求形成其他結(jié)構(gòu)，例如，不包括所述抗反射層250。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可對(duì)其做類似推廣，本實(shí)施例中僅為舉例說明，不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
參考圖11，以所述圖形化的光刻膠層260為掩模，依次刻蝕所述抗反射層250、第二掩模層230、第一掩模層220以及介質(zhì)層210。
在本實(shí)施例中，采用干法刻蝕的方法依次刻蝕所述抗反射層250、第二掩模層 230、第一掩模層220以及介質(zhì)層210。具體地，以所述圖形化的光刻膠層260為掩模對(duì)所述抗反射層250進(jìn)行干法刻蝕，以暴露出所述側(cè)墻240 ;然后，以所述圖形化的光刻膠層260 和側(cè)墻240為掩模對(duì)所述第二掩模層230、第一掩模層220進(jìn)行干法刻蝕；最后，以所述圖形化的光刻膠層260、所述側(cè)墻24 0和第一掩模層220為掩模對(duì)所述介質(zhì)層210進(jìn)行干法刻蝕。所述干法刻蝕的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，故在此不再贅述。
參考圖12和圖13，去除所述圖形化的光刻膠層260和抗反射層250，并以所述側(cè)墻240為掩模刻蝕剩余的第一掩模層220和部分介質(zhì)層210。
具體地，首先去除所述圖形化的光刻膠層260和抗反射層250，形成如圖12所示的結(jié)構(gòu)。所述去除所述圖形化的光刻膠層260和抗反射層250的方法對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的，故在此不再贅述。
然后，參考圖13，以所述側(cè)墻240為掩模干法刻蝕剩余的第一掩模層220和部分介質(zhì)層210。所述干法刻蝕的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員為熟知的，故在此不再贅述。
參考圖14和圖15，去除所述側(cè)墻240，并以第一掩模層220為掩模，刻蝕剩余的介質(zhì)層210。
具體地，濕法刻蝕去除所述側(cè)墻240，形成如圖14所示的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，所述側(cè)墻240的材料為氮化硅，因此，所述濕法刻蝕的液體可以為磷酸。所述濕法刻蝕的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，故在此不再贅述。
參考圖15，以第一掩模層220為掩模，干法刻蝕剩余的介質(zhì)層210，以最終形成通孔。所述干法刻蝕的方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，故在此不再贅述。
在后續(xù)制程中，為了實(shí)現(xiàn)金屬互連，還需要向通孔中沉積金屬等步驟，其與現(xiàn)有技術(shù)的相類似，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，故在此不再贅述。
另外，需要說明的是，在其他實(shí)施例中，可以在所述第二掩模層230的側(cè)面形成側(cè)墻240之后(參考圖9)，且在沉積抗反射層250之前(參考圖10)，增加對(duì)所述側(cè)墻240進(jìn)行線性裁切的步驟。
其中，圖16是圖9所示的半導(dǎo)體器件的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，圖17是對(duì)圖9所示的半導(dǎo)體器件的側(cè)墻240線性裁切后的俯視示意圖。
具體地，參考圖9和圖16，在所述第二掩模層230的側(cè)面形成側(cè)墻240之后，所述側(cè)墻240的側(cè)視結(jié)構(gòu)如圖16所示，即所述側(cè)墻240環(huán)繞包圍所述第二掩模層230。但是所述側(cè)墻240平行于A-A'方向的兩側(cè)部分并不用于定義金屬連線的尺寸，為了便于后續(xù)工藝的進(jìn)行，減小對(duì)半導(dǎo)體器件中其他尺寸的影響，需要對(duì)所述側(cè)墻240平行于A-A'方向的兩側(cè)部分進(jìn)行去除，以形成如圖17所示的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，采用干法刻蝕去除所述側(cè)墻240平行于A-A'方向的兩側(cè)部分。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中，還可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的其他方法，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，故在此不再贅述。
類似地，在前段制程中，也可以采用本發(fā)明半導(dǎo)體器件的制造方法來形成接觸孔或者溝槽等。前述實(shí)施例僅為舉例說明，其不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的精神做類似推廣。
綜上，本技術(shù)方案的半`導(dǎo)體器件的制造方法，至少具有如下有益效果
利用本實(shí)施例的方法形成的半導(dǎo)體器件，不會(huì)出現(xiàn)其實(shí)際尺寸大于其設(shè)計(jì)尺寸的情況。這是因?yàn)?，本發(fā)明在刻蝕形成所需的半導(dǎo)體器件時(shí)，所述側(cè)墻240與所述第一掩模層 220同時(shí)作為掩模，避免了較薄的第一掩模層220被刻蝕掉，進(jìn)而導(dǎo)致形成的半導(dǎo)體器件的實(shí)際尺寸大于設(shè)計(jì)的尺寸。因此，本技術(shù)方案的半導(dǎo)體器件的制造方法，能精確地控制所形成的半導(dǎo)體器件的特征尺寸，提高半導(dǎo)體器件的性能。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要·求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有介質(zhì)層、第一掩模層和第二掩模層；在所述第二掩模層的側(cè)面形成側(cè)墻；形成圖形化的光掩模層，覆蓋所述第二掩模層、側(cè)墻和第一掩模層；以所述圖形化的光掩模層為掩模，依次刻蝕所述第二掩模層、第一掩模層和介質(zhì)層。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述介質(zhì)層的材料為低介電常數(shù)材料或者超低介電常數(shù)材料。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述圖形化的光掩模層的開口尺寸大于所述第二掩模層的尺寸。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第一掩模層為金屬硬掩模層。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第一掩模層的材料包括氮化鈦、氮化硼或者兩者的組合。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第一掩模層的厚度小于或等于300A。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，所述第二掩模層的材料為氧化硅；所述側(cè)墻的材料為氮化硅。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，以所述圖形化的光掩模層為掩模，依次干法刻蝕所述第二掩模層、第一掩模層和介質(zhì)層。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，還包括去除所述圖形化的光掩模層，并以所述側(cè)墻為掩?？涛g剩余的第一掩模層以及部分介質(zhì)層；去除所述側(cè)墻，并以第一掩模層為掩模，刻蝕剩余的介質(zhì)層。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，去除所述圖形化的光掩模層，并以所述側(cè)墻為掩模干法刻蝕剩余的第一掩模層以及部分介質(zhì)層。
11.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，濕法刻蝕去除所述側(cè)墻，并以第一掩模層為掩模，干法刻蝕剩余的介質(zhì)層。
12.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，還包括在所述第二掩模層的側(cè)面形成側(cè)墻之后，且在形成圖形化的光掩模層之前，對(duì)所述側(cè)墻進(jìn)行線性裁切。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件的制造方法，其特征在于，采用干法刻蝕對(duì)所述側(cè)墻進(jìn)行線性裁切。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上依次形成有介質(zhì)層、第一掩模層和第二掩模層；在所述第二掩模層的側(cè)面形成側(cè)墻；形成圖形化的光掩模層，覆蓋所述第二掩模層、側(cè)墻和第一掩模層；以所述圖形化的光掩模層為掩模，依次刻蝕所述第二掩模層、第一掩模層和介質(zhì)層。本發(fā)明能精確地控制所形成的半導(dǎo)體器件的特征尺寸，避免對(duì)半導(dǎo)體器件性能的影響。
文檔編號(hào)H01L21/311GK103050382SQ20111031528
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者張海洋, 沈滿華 申請(qǐng)人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司