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1、(10)申请公布号 CN 101937175 A (43)申请公布日 2011.01.05 CN 101937175 A *CN101937175A* (21)申请号 200910054405.2 (22)申请日 2009.07.03 G03F 7/36(2006.01) (71)申请人 中芯国际集成电路制造(上海)有限 公司 地址 201203 上海市浦东新区张江路 18 号 (72)发明人 张海洋 黄怡 张世谋 (74)专利代理机构 北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人 李丽 (54) 发明名称 光刻方法 (57) 摘要 一种光刻方法， 包括 ： 在显影后， 使用干法蚀 刻的。
2、方法修剪光阻图形， 在所述干法蚀刻时采用 偏置电压。所述光刻方法使得蚀刻气体离子与光 阻图形进行蚀刻反应的位置更加精确， 提高了修 剪光阻图形的质量。从而通过修剪光阻图形， 相 应减小了后续蚀刻形成的半导体结构的线宽粗糙 度。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 CN 101937176 A1/1 页 2 1. 一种光刻方法， 其特征在于， 包括 ： 在显影后， 使用干法蚀刻的方法修剪光阻图形， 在所述干法蚀刻时采用偏置电压。 2. 如权利要求 1 所述的光刻方法， 其特征在于， 所述偏置电压通过。
3、设置于晶圆底部的 电极提供。 3. 如权利要求 1 所述的光刻方法， 其特征在于， 所述干法蚀刻采用 Cl2和 O2作为蚀刻 气体， Cl2和 O2的气体流量比为 0.5 5， 顶部电压源的功率为 100 500 瓦， 偏置电压为 50 200 伏。 4. 如权利要求 2 所述的光刻方法， 其特征在于， 所述偏置电压为 200 伏。 5. 如权利要求 1 所述的光刻方法， 其特征在于， 还包括 ： 在修剪光阻图形后， 对光阻图 形下的底层抗反射层依次进行主蚀刻和过蚀刻。 6. 如权利要求 5 所述的光刻方法， 其特征在于， 所述主蚀刻采用 Cl2和 O2作为蚀刻气 体， Cl2和 O2的气体流。
4、量比为 1 5， 顶部电压源的功率为 100 500 瓦， 偏置电压为 200 500 伏。 7. 如权利要求 5 所述的光刻方法， 其特征在于， 所述过蚀刻采用 Cl2和 O2作为蚀刻气 体， Cl2和 O2的气体流量比为 1 5， 顶部电压源的功率为 100 500 瓦， 偏置电压为 200 500 伏。 权 利 要 求 书 CN 101937175 A CN 101937176 A1/3 页 3 光刻方法 技术领域 0001 本发明涉及半导体制造领域， 特别涉及光刻方法。 背景技术 0002 半导体制造工艺中的缺陷是影响半导体器件的良率以及器件性能的一个主要因 素。特别对于如今的半导体制。
5、造业， 当器件尺寸减小到 100nm 以下时， 对于光刻以及蚀刻工 艺的要求尤为严格。例如， 在光刻工艺中， 线边缘粗糙度 (LER， Line Edge Roughness) 和线 宽粗糙度 (LWR， Line Width Roughness) 就是工艺较为关注的重要指标。现有实验研究显 示， 当线边缘粗糙度和线宽粗糙度较高时， 器件性能会随之恶化。 例如， 对于SRAM， 若其栅极 形成工艺中的光阻图形的线宽粗糙度高， 会导致后续以所述光阻图形为掩模， 蚀刻形成的 栅极的侧壁的平整度很差。所述栅极侧壁的平整度差可能导致器件漏电、 栅极局部电流击 穿等情况。因此， 减小线边缘粗糙度及线宽粗。
6、糙度对于提高器件性能具有较大作用。 0003 现有减小线边缘粗糙度及线宽粗糙度的尝试， 通常从优化光刻工艺方面入手。例 如， 申请号为 200510067628.4 的中国专利申请就提供了一种含有表面活性剂的处理溶液， 当该处理溶液在显影过程中或之后用作冲洗液时， 可减少显影后的缺陷， 例如图案损坏或 线宽粗糙度。 而在显影后， 为了进一步减小线宽粗糙度， 通常还会对所形成的光阻图形进行 修剪。然而在目前的工艺实践中发现， 由于修剪工艺的不足， 经过修剪的光阻图形， 其线宽 粗糙度反而会增加， 从而不利于后续的蚀刻工艺。 发明内容 0004 本发明解决的是现有技术显影后对光阻图形的修剪， 使线。
7、宽粗糙度增加的问题。 0005 为解决上述问题， 本发明提供一种光刻方法， 包括 ： 0006 在显影后， 使用干法蚀刻的方法修剪光阻图形， 在所述干法蚀刻时采用偏置电压。 0007 与现有技术相比， 上述光刻方法具有以下优点 ： 通过偏置电压， 使得蚀刻气体离子 与光阻图形进行蚀刻反应的位置更加精确， 提高了修剪光阻图形的质量。从而通过修剪光 阻图形， 相应减小了后续蚀刻形成的半导体结构的线宽粗糙度。 附图说明 0008 图 1 是本发明光刻方法的一种实施例流程图 ； 0009 图 2a 至图 2e 是图 1 所示光刻方法实施例的示意图。 具体实施方式 0010 通过对现有光阻图形修剪工艺的。
8、研究发现， 现有光阻图形的修剪工艺通常采用干 法蚀刻的方法， 然而在干法蚀刻过程中， 并未对于蚀刻反应的位置进行控制。换言之， 在所 述干法蚀刻过程中， 光阻图形被置于蚀刻气体氛围中进行自由反应。由于蚀刻反应的位置 不可控， 因此光阻图形的表面可能在反应之后变得平整， 也可能在反应之后变得更加粗糙。 说 明 书 CN 101937175 A CN 101937176 A2/3 页 4 而若光阻图形的表面变得更加粗糙， 也将影响后续蚀刻形成的半导体结构的粗糙度， 例如， 在形成栅极的过程中， 光阻图形表面粗糙将使得形成的栅极的侧壁粗糙度较高。 0011 基于此， 本发明光刻方法的一种实施方式， 。
9、在采用干法蚀刻对显影后的光阻图形 进行修剪时， 采用偏置电压。 0012 上述实施方式通过采用偏置电压， 对蚀刻气体与光阻图形的反应位置进行控制， 使得蚀刻气体与光阻图形的粗糙处发生蚀刻反应， 从而减小光阻图形的线宽粗糙度。 0013 在现今的光刻方法中， 为了减少光反射， 通常在被蚀刻层上会先形成底层抗反射 层 (BARC， Bottom Anti Reflective Coating)， 然后才在底层抗反射层上涂布光阻。而现 有对于底层抗反射层的蚀刻过程也会采用偏置电压， 有鉴于此， 结合上述提及的对光阻图 形的修剪采用偏置电压的方法。对于此类包含底层抗反射层的光刻方法， 就可将对光阻图 。
10、形的修剪和对底层抗反射层的蚀刻进行工艺整合， 例如， 在同一台蚀刻设备中进行， 从而也 可以提高工艺效率， 节省一定的工艺成本。 0014 例如参照图 1 所示， 对于上述包含底层抗反射层的光刻方法， 其实施步骤如下 ： 步 骤 s1， 采用干法蚀刻对显影后的光阻图形进行修剪， 所述干法蚀刻采用偏置电压 ； 步骤 s2， 采用干法蚀刻对底层抗反射层进行主蚀刻， 所述干法蚀刻采用偏置电压 ； 步骤 s3， 采用干 法蚀刻对底层抗反射层进行过蚀刻， 所述干法蚀刻采用偏置电压。 0015 以下通过栅极制作过程中涉及的光刻过程的举例进一步说明。 0016 图 2a 是栅极制作过程中显影后的结构图， 其。
11、包括衬底 10、 衬底 10 上的栅极层 20、 栅极层 20 上的底层抗反射层 30 以及底层抗反射层 30 上的光阻图形 40。图 2b 是图 2a 的 俯视图。从图 2b 可以看到， 显影后的光阻图形 40 的侧壁边缘比较粗糙。 0017 结合图 1 和图 2c 所示， 采用等离子蚀刻的方法对显影后的光阻图形 40 进行修剪， 所述箭头方向代表蚀刻的方向。例如， 所述蚀刻采用 Cl2和 O2作为蚀刻气体， Cl2和 O2的气 体流量比为 0.5 5， 顶部电压源的功率为 100 500 瓦 (W)， 偏置电压为 50 200 伏 (V)， 例如 50V、 65V、 100V、 150V、。
12、 200V 等。其中， 所述偏置电压通过设置于晶圆底部的电极提供。 所述蚀刻的时间需要综合考虑显影后检测的特征尺寸要求以及蚀刻后检测的特征尺寸要 求。而蚀刻时采用的偏置电压的大小将影响修剪的效果。经实验证实， 在蚀刻反应时， 较高 的偏置电压可以使得蚀刻气体离子轰击被蚀刻材料的方向更趋于垂直。 0018 结合图 1 和图 2d 所示， 在对光阻图形 40 修剪后， 对底层抗反射层 30 进行主蚀刻， 所述主蚀刻采用干法蚀刻， 所述箭头方向代表蚀刻的方向。例如， 所述蚀刻采用 Cl2和 O2作 为蚀刻气体， Cl2和 O2的气体流量比为 1 5， 顶部电压源的功率为 100 500 瓦 (W)，。
13、 偏置 电压为 200 500 伏 (V)。其中， 所述偏置电压通过设置于晶圆底部的电极提供。 0019 在对底层抗反射层30进行主蚀刻后， 继续对底层抗反射层30进行过蚀刻， 所述过 蚀刻采用干法蚀刻。例如， 所述蚀刻采用 Cl2和 O2作为蚀刻气体， Cl2和 O2的气体流量比为 1 5， 顶部电压源的功率为 100 500 瓦 (W)， 偏置电压为 200 500 伏 (V)。其中， 所述 偏置电压通过设置于晶圆底部的电极提供。 0020 从对光阻图形40的修剪及对底层抗反射层30的主蚀刻、 过蚀刻的说明可以看到， 由于上述各个蚀刻过程均需采用偏置电压， 且相应蚀刻所采用的蚀刻气体等蚀刻。
14、工艺参数 均相似， 因而上述各个蚀刻过程可在同一台蚀刻设备中进行， 相当于将修剪光阻图形及对 底层抗反射层的蚀刻进行了整合， 从而相应的工艺效率也有了一定的提高。 说 明 书 CN 101937175 A CN 101937176 A3/3 页 5 0021 参照图2e所示， 经过上述步骤后， 在栅极层20上就形成了以蚀刻后的底层抗反射 层 30 及其上的光阻图形 40 构成的掩模。以所构成的掩模对栅极层 20 进行蚀刻， 就可形成 所需的栅极。例如， 以所述掩模依次对栅极层 20 进行主蚀刻和过蚀刻， 并去除所述掩模， 就 可形成所需的栅极。对栅极层 20 的蚀刻可根据实际蚀刻厚度及时间的需。
15、要而采用现有合 适的蚀刻方法， 此处就不再对此过程进行详细说明。 0022 在形成栅极后的测量中发现， 相对于现有技术光刻中对光阻图形进行修剪时不采 用偏置电压的方案， 上述对光阻图形进行修剪时采用偏置电压的方案， 其线宽粗糙度有明 显减少。 并且， 采用不同的偏置电压， 其使得线宽粗糙度下降的程度也不同。 偏置电压越大， 对应的线宽粗糙度越小。 因此， 该结果也就证实了上述说明中提及的 ： 较高的偏置电压可以 使得蚀刻气体离子轰击被蚀刻材料的方向更趋于垂直。由此结果得知， 在综合考虑工艺成 本及效率等因素后， 对光阻图形进行修剪时， 可以采用较高偏置以获得更好的修剪效果， 从 而进一步减小后。
16、续蚀刻形成的结构的粗糙度。 0023 综上所述， 本发明光刻方法， 在对光阻图形进行修剪时采用偏置电压， 使得蚀刻气 体离子与光阻图形进行蚀刻反应的位置更加精确， 提高了修剪光阻图形的质量。从而通过 修剪光阻图形， 相应减小了线宽粗糙度。 0024 虽然本发明已以较佳实施例披露如上， 但本发明并非限定于此。任何本领域技术 人员， 在不脱离本发明的精神和范围内， 均可作各种更动与修改， 因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。 说 明 书 CN 101937175 A CN 101937176 A1/2 页 6 图 1 图 2a 图 2b 说 明 书 附 图 CN 101937175 A CN 101937176 A2/2 页 7 图 2c 图 2d 图 2e 说 明 书 附 图 CN 101937175 A 。