[发明专利]多晶硅栅干法刻蚀中收缩关键尺寸的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制备技术领域，尤其涉及一种多晶硅栅干法刻蚀中收缩关键尺寸的方法。

背景技术

多晶硅栅刻蚀是集成电路生产时CMOS器件形成的关键工艺之一，随着技术的进步和市场发展的要求，半导体器件尺寸不断缩小，对光刻工艺的要求也随之提高。在光刻中，对图像质量起关键作用的两个因素是分辨率（R=k*λ/NA）和焦深DOF=λ/2(NA)²，光刻工艺既要有好的分辨率来获得关键尺寸的图形，又要保持合适的焦深。而光刻工艺具有一定的极限，这造成了图形化的关键尺寸的不断缩小会达到或超过光刻工艺的极限的困境。为了获得更小尺寸的图形，要求有高的光刻分辨率，因此显影光的波长不断缩小，光学系统的数值孔径（NA）增加，这就使显影时聚焦深度减小，供干法刻蚀作为阻挡层的光阻的厚度不断减薄，这就对干法刻蚀中衬底层对光阻的选择比提出了更高的要求，在达到选择比极限光阻厚度不能降低的情况下，就要求平衡分辨率和焦深，通过其他途径来收缩关键尺寸，获得更小的关键尺寸。

目前普遍应用的缩小栅极光阻图形尺寸工艺方法采用在栅极干法刻蚀工艺中增加一步等离子体消减（trimming）的步骤，来缩小栅极图形的尺寸，从而使刻蚀出的多晶硅关键尺寸更小。这一等离子体消减的步骤可以针对光阻（PR:photo resist）进行，PR trimming的同时会刻蚀底部抗反射涂层（BARC:Bottom Anti-Reflective Coating），可以剩余更多的PR，但是经过PR trimming后PR的高宽比会变大，容易发生PR倒塌的现象。也可以在BARC刻蚀后进行，这一工艺方法的问题是等离子体消减的工艺步骤的特殊工艺参数设定，这种设定是一种趋向各项同性的刻蚀步骤，容易在晶圆表面产生缺陷，为减小对下层材质的刻蚀和增大PR与BARC两侧的消减，这一工艺步骤采用含卤素气体（氟、氯或者溴化氢）加氧气，射频偏压能量（RF bias power）为零，使得反应腔侧壁附着的聚合物被富氧离子轰击掉落，使晶圆表面形成缺陷，而且等离子体的轰击也会恶化图形的线宽粗糙度（LWR）。第三种方法是在硬掩膜（hard mask）刻蚀完成后进行，但是trimming速率比较慢，影响产能。

中国专利（公开号：CN101752205A）公开了一种收缩线型图形特征尺寸的方法，包括：对作为掩膜的光阻图形进行离子注入，使得所述光阻图形的特征尺寸收缩。该发明提出的收缩线型图形特征尺寸的方法，其能够有效收缩光阻的特征尺寸，使得光阻线性边缘的粗糙度变得更加平滑，并保证整个晶圆的特征尺寸的均匀性，离子注入处理后的光阻在后续的蚀刻过程中抗蚀刻能力大大加强，而且有效降低密集图形与稀疏图形在特征尺寸缩减量上的差异即微负载效应。但这种方法在实现对光阻图形尺寸的收缩和固化的同时，也会对光阻的底层抗反射层进行离子注入，使之变性而改变其刻蚀特性而难以被刻蚀去除，存在潜在的工艺问题。

中国专利（公开号：CN102543712A）公开了一种新型栅极图形尺寸收缩方法，其步骤如下：1）将晶圆置于加热板上，上方设有紫外光源；2）使用紫外光对晶圆进行均匀照射；3）至光阻表面交联固化完成时，加热板进行加热；4）反应完成后，去掉紫外光，并进行常温冷却；5）进行光阻特征尺寸的量测。通过一种紫外光照射和热烘烤同时进行的新工艺方法，达到对栅极光阻图形关键尺寸进行收缩和改善刻蚀工艺条件的目的，非常适于实用。该发明的办法也适用于线型图形特征尺寸的收缩。但该发明的方法无法控制光阻图形关键尺寸的收缩程度，可能收缩不足或过渡，对后续工艺有影响，也存在潜在的工艺问题。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明公开一种多晶硅栅干法刻蚀中收缩关键尺寸的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多晶硅栅干法刻蚀中收缩关键尺寸的方法，其中，包括如下步骤：将曝光、显影后的晶圆置于背烘装置的底板上；同时对上述曝光、显影后的晶圆进行背烘和电子束轰击，并根据工艺需要控制光阻收缩率；光阻收缩率满足工艺需要后，对上述曝光、显影后的晶圆停止背烘和电子束轰击；将上述停止背烘和电子束轰击的曝光、显影后的晶圆冷却至常温，之后进行后续工艺。

上述的多晶硅栅干法刻蚀中收缩关键尺寸的方法，其中，同时对曝光、显影后的晶圆进行背烘和电子束轰击，具体为：对曝光、显影后的晶圆背面进行背烘加热，同时对曝光、显影后的晶圆表面的光阻图形进行电子束轰击。

上述的多晶硅栅干法刻蚀中收缩关键尺寸的方法，其中，通过调节电子束剂量和能量来控制光阻收缩率。