[发明专利]一种用于形成硬掩膜层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，且具体而言，涉及一种用于形成硬掩膜层的方法。此外，本发明还涉及利用该硬掩膜层进行自对准双重构图（SADP，Self-Aligned Double Patterning）的方法。

背景技术

随着半导体器件尺寸不断缩小，光刻关键尺寸（CD）逐渐接近甚至超过了光学光刻的物理极限，由此给半导体制造技术尤其是光刻技术提出了更加严峻的挑战。而双重构图技术也适时而至，其基本思想是通过两次构图形成最终的目标图案，以获得单次构图所不能达到的光刻极限。

双重构图技术目前主要包括下列三种：SADP（自对准双重构图）、LELE（光刻-蚀刻-光刻-蚀刻）DP和LLE（光刻-光刻-蚀刻）DP。

LELE DP技术遵循光刻-蚀刻-光刻-蚀刻的工艺顺序，其主要原理是：首先在第一层光刻胶上通过曝光显影形成第一部分图案，接着通过蚀刻将该部分图案转移到下层硬掩膜材料层上，然后再旋涂第二层光刻胶并通过曝光显影形成第二部分图案，最后通过蚀刻将两部分图案最终转移到目标材料层上。第20100136784号美国专利申请中公开了该技术的具体实施方式。

LLE DP技术也称作双重光刻技术，其遵循光刻-光刻-蚀刻的工艺顺序，主要原理是：首先利用第一块掩膜版曝光，在第一层光刻胶上形成第一部分图案，接着旋涂第二层光刻胶，然后利用第二块掩膜版曝光，在第二层光刻胶上形成第二部分图案，最后进行蚀刻和清洗，将两次曝光得到的图案同时转移到目标材料层上。

SADP技术的主要原理是：首先在预先形成的光刻胶图案两侧形成间隙壁（spacer），然后去除光刻胶图案，并将间隙壁图案转移到目标材料层上，从而使单位面积内可形成的图案数量翻倍，即图案之间的最小间距（pitch）可减小至CD的二分之一。

在上述三种技术中，LELE DP技术和LLE DP技术由于两次使用光刻胶，所以对光刻胶的线性度要求很高，并且因此也使得制造成本提高，以致其应用受到局限。而SADP技术由于仅单次使用光刻胶，并且能够突破CD的物理极限而使最小间距减小至CD的二分之一，因而尤其适用于制造CD在32nm以下的半导体器件。

目前，通常这样来进行SADP双重构图：首先，通过例如化学气相沉积（CVD）法，在待蚀刻的目标材料层上形成由光致抗蚀剂（PR）或氧化硅等等构成的牺牲材料层；接着，通过例如光刻和蚀刻工艺等对牺牲材料层进行构图，使其具有图案；然后，通过CVD法或原子层沉积（ALD）法，在牺牲材料层上形成硅层，并在无掩膜层的情况下蚀刻该硅层，以至少露出牺牲层的顶表面，从而仅在牺牲层的侧壁上保留硅层（又称为“间隙壁层”）；接着，通过干法或湿法剥离，去除牺牲层而仅留下间隙壁层；最后，以间隙壁层作为硬掩膜层，对目标材料层进行蚀刻，以使其具有预定图案。

然而，尽管这种技术具有诸多优点，但由于形成间隙壁时采用了全面回蚀刻工艺，因而得到的间隙壁顶部呈圆弧状，如图1所示。利用这种具有圆弧状顶部的硬掩膜层对目标材料层进行构图，会导致构图后的目标材料层中图案的高度均一性较差，从而使线宽粗糙度（LWR）和CD均一性均较差，进而导致最终制作的半导体器件性能降低。

鉴于上述原因，需要一种改进的自对准双重构图方法，期望该方法能够克服传统工艺的上述缺陷，并且能够容易与传统CMOS工艺兼容。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为解决上述现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供一种用于形成硬掩膜层的方法，包括：提供衬底，在所述衬底上预先形成有具有图案的牺牲层；在所述衬底的表面以及所述牺牲层的表面和侧壁上形成硅层；执行回蚀刻，以在所述牺牲层的侧壁上形成由所述硅层构成的间隙壁；执行横向外延生长，以在所述间隙壁的表面上形成锗硅外延层；以及去除所述牺牲层，留下所述间隙壁和所述锗硅外延层，作为所述硬掩膜层。

优选地，所述硅层采用原子层沉积法形成。

优选地，所述横向外延生长是在500~1000℃的温度且10~100托的压强下，以包含SiCl₄、SiH₄和SiH₂Cl₂中的至少一种以及GeH₄的混合气体为源气体进行的。