[发明专利]一种改善双重图形刻蚀芯模顶端圆角的工艺方法

说明书

本发明提出了一种改善38nm及以下工艺节点中SADP工艺中芯模顶端圆角形貌的工艺方法。通过选择生长两层刻蚀选择比较大的芯模膜质，在第一次芯模细化工艺时，顶端的膜质不刻蚀或者少刻蚀，利用湿法刻蚀的各向同性特征，使芯模下层膜形成顶部大底部小的形貌。在去除芯模顶部膜层后，在第二次芯模细化工艺时，再次利用湿法刻蚀的各向同性特征，最终形成侧壁垂直于表面的芯模形貌，有利于后续侧墙和刻蚀工艺的作业，极大的改善了后续的双重图形刻蚀工艺窗口。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，且特别涉及一种改善双重图形刻蚀芯模顶端圆角的工艺方法。

背景技术

随着半导体制造的工艺节点不断往下推进，关键尺寸不断缩小，已经超出了目前主流的光刻工艺的物理极限。在38nm及以下工艺节点的制造中，一般的会使用自对准双重成像工艺(Self-aligned Double Patterning,SADP)。在SADP工艺中，为方便后续的刻蚀工艺，要求作为硬掩模板的侧墙(spacer)的侧边形貌尽可能的垂直于晶圆表面。这就要求侧墙的芯模(core)顶端形貌尽可能的垂直于晶圆表面，避免出现“圆角”形貌(rounding)。

目前的主流SADP工艺做法如下图1a～图1d所示：使用氧化硅作为芯模10，通过湿法工艺细化芯模10到需要的关键尺寸，然后使用氮化硅(SiN)作为侧墙20。使用湿法工艺去除芯模10的氧化硅，留下侧墙20的氮化硅作为后续刻蚀工艺的硬质掩模板。由于湿法工艺具有各向同性刻蚀的特点，一般的都会导致芯模10顶端出现圆角现象，影响后续的侧墙20的形貌，最终影响后续的关键尺寸刻蚀工艺。目前的工艺只能做到尽量减少芯模10顶端圆角的效应，难以完全避免。

发明内容

本发明提出了一种改善38nm及以下工艺节点中双重图形制造(SADP)工艺中芯模顶端圆角形貌的工艺方法。

为了达到上述目的，本发明提出一种改善双重图形刻蚀芯模顶端圆角的工艺方法，包括下列步骤：

在半导体衬底上形成芯模层，其包括第一芯模层和第二芯模层；

进行第一次芯模层细化处理；

去除所述第二芯模层；

进行第二次芯模层细化处理，使得第一芯模层顶部形貌在各向同性刻蚀作用下，保持垂直形貌；

进行后续的侧墙工艺和芯模去除工艺。

进一步的，所述第一芯模层和第二芯模层在芯模层细化处理时，对酸刻蚀液具有不同的刻蚀选择比。

进一步的，所述第一次芯模层细化处理中，所述第二芯模层刻蚀量小于所述第一芯模层。

进一步的，所述第一次芯模层细化处理中，所述第二芯模层不进行刻蚀，只针对所述第一芯模层进行刻蚀。

进一步的，所述侧墙工艺中，在侧墙生长和刻蚀工艺后，淀积的介质层为和所述侧墙工艺具有不同湿法刻蚀选择比的膜层。

进一步的，所述侧墙介质层采用正硅酸乙酯或高温氧化物沉积形成。

进一步的，所述侧墙工艺还包括化学机械研磨淀积的牺牲层的步骤，所述牺牲层和所述芯模层以及所述侧墙介质层具有不同研磨速率选择比。

进一步的，所述牺牲层包括氮化硅，高密度等离子体沉积氧化硅，及氮氧化硅中的一种或几种。

进一步的，所述去除第二芯模层和侧墙介质层采用湿法刻蚀工艺。

进一步的，所述湿法刻蚀工艺采用侧墙介质层、芯模层和侧墙膜层刻蚀选择比较高的化学药剂，包括稀氟氢酸或缓冲氧化物刻蚀液。