專利名稱：無定形碳處理方法及采用無定形碳作為硬掩膜的刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種作為硬掩膜的無定形碳的處理方法及采用無定形碳作為硬掩膜的刻蝕方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)今的半導(dǎo)體制造工藝中，由于先進的光刻技術(shù)中使用的光刻膠越來越薄，及同時需要保持刻蝕選擇性，硬掩膜的使用越來越廣泛化。
無定形碳作為硬掩膜有一些其它材質(zhì)不具備的優(yōu)勢第一，無定形碳具有較好的透光性，更利于光刻中的層對準(zhǔn)(overlap);第二,無定形碳硬度較大,相對其它材質(zhì)具有高的刻蝕選擇比；第三，無定形碳·是一種非常容易去除的材料。
為了進一步提高無定形碳的刻蝕選擇比，目前也有一些現(xiàn)有技術(shù)公開，例如專利號為US 6939794的美國專利中公開了一種形成半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括
提供半導(dǎo)體襯底，一層待刻蝕層，及對準(zhǔn)標(biāo)記；
在待刻蝕層上形成一層無定形碳，所述無定形碳摻入了硼離子；
通過摻硼的無定形碳探測對準(zhǔn)標(biāo)記；
掩膜版上的圖案通過摻硼的無定形碳探測對準(zhǔn)標(biāo)記，與襯底的圖案進行對準(zhǔn)；
圖案化摻硼的無定形碳；
以圖案化摻硼的無定形碳為掩膜,刻蝕半導(dǎo)體襯底。
在上述半導(dǎo)體的形成方法中，通過摻入硼提高無定形碳的刻蝕選擇比，所述硼離子的摻入是在無定形碳淀積過程中，引入B2H6流實現(xiàn)的，見該美國專利公開文本中第3欄49 行到55行。然而，上述方法也存在一些缺陷，例如隨著硼離子摻入濃度的提高，無定形碳透光性變差，這將影響掩膜版上的圖案通過摻硼的無定形碳探測對準(zhǔn)標(biāo)記，進行對準(zhǔn)，使得之后的圖案化摻硼的無定形碳及以圖案化摻硼的無定形碳為掩膜，刻蝕半導(dǎo)體襯底都變得不精準(zhǔn)，因此，摻入硼的劑量不能太高，該美國專利公開文本中第3欄第59行到第3欄第2 行也提到這個問題；其次，在去除硬掩膜過程中，即去除摻硼的無定形碳時，需要引入H2或 CF4,對工藝的實現(xiàn)要求較高。
有鑒于此，實有必要提供一種新的作為硬掩膜的無定形碳的處理方法及采用無定形碳作為硬掩膜的刻蝕方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提出一種新的作為硬掩膜的無定形碳的處理方法及采用無定形碳作為硬掩膜的刻蝕方法，以克服現(xiàn)有的采用無定形碳作為硬掩膜進行刻蝕時，摻硼劑量范圍有限及去除該硬掩膜層時工藝要求較高的問題。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種作為硬掩膜的無定形碳的處理方法，包括
提供硬掩膜層，所述硬掩膜層的材質(zhì)為無定形碳；
圖案化所述硬掩膜層；
對所述圖案化硬掩膜層進行硼離子注入。
可選地，所述硼離子注入步驟中，注入方向為垂直所述硬掩膜層的表上面。
可選地，所述硼離子注入步驟中，注入方向與所述硬掩膜層的上表面法線方向成一定夾角。
可選地，所述夾角的范圍為10-30度。
可選地，所述硼離子注入步驟中，注入劑量范圍為5X IO14 IX IO15個原子/平方厘米。
可選地，所述硼離子注入步驟中，注入能量范圍為5 lOKeV。
可選地，所述硼離子注入步驟中，包括注入完成一次后，旋轉(zhuǎn)所述圖案化硬掩膜層90度，再進行一次硼離子注入，接著再進行兩次對所述圖案化硬掩膜層的90度旋轉(zhuǎn)及兩次硼離子注入，以實現(xiàn)對所述圖案化硬掩膜層的360度硼離子注入。
可選地，所述硼離子注入步驟后，還對所述圖案化硬掩膜層進行退火步驟。
本發(fā)明還提供一種采用無定形碳作為硬掩膜的刻蝕方法，包括
提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有對準(zhǔn)標(biāo)記及襯底圖案，且最上層為待刻蝕層；
在所述待刻蝕層上淀積硬掩膜層，所述硬掩膜層的材質(zhì)為無定形碳；通過無定形碳探測對準(zhǔn)標(biāo)記，使得掩膜版上的圖案和襯底圖案對準(zhǔn)；
圖案化所述硬掩膜層；
對所述圖案化硬掩膜層進行硼離子注入，形成新的圖案化硬掩膜層；
以所述新的圖案化硬掩膜層為掩膜，刻蝕所述待刻蝕層。
可選地，所述硼離子注入步驟中，注入方向為垂直所述硬掩膜層的上表面。
可選地，所述硼離子注入步驟中，注入方向與所述硬掩膜層的上表面法線方向成一定夾角。
可選地，所述夾角的范圍為10-30度。
可選地，所述硼離子注入步驟中，注入劑量范圍為5X IO14 IX IO15個原子/平方厘米。
可選地，所述硼離子注入步驟中，注入能量范圍為5 lOKeV。
可選地，在所述待刻蝕層上淀積硬掩膜層步驟后，還進行淀積抗反射介電層的步驟；所述圖案化所述硬掩膜層步驟包括
在所述抗反射介電層上形成光刻膠，曝光顯影后，以圖案化的光刻膠為掩膜刻蝕所述抗反射介電層與所述硬掩膜層；
去除光刻膠殘留物及抗反射介電層。
可選地，所述硼離子注入步驟中，包括注入完成一次后，旋轉(zhuǎn)所述圖案化硬掩膜層90度，再進行一次硼離子注入，接著再進行兩次對所述圖案化硬掩膜層的90度旋轉(zhuǎn)及兩次硼離子注入，以實現(xiàn)對所述圖案化硬掩膜層的360度硼離子注入。
可選地，刻蝕所述待刻蝕層步驟后，還進行去除所述新的圖案化硬掩膜層步驟。
可選地，去除所述新的圖案化硬掩膜層采用干法刻蝕去除，干法刻蝕主刻蝕氣體為O2，輔刻蝕氣體為cf4、h2中的至少一種。
可選地，所述硼離子注入步驟后，還對所述圖案化硬掩膜層進行退火步驟。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點采用先通過無定形碳探測對準(zhǔn)標(biāo)記，使得掩膜版上的圖案和襯底的圖案對準(zhǔn)，接著圖案化所述硬掩膜層；避免了無定形碳隨著硼離子摻入濃度的提高，透光性變差，影響對準(zhǔn)精度；之后對所述圖案化硬掩膜層進行硼離子注入，形成新的圖案化硬掩膜層，以所述新的圖案化硬掩膜層為掩膜，刻蝕所述待刻蝕層，使得整個刻蝕過程精準(zhǔn)且摻硼劑量范圍不受限制。
此外，硼離子注入是在硬掩膜層已經(jīng)圖案化后進行的，換句話說，只是在無定形碳的表面含硼離子，由于刻蝕過程中，硬掩膜層起作用的主要為表層，因此，即起到硬掩膜的作用，在之后去除該硬掩膜時，表層區(qū)域只需引入CF4或H2，中間區(qū)域仍采用無定形碳的O2 去除，工藝實現(xiàn)條件相對簡單。


圖1是本發(fā)明實施例提供的作為硬掩膜的無定形碳的處理方法流程示意圖2-圖3是按照圖1中的方法形成的中間結(jié)構(gòu)示意圖4是按照圖1中的方法形成的一種最終結(jié)構(gòu)示意圖5是按照圖1中的方法形成的另一種最終結(jié)構(gòu)示意圖6是發(fā)明本實施例還提供的采用無定形碳作為硬掩膜的刻蝕方法流程示意圖7、圖8是按照圖6中的方法形成的中間結(jié)構(gòu)示意圖9是對準(zhǔn)過程的結(jié)構(gòu)示意圖10是對準(zhǔn)后進一步制作形成的中間結(jié)構(gòu)示意圖11是按照圖6中的方法形成的一種最終結(jié)構(gòu)示意圖12是按照圖6中的方法形成的另一種最終結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明先采用將掩膜版上的圖案通過無定形碳探測對準(zhǔn)標(biāo)記和襯底的圖案進行對準(zhǔn)，接著圖案化所述硬掩膜層；避免了無定形碳隨著硼離子摻入濃度的提高，透光性變差，影響對準(zhǔn)精度；之后對所述圖案化硬掩膜層進行硼離子注入，形成新的圖案化硬掩膜層，以所述新的圖案化硬掩膜層為掩膜，刻蝕所述待刻蝕層，使得整個刻蝕過程精準(zhǔn)且摻硼劑量范圍不受限制。
此外，硼離子注入是在硬掩膜層已經(jīng)圖案化后進行的，換句話說，只是在無定形碳的表面含硼離子，由于刻蝕過程中，硬掩膜層起作用的主要為表層，因此，即起到硬掩膜的作用，在之后去除該硬掩膜時，表層區(qū)域只需引入CF4或H2，中間區(qū)域仍采用無定形碳的O2 去除，工藝實現(xiàn)條件相對簡單。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。由于重在說明本發(fā)明的原理，因此，未按比例制圖。
本實施例提供的作為硬掩膜的無定形碳的處理方法，參見圖1所示。
結(jié)合圖1與圖2，首先，執(zhí)行步驟S11，提供硬掩膜層11，所述硬掩膜層11的材質(zhì)為無定形碳；結(jié)構(gòu)截面示意圖如圖2所示。
接著，執(zhí)行步驟S12，圖案化所述硬掩膜層11。
所述圖案化步驟可以包括在硬掩膜層11的表面旋涂一層光刻膠，所述光刻膠很薄，選擇性曝光顯影后，形成圖案化的硬掩膜層11，所得結(jié)構(gòu)截面示意圖如圖3所示。進一步地，為達到消除曝光過程中反射光的干擾，本步驟還可以包括在硬掩膜11的表面淀積抗反射介電層(DARC)(未圖示)，接著在所述抗反射介電層上形成光刻膠，曝光顯影后，以圖案化的光刻膠為掩膜刻蝕所述抗反射介電層與所述硬掩膜層11 ;之后，去除光刻膠殘留物和抗反射介電層。
執(zhí)行步驟S13，對所述圖案化硬掩膜層11進行硼離子注入。
在具體實施過程中，作為對現(xiàn)有技術(shù)的改進，硼離子的注入方向為垂直所述硬掩膜層的表面，該注入方法會在圖案化的硬掩膜層11的上表面111區(qū)域形成摻入硼的無定形碳，所得結(jié)構(gòu)截面示意圖如圖4所示。
本步驟中，注入方向還可以與所述硬掩膜層的上表面111法線方向成一定夾角， 該注入方法會在圖案化的硬掩膜層11的上表面111區(qū)域和部分側(cè)表面112區(qū)域形成摻入硼的無定形碳，所得結(jié)構(gòu)截面示意圖如圖5所示。更進一步地，注入完成一次后，旋轉(zhuǎn)所述圖案化硬掩膜層90度，再進行一次硼離子注入，接著再進行兩次對所述圖案化硬掩膜層的 90度旋轉(zhuǎn)及兩次硼離子注入，以實現(xiàn)對所述圖案化硬掩膜層的360度硼離子注入，該注入方法會在圖案化的硬掩膜層11的上表面111區(qū)域和全部側(cè)表面112區(qū)域形成摻入硼的無定形碳。
在具體實施過程中，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)所述夾角的范圍為10-30度，注入效果較好。
在垂直注入以及成夾角注入過程中，注入劑量與所需的硼離子濃度相關(guān)，注入能量與所需的硼離子深度相關(guān)，而硼離子濃度與刻蝕選擇比相關(guān)，因此，注入劑量范圍可以較大，例如為5X IO14 IX IO15個原子/平方厘米。
如前面所述，硬掩膜層在刻蝕過程中起主要作用的為表面，因此，注入能量不需太高，范圍例如為5 lOKe V。
在具體實施過程中，為使得硼離子分布均勻，還可以執(zhí)行步驟S14，對所述圖案化硬掩膜層11進行退火。所述退火溫度例如為400度，環(huán)境例如為N2里，持續(xù)時間例如10-15 分鐘。
本實施例還提供了采用無定形碳作為硬掩膜的刻蝕方法，如圖6所示。
結(jié)合圖6與圖7，首先執(zhí)行步驟S21，提供半導(dǎo)體襯底21，所述半導(dǎo)體襯底21上形成有對準(zhǔn)標(biāo)記213及襯底圖案214，且最上層為待刻蝕層215 ;結(jié)構(gòu)截面示意圖如圖7所示； 本實施例中，所述對準(zhǔn)標(biāo)記213 —般為一些十字叉,襯底圖案214 —般為半導(dǎo)體襯底上形成的器件或器件的部分結(jié)構(gòu)。
需要說明的是，為了示意效果考慮，圖7中的對準(zhǔn)標(biāo)記213及襯底圖案214進行了透視效果顯示。
接著，執(zhí)行步驟S22，在所述待刻蝕層215上淀積硬掩膜層22，所述硬掩膜層22的材質(zhì)為無定形碳；結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。
然后，執(zhí)行步驟S23，通過無定形碳探測對準(zhǔn)標(biāo)記213，使得掩膜版上的圖案30和襯底圖案214對準(zhǔn)。對準(zhǔn)過程示意圖如圖9所示。
此過程中，對準(zhǔn)標(biāo)記213所起作用為輔助掩膜板上的圖案30與已形成在襯底上的襯底圖案214對準(zhǔn)。
然后，執(zhí)行步驟S24，圖案化所述硬掩膜層22。
所述圖案化步驟可以包括在硬掩膜層22的表面旋涂一層光刻膠，所述光刻膠很薄，選擇性曝光顯影后，形成圖案化的光刻膠，而后以圖案化光刻膠為掩膜刻蝕形成圖案化的硬掩膜層22 ;為了示意方便，圖10示出了硬掩膜層22經(jīng)圖案化后，且沿圖9中A-A直線的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。進一步地，為達到消除曝光過程中，反射光的干擾，本步驟還可以包括 在硬掩膜層22的表面淀積抗反射介電層(DARC)(未圖示)，接著在所述抗反射介電層上形成光刻膠，曝光顯影后，以圖案化的光刻膠為掩膜刻蝕所述抗反射介電層與所述硬掩膜層 22 ;之后，去除光刻膠殘留物和抗反射介電層。
再然后，執(zhí)行步驟S25，對所述圖案化硬掩膜層進行硼離子注入，形成新的圖案化硬掩膜層22。
在具體實施過程中，作為對現(xiàn)有技術(shù)的改進，硼離子的注入方向為垂直所述硬掩膜層的表面，該注入方法會在圖案化的硬掩膜層22的上表面221區(qū)域形成摻入硼的無定形碳，所得結(jié)構(gòu)截面示意圖如圖Π所示。
本步驟中，注入方向也可以與所述硬掩膜層的上表面221法線方向成一定夾角， 該注入方法會在圖案化的硬掩膜層22的上表面221區(qū)域和部分側(cè)表面222區(qū)域形成摻入硼的無定形碳，所得結(jié)構(gòu)截面示意圖如圖12所示。更進一步地，注入完成一次后，旋轉(zhuǎn)所述圖案化硬掩膜層90度，再進行一次硼離子注入，接著再進行兩次對所述圖案化硬掩膜層的 90度旋轉(zhuǎn)及兩次硼離子注入，以實現(xiàn)對所述圖案化硬掩膜層的360度硼離子注入，該注入方法會在圖案化的硬掩膜層22的上表面221區(qū)域和全部側(cè)表面222區(qū)域形成摻入硼的無定形碳。
在具體實施過程中，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)所述夾角的范圍為10-30度，注入效果較好。
在垂直注入以及成夾角注入過程中，注入劑量與所需的硼離子濃度相關(guān)，注入能量與所需的硼離子深度相關(guān)，而硼離子濃度與刻蝕選擇比相關(guān)，因此，注入劑量范圍可以較大，例如為5X IO14 IX IO15個原子/平方厘米。
如前面所述，硬掩膜在刻蝕過程中起主要作用的為表面，因此，注入能量不需太高，范圍例如為5 lOKeV。
在具體實施過程中，為使得硼離子分布均勻，還可以執(zhí)行步驟S26，對所述圖案化硬掩膜層22進行退火。所述退火溫度例如為400度，環(huán)境例如為N2里，持續(xù)時間例如10-15 分鐘。
緊接著，執(zhí)行步驟S27，以所述新的圖案化硬掩膜層22為掩膜，刻蝕所述待刻蝕層 214。所述刻蝕可以為干法刻蝕。
可選地，執(zhí)行步驟S28，去除所述新的圖案化硬掩膜層22步驟。
在具體實施過程中，去除所述新的圖案化硬掩膜層22采用干法刻蝕去除，干法刻蝕主刻蝕氣體為O2，輔刻蝕氣體為cf4、h2中的至少一種。
可以理解的是，在本實施例中，只有表層區(qū)域含有硼離子，因此，只有表層區(qū)域去除時只需引入CF4或H2，中間區(qū)域仍采用無定形碳的O2去除，相對硬掩膜層都含硼離子來說，去除工藝實現(xiàn)起來相對簡單，且成本低。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，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)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。權(quán)利要求
1.一種作為硬掩膜的無定形碳的處理方法，其特征在于，包括提供硬掩膜層，所述硬掩膜層的材質(zhì)為無定形碳；圖案化所述硬掩膜層；對所述圖案化硬掩膜層進行硼離子注入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無定形碳的處理方法，其特征在于，所述硼離子注入步驟中， 注入方向為垂直所述硬掩膜層的上表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無定形碳的處理方法，其特征在于，所述硼離子注入步驟中， 注入方向與所述硬掩膜層的上表面法線方向成一定夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無定形碳的處理方法，其特征在于，所述夾角的范圍為 10-30 度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無定形碳的處理方法，其特征在于，所述硼離子注入步驟中， 注入劑量范圍為5X1014 IXlO15個原子/平方厘米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無定形碳的處理方法，其特征在于，所述硼離子注入步驟中， 注入能量范圍為5 lOKeV。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無定形碳的處理方法，其特征在于，所述硼離子注入步驟中， 包括注入完成一次后，旋轉(zhuǎn)所述圖案化硬掩膜層90度，再進行一次硼離子注入，接著再進行兩次對所述圖案化硬掩膜層的90度旋轉(zhuǎn)及兩次硼離子注入，以實現(xiàn)對所述圖案化硬掩膜層的360度硼離子注入。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無定形碳的處理方法，其特征在于，所述硼離子注入步驟后， 還對所述圖案化硬掩膜層進行退火步驟。
9.一種采用無定形碳作為硬掩膜的刻蝕方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有對準(zhǔn)標(biāo)記及襯底圖案，且最上層為待刻蝕層；在所述待刻蝕層上淀積硬掩膜層，所述硬掩膜層的材質(zhì)為無定形碳；通過無定形碳探測對準(zhǔn)標(biāo)記，使得掩膜版上的圖案和襯底圖案對準(zhǔn)；圖案化所述硬掩膜層；對所述圖案化硬掩膜層進行硼離子注入，形成新的圖案化硬掩膜層；以所述新的圖案化硬掩膜層為掩膜，刻蝕所述待刻蝕層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的刻蝕方法，其特征在于，所述硼離子注入步驟中，注入方向為垂直所述硬掩膜層的上表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的刻蝕方法，其特征在于，所述硼離子注入步驟中，注入方向與所述硬掩膜層的上表面法線方向成一定夾角。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的刻蝕方法，其特征在于，所述夾角的范圍為10-30度。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的刻蝕方法，其特征在于，所述硼離子注入步驟中，注入劑量范圍為5X1014 IXlO15個原子/平方厘米。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的刻蝕方法，其特征在于，所述硼離子注入步驟中，注入能量范圍為5 IOKeV0
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的刻蝕方法，其特征在于，在所述待刻蝕層上淀積硬掩膜層步驟后，還進行淀積抗反射介電層的步驟；所述圖案化所述硬掩膜層步驟包括在所述抗反射介電層上形成光刻膠，曝光顯影后，以圖案化的光刻膠為掩膜刻蝕所述抗反射介電層與所述硬掩膜層；去除光刻膠殘留物和抗反射介電層。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的刻蝕方法，其特征在于，所述硼離子注入步驟中，包括注入完成一次后，旋轉(zhuǎn)所述圖案化硬掩膜層90度，再進行一次硼離子注入，接著再進行兩次對所述圖案化硬掩膜層的90度旋轉(zhuǎn)及兩次硼離子注入，以實現(xiàn)對所述圖案化硬掩膜層的360 度硼離子注入。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的刻蝕方法，其特征在于，刻蝕所述待刻蝕層步驟后，還進行去除所述新的圖案化硬掩膜層步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的刻蝕方法，其特征在于，去除所述新的圖案化硬掩膜層采用干法刻蝕去除，干法刻蝕主刻蝕氣體為O2，輔刻蝕氣體為CF4、H2中的至少一種。
19.根據(jù)權(quán)利要求9所述的刻蝕方法，其特征在于，所述硼離子注入步驟后，還對所述圖案化硬掩膜層進行退火步驟。
全文摘要
一種作為硬掩膜的無定形碳的處理方法，包括提供硬掩膜層，材質(zhì)為無定形碳；圖案化硬掩膜層；對圖案化硬掩膜層進行硼離子注入。本發(fā)明還一種采用無定形碳作為硬掩膜的刻蝕方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，其上形成有對準(zhǔn)標(biāo)記及襯底圖案，且最上層為待刻蝕層；在待刻蝕層上淀積硬掩膜層，硬掩膜層材質(zhì)為無定形碳；通過無定形碳探測對準(zhǔn)標(biāo)記，使得掩膜版上的圖案和襯底圖案對準(zhǔn)；圖案化硬掩膜層；對圖案化硬掩膜層進行硼離子注入，形成新的圖案化硬掩膜層；以新的圖案化硬掩膜層為掩膜，刻蝕待刻蝕層。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可以克服現(xiàn)有的采用無定形碳作為硬掩膜進行刻蝕時，摻硼劑量范圍有限及去除該硬掩膜層時工藝要求較高的問題。
文檔編號H01L21/311GK103021838SQ20111029699
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者鄧浩, 張彬 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司