電子束光刻方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電子束光刻方法，包括：在結(jié)構(gòu)材料層上形成硬掩模層；在硬掩模層上形成電子束光刻膠；采用電子束曝光系統(tǒng)，對電子束光刻膠進行曝光，其中通過增加曝光劑量來提高電子束光刻膠的抗刻蝕性；采用顯影液對曝光后的電子束光刻膠顯影，形成電子束光刻膠圖形；以電子束光刻膠圖形為掩模，各向異性刻蝕硬掩模層和結(jié)構(gòu)材料層，形成所需的精細線條。依照本發(fā)明的電子束光刻方法，在保證高寬比不變的情況下通過改變工藝條件來提高電子束膠的抗刻蝕性能，防止電子束膠被完全損失，由此提高了線條的精度、改進了最終器件的性能。
【專利說明】 電子束光刻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，更具體地，涉及一種能有效改善線寬粗糙度的電子束光刻方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路對集成度的要求越來越高，集成電路器件的關(guān)鍵尺寸越來越小。而目前光學(xué)光刻能直接寫出的最小線條在45nm左右，為了得到更小的線條，電子束曝光成為一個較好的途徑。雖然由于電子束曝光耗時過長，無法用于大規(guī)模生產(chǎn)，但在實驗室是完全可以使用電子束來制備20nm以下線條來提前進行刻蝕工藝開發(fā)。
[0003]使用電子束曝光來寫出電子束線條，通常包括以下步驟:在襯底上形成硬掩模層，在硬掩模層上涂布電子束光刻膠，采用電子束曝光系統(tǒng)按照版圖設(shè)計對光刻膠局部曝光也即用電子束掃描需要曝光的區(qū)域使其交聯(lián)變性，采用顯影液化學(xué)處理光刻膠以去除部分光刻膠形成光刻膠掩模圖形，并且使用干法刻蝕將光刻膠掩模圖形轉(zhuǎn)移至下方的硬掩膜層。
[0004]想要得到40nm以下的線條就需要保證線條的高寬比小于3: 1，因為根據(jù)光刻經(jīng)驗當(dāng)線條的高寬比大于3: I時，線條容易出現(xiàn)側(cè)倒的現(xiàn)象，因此電子束膠的厚度就需要小于lOOnm。但厚度小于IOOnm刻蝕就面臨另一個問題，就是電子束膠是否能夠保證硬掩膜的刻蝕。在硬掩膜刻蝕過程中也會有一定的膠的損失，當(dāng)線寬大于90nm時，膠的厚度在270nm左右，因此在硬掩膜刻蝕中光刻膠不會完全損失；但現(xiàn)在只有IOOnm的膠厚時，就需要考慮膠是否能夠抗住硬掩膜的刻蝕。
[0005]附圖1A是電子束曝光后線條的SEM圖像，附圖1B是硬掩?？涛g后的線條的SEM圖像。通過SEM圖片可以發(fā)現(xiàn)在硬掩膜刻蝕后，線寬的粗糙度變得很差。這主要是由于電子束膠太薄，導(dǎo)致有些地方的膠在硬掩膜刻蝕過程中已經(jīng)被完全損失，因此有些地方硬掩膜線條會被刻蝕出缺口。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于通過改善電子束曝光條件來改善硬掩膜刻蝕后的線寬粗糙度的問題。
[0007]實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，是通過提供一種電子束光刻方法，包括:在結(jié)構(gòu)材料層上形成硬掩模層；在硬掩模層上形成電子束光刻膠；采用電子束曝光系統(tǒng)，對電子束光刻膠進行曝光，其中通過增加曝光劑量來提高電子束光刻膠的抗刻蝕性；采用顯影液對曝光后的電子束光刻膠顯影，形成電子束光刻膠圖形；以電子束光刻膠圖形為掩模，各向異性刻蝕硬掩模層和結(jié)構(gòu)材料層，形成所需的精細線條。
[0008]其中，曝光劑量增加量100%。
[0009]其中，電子束光刻膠的厚度小于lOOnm。
[0010]其中，硬掩模層包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅及其組合。
[0011]其中，各向異性刻蝕采用等離子體干法刻蝕技術(shù)。[0012]其中，等離子體干法刻蝕采用CCP或ICP或TCP設(shè)備。
[0013]其中，刻蝕之后還包括干法去膠和/或濕法腐蝕清洗。
[0014]其中，濕法腐蝕清洗采用SPM+APM。
[0015]依照本發(fā)明的電子束光刻方法，在保證高寬比不變的情況下通過改變工藝條件來提高電子束膠的抗刻蝕性能，防止電子束膠被完全損失，由此提高了線條的精度、改進了最終器件的性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]以下參照附圖來詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案，其中:
[0017]圖1A和圖1B分別為現(xiàn)有技術(shù)中電子束曝光以及刻蝕之后線條的SEM不意圖；
[0018]圖2為依照本發(fā)明的電子束光刻方法的流程示意圖；以及
[0019]圖3A和圖3B分別為依照本發(fā)明的電子束光刻方法的電子束曝光以及刻蝕之后線條的SEM示意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下參照附圖并結(jié)合示意性的實施例來詳細說明本發(fā)明技術(shù)方案的特征及其技術(shù)效果。需要指出的是，類似的附圖標(biāo)記表示類似的結(jié)構(gòu)，本申請中所用的術(shù)語“第一”、“第二”、“上”、“下”、“厚”、“薄”等等可用于修飾各種器件結(jié)構(gòu)。這些修飾除非特別說明并非暗示所修飾器件結(jié)構(gòu)的空間、次序或?qū)蛹夑P(guān)系。
[0021]要改善電子束光刻`線寬粗糙度，從原理上分析，目前有兩個途徑可以選擇:
[0022]1.增加電子束膠的厚度。這個方案可以通過提高厚度來防止膠在刻蝕過程中完全損失，但缺點是由于膠厚的提高，線條的高寬比會變大。因此電子束在寫40nm以下線條的時候容易出現(xiàn)側(cè)倒現(xiàn)象，沒有辦法穩(wěn)定的得到40nm以下線條。
[0023]2.提高電子束膠的抗刻蝕性。這個方案可以在保證高寬比不變的情況下通過改變工藝條件來提高電子束膠的抗刻蝕性能，防止電子束膠被完全損失。這個方案也是我們主要研發(fā)方向。
[0024]圖2為依照本發(fā)明的電子束光刻方法的流程示意圖，其中該方法至少包括以下步驟:
[0025]步驟I，在結(jié)構(gòu)材料層上形成硬掩模層。
[0026]提供襯底，依照器件用途需要而合理選擇，可包括單晶體硅(Si)、SO1、單晶體鍺(Ge)、GeO1、應(yīng)變硅(Strained Si)、鍺硅(SiGe)，或是化合物半導(dǎo)體材料，例如氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、銻化銦(InSb)，以及碳基半導(dǎo)體例如石墨烯、SiCj^納管等等。出于與CMOS工藝兼容的考慮，襯底優(yōu)選地為體Si或者SOI。襯底中或者襯底上可以包括結(jié)構(gòu)材料層，其可以是假柵極層(多晶硅、非晶硅、微晶硅、非晶碳、非晶鍺等材質(zhì))、多晶硅或者金屬柵極層、局部互連結(jié)構(gòu)(例如Cu、Al、W等材質(zhì)填充的大馬士革結(jié)構(gòu))、頂部焊墊結(jié)構(gòu)等等。在結(jié)構(gòu)材料層上通過LPCVD、PECVD, HDPCVD, RT0、化學(xué)氧化、MBE、ALD等方法沉積形成硬掩模層。其中硬掩模層可以是單層也可以是多層層疊結(jié)構(gòu)，其材質(zhì)可以是氧化娃、氮化娃、氮氧化娃及其組合。在本發(fā)明一個實施例中，硬掩模層是ONO疊層結(jié)構(gòu)，即氧化硅-氮化硅-氧化硅的三層層疊結(jié)構(gòu)。以上各層厚度依照器件結(jié)構(gòu)需要而合理設(shè)定。[0027]步驟2，在硬掩模層上形成電子束光刻膠。
[0028]通過旋涂、噴涂、滴涂、絲網(wǎng)印刷等方法，在硬掩模層上形成電子束光刻膠。其材質(zhì)可以是PMMA、環(huán)氧618、C0P等等。由于本發(fā)明優(yōu)選地適用于45nm以下精細線條的制造，為了防止發(fā)生側(cè)倒，電子束光刻膠的厚度小于IOOnm,例如為10?IOOnm并且優(yōu)選地為30?60nmo
[0029]步驟3，采用電子束曝光系統(tǒng)，對電子束光刻膠進行曝光。
[0030]電子束曝光系統(tǒng)可以是現(xiàn)有的改進SEM、高斯掃描系統(tǒng)、成型束系統(tǒng)、有限散射角投影式系統(tǒng)等等。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)增加曝光劑量時，光刻膠中聚合物成分交聯(lián)程度增大，使得電子束光刻膠的抗刻蝕性明顯提高。具體地，對于高斯掃描系統(tǒng)，增加100%曝光劑量時，可以明顯提高抗刻蝕性。進一步地，相對于現(xiàn)有技術(shù)的曝光劑量0.5?2.5X 10_5C/cm2，在本發(fā)明一個實施例中的曝光劑量相應(yīng)地增加為I?5X10_5C/Cm2。此外，作為其他實施例，曝光劑量可以是lXl(T5C/cm2?2Xl(T4C/cm2。
[0031]步驟4，采用顯影液對曝光后的電子束光刻膠顯影，形成電子束光刻膠圖形。例如，在異丙酮等顯影液中顯影得出例如在22nm節(jié)點或以下的超精細圖形。
[0032]步驟5，以電子束光刻膠圖形為掩模，采用各向異性的方法依次刻蝕硬掩模層和結(jié)構(gòu)材料層，形成所需的精細線條。具體地，采用等離子體刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕(RIE)等干法刻蝕技術(shù)，刻蝕氣體可以是碳氟基氣體，并且還可以包括惰性氣體以及氧化性氣體以調(diào)節(jié)刻蝕速率。其中，干法刻蝕設(shè)備可以是ICP、TCP、CCP設(shè)備。優(yōu)選地，采用干法刻蝕和/或濕法腐蝕工藝去除刻蝕過程中產(chǎn)生的聚合物及其顆粒，干法刻蝕例如采用氟基等離子體刻蝕，濕法腐蝕例如SPM(例如硫酸:雙氧水=4: I)/APM(例如氨水:雙氧水:去離子水=1:1: 5或者0.5:1: 5)濕法清洗。由于在步驟3中提高了曝光劑量，電子束光刻膠的抗刻蝕性能明顯提高，因此即便在線寬IOnm以下(相應(yīng)的電子束光刻膠厚度30nm左右)的情形中，電子束光刻膠也不會被例如碳氟基等刻蝕氣體過分刻蝕，因此不會出現(xiàn)圖1A以及圖1B所示的側(cè)向線條缺口，也即不會造成線寬粗糙度變差。圖3A以及圖3B示出了采用本發(fā)明的光刻方法形成的電子束曝光線條以及硬掩?？涛g線條，可見明顯改善了電子束光刻/刻蝕的線條粗糙度。
[0033]依照本發(fā)明的電子束光刻方法，在保證高寬比不變的情況下通過改變工藝條件來提高電子束膠的抗刻蝕性能，防止電子束膠被完全損失，由此提高了線條的精度、改進了最終器件的性能。
[0034]盡管已參照一個或多個示例性實施例說明本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知曉無需脫離本發(fā)明范圍而對形成器件結(jié)構(gòu)的方法做出各種合適的改變和等價方式。此外，由所公開的教導(dǎo)可做出許多可能適于特定情形或材料的修改而不脫離本發(fā)明范圍。因此，本發(fā)明的目的不在于限定在作為用于實現(xiàn)本發(fā)明的最佳實施方式而公開的特定實施例，而所公開的器件結(jié)構(gòu)及其制造方法將包括落入本發(fā)明范圍內(nèi)的所有實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種電子束光刻方法，包括: 在結(jié)構(gòu)材料層上形成硬掩模層； 在硬掩模層上形成電子束光刻膠； 采用電子束曝光系統(tǒng)，對電子束光刻膠進行曝光，其中通過增加曝光劑量來提高電子束光刻膠的抗刻蝕性； 采用顯影液對曝光后的電子束光刻膠顯影，形成電子束光刻膠圖形； 以電子束光刻膠圖形為掩模，各向異性刻蝕硬掩模層和結(jié)構(gòu)材料層，形成所需的精細線條。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，曝光劑量增加量100%。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，電子束光刻膠的厚度小于lOOnm。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，硬掩模層包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅及其組合。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，各向異性刻蝕采用等離子體干法刻蝕技術(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，等離子體干法刻蝕采用CCP或ICP或TCP設(shè)備。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，刻蝕之后還包括干法去膠和/或濕法腐蝕清洗。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，濕法腐蝕清洗采用SPM+APM。
【文檔編號】H01L21/027GK103676492SQ201210357243
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月21日
【發(fā)明者】賀曉彬, 孟令款, 丁明正, 劉艷松 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所