專利名稱：一種制作半導體器件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制作半導體器件的方法，具體來說，涉及一種能夠在襯底上形成線條狀圖案的制作半導體器件的方法。
背景技術：
隨著半導體技術的不斷發(fā)展和關鍵尺寸的不斷減小，以 例如氮化鈦TiN為代表的硬掩模技術逐漸在后端制備工藝中成為主流。在硬掩模技術中，為了在襯底上形成圖案化的硬掩模，通常采用如圖IA-圖IE所示的處理I)在襯底101上沉積TiN層102 ；2)在TiN層上沉積底部抗反射涂層(Bare)(未示出)；3)在Barc上涂覆光致抗蝕劑層；4)對光致抗蝕劑層進行曝光和顯影，形成圖案化的光致抗蝕劑層103，從而使得一部分Barc暴露出來，如圖IA所示；5)使用Cl2和O2的混合氣體對暴露出來的Barc進行反應離子刻蝕，以去除該部分Bare，從而露出下面的TiN ；6)使用CH4和Cl2的混合氣體對露出來的TiN進行反應離子刻蝕，以去除該部分TiN ；7)去除襯底上的光致抗蝕劑，從而在襯底上形成圖案化的TiN層104，如圖IB所
/Jn ο然后，在圖案化的硬掩?；A上，再次涂覆光致抗蝕劑層、進行曝光和顯影，形成圖案化的光致抗蝕劑層105，如圖IC所示。接下來，通過兩步刻蝕在襯底上形成期望的溝槽。第一步刻蝕以圖IC所示的圖案化的光致抗蝕劑為掩模對襯底進行刻蝕，形成通孔106，然后去除光致抗蝕劑層(如圖ID所示)，接著繼續(xù)以圖案化的硬掩模為掩模對襯底進行刻蝕，最終在襯底上得到期望的溝槽107(如圖IE所示)。同時，隨著關鍵尺寸的減小，光致抗蝕劑層的線寬粗糙度(Line WidthRoughness, LffR)對于與時間相關電介質擊穿(Time dependent dielectric breakdown,TDDB)的性能的影響越來越大。如圖2所示，光致抗蝕劑的線寬粗糙度分為低頻線寬粗糙度(L-LWR)和高頻線寬粗糙度(H-LWR)?，F有技術中，有人提出在進行刻蝕之前通過CHF3對圖案化的光致抗蝕劑進行預處理，從而改善光致抗蝕劑的高頻線寬粗糙度。Engelmann也提出了一種利用C4F8/Ar對光致抗蝕劑表面進行等離子體處理的方法(Engelmann. S “Plasma-surfaceinteractions of advanced photo-resists with C4F8/Ar discharges，，，Journal of VacScience&Technology B :2009)。但是，因為基于氟的氣體會腐蝕氮化鈦等硬掩模，所以這些處理方法不能應用在具有硬掩模的工藝制程中。
因此，需要提出一種新的技術來解決上述現有技術中的任何問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供一種制作半導體器件的方法，從而解決上述現有技術中的至少一個問題。根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于形成線條狀圖案的方法，包括在襯底上形成圖案化的光致抗蝕劑層；對所述光致抗蝕劑層進行等離子體預處理，以減小圖案化的光致抗蝕劑層的線寬粗糙度；以及對襯底進行刻蝕，形成圖案化的襯底。根據本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制作半導體器件的方法，包括在襯底上形成圖案化的光致抗蝕劑層；對所述光致抗蝕劑層進行等離子體預處理，以減小圖案化的光致抗蝕劑層的線寬粗糙度；以及對襯底進行刻蝕，形成圖案化的襯底。優(yōu)選地，等離子體預處理步驟包括第一預處理，使用溴化氫和惰性氣體的混合氣體或者使用甲烷和惰性氣體的混合氣體對所述光致抗蝕劑層進行等離子體處理。當進行第一預處理時優(yōu)選地,所述第一預處理的氣壓為5_15mTorr,更優(yōu)選地,第一預處理的氣壓為5-IOmTorrο優(yōu)選地，第一預處理的時間為5-15秒，更優(yōu)選地，第一預處理的時間為5-9秒?！?br> 優(yōu)選地，當惰性氣體為氦氣時，所述溴化氫和氦氣的分壓比為3 : I至5 : I;當惰性氣體為氬氣時，所述溴化氫和氬氣的分壓比為5 I至10 : I。優(yōu)選地，當惰性氣體為氦氣時，所述甲烷和氦氣的分壓比為2 : I至3 : I;當惰性氣體為氬氣時，所述甲烷和氬氣的分壓比為I : I至2 : I。優(yōu)選地，在第一預處理中通過射頻發(fā)生器在反應室中對混合氣體進行電離，從而產生等離子體，射頻發(fā)生器的射頻功率范圍優(yōu)選為300W 900W，頻率范圍優(yōu)選為IOMHz-60MHz ο此外，優(yōu)選地，等離子體預處理步驟包括第二預處理，使用惰性氣體和甲烷的混合氣體對所述光致抗蝕劑層進行等離子體處理。當進行第二預處理時優(yōu)選地，當惰性氣體為氬氣時，所述氬氣與甲烷的分壓比為3 : I至8 : I;更優(yōu)選地，當惰性氣體為氬氣時，所述氬氣與甲烷的分壓比為4 : I至5 : I。優(yōu)選地，惰性氣體為氦氣，所述氦氣與甲烷的分壓比為4 I至10 I;更優(yōu)選地，惰性氣體為氦氣，所述氦氣與甲烷的分壓比為4 : I至6 : I。 優(yōu)選地，第二預處理的氣壓為5_15mTorr ;更優(yōu)選地，第二預處理的氣壓為8-12mTorr。優(yōu)選地，第二預處理的溫度為35_55°C ;更優(yōu)選地，第二預處理的溫度為48_52°C。優(yōu)選地，第二預處理的時間為5-15s ;更優(yōu)選地，第二預處理的時間為8-lOs。優(yōu)選地，在第二預處理中通過射頻發(fā)生器在反應室中對混合氣體進行電離，從而產生等離子體，射頻發(fā)生器的射頻功率范圍優(yōu)選為300W 900W，頻率范圍優(yōu)選為IOMHz-60MHz ο在本發(fā)明中，襯底可以選擇例如覆蓋有硬掩模(例如TiN等)的襯底，光致抗蝕劑層可以選擇例如單層光致抗蝕劑或三層光致抗蝕劑。例如，三層光致抗蝕劑可以包括諸如低溫氧化物LTO層、硅Si底部抗反射涂層和無定形碳層。本發(fā)明的優(yōu)點至少包括以下之一在對襯底進行刻蝕之前，對形成于襯底上的光致抗蝕劑掩模進行等離子體預處理，改善光致抗蝕劑線條狀圖案的低頻和/或高頻線寬粗糙度。使用經過等離子體預處理的光致抗蝕劑掩模對襯底進行刻蝕，能夠在襯底上得到具有更小線寬粗糙度的溝槽等圖案，從而提高半導體器件的成品率、改進了半導體器件的性能參數，使得能夠在更小的制程上得到半導體器件。通過以下參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例的詳細描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點將會變得清楚。


構成說明書的一部分的附圖描述了本發(fā)明的實施例，并且連同說明書一起用于解 釋本發(fā)明的原理。參照附圖，根據下面的詳細描述，可以更加清楚地理解本發(fā)明，其中圖IA-圖IE是示出現有技術中使用硬掩模在襯底上形成溝槽的示圖。圖2示出了光致抗蝕劑的高頻線寬粗糙度和低頻線寬粗糙度。圖3示出了根據本發(fā)明實施例的制備半導體器件的方法的流程圖。圖4是示出一種示例性的等離子體刻蝕反應器的示意圖。圖5示出了根據本發(fā)明的一個實施例的制備半導體器件的方法的流程圖。圖6示出了根據本發(fā)明的一個實施例的制備半導體器件的方法的流程圖。圖7示出了根據本發(fā)明的一個實施例的制備半導體器件的方法的流程圖。圖8示出了根據本發(fā)明的一個實施例的制備半導體器件的方法的流程圖。
具體實施例方式現在將參照附圖來詳細描述本發(fā)明的各種示例性實施例。應注意到除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數字表達式和數值不限制本發(fā)明的范圍。以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發(fā)明及其應用或使用的任何限制。對于相關領域普通技術人員已知的技術、方法和設備可能不作詳細討論，但在適當情況下，所述技術、方法和設備應當被視為授權說明書的一部分。在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它示例可以具有不同的值。應注意到相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步討論。圖3示出了根據本發(fā)明實施例的制備半導體器件的方法的流程圖。如圖3所示，本發(fā)明的制備半導體器件的方法中，通過以下步驟形成線條狀圖案。首先在襯底上形成圖案化的光致抗蝕劑層(S301)。也就是說，在襯底上涂覆光致抗蝕劑，經過曝光、顯影之后，形成圖案化的光致抗蝕劑層。
這里的襯底可以是各種類型、具有各種結構的襯底，例如半導體襯底、覆蓋有硬掩模(例如TiN)的半導體襯底等等。光致抗蝕劑可以選擇各種類型和結構的光致抗蝕劑，例如單層光致抗蝕劑或三層光致抗蝕劑(例如，包括低溫氧化物LTO層、硅Si底部抗反射涂層和無定形碳層)。然后，對所述光致抗蝕劑層進行等離子體預處理。具體地說，把形成有圖案化的光致抗蝕劑層的襯底放置到等離子體刻蝕機中，對光致抗蝕劑層進行等離子體預處理，從而改善光致抗蝕劑圖案中的線條圖案的線寬粗糙度。圖4示出了一種示例性的等離子體刻蝕反應器，如圖4所示，該等離子體刻蝕反應器為平行板型反應離子刻蝕(RIE)反應器，具體包括進氣口 405、接地電板( 陽極)403、電源電極(陰極)401、射頻RF發(fā)生器402。在對光致抗蝕劑進行等離子體預處理時，把襯底404放置在陰極401上，使氣體從進氣口 405進入反應室。在一定的壓強和溫度下，通過射頻RF發(fā)生器402對陰極401施加預定的射頻電壓和射頻功率，從而在陽極403和陰極401之間產生輝光放電。反應室中的氣體被電離而產生等離子體，等離子體產生的帶能粒子(轟擊的正離子)在強電場下朝襯底表面加速，從而與襯底上的光致抗蝕劑發(fā)生作用，改善光致抗蝕劑的線條圖案的線寬粗糙度。上面只是簡單地解釋一下等離子刻蝕反應器的示例性結構。本領域技術人員根據本發(fā)明的描述應當清楚，可以使用各種類型的等離子刻蝕反應器來對襯底上的光致抗蝕劑進行等離子體預處理，而不限于圖4的示例。最后，以經過上述等離子體預處理的光致抗蝕劑作為掩模，對襯底進行刻蝕，形成圖案化的襯底。經過上面的等離子體預處理，光致抗蝕劑的線條狀圖案的線寬粗糙度得到改善，所以刻蝕以后在襯底上得到的線條狀圖案的線寬粗糙度也得到改善。下面，結合更多的實施例來進一步詳細說明本發(fā)明。圖5示出了根據本發(fā)明的一個實施例的制作半導體器件的方法中，形成線條狀圖案的步驟的流程圖。其中，圖5的步驟S501和步驟S503與圖3中的步驟S301和S303相似，本文將省略其相關描述。步驟S502對應于圖3中的步驟S302。也就是說，對光致抗蝕劑層的預處理采用第一等離子體預處理(即第一預處理)，從而改善光致抗蝕劑線條圖案的低頻線寬粗糙度(L-LffR)。該第一預處理的目的是通過反應室內的氣體與光致抗蝕劑的反應，在光致抗蝕劑上形成有機膜。但是需要注意的是，如果反應消耗過多的光致抗蝕劑，可能會導致線條圖案的寬度和高度等發(fā)生變化，因此更優(yōu)選是氣體與光致抗蝕劑的反應基本上不會消耗光致抗蝕劑。根據上面的描述，在一個實施例中，可以在反應室中使用溴化氫(HBr)和惰性氣體的混合氣體，或者使用甲烷(CH4)和惰性氣體的混合氣體。其中，惰性氣體可以選擇例如He、Ar等。反應室內的混合氣體壓強優(yōu)選控制在5-15毫托(mTorr)，更優(yōu)選的壓強為5_10mTorro其中，當使用HBr和He的混合氣體時，HBr和He的分壓比優(yōu)選為例如3 : I至5 I ;當使用HBr和Ar的混合氣體時，HBr和Ar的分壓比優(yōu)選為例如5 I至10 I。當使用CH4和He的混合氣體時，CH4和He的分壓比優(yōu)選為例如2 I至3 I ;當使用CH4和Ar的混合氣體時，CH4和Ar的分壓比優(yōu)選為例如I : I至2 : I。通常，在進行第一預處理時，反應室的溫度保持在例如35_55°C，反應時間可以控制在例如5-15秒，更優(yōu)選的反應時間為5-9秒。本實施例中，反應室中射頻RF發(fā)生器的射頻功率范圍優(yōu)選為300W 900W，頻率范圍優(yōu)選為10MHz-60MHz。當然，應當理解，上面給出的氣體成分、具體壓強、分壓比、溫度、時間、功率和頻率等參數都是作為示例。根據本發(fā)明的提示，本領域技術人員能夠根據實際情況選擇適當的 參數。經過上述的第一預處理之后，線條狀圖案的低頻線寬粗糙度(L-LWR)從大概十幾個nm降低到大概5nm 7nm。圖6示出了根據本發(fā)明的一個實施例的制作半導體器件的方法的流程圖。其中，圖6的步驟S601和步驟S603與圖3中的步驟S301和S303相似，本文將省略其相關描述。步驟S602對應于圖3中的步驟S302。也就是說，對光致抗蝕劑層的預處理采用第二等離子體預處理(即第二預處理)，從而改善光致抗蝕劑線條圖案的高頻線寬粗糙度(H-LffR)。該第二預處理的目的是通過反應室內的等離子體對光致抗蝕劑的轟擊，改善線條圖案的高頻線寬粗糙度。通常，反應室內的氣體優(yōu)選原子量較大、偏惰性的氣體。根據上面的描述，在一個實施例中，可以在反應室中使用甲烷(CH4)和惰性氣體的混合氣體。其中，惰性氣體可以選擇例如He、Ar等。反應室內的混合氣體壓強優(yōu)選控制在5-15毫托(mTorr)，更優(yōu)選的壓強為8-12mTorr。其中，當使用CH4和He的混合氣體時，He和CH4的分壓比優(yōu)選為例如4 : I至10 1，更優(yōu)選的分壓比為4 : I至6 : I;當使用CHJPAr的混合氣體時，Ar和CH4的分壓比優(yōu)選為例如3 I至8 1，更優(yōu)選的分壓比為4 : I至5 : I。通常，在進行第二預處理時，反應室的溫度保持在例如35_55°C，優(yōu)選的溫度為48-520C ;反應時間可以控制在例如5-15秒，更優(yōu)選的反應時間為8_10秒。 本實施例中，反應室中射頻RF發(fā)生器的射頻功率范圍優(yōu)選為300W 900W，頻率范圍優(yōu)選為10MHz-60MHz。當然，應當理解，上面給出的氣體成分、具體壓強、分壓比、溫度、時間等參數都是作為示例。根據本發(fā)明的提示，本領域技術人員能夠根據實際情況選擇適當的參數。經過上述的第二預處理之后，線條狀圖案的高頻線寬粗糙度(H-LWR)從大概十幾個nm降低到大概5nm 7nm。圖7示出了根據本發(fā)明的一個實施例的制作半導體器件的方法的流程圖。其中，圖7的步驟S701和步驟S703與圖3中的步驟S301和S303相似，本文將省略其相關描述。圖7中，對于光致抗蝕劑的等離子體預處理S702包括兩個步驟第一等離子體預處理S704和第二等離子體預處理S705。其中，步驟S704與圖5中的步驟S502類似，步驟S705與圖6中的步驟S602類似。為了節(jié)省篇幅，在這里就不再贅述。圖7所示的實施例中，通過對圖案化的光致抗蝕劑先后進行第一等離子體預處理S704和第二等離子體預處理S705，既能夠改善光致抗蝕劑線條圖案的低頻線寬粗糙度，又改善了其高頻線寬粗糙度，從而能夠得到更優(yōu)良的光致抗蝕劑圖案。當然，本領域技術人員應當理解，第一等離子體預處理和第二等離子體預處理的順序并不限于圖7所示的方式。圖8給出了本發(fā)明的又一個實施例的制作半導體器件的方法的流程圖。其中，圖8的步驟S801和步驟S803與圖3中的步驟S301和S303相似，本文將省略其相關描述。圖8中，作為對光致抗蝕劑的線條狀圖案的等離子體預處理S802，同樣包括第二等離子體預處理S804和第一等離子體預處理S805。圖8與圖7所示實施例之間的區(qū)別在于，圖8所示的實施例中先對光致抗蝕劑的線條狀圖案進行第二等離子體預處理S804，然后再進行第一等離子體預處理S805。經過圖8中步驟S802的處理，同樣能夠改善光致抗蝕劑的線條狀圖案的高頻線寬粗糙度和低頻線寬粗糙度。上述圖7和圖8所示的方法中，把第一預處理和第二預處理結合起來，這樣既可以改善低頻線寬粗糙度，又可以改善高頻線寬粗糙度，線條狀圖案在經過第一預處理和第二 預處理之后，其線寬粗糙度(LWR)可以達到大約4nm。雖然已經通過示例對本發(fā)明的一些特定實施例進行了詳細說明，但是本領域的技術人員應該理解，以上示例僅是為了進行說明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。本領域的技術人員應該理解，可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，對以上實施例進行修改。本發(fā)明的范圍由所附權利要求來限定。
權利要求
1.一種制作半導體器件的方法，包括 在襯底上形成圖案化的光致抗蝕劑層， 對所述光致抗蝕劑層進行等離子體預處理，以減小圖案化的光致抗蝕劑層的線寬粗糙度，以及 對襯底進行刻蝕，形成圖案化的襯底。
2.根據權利要求I所述的方法，其中所述等離子體預處理步驟包括 第一預處理，使用溴化氫和惰性氣體的混合氣體或者使用甲烷和惰性氣體的混合氣體對所述光致抗蝕劑層進行等離子體處理， 其中當在第一預處理中使用甲烷和惰性氣體的混合氣體對所述光致抗蝕劑層進行等離子體處理時，所述甲烷的分壓大于或等于所述惰性氣體的分壓。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述第一預處理的氣壓為5-15mT0rr。
4.根據權利要求2所述的方法，其中所述第一預處理的氣壓為5-lOmTorr。
5.根據權利要求2所述的方法，其中所述第一預處理的溫度為35-55°C。
6.根據權利要求2所述的方法，其中所述第一預處理的時間為5-15秒。
7.根據權利要求2所述的方法，其中所述第一預處理的時間為5-9秒。
8.根據權利要求2所述的方法，其中所述惰性氣體為氦氣，所述溴化氫和氦氣的分壓比為3 : I至5 : I。
9.根據權利要求2所述的方法，其中所述惰性氣體為氬氣，所述溴化氫和氬氣的分壓比為5 : I至10 : I。
10.根據權利要求2所述的方法，其中所述惰性氣體為氦氣，所述甲烷和氦氣的分壓比為 2 : I 至 3 : I。
11.根據權利要求2所述的方法，其中所述惰性氣體為氬氣，所述甲烷和氬氣的分壓比為 I : I 至 2 : I。
12.根據權利要求2所述的方法，其中所述第一預處理中通過射頻發(fā)生器產生等離子體，所述射頻發(fā)生器的射頻功率為300W 900W，頻率為10MHz-60MHz。
13.根據權利要求I或2所述的方法，其中所述等離子體預處理步驟包括 第二預處理，使用惰性氣體和甲烷的混合氣體對所述光致抗蝕劑層進行等離子體處理，其中所述惰性氣體的分壓大于所述甲烷的分壓。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述惰性氣體為氬氣，所述氬氣與甲烷的分壓比為3 : I至8 : I。
15.根據權利要求13所述的方法，其中所述惰性氣體為氬氣，所述氬氣與甲烷的分壓比為4 : I至5 : I。
16.根據權利要求13所述的方法，其中所述惰性氣體為氦氣，所述氦氣與甲烷的分壓比為4 : I至10 : I。
17.根據權利要求13所述的方法，其中所述惰性氣體為氦氣，所述氦氣與甲烷的分壓比為4 : I至6 : I。
18.根據權利要求13所述的方法，其中所述第二預處理的氣壓為5-15mT0rr。
19.根據權利要求13所述的方法，其中所述第二預處理的氣壓為8-12mT0rr。
20.根據權利要求13所述的方法，其中所述第二預處理的溫度為35-55°C。
21.根據權利要求13所述的方法，其中所述第二預處理的溫度為48-52°C。
22.根據權利要求13所述的方法，其中所述第二預處理的時間為5-15s。
23.根據權利要求13所述的方法，其中所述第二預處理的時間為8-lOs。
24.根據權利要求13所述的方法，其中所述第二預處理中通過射頻發(fā)生器產生等離子體，所述射頻發(fā)生器的射頻功率為300W 900W，頻率為10MHz-60MHz。
25.根據權利要求I所述的方法，其中所述襯底上覆蓋有硬掩模。
26.根據權利要求25所述的方法，其中所述硬掩模為TiN。
27.根據權利要求I所述的方法，其中所述光致抗蝕劑層為單層光致抗蝕劑或三層光致抗蝕劑。
28.根據權利要求27所述的方法，其中所述三層光致抗蝕劑包括低溫氧化物LTO層、硅Si底部抗反射涂層和無定形碳層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作半導體器件的方法。本發(fā)明中，在襯底上形成光致抗蝕劑掩模之后，對光致抗蝕劑進行等離子體預處理，然后再進行刻蝕。通過等離子體預處理，能夠改善光致抗蝕劑的線條狀圖案的線寬粗糙度，從而能夠在后續(xù)的刻蝕步驟中在襯底上形成更加優(yōu)異的線條狀圖案。
文檔編號H01L21/311GK102915922SQ20111022034
公開日2013年2月6日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權日2011年8月3日
發(fā)明者胡敏達, 王冬江, 張海洋 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司