本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種離子注入層圖形線寬尺寸的形成方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體應(yīng)用中，離子注入就是將原子或分子電離，加速到一定的能量后，再注入到芯片中進(jìn)行摻雜，從而改變半導(dǎo)體元件的電學(xué)性能。離子注入工藝在形成半導(dǎo)體器件的過程中起著重要作用，對于器件的性能、可靠性等有決定性的影響。

離子注入的主要應(yīng)用包括金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS阱的形成、閾值調(diào)整注入、場注入、源漏注入、隔離注入、材料改性注入和SOI埋層注入等。隨著器件尺寸微縮，需要更精確地控制各個器件的性能，離子注入的步驟隨之增多，超淺結(jié)注入和同層多次離子注入成為當(dāng)前的主要趨勢與挑戰(zhàn)。

離子注入層光刻工藝主要用于提供離子注入的掩蔽層，即使用光刻膠作為離子注入層的掩蔽物，晶圓上不需要離子注入的區(qū)域使用光刻膠進(jìn)行覆蓋掩蔽，需要離子注入的區(qū)域光刻膠則顯影去除掉(如圖1所示)。

跨入高技術(shù)節(jié)點(diǎn)后，一方面離子注入層光刻圖形線寬關(guān)鍵尺寸越來越??；另一方面隨著圖形線寬尺寸的縮小，對圖形迭對的精度要求更高。按照摩爾定律，芯片特征尺寸不斷縮小，達(dá)到0.13um及其以下工藝節(jié)點(diǎn)，使用的光刻波長(193nm)已經(jīng)遠(yuǎn)大于CD，這使得衍射、干涉等所謂的光學(xué)臨近效應(yīng)形成致命問題。

請參閱圖2，圖2為不同空間間距的線寬圖案圖形線寬尺寸示意圖。

在目前的光刻工藝中根據(jù)襯底圖形的影響，普遍引入光學(xué)臨近效應(yīng)修正(OPC)工藝對圖形進(jìn)行光學(xué)臨近效應(yīng)修正。光學(xué)臨近效應(yīng)修正是通過對掩膜(Mask)的修正，最大可能的解決這些光刻后的圖形變化。

請參閱圖3，圖3為不同空間間距的線寬圖案顯影后圖形線寬尺寸示意圖?，F(xiàn)有方法僅考慮了襯底圖形的影響，但實(shí)際上后續(xù)工藝同樣對顯影后的圖形線寬尺寸產(chǎn)生影響：

①、蝕刻硬化工藝對圖形線寬尺寸也有影響，請參閱圖4，圖4為蝕刻硬化后圖形線寬尺寸示意圖；

②、離子注入工藝過程中高能離子對掩蔽層光刻膠的轟擊也會引起光刻膠的收縮，即影響到掩蔽光刻膠圖形線寬(如圖5所示)。

特別地，當(dāng)在同一離子注入層進(jìn)行兩次或多次離子注入時，第一次離子注入引起的掩蔽光刻膠圖形線寬收縮，會影響其后離子注入工藝。因而光刻工藝中必須考慮離子注入引起的光刻圖形線寬的縮小。

然而，僅考慮以上問題在更為先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，如傳統(tǒng)的光學(xué)臨近效應(yīng)補(bǔ)償在復(fù)雜緊湊的靜態(tài)存儲區(qū)域(SRAM)時，由于本身工藝節(jié)點(diǎn)先進(jìn)而導(dǎo)致的工藝窗口過小，就會引發(fā)出新的問題，線寬補(bǔ)償過大會導(dǎo)致需要注入離子區(qū)域在第一次離子注入時被光刻膠阻擋，線寬補(bǔ)償過小會導(dǎo)致不如需要注入離子區(qū)域在多次注入后，原本的阻擋層收縮而注入離子(如圖6所示)，這時，離子注入工藝將會受其影響，進(jìn)而導(dǎo)致最終的影響是源漏極端的漏電效應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服以上問題，本發(fā)明旨在提供一種離子注入層圖形線寬尺寸的形成方法，其建立一種定量的量測方法，確定光刻膠硬化本身對光刻圖形線寬的影響以及不同離子注入對硬化后光刻圖形線寬的影響，根據(jù)確定光刻膠硬化及不同離子注入對光刻圖形線寬的影響，確定針對性的補(bǔ)償值，進(jìn)而對光刻圖形線寬關(guān)鍵尺寸進(jìn)行補(bǔ)償。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種離子注入層圖形線寬尺寸的形成方法，包括步驟S1、步驟S2和步驟S3；

所述步驟S1具體包括如下步驟：

步驟S11：制作一掩膜版，所述掩模版上含有一系列不同空間間距的線寬圖案；其中，所述的不同空間間距的線寬圖案具有N個關(guān)鍵尺寸；

步驟S12：通過涂膠顯影機(jī)在晶圓上涂布光刻膠，然后將所述晶圓在曝光機(jī)臺進(jìn)行曝光和在涂膠顯影機(jī)進(jìn)行顯影，以使所述掩模版上的含有不同空間間距圖案轉(zhuǎn)移到所述晶圓上；

步驟S13：量取所述不同空間間距的線寬圖案的顯影后的關(guān)鍵尺寸A1、A2、…An；

步驟S14：將所述晶圓送入蝕刻機(jī)臺進(jìn)行光刻膠硬化處理；

步驟S15：量取所述不同空間間距線寬圖案蝕刻硬化后的關(guān)鍵尺寸EA1、EA2、…EAn，通過比較所述不同空間間距的線寬圖案的顯影后的關(guān)鍵尺寸和所述不同空間間距線寬圖案蝕刻硬化后的關(guān)鍵尺寸的量測值，得出所述不同空間間距圖案尺寸的第一補(bǔ)償值α1、α2、…αn；

步驟S16：將所述晶圓送入離子注入機(jī)臺分別進(jìn)行M次不同離子的注入；其中，M為正整數(shù)；

步驟S17：量取所述不同空間間距線寬圖案離子注入后的M組關(guān)鍵尺寸IA1、IA2、…IAn，IB1、IB2、…IBn，IM1、IM2、…IMn；

步驟S18：將上述M組關(guān)鍵尺寸分別與所述不同空間間距線寬圖案蝕刻硬化后的關(guān)鍵尺寸的量測值進(jìn)行比較，得出所述不同空間間距圖案尺寸M組第二補(bǔ)償值1β1、1β2、…1βn，2β1、2β2、…2βn，Mβ1、Mβ2、…Mβn；

步驟S2：根據(jù)實(shí)際工藝需求確定N和M，進(jìn)行不同注入層離子注入條件的調(diào)整，計算上述不同空間間距線寬圖案的第一補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值，并根據(jù)所述第一補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值得到最終線寬補(bǔ)償值α+1β+…Mβ；其中，上述最終線寬補(bǔ)償值是所述不同空間間距線寬圖案離子注入后的關(guān)鍵尺寸和顯影后的關(guān)鍵尺寸的差值；

步驟S3：根據(jù)所述最終線寬補(bǔ)償值對所述掩模版上含有的所述不同空間間距的線寬圖案具有N個關(guān)鍵尺寸進(jìn)行修正。

優(yōu)選地，所述不同空間間距的線寬圖案為線狀圖案和/或溝道狀圖案。

優(yōu)選地，所述曝光機(jī)臺為I線光刻機(jī)、KrF光刻機(jī)、ArF光刻機(jī)或EUV光刻機(jī)臺。

優(yōu)選地，所述光刻膠硬化處理是解離溴化氫釋放真空紫外光子，在所述光刻膠表面形成固化層，以增加光刻膠抗離子注入損傷的能力。

優(yōu)選地，所述離子注入的離子為AS+離子、P+離子、B+離子、BF2+離子、F+離子、C+離子、N+離子、Si+離子、Ge+離子和/或In+離子。

優(yōu)選地，所述步驟S13中關(guān)鍵尺寸的量取方法是通過線寬測量掃描電鏡量取的。

優(yōu)選地，所述步驟S17中關(guān)鍵尺寸的量取方法是通過線寬測量掃描電鏡量取的。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的一種離子注入層圖形線寬尺寸的形成方法，其通過建立一個定量的量測方法，確定光刻膠硬化及不同離子注入對光刻圖形線寬的影響，進(jìn)而達(dá)到對光刻圖形線寬關(guān)鍵尺寸進(jìn)行補(bǔ)償?shù)哪康?。具體解決了如下幾個方面：

①、在高濃度和高能量離子注入工藝過程中，針對現(xiàn)有技術(shù)中對同一離子注入層多次不同離子注入對光刻膠收縮的影響難以僅憑光學(xué)臨近效應(yīng)補(bǔ)償?shù)那闆r進(jìn)行了改進(jìn)，以使最終器件漏電效應(yīng)降到較低水平。

②、確定光刻膠硬化本身對光刻圖形線寬的影響及不同離子注入對硬化后光刻圖形線寬的影響；

③、根據(jù)確定光刻膠硬化及不同離子注入對光刻圖形線寬的影響，確定針對性的補(bǔ)償值，進(jìn)而對光刻圖形線寬關(guān)鍵尺寸進(jìn)行補(bǔ)償。

附圖說明

圖1為離子注入層示意圖

圖2為不同空間間距的線寬圖案圖形線寬尺寸示意圖

圖3為不同空間間距的線寬圖案顯影后圖形線寬尺寸示意圖

圖4為不同空間間距的線寬圖案蝕刻硬化后圖形線寬尺寸示意圖

圖5為不同空間間距的線寬圖案離子注入后圖形線寬尺寸示意圖

圖6為離子注入失效模型示意圖

圖7為本發(fā)明離子注入層圖形線寬尺寸的形成方法的流程示意圖

具體實(shí)施方式

體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例將在后段的說明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的示例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及圖示在本質(zhì)上當(dāng)做說明之用，而非用以限制本發(fā)明。

以下結(jié)合附圖7，通過具體實(shí)施例對本發(fā)明的離子注入層圖形線寬尺寸的形成方法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如前所述，由于常規(guī)采用的離子注入層圖形線寬尺寸的形成方法，在針對現(xiàn)有技術(shù)中對同一離子注入層多次不同離子注入對光刻膠收縮的影響難以僅憑光學(xué)臨近效應(yīng)補(bǔ)償?shù)那闆r進(jìn)行了改進(jìn)，以使最終器件漏電效應(yīng)降到較低水平。本發(fā)明建立了一種定量的量測方法，確定光刻膠硬化及不同離子注入對光刻圖形線寬的影響，進(jìn)而達(dá)到對光刻圖形線寬關(guān)鍵尺寸進(jìn)行補(bǔ)償?shù)哪康摹?/p>

請參閱圖7，圖7為本發(fā)明離子注入層圖形線寬尺寸的形成方法的流程示意圖。在本發(fā)明實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種離子注入層圖形線寬尺寸的形成方法，可以包括步驟S1、步驟S2和步驟S3；

步驟S1具體包括如下步驟：

步驟S11：制作一掩膜版，掩模版上含有一系列不同空間間距的線寬圖案；其中，不同空間間距的線寬圖案具有多個關(guān)鍵尺寸。為敘述方便，下述均以N個關(guān)鍵尺寸為例進(jìn)行說明。

請再參閱圖2，從圖2中可以看出，不同空間間距的線寬圖案可以為線狀圖案或溝道狀圖案，也可以是線狀圖案和溝道狀圖案的組合等等。

步驟S12：通過涂膠顯影機(jī)在晶圓上涂布光刻膠后，將晶圓在曝光機(jī)臺進(jìn)行曝光和在涂膠顯影機(jī)進(jìn)行顯影，以使掩模版上的含有不同空間間距圖案轉(zhuǎn)移到晶圓上。從圖2和3的對比可以看出，相比不同空間間距的線寬圖案，不同空間間距的線寬圖案顯影后圖形線寬尺寸要略大于顯影前的圖形線寬尺寸；如果經(jīng)過了引入光學(xué)臨近效應(yīng)修正(OPC)工藝對圖形進(jìn)行光學(xué)臨近效應(yīng)修正，那么，不同空間間距的線寬圖案顯影后圖形還比較圓滑。

需要說明的是，上述步驟S11和步驟S12均屬于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例中的離子注入層圖形線寬尺寸的形成方法可以采用現(xiàn)有技術(shù)中任何光刻及其修正方法，曝光機(jī)臺可以為I線光刻機(jī)、KrF光刻機(jī)、ArF光刻機(jī)或EUV光刻機(jī)臺，在此不再贅述。

步驟S13：量取不同空間間距的線寬圖案顯影后的關(guān)鍵尺寸A1、A2、…An；在本發(fā)明的實(shí)施例中，步驟S13中關(guān)鍵尺寸的量取方法可以通過線寬測量掃描電鏡量取的。

步驟S14：將晶圓送入蝕刻機(jī)臺進(jìn)行光刻膠硬化處理；光刻膠硬化方法是通過蝕刻機(jī)臺解離溴化氫(HBR)釋放真空紫外光子，在光刻膠表面形成固化層，從而增加光刻膠抗離子注入損傷的能力。

在請參閱圖4，從圖3和4的對比可以看出，相比顯影后不同空間間距的線寬圖案，不同空間間距的線寬圖案光刻膠硬化處理后圖形線寬尺寸要略大于顯影后的圖形線寬尺寸。

步驟S15：量取不同空間間距線寬圖案蝕刻硬化后的關(guān)鍵尺寸EA1、EA2、…EAn，通過比較不同空間間距的線寬圖案的顯影后的關(guān)鍵尺寸和不同空間間距線寬圖案蝕刻硬化后的關(guān)鍵尺寸的量測值，得出不同空間間距圖案尺寸的第一補(bǔ)償值α1、α2、…αn；具體地：

α1＝EA1-A1

α2＝EA2-A2

…

αn＝EAn-An

接下來，晶圓將根據(jù)工藝設(shè)計需求進(jìn)行一次或多次離子注入。在本發(fā)明的實(shí)施例中，離子注入的離子可以為AS+離子、P+離子、B+離子、BF2+離子、F+離子、C+離子、N+離子、Si+離子、Ge+離子和/或In+離子注入中的一種或多種。

步驟S16：將晶圓送入離子注入機(jī)臺分別進(jìn)行一次或多次不同離子的注入；為方便敘述，在本實(shí)施例中，多次離子注入可以是M次離子注入。

步驟S17：量取不同空間間距線寬圖案離子注入后的M組關(guān)鍵尺寸IA1、IA2、…IAn，IB1、IB2、…IBn，IM1、IM2、…IMn；步驟S17中關(guān)鍵尺寸的量取方法可以是通過線寬測量掃描電鏡量測的。

步驟S18：將上述M組關(guān)鍵尺寸分別與不同空間間距線寬圖案蝕刻硬化后的關(guān)鍵尺寸的量測值進(jìn)行比較，得出不同空間間距圖案尺寸的M組第二補(bǔ)償值1β1、1β2、…1βn，2β1、2β2、…2βn，Mβ1，Mβ2、…Mβn；具體地：

第一次注入的第二補(bǔ)償值：1β1＝IA1-EA1

1β2＝IA2-EA2

…

1βn＝IAn-EAn

第二次注入的第二補(bǔ)償值：2β1＝IB1-EB1

2β2＝IB2-EB2

…

2βn＝IBn-EBn

…

第M次注入的第二補(bǔ)償值：Mβ1＝IM1-EM1

Mβ2＝IM2-EM2

…

Mβn＝IMn-EMn

上述步驟S1是規(guī)定了得到第一補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值的方法。有了第一補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值的獲得方法，就可以后續(xù)實(shí)際的工藝步驟了。

在本發(fā)明的步驟2中，可以根據(jù)實(shí)際工藝需求確定N和M，進(jìn)行不同注入層離子注入條件的調(diào)整，即計算上述不同空間間距線寬圖案的第一補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值，并根據(jù)第一補(bǔ)償值和第二補(bǔ)償值得到最終線寬補(bǔ)償值α+1β+…Mβ；其中，上述最終線寬補(bǔ)償值是不同空間間距線寬圖案離子注入后的關(guān)鍵尺寸和顯影后的關(guān)鍵尺寸的差值。

步驟S3：根據(jù)最終線寬補(bǔ)償值對掩模版上含有的不同空間間距的線寬圖案具有N個關(guān)鍵尺寸進(jìn)行修正。

需要說明的是，在本實(shí)施例中，為了達(dá)到更好的性能，最終線寬補(bǔ)償值也可以是α+1β+…Mβ乘以一個權(quán)重的值；其中，該權(quán)重可以為0-1之間的任意一個值。

以上的僅為本發(fā)明的實(shí)施例，實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。