一种改善回刻光刻胶工艺窗口的方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种改善回刻光刻胶工艺窗口的方法。


背景技术：

2.现有28nm高k介质光刻材料的工艺流程中，回刻光刻胶过程不能同时实现硅化镍保护和无缺陷，没有工艺窗口；当前解决问题是在保证无缺陷情况下，牺牲硅化镍厚度，硅化镍损失严重。同时因光刻胶在晶圆图形上不同密度区域流动性不同，导致高密度区栅极上光刻胶堆积较高。因此需要增加一层光罩，将光刻胶堆积较高处以及尺寸较大的栅极先打开，然后再进行整体刻蚀。
3.现有28nm高k介质光刻材料的工艺流程中，增加了工艺成本以及工艺复杂程度，不利于产品量产。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种改善回刻光刻胶工艺窗口的方法，用于解决现有技术中回刻光刻胶过程不能同时实现硅化镍保护和无缺陷，没有工艺窗口的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种改善回刻光刻胶工艺窗口的方法，至少包括：
6.步骤一、提供衬底，在所述衬底表面形成有源区，在所述有源区形成多个第一结构体、多个第二结构体和薄膜层，其中所述第一结构体高于所述第二结构体，所述第一结构体具有上层结构和下层结构；
7.步骤二、在所述衬底上形成覆盖所述多个第一结构体、所述多个第二结构体和所述薄膜层的碳填充材料层；所述碳填充材料层具有第一厚度；
8.步骤三、进行第一刻蚀去除步骤二中的所述碳填充材料层，使得所述第一结构顶端表面剩余的所述碳填充材料层厚度为第二厚度；
9.步骤四、进行第二刻蚀使得所述上层结构被部分刻蚀，其中被部分刻蚀的所述上层结构使得所述下层结构不被刻蚀，具有所述第二厚度的所述碳填充材料层使得所述薄膜层不被刻蚀。
10.可选地，步骤一中的薄膜层材料为硅化镍。
11.可选地，步骤二中的所述炭填充材料层为14nm工艺中所使用的旋涂炭填充材料。
12.可选地，步骤一中的下层结构为栅极。
13.可选地，步骤一中的上层结构为硬质掩膜层。
14.可选地，所述硬质掩膜层分两层，上层为氧化物层，下层为氮化硅层。
15.可选地，步骤一中的第二结构体为焊垫。
16.可选地，步骤二中的所述碳填充材料层厚度为1000埃至4000埃。
17.可选地，步骤三中的所述第二厚度为210埃至310埃。
18.可选地，该方法用于28nm技术节点的工艺流程。
19.如上所述，本发明的改善回刻光刻胶工艺窗口的方法，具有以下有益效果：节省一张光罩，降低产品成本；14nm工艺中自旋所使用的碳填充材料的流动性和间隙填充优点可以提高图形上平坦化，有利于减小不同密度区域之间堆积问题；14nm工艺中所使用的旋涂炭填充材料优异的热稳定性、耐蚀刻性为刻蚀提供了较好的刻蚀速率工艺优化窗口，相比光刻胶等其刻蚀速率较小，更方便刻蚀工艺保持稳定；相比光刻胶方案，不用考虑覆盖对准问题，工艺更加简单。
附图说明
20.图1显示为本发明的方法流程示意图；
21.图2显示为现有技术提供的高k介质光刻材料工艺流程示意图；
22.图3显示为本发明的改善工艺窗口方法的示意图；
23.图4显示为本发明的第一刻蚀后的晶圆剖面结构示意图。图5显示为本发明的回刻蚀与牛角高度的示意图；图6显示为本发明的nisi损失示意图。
24.其中，1-衬底、2-第二结构、3-第一结构、4-薄膜层、5-碳填充材料层、6-下层结构、7
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上层结构。
具体实施方式
25.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
26.请参阅图二，现有28nm高k介质光刻材料方案中，因光刻胶在晶圆图形上不同密度区域流动性不同，导致高密度区栅极上光刻胶堆积较高，光刻胶在图形上达不到有效的平坦化，因此需要增加一层光罩，将尺寸较大的栅极先打开，降低较高的光刻胶厚度，然后再进行整体刻蚀，但是回刻光刻胶过程不能同时实现硅化镍保护和无缺陷，没有工艺窗口；当前解决方案是在保证无缺陷情况下，牺牲硅化镍厚度，硅化镍损失严重。
27.请参阅图一，提供一种改善回刻光刻胶工艺窗口的方法，包括：
28.步骤一，提供衬底1，在衬底1表面形成有源区，在有源区形成多个第一结构3体、多个第二结构2体和薄膜层4，薄膜层4覆盖在有源区的局部表面，其中第一结构3体高于第二结构2体，第一结构3体具有上层结构7与下层结构6；
29.在一种可能的实施方式中，第一结构3体中的上层结构7为硬质掩膜层。在一种可能的实施方式中，第一结构3体中的下层结构6为栅极。
30.在一种可能的实施方式中，第二结构2体为焊垫。
31.在一种可能的实施方式中，步骤一中的薄膜层4材料为硅化镍，现有28nm高k介质光刻材料的工艺流程中，硅化镍损失严重。
32.步骤二，请参阅图三，在衬底1上形成覆盖多个第一结构3体、多个第二结构2体和薄膜层4的具有第一厚度的碳填充材料层5；
33.在一种可能的实施方式中，步骤二中的碳填充材料为lt80003，厚度为1000埃至4000 埃，由于14nm工艺中所使用的旋涂炭填充材料的流动性和间隙填充优点，可以不在图形上堆积较高，能够提高图形上平坦化，因此在有利于减小不同密度区域之间堆积问题；14nm工艺中所使用的旋涂炭填充材料(spin on carbon used in 14nm process)优异的热稳定性、耐蚀刻性为刻蚀提供了较好的刻蚀速率工艺优化窗口。
34.步骤三，请参阅图四，在不需要光罩曝光显影下采用等离子腐蚀的方式，进行第一刻蚀去除步骤二中的碳填充材料层5，使得第一结构3顶端表面剩余厚度为第二厚度；
35.请参阅图五和图六，其横坐标为碳填充材料层5的厚度，其纵坐标为牛角高度(hornheight)，牛角高度指高于栅极6高度，在采用碳填充材料层5替代光刻胶的情况下，由实验结果可知在一种可能的实施方式中，步骤三中的第二厚度优选为210埃至310埃，从而使工艺窗口由0埃扩大至100埃。
36.步骤四，进行第二刻蚀使得所述上层结构7被部分刻蚀，其中被部分刻蚀的所述上层结构7使得所述下层结构6不被刻蚀，具有所述第二厚度的所述碳填充材料层使得所述薄膜层 4不被刻蚀。
37.在一种可能的实施方式中，所述硬质掩膜层分两层，上层为氧化物层，下层为氮化硅层。
38.具体地，所述氧化层厚度：所述氮化硅层厚度为3：1至4：1的情况下，第二步刻蚀要求是把氧化物层刻蚀完，氮化硅层不需要刻蚀完，能够保护栅极，实际工艺中第二步刻蚀后还有wet工艺可以清洗氮化硅层。
39.在一种可能的实施方式中，在对栅极上的硬质掩膜层进行刻蚀，直至刻蚀到栅极顶端氮化硅层停止，只要氧化物层被刻蚀完成，后面工艺就可以把氮化硅层完全去除掉，就不会形成缺陷，同时碳填充材料层5的防护作用，在栅极上的氧化物层被刻蚀掉时，不会对硅化镍薄膜造成损失。
40.在一种可能的实施方式中，该方法用于28nm技术节点的工艺流程。
41.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
42.综上，本发明，节省一张光罩，降低产品成本；14nm工艺中所使用的旋涂炭填充材料的流动性和间隙填充优点可以提高图形上平坦化，有利于减小不同密度区域之间堆积问题； 14nm工艺中所使用的旋涂炭填充材料优异的热稳定性、耐蚀刻性为刻蚀提供了较好的刻蚀速率工艺优化窗口，相比光刻胶等其刻蚀速率较小，更方便刻蚀工艺保持稳定；相比光刻胶方案，不用考虑覆盖对准问题，工艺更加简单。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
43.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。