一种自对准双重图形结构的芯轴移除方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种自对准双重图形结构的芯轴移除方法。


背景技术：

2.在集成电路的制造工艺中，随着技术节点的不断推进，尤其是对于24nm及以下的工艺节点来说，通过光刻工艺来定义相关结构的关键尺寸已经走到极限。为获得更小尺寸的结构，引入了自对准双重图形结构技术(salf aligned double patterning，即sadp工艺)。以后段sadp工艺为例，采用无定形硅作为芯轴膜层，其具体流程包括：形成刻蚀前的膜层结构；进行芯轴结构的刻蚀工艺，形成芯轴结构；在芯轴结构两侧进行侧墙的沉积；进行侧墙刻蚀；进行芯轴移除曝光工艺，形成侧墙移除刻蚀前膜层。继而进行芯轴结构移除工艺。对于特定区域来说，需要将侧墙之间的芯轴需要完全移除，但对于其他某区域来说，单靠侧墙的厚度无法完整的定义后续图形的关键尺寸。因此，在进行该工艺时，需要将部分芯轴结构也保留下来；以剩余的膜层结构为掩模层，进行后续金属硬质掩模刻蚀工艺。对于以上工艺流程的芯轴材料移除工艺步骤来说，特定区域要求该步骤保持一定的各向同性刻蚀，以确保将其中的芯轴材料完全移除。而其他某区域受到各向同性刻蚀的影响则会在剩余芯轴材料中形成侧壁弯曲的形貌。进一步的，这种弯曲的形貌，又会在下一步的金属硬掩模刻蚀工艺中带来进一步的影响，造成损伤等问题。


技术实现要素：

3.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自对准双重图形结构的芯轴移除方法，用于解决现有技术中由于sadp工艺中不同区域需要适用各向同性和各向异性刻蚀去除芯轴，造成侧墙弯曲的问题。
4.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自对准双重图形结构的芯轴移除方法，至少包括：
5.步骤一、提供叠层，所述叠层自下而上依次由刻蚀停止层、金属硬掩膜层、芯轴刻蚀停止层堆叠而成；沿所述叠层的纵向将其划分为第一、第二区域；
6.步骤二、分别在所述第一、第二区域的所述芯轴刻蚀停止层上形成相互间隔排布的多个芯轴结构；其中位于所述第一区域的所述芯轴刻蚀停止层上的所述芯轴结构为第一芯轴结构；位于所述第二区域的所述芯轴刻蚀停止层上的所述芯轴结构为第二芯轴结构；
7.步骤三、沉积第一膜层覆盖所述芯轴刻蚀停止层的上表面以及所述第一、第二芯轴结构的外表面；
8.步骤四、刻蚀所述第一膜层，使得所述第一、第二芯轴结构顶部的所述第一膜层以及所述芯轴刻蚀停止层上表面的所述第一膜层被去除，在所述第一、第二芯轴结构的侧壁形成第一侧墙；
9.步骤五、形成有机介电质层，所述有机介电质层覆盖所述芯轴刻蚀停止层以及所
述第一、第二芯轴结构；在所述有机介电质层上形成含硅抗反射层；之后在所述含硅抗反射层上涂布光刻胶；
10.步骤六、曝光并显影，将所述第一区域的所述含硅抗反射层暴露出来；
11.步骤七、刻蚀去除所述第一区域上的所述含硅抗反射层和所述有机电介质层，将所述第一芯轴结构暴露；
12.步骤八、去除所述第一芯轴结构上的所述第一侧墙；之后对剩余的所述有机介电质层进行灰化，进而去除覆盖在所述第二区域的所述有机电介质层；
13.步骤九、沉积第二膜层，所述第二膜层覆盖所述芯轴刻蚀停止层以及所述第一芯轴结构、所述第二芯轴结构的上表面及其侧壁的所述第一侧墙；
14.步骤十、刻蚀所述第二膜层，去除所述芯轴刻蚀停止层上表面的所述第二膜层、所述第一芯轴结构上表面的所述第二膜层、所述第二芯轴结构及其第一侧墙上表面的所述第二膜层；在所述第一芯轴结构的侧壁形成第二侧墙，并形成依附于所述第二芯轴结构侧壁的所述第一侧墙的第二侧墙；
15.步骤十一、去除所述第一、第二芯轴结构；在所述第一区域上的所述芯轴刻蚀停止层上形成相互间隔排布的所述第一侧墙；在所述第二区域上的所述芯轴刻蚀停止层上形成相互间隔排布的第一、第二侧墙的组合结构；
16.步骤十二、以所述第一侧墙和所述第一、第二侧墙的组合结构为掩膜刻蚀所述芯轴刻蚀停止层以及所述金属硬掩膜层，直至刻蚀至所述刻蚀停止层上表面为止。
17.优选地，步骤一中的所述金属硬掩膜层为tin。
18.优选地，步骤一中的所述芯轴刻蚀停止层为氧化硅层。
19.优选地，步骤二中的所述第一芯轴结构的关键尺寸小于所述第二芯轴结构的关键尺寸。
20.优选地，步骤三中的所述第一膜层为氮化硅。
21.优选地，步骤二中的所述芯轴结构为无定型硅。
22.优选地，步骤八中通过湿法刻蚀去除所述第一芯轴结构上的所述第一侧墙。
23.如上所述，本发明的自对准双重图形结构的芯轴移除方法，具有以下有益效果：本发明对第一区域和第二区域的工艺要求相同，只需将其中的芯轴结构材料完全移除即可。两个区域刻蚀后所剩余的膜层结构皆为侧墙，不会发生侧墙弯曲的问题，进而解决了后续硬质金属硬掩模刻蚀工艺中所产生的缺陷问题。
附图说明
24.图1至图10显示为本发明的自对准双重图形结构的芯轴移除方法过程中各阶段结构示意图；
25.图11显示为本发明的自对准双重图形结构的芯轴移除方法流程图。
具体实施方式
26.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。
27.请参阅图1至图11。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。
28.本发明提供一种自对准双重图形结构的芯轴移除方法，如图11所示，图11显示为本发明的自对准双重图形结构的芯轴移除方法流程图，该方法至少包括以下步骤：
29.步骤一、提供叠层，所述叠层自下而上依次由刻蚀停止层、金属硬掩膜层、芯轴刻蚀停止层堆叠而成；沿所述叠层的纵向将其划分为第一、第二区域；
30.本发明进一步地，本实施例的步骤一中的所述金属硬掩膜层为tin。
31.本发明进一步地，本实施例的步骤一中的所述芯轴刻蚀停止层为氧化硅层。
32.如图1所示，该步骤一中提供叠层，所述叠层自下而上依次由刻蚀停止层01、金属硬掩膜层02、芯轴刻蚀停止层03堆叠而成；沿所述叠层的纵向将其划分为第一区域(区域a)、第二区域(区域b)；所述金属硬掩膜层为tin；所述芯轴刻蚀停止层为氧化硅层。
33.步骤二、分别在所述第一、第二区域的所述芯轴刻蚀停止层上形成相互间隔排布的多个芯轴结构；其中位于所述第一区域的所述芯轴刻蚀停止层上的所述芯轴结构为第一芯轴结构；位于所述第二区域的所述芯轴刻蚀停止层上的所述芯轴结构为第二芯轴结构；
34.本发明进一步地，本实施例的步骤二中的所述第一芯轴结构的关键尺寸小于所述第二芯轴结构的关键尺寸。
35.本发明进一步地，本实施例的步骤二中的所述芯轴结构为无定型硅。
36.如图1所示，该步骤二中分别在所述第一、第二区域的所述芯轴刻蚀停止层上形成相互间隔排布的多个芯轴结构04；其中位于所述第一区域的所述芯轴刻蚀停止层上的所述芯轴结构为第一芯轴结构；位于所述第二区域的所述芯轴刻蚀停止层上的所述芯轴结构为第二芯轴结构；所述第一芯轴结构的关键尺寸小于所述第二芯轴结构的关键尺寸。所述芯轴结构为无定型硅。
37.步骤三、沉积第一膜层覆盖所述芯轴刻蚀停止层的上表面以及所述第一、第二芯轴结构的外表面；
38.本发明进一步地，本实施例的步骤三中的所述第一膜层为氮化硅。如图2所示，该步骤三沉积第一膜层05覆盖所述芯轴刻蚀停止层的上表面以及所述第一、第二芯轴结构的外表面；所述第一膜层05为氮化硅。
39.步骤四、刻蚀所述第一膜层，使得所述第一、第二芯轴结构顶部的所述第一膜层以及所述芯轴刻蚀停止层上表面的所述第一膜层被去除，在所述第一、第二芯轴结构的侧壁形成第一侧墙；如图3所示，该步骤四刻蚀所述第一膜层05，使得所述第一、第二芯轴结构顶部的所述第一膜层05以及所述芯轴刻蚀停止层03上表面的所述第一膜层05被去除，在所述第一、第二芯轴结构的侧壁形成第一侧墙06。
40.步骤五、形成有机介电质层，所述有机介电质层覆盖所述芯轴刻蚀停止层以及所述第一、第二芯轴结构；在所述有机介电质层上形成含硅抗反射层；之后在所述含硅抗反射层上涂布光刻胶；如图4所示，该步骤五形成有机介电质层07，所述有机介电质层07覆盖所述芯轴刻蚀停止层03以及所述第一、第二芯轴结构04；在所述有机介电质层07上形成含硅
抗反射层08；之后在所述含硅抗反射层08上涂布光刻胶09。
41.步骤六、曝光并显影，将所述第一区域的所述含硅抗反射层暴露出来；如图4所示，也就是说，显影后，所述第二区域上仍然覆盖有光刻胶09。
42.步骤七、刻蚀去除所述第一区域上的所述含硅抗反射层和所述有机电介质层，将所述第一芯轴结构暴露；如图5所示，该步骤七中刻蚀去除所述第一区域上的所述含硅抗反射层和所述有机电介质层，将所述第一芯轴结构暴露，所述第二区域上仍然覆盖有所述有机电介质层07。
43.步骤八、去除所述第一芯轴结构上的所述第一侧墙；之后对剩余的所述有机介电质层进行灰化，进而去除覆盖在所述第二区域的所述有机电介质层；
44.本发明进一步地，本实施例的步骤八中通过湿法刻蚀去除所述第一芯轴结构上的所述第一侧墙。如图6所示，本实施例中通过湿法刻蚀去除所述第一芯轴结构上的所述第一侧墙06。
45.步骤九、沉积第二膜层，所述第二膜层覆盖所述芯轴刻蚀停止层以及所述第一芯轴结构、所述第二芯轴结构的上表面及其侧壁的所述第一侧墙；如图7所示，该步骤九沉积第二膜层，所述第二膜层10覆盖所述芯轴刻蚀停止层以及所述第一芯轴结构、所述第二芯轴结构的上表面及其侧壁的所述第一侧墙06。
46.步骤十、刻蚀所述第二膜层，去除所述芯轴刻蚀停止层上表面的所述第二膜层、所述第一芯轴结构上表面的所述第二膜层、所述第二芯轴结构及其第一侧墙上表面的所述第二膜层；在所述第一芯轴结构的侧壁形成第二侧墙，并形成依附于所述第二芯轴结构侧壁的所述第一侧墙的第二侧墙；如图8所示，该步骤十中刻蚀所述第二膜层，去除所述芯轴刻蚀停止层上表面的所述第二膜层、所述第一芯轴结构上表面的所述第二膜层、所述第二芯轴结构及其第一侧墙上表面的所述第二膜层；在所述第一芯轴结构的侧壁形成第二侧墙，并形成依附于所述第二芯轴结构侧壁的所述第一侧墙的第二侧墙11。
47.步骤十一、去除所述第一、第二芯轴结构；在所述第一区域上的所述芯轴刻蚀停止层上形成相互间隔排布的所述第一侧墙；在所述第二区域上的所述芯轴刻蚀停止层上形成相互间隔排布的第一、第二侧墙的组合结构；如图9所示，该步骤十一去除所述第一、第二芯轴结构，在所述第一区域上的所述芯轴刻蚀停止层上形成相互间隔排布的所述第一侧墙06；在所述第二区域上的所述芯轴刻蚀停止层上形成相互间隔排布的第一、第二侧墙11的组合结构，也就是说，所述第二区域上的所述第一、第二侧墙相互依附，形成所述组合结构。
48.步骤十二、以所述第一侧墙和所述第一、第二侧墙的组合结构为掩膜刻蚀所述芯轴刻蚀停止层以及所述金属硬掩膜层，直至刻蚀至所述刻蚀停止层上表面为止。如图10所示，该步骤十二以所述第一侧墙和所述第一、第二侧墙的组合结构为掩膜刻蚀所述芯轴刻蚀停止层以及所述金属硬掩膜层，直至刻蚀至所述刻蚀停止层上表面为止，形成芯轴刻蚀停止层结构13和位于其下的金属硬掩膜层结构12。
49.综上所述，本发明对第一区域和第二区域的工艺要求相同，只需将其中的芯轴结构材料完全移除即可。两个区域刻蚀后所剩余的膜层结构皆为侧墙，不会发生侧墙弯曲的问题，进而解决了后续硬质金属硬掩模刻蚀工艺中所产生的缺陷问题。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。
50.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。