專利名稱：雙重圖形化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)，尤其涉及一種雙重圖形化方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體技術(shù)在摩爾定律的驅(qū)動下持續(xù)地朝更小的工藝節(jié)點(diǎn)邁進(jìn)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，器件的功能不斷強(qiáng)大，但是半導(dǎo)體制造難度也與日俱增。而光刻技術(shù)是半導(dǎo)體制造工藝中最為關(guān)鍵的生產(chǎn)技術(shù)，隨著半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)入到65納米、45納米，甚至更低的32納米，現(xiàn)有的193nm的ArF光源光刻技術(shù)已經(jīng)無法滿足半導(dǎo)體制造的需要，超紫外光光刻技術(shù)(EUV)、多波束無掩膜技術(shù)和納米壓印技術(shù)成為下一代光刻候選技術(shù)的研究熱點(diǎn)。 但是上述的下一代光刻候選技術(shù)仍然存在有不便與缺陷，亟待加以進(jìn)一步的改進(jìn)。當(dāng)摩爾定律繼續(xù)向前延伸的腳步不可逆轉(zhuǎn)的時候，雙重圖形化技術(shù)無疑成為了業(yè)界的最佳選擇，雙重圖形化技術(shù)只需要對現(xiàn)有的光刻基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行很小的改動，就可以有效地填補(bǔ)45納米到32納米甚至更小節(jié)點(diǎn)的光刻技術(shù)空白。雙重圖形化技術(shù)的原理是將一套高密度的電路圖形分解成兩套分立的、密度低一些的圖形，然后將它們制備到晶圓上。圖1至圖4為現(xiàn)有技術(shù)中一種雙重圖形化方法的中間結(jié)構(gòu)的剖面圖。參考圖1，提供基底10，在所述基底10上形成介質(zhì)層11，在介質(zhì)層11上形成硬掩膜層12。在硬掩膜層12上形成第一光刻膠層，并對第一光刻膠層進(jìn)行圖形化，定義出第一圖形13。參考圖2，以圖形化的第一光刻膠層為掩膜，刻蝕硬掩膜層12，相應(yīng)的第一圖形13 也轉(zhuǎn)移到硬掩膜層12。參考圖3，形成第二光刻膠層，覆蓋所述第一圖形以及介質(zhì)層11，對第二光刻膠層進(jìn)行圖形化，定義出第二圖形14。參考圖4，以第一圖形13和第二圖形14為掩膜，刻蝕介質(zhì)層11，將第一圖形13和第二圖形14定義的圖形轉(zhuǎn)移到介質(zhì)層11。上述雙重圖形化方法中，將刻蝕圖形轉(zhuǎn)化為相互獨(dú)立的、密度較低的第一圖形13 和第二圖形14，然后將其轉(zhuǎn)移至介質(zhì)層11上，使得每一次光刻膠的曝光圖形的密度較小。 但是，上述雙重圖形化方法的精度仍然無法滿足進(jìn)一步的工藝需求，由于曝光過程中光源波長的限制，使得每次曝光圖形的線寬較大，影響器件的集成度。關(guān)于雙重圖形化方法的更多詳細(xì)內(nèi)容，請參考專利號為6042998的美國專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是圖形化精度較低的問題，以減小圖形的線寬，提高器件的集成度。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種雙重圖形化方法，包括分別提供基底和壓印模具，所述基底上形成有硬掩膜層，所述壓印模具具有第一圖形；
使用所述壓印模具對所述硬掩膜層進(jìn)行壓印，將所述第一圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩膜層；形成光刻膠層，覆蓋所述壓印后的硬掩膜層；對所述光刻膠層進(jìn)行圖形化，定義出第二圖形；以所述圖形化后的光刻膠層為掩膜對所述硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，將所述第二圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩膜層?？蛇x的，所述使用所述壓印模具對所述硬掩膜層進(jìn)行壓印包括對所述硬掩膜層進(jìn)行軟化；使用所述壓印模具對所述硬掩膜層進(jìn)行沖壓；對所述硬掩膜層進(jìn)行凍結(jié)；移除所述壓印模具?？蛇x的，所述軟化包括對所述硬掩膜層進(jìn)行加熱?？蛇x的，所述加熱過程中的壓強(qiáng)為IO-3Hibar至ΙΟ^π ειι·。
可選的，所述凍結(jié)包括對所述硬掩膜層進(jìn)行冷卻?？蛇x的，所述對所述光刻膠層進(jìn)行圖形化包括對所述光刻膠層進(jìn)行曝光，定義出所述第二圖形；對所述曝光后的光刻膠層進(jìn)行顯影?？蛇x的，所述硬掩膜層的材料為鈦、氮化鈦或鉻?？蛇x的，所述硬掩膜層的厚度為200 A至400 Α?？蛇x的，所述基底上還依次形成有介質(zhì)層和帽層，所述硬掩膜層位于所述帽層的表面上?？蛇x的，所述帽層的材料為正硅酸乙酯(TEOS)、氧化硅或其組合物。可選的，所述雙重圖形化方法還包括去除所述光刻膠層；以所述硬掩膜層為掩膜對所述帽層和介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，將所述第一圖形和第二圖形轉(zhuǎn)移至所述介質(zhì)層。可選的，在形成所述光刻膠層之前，所述雙重圖形化方法還包括形成防反射層， 覆蓋所述壓印后的硬掩膜層的表面。可選的，所述壓印模具的材料為兩種或兩種以上金屬的合金，或金剛石。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本技術(shù)方案的雙重圖形化方法中，首先使用壓印模具對所述硬掩膜層進(jìn)行壓印， 將第一圖形轉(zhuǎn)移至硬掩膜層上，之后再在硬掩膜層上形成光刻膠層，并對光刻膠層進(jìn)行圖形化，在第二光刻膠上定義出第二圖形，之后以所述圖形化后的光刻膠層為掩膜對硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，將第二圖形轉(zhuǎn)移至硬掩膜層。使用壓印模具進(jìn)行壓印可以擺脫光刻時曝光工藝的限制，有利于提高圖形化的精度，減小圖形線寬，提高集成度。此外，本技術(shù)方案中的硬掩膜層的材料選擇金屬或金屬化合物材質(zhì)，可以形成和保持更好的圖形形貌，有利于進(jìn)一步提高圖形化的精度。


圖1至圖4是現(xiàn)有技術(shù)雙重圖形化方法的中間結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例的雙重圖形化方法的流程示意圖；圖6至圖13是本發(fā)明實(shí)施例的雙重圖形化方法的中間結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)有技術(shù)的雙重圖形化方法將曝光圖形分拆為密度較低的兩個獨(dú)立的圖形后，分別進(jìn)行曝光，受到曝光工藝的限制，其圖形化精度仍然較低，無法滿足進(jìn)一步的工藝需要。本技術(shù)方案的雙重圖形化方法中，首先使用壓印模具對所述硬掩膜層進(jìn)行壓印， 將第一圖形轉(zhuǎn)移至硬掩膜層上，之后再在硬掩膜層上形成光刻膠層，并對光刻膠層進(jìn)行圖形化，在第二光刻膠上定義出第二圖形，之后以所述圖形化后的光刻膠層為掩膜對硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，將第二圖形轉(zhuǎn)移至硬掩膜層。使用壓印模具進(jìn)行壓印可以擺脫光刻時曝光工藝的限制，有利于提高圖形化的精度，減小圖形線寬，提高集成度。此外，本技術(shù)方案中的硬掩膜層選擇金屬或金屬化合物材質(zhì)，可以形成和保持更好的圖形形貌，有利于進(jìn)一步提高圖形化的精度。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施方式
的限制。圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例的雙重圖形化方法的流程示意圖，包括步驟S21，分別提供基底和壓印模具，所述基底上形成有硬掩膜層，所述壓印模具具有第一圖形，所述硬掩膜的材料為金屬或金屬化合物；步驟S22，使用所述壓印模具對所述硬掩膜層進(jìn)行壓印，將所述第一圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩膜層；步驟S23，形成光刻膠層，覆蓋所述壓印后的硬掩膜層；步驟S24，對所述光刻膠層進(jìn)行圖形化，定義出第二圖形；步驟S25，以所述圖形化后的光刻膠層為掩膜對所述硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，將所述第二圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩膜層。圖6至圖13示出了本發(fā)明實(shí)施例的雙重圖形化方法的中間結(jié)構(gòu)的剖面圖，下面結(jié)合圖5和圖6至圖13對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。結(jié)合圖5和圖6，執(zhí)行步驟S21，分別提供基底和壓印模具，所述基底上形成有硬掩膜層，所述壓印模具具有第一圖形，所述硬掩膜層的材料為金屬或金屬化合物。具體的，分別提供基底20和壓印模具30。所述基底20可以為半導(dǎo)體材料，可以是單晶硅，也可以是硅鍺化合物，還可以是絕緣體上硅(S0I，SilicOn0n Insulator)結(jié)構(gòu)或硅上外延層結(jié)構(gòu)，其中還可以形成有MOS晶體管等半導(dǎo)體器件。本實(shí)施例中所述基底20上依次形成有介質(zhì)層21、帽層22和硬掩膜層23，當(dāng)然在其他具體實(shí)施例中，所述硬掩膜層23也可以直接形成在基底20的表面上。所述硬掩膜層23的材料為金屬或金屬化合物，如鈦、氮化鈦或鉻，其厚度為200 A 至400 A。所述介質(zhì)層21的材料可以是摻雜的硅玻璃、低k介質(zhì)材料或超低k介質(zhì)材料等， 所述帽層22的材料可以是正硅酸乙酯、氧化硅或其組合物。由于摻雜的硅玻璃、低k介質(zhì)層或超低k介質(zhì)層等半導(dǎo)體工藝中常用的介質(zhì)材料與金屬材料及金屬化合物之間的粘附性較差，因此帽層22可以改善介質(zhì)層21和硬掩膜層23之間的粘附性。此外，低k介質(zhì)材料和超低k介質(zhì)材料一般都較為疏松，易受壓后形變，帽層22還可以對低k介質(zhì)材料和超低k介質(zhì)材料的介質(zhì)層21進(jìn)行保護(hù)，防止其受壓形變。所述壓印模具30具有第一圖形，具體的，所述壓印模具30上形成有凸起30a，所述凸起30a可以是點(diǎn)、圓柱等形貌，所述凸起30a分布形成所述第一圖形。所述壓印模具30 的材料可以為兩種或兩種以上金屬的合金，或金剛石，其硬度較高，有利于在壓印過程中改善壓印形成的圖形的形貌。結(jié)合圖5、圖7和圖8，執(zhí)行步驟S22，使用所述壓印模具對所述硬掩膜層進(jìn)行壓印， 將所述第一圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩膜層。首先參考圖7，使用所述壓印模具30對所述硬掩膜層23進(jìn)行壓印，具體的，首先對所述硬掩膜層23進(jìn)行軟化，所述軟化過程可以是加熱，如激光加熱等，加熱過程在類真空環(huán)境中進(jìn)行，壓強(qiáng)為IO-3Hibar (lmbar = IOOPa)至IO-11Hibar,加熱的溫度和時間可以根據(jù)所述硬掩膜層23的材料和厚度來確定，使得所述硬掩膜層23軟化成半熔融狀態(tài)；之后使用所述壓印模具30對所述軟化后的硬掩膜層23進(jìn)行沖壓，使得所述第一壓印模具30的凸起 30a嵌入所述硬掩膜層23中，需注意的是，壓印過程中所述凸起30a需與所述帽層22的表面接觸；再之后對所述硬掩膜層23進(jìn)行凍結(jié)，使其定形，所述凍結(jié)過程可以是對所述硬掩膜層23進(jìn)行冷卻，使其凝固定形，從而將所述第一圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩膜層23上。之后參考圖8，在所述凍結(jié)過程之后，移除所述第一壓印模具，形成壓印后的硬掩膜層23。由于所述壓印模具30上的第一圖形可以采用機(jī)械加工、納米加工等方法形成，其線寬可以制作的很小，通過壓印的方法對硬掩膜層23進(jìn)行圖形化，避免了現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的曝光工藝的限制，提高了圖形化的精度。此外，硬掩膜層23的材料為金屬或金屬化合物， 在經(jīng)過壓印后較其他材質(zhì)的硬掩膜層能夠保持更好的形貌，有利于改善后續(xù)刻蝕工藝過程形成的圖形的形貌。此外，由于所述介質(zhì)層21上形成有帽層22，避免了壓印過程對低k介質(zhì)材料或超低k介質(zhì)材料的介質(zhì)層21造成壓迫而導(dǎo)致的形變。結(jié)合圖5和圖9，執(zhí)行步驟S23，形成光刻膠層，覆蓋所述壓印后的硬掩膜層。具體的，形成光刻膠層對，覆蓋所述壓印后的硬掩膜層23，所述光刻膠層M的形成方法可以是旋涂、噴涂等方法，所述光刻膠層M填充壓印后形成的第一圖形中的凹槽，并覆蓋所述壓印后的硬掩膜層23的表面。結(jié)合圖5和圖10，執(zhí)行步驟S24，對所述光刻膠層進(jìn)行圖形化，定義出第二圖形。具體的，對所述光刻膠層M進(jìn)行圖形化，定義出第二圖形，所述圖形化過程可以為常規(guī)的光刻工藝，主要包括曝光和顯影，具體的使用掩膜版對所述光刻膠層M進(jìn)行曝光，定義出第二圖形；之后在對所述曝光后的光刻膠層M進(jìn)行顯影，從而完成光刻膠層M的圖形化。上述曝光和顯影的方法請參見現(xiàn)有技術(shù)中常用的光刻工藝，這里就不再贅述。所述第一圖形和第二圖形相互穿插，共同構(gòu)成了實(shí)際待形成的圖形，所述實(shí)際待形成的圖形可以是呈陣列排布的接觸孔、通孔等。為了改善光刻質(zhì)量，在形成所述光刻膠層M之前，還可以在所述壓印后的硬掩膜層23的表面上形成防反射層(圖中未示出)。結(jié)合圖5和圖11，執(zhí)行步驟S25，以所述圖形化后的光刻膠層為掩膜對所述硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，將所述第二圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩膜層。具體的，以所述圖形化后的光刻膠層M
6為掩膜對所述硬掩膜層23進(jìn)行刻蝕，將所述第二圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩膜層23，刻蝕過程可以是干法刻蝕、濕法刻蝕等。本實(shí)施例中，通過對光刻膠層M的曝光、顯影以及后續(xù)的刻蝕過程將第二圖形間接的轉(zhuǎn)移至硬掩膜層23上，而沒有使用具有第二圖形的壓印模具直接對所述硬掩膜層23 再次進(jìn)行壓印。由于壓印過程需要對硬掩膜層23進(jìn)行軟化，因此通過對光刻膠層M進(jìn)行圖形化以形成第二圖形，避免了軟化過程對硬掩膜層23上已經(jīng)形成的第一圖形的破壞。之后參考圖12，去除所述光刻膠層，去除方法可以是灰化(ashing)法，暴露出所述硬掩膜層23。接下來參考圖13，以所述硬掩膜層23為掩膜，對所述帽層22、介質(zhì)層21進(jìn)行刻蝕，將所述第一圖形和第二圖形轉(zhuǎn)移至所述介質(zhì)層21上。需要說明的是，上述實(shí)施例中，在基底上形成有介質(zhì)層和帽層，所述硬掩膜層形成在所述帽層的表面上。但應(yīng)當(dāng)明白的是，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以將所述硬掩膜層直接形成在基底的表面上，在通過壓印、光刻和刻蝕后，將第一圖形和第二圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩膜層，之后以所述硬掩膜層為掩膜對基底進(jìn)行刻蝕，將所述第一圖形和第二圖形轉(zhuǎn)移至
基底上。綜上，本技術(shù)方案的雙重圖形化方法中，首先使用壓印模具對所述硬掩膜層進(jìn)行壓印，將第一圖形轉(zhuǎn)移至硬掩膜層上，之后再在硬掩膜層上形成光刻膠層，并對光刻膠層進(jìn)行圖形化，在第二光刻膠上定義出第二圖形，之后以所述圖形化后的光刻膠層為掩膜對硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，將第二圖形轉(zhuǎn)移至硬掩膜層。使用壓印模具進(jìn)行壓印可以擺脫光刻時曝光工藝的限制，有利于提高圖形化的精度，減小圖形線寬，提高集成度。此外，本技術(shù)方案中的硬掩膜層選擇金屬或金屬化合物材質(zhì)，可以形成和保持更好的圖形形貌，有利于進(jìn)一步提高圖形化的精度。本發(fā)明雖然已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙重圖形化方法，其特征在于，包括分別提供基底和壓印模具，所述基底上形成有硬掩膜層，所述壓印模具具有第一圖形， 所述硬掩膜的材料為金屬或金屬化合物；使用所述壓印模具對所述硬掩膜層進(jìn)行壓印，將所述第一圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩膜層；形成光刻膠層，覆蓋所述壓印后的硬掩膜層；對所述光刻膠層進(jìn)行圖形化，定義出第二圖形；以所述圖形化后的光刻膠層為掩膜對所述硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，將所述第二圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述使用所述壓印模具對所述硬掩膜層進(jìn)行壓印包括對所述硬掩膜層進(jìn)行軟化；使用所述壓印模具對所述硬掩膜層進(jìn)行沖壓；對所述硬掩膜層進(jìn)行凍結(jié)；移除所述壓印模具。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述軟化包括對所述硬掩膜層進(jìn)行加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述加熱過程中的壓強(qiáng)為 l(T3mbar 至 KT11Iiibar0
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述凍結(jié)包括對所述硬掩膜層進(jìn)行冷卻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述對所述光刻膠層進(jìn)行圖形化包括對所述光刻膠層進(jìn)行曝光，定義出所述第二圖形；對所述曝光后的光刻膠層進(jìn)行顯影。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述硬掩膜層的材料為鈦、氮化鈦或鉻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述硬掩膜層的厚度為 200 A 至400 A。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述基底上還依次形成有介質(zhì)層和帽層，所述硬掩膜層位于所述帽層的表面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述帽層的材料為正硅酸乙酯、氧化硅或其組合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙重圖形化方法，其特征在于，還包括去除所述光刻膠層； 以所述硬掩膜層為掩膜對所述帽層和介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，將所述第一圖形和第二圖形轉(zhuǎn)移至所述介質(zhì)層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重圖形化方法，其特征在于，在形成所述光刻膠層之前， 還包括形成防反射層，覆蓋所述壓印后的硬掩膜層的表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述壓印模具的材料為兩種或兩種以上金屬的合金，或金剛石。
全文摘要
一種雙重圖形化方法，包括分別提供基底和壓印模具，所述基底上形成有硬掩膜層，所述壓印模具具有第一圖形，所述硬掩膜的材料為金屬或金屬化合物；使用所述壓印模具對所述硬掩膜層進(jìn)行壓印，將所述第一圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩膜層；形成光刻膠層，覆蓋所述壓印后的硬掩膜層；對所述光刻膠層進(jìn)行圖形化，定義出第二圖形；以所述圖形化后的光刻膠層為掩膜對所述硬掩膜層進(jìn)行刻蝕，將所述第二圖形轉(zhuǎn)移至所述硬掩膜層。本發(fā)明有利于改善圖形化精度，減小圖形的線寬，提高器件集成度。
文檔編號G03F7/00GK102478764SQ20101056820
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者張海洋, 李凡 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司