專利名稱：一種雙重圖形化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路領(lǐng)域，特別涉及一種雙重圖形化方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，要求將更多的電路器件集成至一個很小的芯片面積上，半導(dǎo)體電路器件尺寸正變得越來越小，即要求光刻工藝能夠產(chǎn)生出更小線寬的圖形尺寸。然而由于決定器件尺寸的光刻工藝中的光源的波長正在接近其所能減少的技術(shù)極限，器件尺寸已經(jīng)接近曝光機(jī)臺的極限分辨率而不能無限制縮小。利用雙重圖形化技術(shù)方法可解決光刻工藝分辨率極限問題，來形成更小圖形尺 寸。此方法是利用光刻工藝分辨率的極限使得電路的集成度提高兩倍，即將超出光刻機(jī)極限分辨率的設(shè)計圖形分拆成光刻機(jī)能夠達(dá)到的分辨率的兩層圖形，并利用兩塊光刻版，在同一襯底上順序進(jìn)行兩次光刻工藝使得圖形密度提高一倍。圖IA至圖IF及圖2A至圖2E為現(xiàn)有技術(shù)的雙重圖形化方法的各步驟示意圖。請先參照圖IA至圖1F，首先在硅襯底101上生長需要進(jìn)行圖形化的膜層結(jié)構(gòu)102 ;在膜層結(jié)構(gòu)102頂部生長一層金屬硬掩膜層103，然后進(jìn)行第一次光刻抗反射層104以及光刻膠的涂布、曝光、顯影，再對顯影后的第一次光刻圖形結(jié)構(gòu)105進(jìn)行烘烤固化，如圖IA所示；然后進(jìn)行第二次光刻的涂膠、曝光、顯影，這樣在硅襯底101上就形成了兩次光刻后的光刻膠圖形結(jié)構(gòu)105和106，如圖IB所示，此時兩次光刻產(chǎn)生的光刻膠圖形密度是一次光刻的兩倍。接著如圖IC和ID所示，利用等離子干法刻蝕，打開光刻膠下方的抗反射層104以及金屬硬掩膜層103，將光刻膠圖形轉(zhuǎn)移至下方的金屬硬掩膜層103上，然后如圖IE所示去膠，清洗，保留金屬硬掩膜103a。最后利用金屬硬掩膜103a作為掩膜對其下方的膜層結(jié)構(gòu)102進(jìn)行干法刻蝕，將所需的圖形傳遞到膜層結(jié)構(gòu)102上，如圖IF所示。然而，在上述雙重圖形化方法中，如果兩次光刻使用的光刻膠類型不同則可能導(dǎo)致刻蝕特性的不同。請參照圖2A，由于兩次光刻所采用的光刻膠型號不同，顯影后的第一次光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205和第二次光刻膠圖形結(jié)構(gòu)206的高度不同，甚至其形貌也不相同。兩種光刻膠的刻蝕的特性亦可能不同，因此在抗反射層204刻蝕工藝中，易導(dǎo)致抗反射層圖形形貌差異，如圖2B所示，其中第一次光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205所產(chǎn)生的抗反射層圖形結(jié)構(gòu)204a與第二次光刻膠圖形結(jié)構(gòu)206所產(chǎn)生的抗反射層圖形結(jié)構(gòu)204b在形貌上有差異?？狗瓷鋵?04打開后進(jìn)行金屬硬掩膜層203的刻蝕工藝。由于光刻膠圖形以及抗反射層圖形的差異，導(dǎo)致金屬硬掩膜刻蝕工藝時可能產(chǎn)生不同的金屬硬掩膜形貌和關(guān)鍵尺寸，如圖2C所示，其中第一次光刻圖形產(chǎn)生的金屬硬掩膜203a和第二次光刻圖形產(chǎn)生的金屬硬掩膜203b在形貌上有差異。在金屬硬掩膜刻蝕后進(jìn)行去膠處理，清洗結(jié)果如圖2D所示，留下了形貌不同的金屬硬掩膜203a和203b。之后如圖2E所示利用金屬硬掩膜203a以及203b為掩膜進(jìn)行后續(xù)的刻蝕工藝以產(chǎn)生所需要的圖形202a及202b，由于金屬硬掩膜圖形203a與203b形貌的差異，導(dǎo)致后續(xù)介質(zhì)膜層202刻蝕工藝中相鄰的兩個圖形202a和202b在形貌上以及關(guān)鍵尺寸上亦產(chǎn)生差異。為了消除以上因為兩種光刻膠型號不同所引起的光刻膠厚度以及形貌差異，最終導(dǎo)致刻蝕特性的不同，需要對光刻工藝進(jìn)行精細(xì)優(yōu)化，這就使得光刻工藝窗口變得更小，同時也更加增大了刻蝕工藝的難度和復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種雙重圖形化方法 ，克服了現(xiàn)有技術(shù)中雙重圖形化方法對后續(xù)刻蝕工藝的不良影響，使得后續(xù)刻蝕工藝的工藝窗口更大。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種雙重圖形化方法，包括如下步驟在襯底上依次形成介質(zhì)層、硬掩膜層；形成并圖形化第一光刻膠層，以形成第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)；形成并圖形化第二光刻膠層，以形成第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)，所述第一光刻膠層與所述第二光刻膠層的類型不同；在所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)之間形成旋涂玻璃層，且所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)的頂部外露；去除所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)；以及，以所述旋涂玻璃層為掩膜刻蝕所述硬掩膜層?？蛇x的，在所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)之間形成旋涂玻璃層，且所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)的頂部外露的步驟包括在所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)之間形成所述旋涂玻璃層，所述旋涂玻璃層的高度大于或等于所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)的頂部；以及刻蝕所述旋涂玻璃層使所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)的頂部外露?？蛇x的，刻蝕所述旋涂玻璃層使所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)的頂部外露的方法包括對所述旋涂玻璃層進(jìn)行反刻，并根據(jù)刻蝕時間控制反刻深度?？蛇x的，所述在襯底上依次形成介質(zhì)層、硬掩膜層的步驟還包括在所述硬掩膜層上形成抗反射層?？蛇x的，以所述旋涂玻璃層為掩膜刻蝕所述抗反射層?？蛇x的，所述硬掩膜層的材料為鈦或氮化鈦?？蛇x的，去除所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)的方法為干法去月父或濕法去月父。本發(fā)明的優(yōu)點在于通過將不同類型的光刻膠圖形結(jié)構(gòu)所定義的圖形轉(zhuǎn)移到旋涂玻璃層上，由此，后續(xù)刻蝕工藝只需采用一種材料即可作為刻蝕硬掩膜以形成所需的圖形。本發(fā)明的雙重圖形化方法能夠有效消除采用不同類型的光刻膠光刻對后續(xù)刻蝕工藝的影響，使得在后續(xù)刻蝕工藝能更好地控制刻蝕的形貌，關(guān)鍵尺寸以及最終刻蝕深度，獲得更大的工藝窗口。


圖IA 圖IF為現(xiàn)有技術(shù)中一種雙重圖形化的方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A 圖2E為現(xiàn)有技術(shù)中一種雙重圖形化的方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3A 圖3F為本發(fā)明具體實施例的雙重圖形化方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明具體實施例的雙重圖形化方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。圖4是本發(fā)明具體實施方式
的雙重圖形化方法的流程圖，參考圖4，雙重圖形化方法包括步驟S41，在襯底上依次形成介質(zhì)層、硬掩膜層；步驟S42，形成并圖形化第一光刻膠層，以形成第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)；步驟S43，形成并圖形化第二光刻膠層，以形成第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)；其中第一光刻膠層與所述第二光刻膠層的類型不同；步驟S44，在所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)之間形成旋涂玻璃層，且所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)的頂部外露；步驟S45，去除所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)；步驟S46，以所述旋涂玻璃層為掩膜刻蝕所述硬掩膜層。圖3A至圖3F為本發(fā)明具體實施例的雙重圖形化方法的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明的具體實施方式
，下面結(jié)合具體實施例以及圖3A至圖3F詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式
的雙重圖形化的方法。請參照圖3A，首先，提供襯底201，襯底201的材質(zhì)可以是硅、鍺或鍺硅。在本實施例中，襯底201為硅襯底，且襯底201已完成前道工藝。然后在襯底201上依次形成介質(zhì)層202及硬掩膜層203，介質(zhì)層202的材料可以為二氧化硅(Si02)或低介電常數(shù)材料，硬掩膜層203的材料可以是鈦或氮化鈦等金屬。請參照圖3B，較佳的，還可在硬掩膜層203上先形成抗反射層204，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，抗反射層204用來防止穿過第一光刻膠層的光線在襯底201上反射回第一光刻膠層，從而干擾入射至第一光刻膠層的光線而導(dǎo)致曝光不均勻?？狗瓷鋵?04的材料可以是低介電常數(shù)材料，形成抗反射層204的方法可以使氣相沉積，例如，化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子體加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、物理氣相沉積(PVD)以及原子層沉積(ALD)等。接著，進(jìn)行第一光刻膠層的涂膠、曝光、顯影，以及對顯影后圖形的烘烤固化，以形成第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205a。然后，利用第二類型的光刻膠形成并圖形化第二光刻膠層，以形成第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)206a,形成方法與前述相同。由于兩次光刻膠型號不同,第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205a和第二次光刻膠圖形結(jié)構(gòu)206a的高度形貌都不同。請繼續(xù)參考圖3B和圖3C，接下來，采用低溫旋涂工藝形成旋涂玻璃層(SOG) 207a，其材料可以使二氧化硅、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、氟硅玻璃或低介電常數(shù)材料，旋涂玻璃層207a具有平坦化的上表面。具體方法例如是，先在第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205a和第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205b之間填充旋涂玻璃，使得旋涂玻璃層207的高度要大于第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205a和第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205b的頂部。接著，如圖3C所示，利用反刻工藝形成高度低于第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205a和第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205b頂部的旋涂玻璃層207a，其中反刻深度可由刻蝕時間控制。為使后續(xù)對抗反射層204和硬掩膜層203的刻蝕能夠正常進(jìn)行，旋涂玻璃層207a也需保留一定的高度。由此，第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205a和第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205b的頂部露出，光刻膠圖形結(jié)構(gòu)之間的旋涂玻璃層207a表面平坦。接下來，請參考圖3D，去除光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205a和第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205b，去除方法例如是濕法去膠工藝或干法去膠工藝，由于這些去膠工藝不會損傷到旋涂玻璃，因此旋涂玻璃層207a能夠被完整的保留，值得注意的是，光刻膠圖形結(jié)構(gòu)側(cè)壁可經(jīng)優(yōu)化的光刻工藝使其垂直度接近90度，那么光刻膠圖形結(jié)構(gòu)去除后，最終形成的旋涂玻璃層207a的側(cè)壁形貌亦能夠接近90度。其后，如圖3E所示，以旋涂玻璃層207a為硬掩膜，依次刻蝕抗反射層204和硬掩膜層203。這樣做的優(yōu)點是，由于最終形成的旋涂玻璃層207a的側(cè)壁形貌接近90度，如此一來就可以消除因兩種不同類型光刻膠作為掩膜所形成的圖形差異，因此，通過旋涂玻璃層207a，第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205a和第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)205b所定義的圖形能夠準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)移到硬掩膜層203，從而消除了因不同類型光刻膠對后續(xù)刻蝕工藝的影響，使得在后續(xù)刻蝕工藝具有更大的工藝窗口。最后，以硬掩膜層203為掩膜對介質(zhì)層202進(jìn)行刻蝕，最終將需要的圖形轉(zhuǎn)移到介質(zhì)層上。需要注意的是，采用本發(fā)明的方法實現(xiàn)所需要的圖形密度和尺寸時，在光刻的步驟應(yīng)將目標(biāo)圖形的線寬和間隔反轉(zhuǎn)，例如目標(biāo)圖形為40nm線寬和60nm間隔時，則經(jīng)兩次光刻所形成的光刻膠圖形結(jié)構(gòu)應(yīng)為60nm線寬40nm間 隔，如此一來，光刻膠圖形結(jié)構(gòu)去除后，旋涂玻璃層將為40nm線寬和60nm間隔，從而以旋涂玻璃層為掩膜進(jìn)行后續(xù)刻蝕才能獲得目標(biāo)圖形。后續(xù)刻蝕過程中介質(zhì)層202上方的旋涂玻璃層207a，抗反射層204以及硬掩膜層203不斷被消耗，最終在完成介質(zhì)層202的刻蝕工藝后，其上方的旋涂玻璃層207a和抗反射層204已經(jīng)完全被消耗，并部分消耗硬掩膜層203，形成如圖3F所示的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，當(dāng)介質(zhì)層202刻蝕完成后其上方的旋涂玻璃層207a也可能仍有剩余。綜上所述，本發(fā)明在完成現(xiàn)有技術(shù)的兩次光刻曝光工藝后，并不直接利用兩次光刻所形成的光刻膠圖形結(jié)構(gòu)作為刻蝕掩膜，而是在光刻膠圖形結(jié)構(gòu)間形成旋涂玻璃層再去除光刻膠圖形結(jié)構(gòu)，從而將光刻膠圖形結(jié)構(gòu)所定義的圖形轉(zhuǎn)移到旋涂玻璃層上，由此，后續(xù)刻蝕工藝只需采用一種材料即可作為刻蝕硬掩膜以形成所需的圖形。本發(fā)明的雙重圖形化方法能夠有效消除采用不同類型的光刻膠光刻對后續(xù)刻蝕工藝的影響，使得在后續(xù)刻蝕工藝能更好地控制刻蝕的形貌，關(guān)鍵尺寸以及最終刻蝕深度，獲得更大的工藝窗口。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然所述諸多實施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動與潤飾，本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種雙重圖形化方法，其特征在于，包括以下步驟 在襯底上依次形成介質(zhì)層、硬掩膜層； 形成并圖形化第一光刻膠層，以形成第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)； 形成并圖形化第二光刻膠層，以形成第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)，所述第一光刻膠層與所述第二光刻膠層的類型不同； 在所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)之間形成旋涂玻璃層，且所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)的頂部外露； 去除所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)；以及 以所述旋涂玻璃層為掩膜刻蝕所述硬掩膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述在所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)之間形成旋涂玻璃層，且所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)的頂部外露的步驟包括 在所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)之間形成所述旋涂玻璃層，所述旋涂玻璃層的高度大于或等于所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)的頂部；以及 刻蝕所述旋涂玻璃層使所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)的頂部外露。
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，刻蝕所述旋涂玻璃層使所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)的頂部外露的方法包括對所述旋涂玻璃層進(jìn)行反刻，并根據(jù)刻蝕時間控制反刻深度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述在襯底上依次形成介質(zhì)層、硬掩膜層的步驟還包括 在所述硬掩膜層上形成抗反射層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙重圖形化方法，其特征在于，還包括 以所述旋涂玻璃層為掩膜刻蝕所述抗反射層。
6.根據(jù)權(quán)利要求I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或氮化鈦。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙重圖形化方法，其特征在于，去除所述第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和所述第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)的方法為干法去膠或濕法去膠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙重圖形化方法，包括在襯底上依次形成介質(zhì)層、硬掩膜層；形成并圖形化第一光刻膠層，以形成第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)；形成并圖形化第二光刻膠層，以形成第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)；在第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)之間形成旋涂玻璃層，且第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)的頂部外露；去除第一光刻膠圖形結(jié)構(gòu)和第二光刻膠圖形結(jié)構(gòu)；以及以旋涂玻璃層為掩膜刻蝕硬掩膜層。本發(fā)明能夠有效消除采用不同類型的光刻膠光刻對后續(xù)刻蝕工藝的影響，使得在后續(xù)刻蝕工藝能更好地控制刻蝕的形貌，獲得更大的工藝窗口。
文檔編號H01L21/033GK102881567SQ20121040485
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者易春艷 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司