專利名稱：利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路的制造方法，尤其涉及一種在集成電 路襯底上利用可顯影材料的兩次圖形曝光方法。
背景技術(shù)：
隨著芯片尺寸的縮小，傳統(tǒng)的單次光刻成像技術(shù)已經(jīng)不能滿足半導(dǎo)體 技術(shù)發(fā)展的需求，為了進(jìn)一步發(fā)掘并利用現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備的潛力、實現(xiàn)更為細(xì)小的芯片線寬，兩次圖形曝光技術(shù)(Double Patterning)應(yīng)運而生。但是目前的兩次圖形曝光技術(shù)還存在較多的問題，如圖la至圖Id 所示，在現(xiàn)有技術(shù)中，使用正性光刻膠曝光顯影實現(xiàn)兩次圖形曝光技術(shù)的 基本工藝流程如下(1) 待刻蝕襯底101上淀積一層硬掩模(Hard Mask, HM) 102 (例 如二氧化硅，氮化硅，金屬硅化物)；(2) 第一抗反射層(Bottom Anti-Reflection Coating, BARC) 103 的涂覆及第一光刻膠(Photo Resist, PR)104的涂覆；(3) 進(jìn)行第一次光刻，這時硅片的剖面結(jié)構(gòu)如圖la所示；(4) 進(jìn)行第一次刻蝕，首先刻蝕到非光刻膠保護(hù)區(qū)域的第一抗反射 涂層103，隨后利用第一光刻膠104作為刻蝕掩蔽層，完成硬掩模102刻 蝕，該刻蝕停止于待刻蝕襯底101表面；(5) 剝離第一抗反射層103和第一光刻膠104，這時硅片的剖面結(jié)構(gòu)如圖lb所示；(6) 第二抗反射層105的涂覆，第二光刻膠106的涂覆；(7) 進(jìn)行第二次光刻，這時硅片的剖面結(jié)構(gòu)如圖1C所示；(8) 進(jìn)行第二次刻蝕，首先刻蝕掉覆蓋在硬掩模102以及非光刻膠 保護(hù)區(qū)域的第二抗反射涂層105，隨后利用硬掩模102和第二光刻膠106 共同作為刻蝕掩蔽層，刻蝕暴露的襯底ioi。(9) 剝離剩余的第二抗反射層105和第二光刻膠106，然后進(jìn)行清 洗，這時硅片的剖面結(jié)構(gòu)如圖ld所示；(10) 剝離剩余的硬掩模102。在這個工藝過程中，存在如下缺點由于硬掩模層與襯底材料的刻蝕選擇比不高，因此其厚度較厚，引起第二抗反射涂層的涂覆厚度在圖形密 集區(qū)域和圖形疏松區(qū)域差異較大，進(jìn)而會影響后續(xù)光刻、刻蝕工藝，導(dǎo)致 難于進(jìn)行精確、可重復(fù)性的工藝生產(chǎn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用可顯影填充材料的兩次圖 形曝光方法，可避免產(chǎn)生第二次抗反射涂層的涂覆厚度在圖形密集區(qū)域和 圖形疏松區(qū)域差異較大的問題，從而提高第二次光刻和刻蝕工藝的穩(wěn)定 性，提高兩次圖形曝光技術(shù)的表現(xiàn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法，包括如下步驟(1) 在待刻蝕的硅片襯底201上淀積一層硬掩模202;(2) 涂覆一層第一抗反射層203，然后涂覆第一光刻膠204;(3) 進(jìn)行第一次光刻；
(4) 進(jìn)行第一次刻蝕；
(5) 剝離第一光刻膠204和剩余的第一抗反射層203;
(6) 用濕法將可顯影的填充材料205涂覆在硅片表面，填充硬掩模202 之間的間隙；
(7) 顯影經(jīng)過填充材料205涂覆后的硅片，去除硬掩模202表面上方的 填充材料205，實現(xiàn)硅片表面的平整表現(xiàn)；
(8) 涂覆第二抗反射層206，然后涂覆第二光刻膠207;
(9) 進(jìn)行第二次光刻；
(10) 進(jìn)行第二次刻蝕；
(11) 剝離第二光刻膠207和剩余的第二抗反射層206及填充材料205， 然后進(jìn)行清洗；
(12) 剝離剩余的硬掩模202。 本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，具有這樣的有益效果，即通過完
成第一次光刻、刻蝕，并剝離了剩余的第一抗反射層、第一光刻膠之后， 采用濕法可顯影填充性材料涂覆在硅片表面，以填充硬掩模之間的間隙， 然后通過對所述填充材料進(jìn)行顯影的方式移除硬掩模表面上的所述填充 性材料，從而形成平整的界面，然后再進(jìn)行第二次光刻、刻蝕等工藝， 從而消除了傳統(tǒng)兩次圖形曝光技術(shù)工藝中由于表面形貌臺階的高度變化 而引入的第二次光刻、刻蝕工藝的不穩(wěn)定性，提高了兩次圖形曝光技術(shù) 的表現(xiàn)；而且本發(fā)明所述工藝方法在進(jìn)行第二次光刻時并沒有對圖形的 對準(zhǔn)精度的特殊要求。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明 圖la至圖ld為利用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)兩次圖形曝光的硅片結(jié)構(gòu)剖面圖； 圖2為根據(jù)本發(fā)明利用可顯影填充材料實現(xiàn)兩次圖形曝光的流程示 意圖3a至圖3f為根據(jù)本發(fā)明利用可顯影填充材料實現(xiàn)兩次圖形曝光 的硅片結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實施例方式
如圖2所示，為本發(fā)明所述利用可顯影填充材料實現(xiàn)兩次圖形曝光的 流程示意圖，其具體過程如下
在待刻蝕襯底201上淀積一層硬掩模202 (Hard Mask, HM)，淀積厚 度為100納米至10000納米;其中，硬掩模202可以是或由如下材料構(gòu)成 如二氧化硅、氮化硅、金屬硅化物。
在淀積了硬掩模202的硅片上涂覆一層第一抗反射層(Bottom Anti-Reflection Coating) 203，涂覆厚度為10納米至10000納米，烘 烤溫度為5(TC至250°C、烘烤時間為10秒至1000秒。所述第一抗反射層 可采用如下材料非晶硅、氮化硅、氧氮化硅、氧化硅、慘雜氧化硅、氧 碳化硅、氮化物、氮化硅、鈦、氧化鈦等。然后，在涂覆了第一抗反射層 203的硅片上涂覆第一光刻膠(Photo Resist, PR) 204，涂覆厚度為10 納米至10000納米，烘烤溫度為50。C至250°C、烘烤時間為10秒至1000 秒。
對硅片進(jìn)行第一次光刻，從而形成如圖3a所示的剖面結(jié)構(gòu)。隨后，對所述硅片進(jìn)行第一次刻蝕，首先刻蝕掉位于非第一光刻膠204保護(hù)區(qū)域 內(nèi)的第一抗反射層203，然后利用第一光刻膠204作為刻蝕掩蔽層，完成 對于硬掩模202的刻蝕，該刻蝕停止于襯底201表面。當(dāng)所述第一次刻蝕 完成后，剝離第一光刻膠204和剩余的第一抗反射層203，從而形成如圖 3b所示的硅片剖面結(jié)構(gòu)。
用濕法將可顯影的填充材料205涂覆在硅片表面，以填充硬掩模202 之間的間隙。在本發(fā)明中，所述填充材料205由酮類，醚類，烷烴類等有 機溶劑、抗反射吸收材料、可與標(biāo)準(zhǔn)四甲基氫氧化銨顯影液反應(yīng)的有機酸 基團(tuán)樹脂以及含氧、氟元素的有機基團(tuán)樹脂構(gòu)成，交聯(lián)樹脂構(gòu)成，其分子 量在1000到50000之間，折射率在1.0到3.0之間，消光系數(shù)在O. l到 3. 0之間。為了確保填充材料205能夠有效地填充硬掩模202之間的間隙， 可根據(jù)實際情況進(jìn)行1 3次填充材料205的涂覆，每進(jìn)行完一次填充材 料205的涂覆后，都應(yīng)對涂覆表現(xiàn)進(jìn)行檢測，以檢査其是否滿足填充硬掩 模202之間的間隙的要求，如果未滿足要求，則可第2 3次涂覆，直至 滿足要求為止。在一個實施例中，每次所涂覆的填充材料205的涂布劑量 均為0.5ml到5ml，烘烤溫度均為6(TC到250°C ，烘烤時間均為10秒到 120秒。完成填充材料涂覆后的硅片剖面結(jié)構(gòu)可參見圖3c。
顯影經(jīng)過填充材料205涂覆后的硅片，以去除硬掩模202表面上方的 填充材料205，實現(xiàn)硅片表面的平整表現(xiàn)。顯影過程中，所用顯影液的溫 度為1(TC到3(TC，顯影浸泡時間為10秒到120秒，隨后再使用去離子水 沖洗硅片表面，以移除顯影液，沖洗時間為10到120秒。為了能夠?qū)⒂?掩模202表面上方的填充材料205去除干凈，實現(xiàn)平整的硅片表面，可根據(jù)實際情況進(jìn)行1 3次顯影，每進(jìn)行完一次顯影后，都應(yīng)對顯影表現(xiàn)進(jìn) 行檢測，如果發(fā)現(xiàn)硬掩模202的表面上方還殘留有填充材料205，則可進(jìn) 行第2 3次顯影，直至硬掩模202表面上方的填充材料205全部去除， 硅片表面較為平整。在一個實施例中，每次顯影的顯影液用量均為lml 到100ml，溫度均為1(TC到3(TC，顯影浸泡時間均為10秒到120秒。經(jīng) 過顯影后的硅片剖面結(jié)構(gòu)可參考圖3d。
在經(jīng)過顯影后的硅片表面涂覆第二抗反射層206，涂覆厚度為10納 米至10000納米，烘烤溫度為5CTC至250°C、烘烤時間為10秒至1000 秒。其中，所述第二抗反射層206可采用如下材料非晶硅、氮化硅、氧 氮化硅、氧化硅、摻雜氧化硅、氧碳化硅、氮化物、氮化硅、鈦、氧化鈦 等。然后，在涂覆了第二抗反射層206的硅片表面再涂覆第二光刻膠207， 涂敷厚度為10納米至10000納米、烘烤溫度為5(TC至250°C、烘烤時間 為10秒至1000秒。
對硅片進(jìn)行第二次光刻，形成如圖3e所示的剖面結(jié)構(gòu)。隨后，對所 述硅片進(jìn)行第二次刻蝕，首先刻蝕掉位于非第二光刻膠207保護(hù)區(qū)域內(nèi)的 第二抗反射層206和填充材料205，然后利用硬掩模202和第二光刻膠207 作為刻蝕掩蔽層，刻蝕掉暴露的襯底201。當(dāng)所述第二次刻蝕完成之后， 剝離第二光刻膠207及剩余的第二抗反射層206和濕法可顯影填充材料 205，并對硅片進(jìn)行清洗，所形成的硅片的剖面結(jié)構(gòu)如圖3f所示。然后， 將剩余的硬掩模202剝離后，即完成了整個兩次圖形曝光過程，形成了具 有較小線寬間距的芯片。
綜上所述，本發(fā)明所述方法通過利用可顯影填充材料，避免了產(chǎn)生第二次抗反射涂層的涂覆厚度在圖形密集區(qū)域和圖形疏松區(qū)域差異較大的 問題，因此提高了兩次圖形曝光技術(shù)中第二次光刻、刻蝕工藝的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1、一種利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法，包括(1)在待刻蝕的硅片襯底(201)上淀積一層硬掩模(202)；(2)涂覆一層第一抗反射層(203)，然后涂覆第一光刻膠(204)；(3)進(jìn)行第一次光刻；(4)進(jìn)行第一次刻蝕；(5)剝離第一光刻膠(204)和剩余的第一抗反射層(203)；其特征在于，還包括以下步驟(6)用濕法將可顯影的填充材料(205)涂覆在硅片表面，填充硬掩模(202)之間的間隙；(7)顯影經(jīng)過填充材料(205)涂覆后的硅片，去除硬掩模(202)表面上方的填充材料(205)，實現(xiàn)硅片表面的平整表現(xiàn)；(8)涂覆第二抗反射層(206)，然后涂覆第二光刻膠(207)；(9)進(jìn)行第二次光刻；(10)進(jìn)行第二次刻蝕；(11)剝離第二光刻膠(207)和剩余的第二抗反射層(206)及填充材料(205)，然后進(jìn)行清洗；(12)剝離剩余的硬掩模(202)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法， 其特征在于，所述步驟(4)的具體實現(xiàn)方法為首先，刻蝕掉位于非第一 光刻膠(204)保護(hù)區(qū)域內(nèi)的第一抗反射層(203);然后，利用第一光刻 膠(204)作為刻蝕掩蔽層，完成對于硬掩模(202)的刻蝕，該刻蝕停止于襯底(201)表面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法， 其特征在于，所述步驟(10)的具體實現(xiàn)方法為首先，刻蝕掉位于非第 二光刻膠(207)保護(hù)區(qū)域內(nèi)的第二抗反射層(206)和填充材料(205); 然后，利用硬掩模(202)和第二光刻膠(207)作為刻蝕掩蔽層，刻蝕掉 暴露的襯底(201)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法， 其特征在于，在執(zhí)行所述步驟(6)時，應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行1 3次填充材 料(205)的涂覆，每進(jìn)行完一次填充材料(205)的涂覆后，都應(yīng)對涂覆 表現(xiàn)進(jìn)行檢測，以檢査其是否滿足填充硬掩模(202)之間的間隙的要求， 如果未滿足要求，則可第2 3次涂覆，直至滿足要求為止。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方 法，其特征在于，所述填充材料(205)由酮類，醚類，垸烴類等有機溶劑、 抗反射吸收材料、可與標(biāo)準(zhǔn)四甲基氫氧化銨顯影液反應(yīng)的有機酸基團(tuán)樹脂 以及含氧、氟元素的有機基團(tuán)樹脂構(gòu)成，交聯(lián)樹脂構(gòu)成，其分子量在iooo 到50000之間，折射率在1.0到3.0之間，消光系數(shù)在O. l到3.0之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法， 其特征在于，每次所涂覆的填充材料(205)的涂布劑量均為0.5ml到5ml， 烘烤溫度均為6(TC到25(TC，烘烤時間均為10秒到120秒。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方 法，其特征在于，在執(zhí)行所述步驟(7)時，應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行1 3次顯 影，每進(jìn)行完一次顯影后，都應(yīng)對顯影表現(xiàn)進(jìn)行檢測，如果發(fā)現(xiàn)硬掩模(202)的表面上方還殘留有填充材料(205)，則可進(jìn)行第2 3次顯影，直至硬掩 模(202)表面上方的填充材料(205)全部去除，硅片表面平整。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法， 其特征在于，每次顯影的顯影液用量均為lml到100ml，溫度均為1(TC到30 °C，顯影浸泡時間均為10秒到120秒。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法， 其特征在于，對填充材料(205)進(jìn)行顯影后，還需使用去離子水沖洗硅片 表面，以移除顯影液，沖洗時間為10到120秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法，通過在完成第一次光刻、刻蝕，并剝離了剩余的第一抗反射層、第一光刻膠之后，采用濕法可顯影填充性材料涂覆在硅片表面，以填充硬掩模之間的間隙，然后通過對所述填充材料進(jìn)行顯影的方式移除硬掩模表面上的所述填充性材料，從而形成平整的界面，然后再進(jìn)行第二次光刻、刻蝕等工藝，從而消除了傳統(tǒng)兩次圖形曝光技術(shù)工藝中由于表面形貌臺階的高度變化而引入的第二次光刻、刻蝕工藝的不穩(wěn)定性，提高了兩次圖形曝光技術(shù)的表現(xiàn)。
文檔編號H01L21/02GK101308331SQ20071004071
公開日2008年11月19日 申請日期2007年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月16日
發(fā)明者駿 朱, 陳福成 申請人:上海華虹Nec電子有限公司