專利名稱：雙重圖形化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種雙重圖形化方法。
背景技術(shù)：
伴隨著集成電路制造工藝的不斷進(jìn)步，半導(dǎo)體器件的體積和關(guān)鍵尺寸正變得越來 越小。隨著關(guān)鍵尺寸越來越小，集成電路產(chǎn)業(yè)面臨越來越多的挑戰(zhàn)。所面臨的重要挑戰(zhàn)之 一是由于光刻機(jī)曝光光源所決定，光刻關(guān)鍵尺寸已經(jīng)接近曝光機(jī)臺的極限分辨率。半導(dǎo)體 產(chǎn)業(yè)界一直致力于延長光學(xué)光刻平臺的壽命，多種分辨率增強(qiáng)技術(shù)和光學(xué)臨近修正技術(shù)已 經(jīng)得到了業(yè)界的普遍應(yīng)用。雙重圖形化、光刻雙重曝光、高折射率浸沒式光刻技術(shù)以及極紫外光刻技術(shù)等光 刻分辨率增強(qiáng)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)32nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)被普遍寄予了厚望。由于光刻機(jī)軟硬件技術(shù)進(jìn)步 導(dǎo)致的生產(chǎn)率的提高，雙重圖形化技術(shù)和光刻雙重曝光的重要程度與日俱增，已成為目前 業(yè)界32nm主流解決方案。雙重圖形化技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是將超出光刻機(jī)極限分辨率的設(shè)計(jì)圖形分拆成光刻機(jī) 能夠達(dá)到的分辨率的兩層圖形，并生產(chǎn)相應(yīng)的兩塊光刻版，然后通過光刻_刻蝕_光刻_刻 蝕的雙重圖形化工藝中，最終達(dá)到需求的最終圖形。圖1到圖5是一種現(xiàn)有技術(shù)的雙重圖形化方法的各步驟示意圖。首先，在襯底10 上依次沉積或生長完成圖形層11、硬掩模層12和第一光刻膠層13，如圖1所示。接著，以 第一光刻圖形版14對所述第一光刻膠層13進(jìn)行曝光，顯影后蝕刻所述第一光刻膠層13和 所述硬掩模層12，所述第一光刻圖形版14上的圖形形成到所述硬掩模層12上，從而完成對 所述硬掩模層12的第一次刻蝕，如圖2所示。去除所述第一光刻膠層13并進(jìn)行清洗，在所述硬掩模層12上沉積第二光刻膠層 15，以第二光刻圖形版(圖未示)對所述第二光刻膠層15進(jìn)行曝光、顯影、刻蝕處理，使得 所述第二光刻圖形版上的圖形形成在所述第二光刻膠層15上，如圖3所示。以所述第二光 刻膠層15為掩?？涛g所述硬掩模層12，然后去除所述第二光刻膠層15并清洗，所述第一光 刻圖形版14和第二光刻圖形版上的圖形形成在所述硬掩模層12上，如圖4所示。以所述 硬掩模層12為掩膜，對所述圖形層11進(jìn)行刻蝕，當(dāng)所述硬掩模層12被去除后，雙重圖形化 工藝流程完成，如圖5所示?，F(xiàn)有技術(shù)的雙重圖形化方法盡管已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對極限分辨率的延伸，但這種技術(shù)有自 身的缺點(diǎn)。其中重點(diǎn)之一是當(dāng)完成對所述硬掩模層12的第一次刻蝕后，所述硬掩模層12 圖形之間的間隙會對硬掩模層表面的平整度造成很大影響。在進(jìn)行第二次光刻工藝時(shí)，圖 形旋涂的抗反射涂層和光刻膠需要填充所述硬掩模層12之間的圖形間隙，使得在間隙區(qū) 和非間隙的表面光刻膠的厚度均勻性差異很大，導(dǎo)致對第二次光刻工藝的工藝窗口及光刻 膠形貌控制造成很大困難。并且由于所述硬掩模層12的圖形間隙和所述第二光刻層15的 距離太近，所述硬掩模層12的圖形間隙會對所述第二光刻層15進(jìn)行的圖形光學(xué)成像造成 干擾。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在第二次光刻工藝中即能夠提高光刻膠層的平坦度 又能減小圖形成像干擾的雙重圖形化方法。一種雙重圖形化方法，包括如下步驟自下而上依次在襯底上沉積圖形層和旋涂 第一光刻膠層；利用第一層光刻圖形版光刻所述第一光刻膠層，并以光刻后的所述第一光 刻膠層為掩膜刻蝕所述圖形層；去除所述第一光刻膠層，在所述圖形層的表面和所述圖形 層刻蝕形成的圖形間隙內(nèi)沉積硬掩膜層；對所述硬掩膜層的表面進(jìn)行平坦化處理；在所述 硬掩膜層的平坦表面沉積第二光刻膠層；利用第二層光刻圖形版光刻所述第二光刻膠層、 并以光刻后的所述第二光刻膠層為掩膜刻蝕所述硬掩膜層和所述圖形層；去除所述第二光 刻膠層和所述硬掩膜層。一種雙重圖形化方法，包括如下步驟自下而上依次在襯底上沉積圖形層和旋涂 第一光刻膠層；利用第一層光刻圖形版光刻所述第一光刻膠層，并以光刻后的所述第一光 刻膠層為掩膜刻蝕所述圖形層；去除所述第一光刻膠層，在所述圖形層的表面和所述圖形 層刻蝕形成的圖形間隙內(nèi)沉積硬掩膜層；對所述硬掩膜層的表面進(jìn)行平坦化處理；在所述 硬掩膜層的平坦表面沉積第二光刻膠層；利用第二層光刻圖形版光刻所述第二光刻膠層、 以光刻后的所述第二光刻膠層為掩膜刻蝕所述硬掩膜層；去除所述第二光刻膠層，以刻蝕 后的所述硬掩膜層刻蝕所述圖形層；去除所述硬掩膜層。本發(fā)明優(yōu)選的一種技術(shù)方案，利用化學(xué)機(jī)械研磨的方式對所述硬掩膜層的表面進(jìn) 行平坦化處理。本發(fā)明優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述硬掩膜層的材料為氮化硅或者氮氧化硅或者四 乙基硅酸鹽或者氮化坦或者氮化鈦。本發(fā)明優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述硬掩膜層的厚度范圍為100 1000納米。本發(fā)明優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述圖形層為半導(dǎo)體器件的多晶硅線-槽層或者半 導(dǎo)體器件的通孔接觸層。本發(fā)明優(yōu)選的一種技術(shù)方案，利用化學(xué)或物理氣相沉積方式形成所述硬掩膜層。本發(fā)明優(yōu)選的一種技術(shù)方案，用濕法刻蝕去除所述硬掩模層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的雙重圖形化方法由于是在第一層圖形光刻和刻蝕后才 沉積硬掩模層，并增加了硬掩模層的平坦化工藝，避免了傳統(tǒng)方式第一層圖形刻蝕后圖形 之間的間隙對硬掩模層表面的平整度造成的影響，使得在進(jìn)行第二層光刻工藝時(shí)光刻膠旋 涂于平整的平面上，所以第二光刻膠層均勻性大大提高，從而增加了第二層光刻工藝的工 藝窗口。更進(jìn)一步的，本發(fā)明的雙重圖形化方法避免了傳統(tǒng)方式中由于第一層圖形間隙和 第二層光刻圖形距離太近所造成工藝干擾，從而使得第二層光刻形貌控制能力和刻蝕工藝 窗口都得到了提高。


圖1到圖5是一種現(xiàn)有技術(shù)的雙重圖形化方法的各步驟示意圖。圖6到圖12是本發(fā)明的雙重圖形化方法的第一實(shí)施方式的各步驟示意圖。圖13到圖15是本發(fā)明的雙重圖形化方法的第二實(shí)施方式的部分步驟示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明的雙重圖形化方法中，在光刻_刻蝕_光刻_刻蝕的雙重圖形化工藝中，在 襯底上沉積或生長完成圖形層，先取消傳統(tǒng)方式的硬掩模層沉積工藝，直接在圖形層上進(jìn) 行雙重圖形化的第一次光刻和刻蝕，并去膠和清洗。在完成第一層圖形工藝的硅片上，通過 化學(xué)或物理氣相沉積方式沉積硬掩模層，并通過化學(xué)機(jī)械掩模方式對沉積完成的硬掩模層 進(jìn)行平坦化工藝，在完成平坦化工藝的硬掩模層上進(jìn)行雙重圖形化的第二次光刻，并完成 對硬掩模層的刻蝕。利用硬掩模層對最終圖形層進(jìn)行刻蝕，完成去膠和清洗，用濕法刻蝕去 除硬掩模層，最終完成優(yōu)化后的雙重圖形化制造工藝。下面結(jié)合圖6到圖15，詳細(xì)所述本發(fā) 明的雙重圖形化方法的各個(gè)步驟。請參閱圖6到圖12，圖6到圖12是本發(fā)明的雙重圖形化方法的第一實(shí)施方式的各 步驟示意圖。自下而上依次在襯底20上沉積圖形層21和旋涂第一光刻膠層22，如圖6所示。 優(yōu)選的，所述圖形層20為半導(dǎo)體器件的多晶硅線-槽層或者半導(dǎo)體器件的通孔接觸層。利用第一層光刻圖形版23光刻所述第一光刻膠層22，并以光刻后的所述第一光 刻膠層22為掩膜刻蝕所述圖形層21，如圖7所示。所述第一層光刻圖形版23的圖形形成 在所述圖形層21上。去除所述第一光刻膠層22并清洗，從而完成雙重圖形化工藝的第一層圖形。在所 述圖形層21的表面和所述圖形層21刻蝕形成的圖形間隙內(nèi)沉積硬掩膜層24，如圖8所示。 優(yōu)選的，利用化學(xué)或物理氣相沉積方式形成所述硬掩膜層24，所述硬掩膜層24的材料為氮 化硅或者氮氧化硅或者四乙基硅酸鹽(TEOS)或者氮化坦或者氮化鈦等所有可沉積為硬掩 模層并且可以通過化學(xué)機(jī)械研磨方式被平坦化的材料。優(yōu)選的，所述硬掩膜層24的厚度范 圍為100 1000納米。對所述硬掩膜層24的表面進(jìn)行平坦化處理，如圖9所示。優(yōu)選的，利用化學(xué)機(jī)械 研磨的方式對所述硬掩膜層24的表面進(jìn)行平坦化處理。在所述硬掩膜層24的平坦表面沉積第二光刻膠層25，利用第二層光刻圖形版(圖 未示)光刻所述第二光刻膠層25，如圖10所示。以光刻后的所述第二光刻膠層25為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層24和所述圖形層21， 如圖11所示。所述第二層光刻圖形版的圖形形成在所述圖形層21上，從而完成雙重圖形 化工藝的第二層圖形。去除所述第二光刻膠層25和所述硬掩膜層24，如圖12所示，從而完成本發(fā)明的雙 重圖形化方法。優(yōu)選的，采用濕法刻蝕的方式去除所述硬掩模層24。請參閱圖13到圖15，圖3到圖15是本發(fā)明的雙重圖形化方法的第二實(shí)施方式的 部分步驟示意圖。本實(shí)施方式的雙重圖形化方法與第一實(shí)施方式的雙重圖形化方法相似， 區(qū)別在于，光刻第二光刻膠層后，以光刻后的第二光刻膠層35為掩膜，刻蝕所述硬掩膜層 34，如圖13所示。去除所述第二光刻膠層35，以刻蝕后的所述硬掩膜層24為掩膜刻蝕所述 圖形層31，如圖14所示。去除所述硬掩膜層24，，如圖15所示，從而完成雙重圖形化工藝的第二層圖形。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的雙重圖形化方法，在光刻_刻蝕_光刻_刻蝕的雙重圖形化工藝中，通過優(yōu)化和更改傳統(tǒng)方式的硬掩模層的工藝順序并增加硬掩模層的平坦化工 藝，從而增大第二層光刻和刻蝕工藝窗口。本發(fā)明的雙重圖形化方法由于是在第一層圖形 光刻和刻蝕后才沉積硬掩模層并增加了硬掩模層的平坦化工藝，避免了傳統(tǒng)方式第一層圖 形刻蝕后圖形之間的間隙對硬掩模層表面的平整度造成的影響，使得在進(jìn)行第二層光刻工 藝時(shí)光刻膠旋涂于平整的平面上，所以第二光刻膠層均勻性大大提高，從而增加了第二層 光刻工藝的工藝窗口。更進(jìn)一步的，本發(fā)明的雙重圖形化方法避免了傳統(tǒng)方式中由于第一 層圖形間隙和第二層光刻圖形距離太近所造成工藝干擾，從而使得第二層光刻形貌控制能 力和刻蝕工藝窗口都得到了提高。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實(shí)施例。應(yīng) 當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種雙重圖形化方法，其特征在于，包括如下步驟 自下而上依次在襯底上沉積圖形層和旋涂第一光刻膠層；利用第一層光刻圖形版光刻所述第一光刻膠層，并以光刻后的所述第一光刻膠層為掩 膜刻蝕所述圖形層；去除所述第一光刻膠層，在所述圖形層的表面和所述圖形層刻蝕形成的圖形間隙內(nèi)沉 積硬掩膜層；對所述硬掩膜層的表面進(jìn)行平坦化處理； 在所述硬掩膜層的平坦表面沉積第二光刻膠層；利用第二層光刻圖形版光刻所述第二光刻膠層、并以光刻后的所述第二光刻膠層為掩 膜刻蝕所述硬掩膜層和所述圖形層；去除所述第二光刻膠層和所述硬掩膜層。
2.如權(quán)利要求1所述的雙重圖形化方法，其特征在于，利用化學(xué)機(jī)械研磨的方式對所 述硬掩膜層的表面進(jìn)行平坦化處理。
3.如權(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氮化硅 或者氮氧化硅或者四乙基硅酸鹽或者氮化坦或者氮化鈦。
4.如權(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范圍為 100 1000納米。
5.如權(quán)利要求1所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述圖形層為半導(dǎo)體器件的多 晶硅線-槽層或者半導(dǎo)體器件的通孔接觸層。
6.如權(quán)利要求1所述的雙重圖形化方法，其特征在于，利用化學(xué)或物理氣相沉積方式 形成所述硬掩膜層。
7.如權(quán)利要求1所述的雙重圖形化方法，其特征在于，用濕法刻蝕去除所述硬掩模層。
8.—種雙重圖形化方法，其特征在于，包括如下步驟 自下而上依次在襯底上沉積圖形層和旋涂第一光刻膠層；利用第一層光刻圖形版光刻所述第一光刻膠層，并以光刻后的所述第一光刻膠層為掩 膜刻蝕所述圖形層；去除所述第一光刻膠層，在所述圖形層的表面和所述圖形層刻蝕形成的圖形間隙內(nèi)沉 積硬掩膜層；對所述硬掩膜層的表面進(jìn)行平坦化處理； 在所述硬掩膜層的平坦表面沉積第二光刻膠層；利用第二層光刻圖形版光刻所述第二光刻膠層、以光刻后的所述第二光刻膠層為掩膜 刻蝕所述硬掩膜層；去除所述第二光刻膠層，以刻蝕后的所述硬掩膜層刻蝕所述圖形層； 去除所述硬掩膜層。
9.如權(quán)利要求8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氮化硅 或者氮氧化硅或者四乙基硅酸鹽或者氮化坦或者氮化鈦。
10.如權(quán)利要求8所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述硬掩膜層的厚度范圍為 100 1000納米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙重圖形化方法，包括自下而上依次在襯底上沉積圖形層和旋涂第一光刻膠層；利用第一層光刻圖形版光刻第一光刻膠層，并以光刻后的第一光刻膠層為掩膜刻蝕圖形層；去除第一光刻膠層，在圖形層的表面和圖形層刻蝕形成的圖形間隙內(nèi)沉積硬掩膜層；對硬掩膜層的表面進(jìn)行平坦化處理；在硬掩膜層的平坦表面沉積第二光刻膠層；利用第二層光刻圖形版光刻第二光刻膠層、以光刻后的第二光刻膠層為掩膜刻蝕硬掩膜層和圖形層；去除第二光刻膠層和硬掩膜層。本發(fā)明的雙重圖形化方法增加了第二層光刻工藝所在表面的平整度，進(jìn)而增加了第二層光刻工藝的工藝窗口，提高了第二層光刻形貌控制能力和刻蝕工藝窗口。
文檔編號H01L21/02GK102129968SQ20101061944
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者袁偉 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司