專利名稱：一種縮小側(cè)墻定義的兩次圖形曝光工藝中最小線寬的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制備技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是涉及一種縮小側(cè)墻工藝的兩次圖形曝光工藝中最小線寬的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的半導(dǎo)體器件的制備工藝過程中，芯片是批量處理的，在同一晶圓上形成大量復(fù)雜器件。近年來，隨著超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，芯片也向著高集成度和微型化的方向發(fā)展。在制備工藝中，芯片的關(guān)鍵尺寸也在進一步地縮小，這就對光刻工藝提出了更高的要求。但是，由于受到光刻機光源波長的限制，現(xiàn)有的193納米浸潤式光刻機已經(jīng)不能滿足32納米以下工藝的要求。為了滿足32納米以下工藝的要求，實踐中主要采用的方法有兩次圖形曝光(Double Patterning)技術(shù)和極端遠紫外(EUV，extreme ultraviolet)光刻技術(shù)。其中，側(cè)墻定義的兩次圖形曝光(Spacer Defined Double Patterning)光刻技術(shù)是兩次圖形曝光(Double Patterning)技術(shù)中的一種。側(cè)墻定義的兩次圖形曝光在溝槽結(jié)構(gòu)的制備工藝之中得到了廣泛的應(yīng)用，如對有源區(qū)、金屬等溝槽結(jié)構(gòu)進行圖形定義等等。 如圖IAlH所示，以金屬溝槽結(jié)構(gòu)為例，上述的側(cè)墻定義的兩次圖形曝光工藝在溝槽結(jié)構(gòu)的制備工藝中的應(yīng)用主要包括以下的流程首先，在襯底11上依次沉積一下層介質(zhì)12，一層間絕緣介質(zhì)層(Inter Metal Dielectric) 13以及一硬掩膜犧牲層(Sacrificial Hard Mask) 14，本步工藝步驟的目的，是在層間絕緣介質(zhì)層13中形成溝槽結(jié)構(gòu)，溝槽最終會停止在下層介質(zhì)12之上。接下來在硬掩膜犧牲層14之上涂覆一層光刻膠15 (如圖IB所示)， 并進行光刻工藝(曝光、顯影)，形成光刻膠保留結(jié)構(gòu)15a、15b (如圖IC所示)；接著，以光刻膠保留結(jié)構(gòu)15a、1 為掩膜對硬掩膜犧牲層14進行刻蝕，形成硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)14a、 14b，并移除光刻膠保留結(jié)構(gòu)15a、15b(如圖ID所示);然后，在硬掩膜保留結(jié)構(gòu)14a、14b上沉積一層用以形成側(cè)墻(Spacer)的氮化硅薄膜16 (如圖IE所示)，利用各向異性的干刻方法對氮化硅薄膜16進行刻蝕，在硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)14a、14b兩側(cè)分別形成側(cè)墻16a、16b、 16c、16d (如圖IF所示)，之后移除硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)14a、14b (如圖IG所示)，并進行環(huán)路修正(loop triming)曝光，以氮化硅側(cè)墻16a、16b、16c、16d以及環(huán)路修正光刻膠17， 作為掩膜對層間介質(zhì)層13進行刻蝕，形成所需溝槽光刻圖案(Pattern)(如圖IH所示)，最后移除氮化硅側(cè)墻掩膜和環(huán)路修正光刻膠17的，形成最終金屬溝槽的圖案(如圖II所示)。 由于硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)在形成側(cè)墻之后，在硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)的兩側(cè)都會形成側(cè)墻，側(cè)墻的圖案密度會是最初光刻膠形成的圖案密度的兩倍，光刻圖案的節(jié)距(pitch)也相應(yīng)的縮小到原先的1/2，從而形成了更小的關(guān)鍵尺寸。在利用側(cè)墻定義的兩次圖形曝光技術(shù)對溝槽進行光刻圖案定義的工藝過程中，由于硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)的最小線寬(參見圖ID中的b)是由光刻工藝決定的(參見圖IC 中的a)，所以最終圖案中溝槽的最小寬度c (如圖II所示)也是由光刻工藝所決定的。而光刻膠所能曝出的最小寬度是由光源波長、光刻膠厚度等因素決定的。在光源波長、光刻膠厚度等條件確定的前提下，光刻工藝所能實現(xiàn)的最小線寬也就確定了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種縮小側(cè)墻定義的兩次圖形曝光工藝中的最小線寬的方法，可以實現(xiàn)溝槽的更小的線寬，工藝過程簡單易控制。為解決上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為
一種縮小側(cè)墻定義的兩次圖形曝光工藝中的最小線寬的方法，其中，包括以下的步
驟
步驟Sl 提供一硅襯底，并在所述硅襯底上依次沉積一層下層介質(zhì)、一層間絕緣介質(zhì)層，以及一層硬掩膜犧牲層；
步驟S2 在所述硬掩膜犧牲層之上涂覆一層光刻膠，并進行光刻工藝； 步驟S3 以所述光刻膠為掩膜刻蝕所述硬掩膜犧牲層形成硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)，并移除所述光刻膠；
步驟S4 在所述層間絕緣介質(zhì)層和硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)之上沉積一層氮化硅薄膜， 并利用干法刻蝕刻蝕所述氮化硅薄膜，以在硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)兩側(cè)上形成氮化硅側(cè)墻，并隨后移除硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)；
步驟S5 在所述層間絕緣介質(zhì)和所述氮化硅側(cè)墻上沉積一層二氧化硅薄膜； 步驟S6 對所述二氧化硅薄膜進行平坦化工藝，以使得氮化硅側(cè)墻周圍的二氧化硅薄膜的高度與所述氮化硅側(cè)墻的高度一致；
步驟S7 移除氮化硅側(cè)墻，形成位于所述二氧化硅薄膜中的移除的所述氮化硅側(cè)墻位置處的溝槽；
步驟S8 以所述二氧化硅薄膜為掩膜并利用二氧化硅薄膜中的溝槽刻蝕所述層間絕緣介質(zhì)層，形成所需的位于層間絕緣介質(zhì)中的溝槽，并移除所述二氧化硅薄膜。上述的方法，其中，所述的步驟S5中采用各向異性的干法刻蝕刻蝕所述氮化硅薄膜。上述的方法，其中，所述步驟S6中對于所述二氧化硅薄膜工藝進行的平坦化工藝采用化學(xué)機械拋光方法進行。上述的方法，其中，所述步驟S4中氮化硅側(cè)墻的寬度由沉積的氮化硅薄膜厚度決定。上述的方法，其中，所述的步驟S8中的溝槽的最小線寬由所述步驟S4中形成的氮化硅側(cè)墻寬度決定，進而由所述步驟S4中沉積的氮化硅薄膜厚度決定。本發(fā)明的一種縮小側(cè)墻定義的兩次圖形曝光工藝中的最小線寬的方法，利用二氧化硅薄膜作為掩膜，同時利用化學(xué)機械拋光工藝和刻蝕工藝，將氮化硅側(cè)墻轉(zhuǎn)換成為位于層間絕緣介質(zhì)層中的溝槽，從而使得溝槽的最小線寬由氮化硅側(cè)墻薄膜的厚度決定，進而實現(xiàn)了更小的線寬，工藝過程簡單易控制。


圖IA至II為現(xiàn)有技術(shù)中的的側(cè)墻定義的兩次圖形曝光工藝的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的一種縮小側(cè)墻定義的兩次圖形曝光工藝中的最小線寬的方法的流程圖3A至31為圖2所示的一種縮小側(cè)墻定義的兩次圖形曝光工藝中的最小線寬的方法的的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖和具體實施方式
來對本發(fā)明的一種縮小側(cè)墻定義的兩次圖形曝光工藝中的最小線寬的方法進一步詳細地說明。如圖2和圖3A-3I所示，本發(fā)明的一種縮小側(cè)墻定義的兩次圖形曝光工藝中的最小線寬的方法(以金屬溝槽為例)，包括以下的步驟
步驟Sl 提供一硅襯底101，并在硅襯底101上依次沉積一下層介質(zhì)102、一層間絕緣介質(zhì)層103，以及一層硬掩膜犧牲層104 ；(如圖3A所示)
步驟S2 在硬掩膜犧牲層104之上涂覆一層光刻膠，并進行光刻工藝(包括曝光、顯影工藝)，形成光刻膠保留結(jié)構(gòu)10fe、105b ；(如圖:3B所示)
步驟S3 以光刻膠保留結(jié)構(gòu)105a、10 為掩膜刻蝕硬掩膜犧牲層104，形成硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)l(Ma、104b，并移除光刻膠保留結(jié)構(gòu)10fe、105b ；(如圖3C所示)
步驟S4 在層間絕緣介質(zhì)層103和硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)104a、104b之上沉積一層氮化硅薄膜106 (如圖3D所示)，并利用干法刻蝕刻蝕氮化硅薄膜106，以在硬掩膜犧牲層104 兩側(cè)上形成氮化硅側(cè)墻106a、106b、106c、106d，并隨后移除硬掩膜犧牲層104 ；其中，本步驟中采用各向異性的干法刻蝕刻蝕氮化硅薄膜106，以在硬掩膜犧牲層104兩側(cè)上形成氮化硅側(cè)墻106aU06bU06cU06do (如圖3E所示)
步驟S5 在包含有氮化硅側(cè)墻106a、106b、106c、106d的層間絕緣介質(zhì)層103上沉積一層二氧化硅薄膜107 (如圖3F所示)；
步驟S6 對二氧化硅薄107膜進行平坦化工藝，以使得氮化硅側(cè)墻106a、106b、106c、 106d周圍的二氧化硅薄膜107的高度與氮化硅側(cè)墻106a、106b、106c、106d的高度一致；其中，本步驟中對二氧化硅薄膜107采用化學(xué)機械拋光法進行平坦化工藝(如圖3G所示)；
步驟S7 移除氮化硅側(cè)墻106a、106b、106c、106d，在所述二氧化硅薄膜107中形成位于氮化硅側(cè)墻106a、106b、106c、106d原有位置處的溝槽107a、107b和107c和107d (如圖3H 所示)；
步驟S8 以二氧化硅薄膜107為掩膜，通過溝槽107a、107b和107c和107d刻蝕層間絕緣介質(zhì)層103，形成所需的位于層間絕緣介質(zhì)層103中的溝槽103a、103b、103c、103d，并移除二氧化硅薄膜107 (如圖31所示)。由此可見，本實施例中所形成的溝槽103a、103b、103c、103d的最小線寬由所沉積的氮化硅側(cè)墻薄膜106的厚度決定，從而可以根據(jù)實際的需要，通過沉積更薄的氮化硅側(cè)墻薄膜106實現(xiàn)溝槽的更小的線寬；并且，采用本方法，可以在所沉積的氮化硅側(cè)墻薄膜的厚度為20nm時，實現(xiàn)20nm以下寬度的溝槽結(jié)構(gòu)。綜上所述，本發(fā)明的一種縮小側(cè)墻定義的兩次圖形曝光工藝中的最小線寬的方法，利用二氧化硅薄膜作為掩膜，同時利用化學(xué)機械拋光(CMP)工藝和刻蝕工藝，將氮化硅側(cè)墻轉(zhuǎn)換成為位于層間絕緣介質(zhì)層中的溝槽，從而使得溝槽的最小線寬由氮化硅側(cè)墻薄膜的厚度決定，進而實現(xiàn)更小的線寬，工藝過程簡單易控制。
應(yīng)當指出的是，上述內(nèi)容只是本發(fā)明的具體實施例的列舉，其中未盡詳細描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實施；且上述具體實施例并非用來限制本發(fā)明的實施范圍，即凡依本發(fā)明專利申請內(nèi)容所作的等效變換與修飾，都落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種縮小側(cè)墻定義的兩次圖形曝光工藝中的最小線寬的方法，其特征在于，包括以下的步驟步驟Si 提供一硅襯底，并在所述硅襯底上依次沉積一層下層介質(zhì)、一間絕緣介質(zhì)層， 以及一硬掩膜犧牲層；步驟S2 在所述硬掩膜犧牲層之上涂覆一層光刻膠，并進行光刻工藝；步驟S3 以所述光刻膠為掩膜刻蝕所述硬掩膜犧牲層形成硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)，并移除所述光刻膠；步驟S4 在所述層間絕緣介質(zhì)層和硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)之上沉積一層氮化硅薄膜， 并利用干法刻蝕刻蝕所述氮化硅薄膜，以在硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)兩側(cè)上形成氮化硅側(cè)墻，并隨后移除硬掩膜犧牲層保留結(jié)構(gòu)；步驟S5 在所述層間絕緣介質(zhì)和所述氮化硅側(cè)墻上沉積一層二氧化硅薄膜；步驟S6 對所述二氧化硅薄膜進行平坦化工藝，以使得氮化硅側(cè)墻周圍的二氧化硅薄膜的高度與所述氮化硅側(cè)墻的高度一致；步驟S7 移除氮化硅側(cè)墻，形成位于所述二氧化硅薄膜中的移除的所述氮化硅側(cè)墻位置處的溝槽；步驟S8:以所述二氧化硅薄膜為掩膜并利用二氧化硅薄膜中的溝槽刻蝕所述層間絕緣介質(zhì)層，形成所需的位于層間絕緣介質(zhì)中的溝槽，并移除所述二氧化硅薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟S5中采用各向異性的干法刻蝕刻蝕所述氮化硅薄膜。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S6中對于所述二氧化硅薄膜工藝進行的平坦化工藝采用化學(xué)機械拋光方法進行。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S4中氮化硅側(cè)墻的寬度由沉積的氮化硅薄膜厚度決定。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步驟S8中的溝槽的最小線寬由所述步驟S4中形成的氮化硅側(cè)墻寬度決定，進而由所述步驟S4中沉積的氮化硅薄膜厚度決定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種縮小側(cè)墻定義的兩次圖形曝光工藝中的最小線寬的方法，其利用二氧化硅薄膜作為掩膜，同時利用化學(xué)機械拋光工藝和刻蝕工藝，將氮化硅側(cè)墻轉(zhuǎn)換成為位于層間絕緣介質(zhì)層中的溝槽，從而使得溝槽的最小線寬由氮化硅側(cè)墻薄膜的厚度決定，進而實現(xiàn)了溝槽更小的線寬，工藝過程簡單易控制。
文檔編號H01L21/02GK102446748SQ201110222289
公開日2012年5月9日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者俞柳江 申請人:上海華力微電子有限公司