[發(fā)明專利]一種簡化側(cè)墻定義的兩次圖形曝光工藝的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110235262.2
• 申請日: 2011-08-17
• 公開（公告）號: CN102437049A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 俞柳江
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/311
• 分類號: H01L21/311;G03F7/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 王敏杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種簡化側(cè)墻定義的兩次圖形曝光工藝的方法。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體器件的制備工藝過程中，隨著超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，在芯片的集成度越來越高的同時，芯片尺寸也愈來愈小。在芯片制備工藝中的過程中，關(guān)鍵尺寸（Critical?Dimension，簡稱CD）也隨著工藝代的發(fā)展在一步步縮小，于是對光刻工藝的要求就越來越高；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納米及其以下工藝的需求，現(xiàn)今，一般采用兩次圖形曝光（Double?Patterning）技術(shù)或極度紫外光刻技術(shù)（Extreme?Ultraviolet?，簡稱EUV）來解決上述問題。

圖1-8為本發(fā)明背景技術(shù)中側(cè)墻定義的兩次圖形曝光光刻技術(shù)的流程示意圖。兩次圖形曝光（Double?Patterning）技術(shù)所包含的側(cè)墻定義的兩次圖形曝光（Spacer?Defined?Double?Patterning）光刻技術(shù)，可以應(yīng)用在溝槽（trench）結(jié)構(gòu)制備的工藝之中，如對有源區(qū)（Active）、金屬（Metal）等溝槽結(jié)構(gòu)進行圖案定義。如圖1-8所示，以金屬溝槽進行圖案定義為例，在襯底101上從下至上依次淀積有下介質(zhì)層102和層間絕緣層（Inter?Metal?Dielectric，簡稱IMD）103；在層間絕緣介質(zhì)層103上沉積硬掩膜犧牲層（Sacrificial?Hard?Mask）104，然后旋涂光刻膠覆蓋硬掩膜犧牲層104，進行曝光、顯影工藝后，于硬掩膜犧牲層104上形成兩光阻105、106，其之間的節(jié)距（pitch）為D（如圖1所示）；繼續(xù)以光阻105、106為掩膜刻蝕硬掩膜犧牲層104至層間絕緣介質(zhì)層103，去除光阻105、106后形成刻蝕后剩余的硬掩膜犧牲層107、108，其之間的節(jié)距也為D（如圖2所示）；沉積氮化硅薄膜109覆蓋刻蝕后剩余的硬掩膜犧牲層107、108和層間絕緣介質(zhì)層103后（如圖3所示），利用各向異性的干刻方法對氮化硅薄膜109進行刻蝕，在刻蝕后剩余的硬掩膜犧牲層107、108的側(cè)壁及鄰近其底部的層間絕緣介質(zhì)層103上形成側(cè)墻（Spacer）（如圖4所示），移除刻蝕后剩余的硬掩膜犧牲層107、108后，進行環(huán)路修正（loop?triming）曝光工藝，形成側(cè)墻110、111、112和113（如圖5所示）；利用側(cè)墻110、111、112和113及光阻114作為掩膜（如圖6所示）對層間絕緣介質(zhì)層103進行刻蝕，形成所需溝槽光刻圖案（Pattern）凹槽115、116和117（如圖7所示），并移除側(cè)墻110、111、112和113及光阻114（如圖8所示），此時的節(jié)距d只有第一次光刻膠定義的節(jié)距D的一半，是因為硬掩膜犧牲層104在形成側(cè)墻工藝之后，在刻蝕后剩余的硬掩膜犧牲層107、108的兩側(cè)分別形成側(cè)墻110、111、112和113，即側(cè)墻的圖案密度是最初光刻膠形成的圖案的密度的兩倍，所以光刻圖案的節(jié)距（pitch）D也相應(yīng)的縮小到原先1/2的d，從而減小了關(guān)鍵尺寸。

圖9-11為本發(fā)明背景技術(shù)中環(huán)路修正曝光工藝的流程示意圖。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，需要用到三次光刻曝光工藝。如圖9所示，移除刻蝕后剩余的硬掩膜犧牲層107、108后的俯視圖，即核心圖案（Core?Pattern）形成時的俯視圖，該核心圖案主要是指節(jié)距最小的圖案，這部分圖案需要采用兩次圖形曝光技術(shù)形成；由于側(cè)墻工藝形成的是一個環(huán)路結(jié)構(gòu)的側(cè)墻118，需要進行第二次光刻工藝，即環(huán)路修正光刻工藝刻蝕掉多余的側(cè)墻118¹；如圖10所示，為光刻膠119覆蓋住需要保留的側(cè)墻，并以其為掩膜去除多余的側(cè)墻118¹，如圖11所示，形成具有形成側(cè)墻110、111、112和113的結(jié)構(gòu)。

圖12-13為本發(fā)明背景技術(shù)中第三次光刻的流程示意圖。進行第三次光刻工藝，以定義非核心圖案，即節(jié)距和尺寸比較大的圖案。如圖12所示，溝槽區(qū)域圖案由第三次光刻的光刻膠120以及第二次光刻之后保留的側(cè)墻110、111、112和113共同定義，即以光刻膠120和側(cè)墻110、111、112和113對溝槽區(qū)域進行刻蝕，以形成溝槽121；如圖13所示，為溝槽圖案的俯視圖，移除光刻膠120和側(cè)墻110、111、112和113后，形成溝槽圖案。