[發明專利]用于形成硬掩膜層的方法

有效

• 申請號: 201210147052.2
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN103390544A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 郝靜安;胡華勇
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/027
• 分類號: H01L21/027
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 董巍;顧珊

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，且具體而言，涉及一種用于利用化學收縮輔助分辨率增強光刻（RELACS，Resolution?Enhancement?lithographyAssisted?by?Chemical?Shrink）材料在半導體制造過程中形成硬掩膜層的方法。此外，本發明還涉及利用該硬掩膜層進行自對準雙重構圖（SADP，Self-Aligned?Double?Patterning）的方法。

背景技術

隨著半導體器件尺寸不斷縮小，光刻關鍵尺寸（CD，CriticalDimension）逐漸接近甚至超過了光學光刻的物理極限，由此給半導體制造技術尤其是光刻技術提出了更加嚴峻的挑戰。而雙重構圖技術也適時而至，其基本思想是將目標圖形一分為二，通過兩次曝光得到單次曝光所不能獲得的光刻極限。

雙重構圖技術目前主要包括下列三種：SADP（自對準雙重構圖）、LELE（光刻-蝕刻-光刻-光刻）DP和LLE（光刻-光刻-蝕刻）DP。

LELE?DP技術遵循光刻-蝕刻-光刻-蝕刻的工藝順序，其主要原理是：首先在第一層光刻膠上通過曝光顯影形成第一部分圖案，接著通過蝕刻將該部分圖案轉移到下層硬掩膜材料層上，然后再旋涂第二層光刻膠并通過曝光顯影形成第二部分圖案，最后通過蝕刻將兩部分圖案最終轉移到目標材料層上。第20100136784號美國專利申請中公開了該技術的具體實施方式。

LLE?DP技術也稱作雙重光刻技術，其遵循光刻-光刻-蝕刻的工藝順序，主要原理是：首先利用第一塊掩模版曝光，在第一層光刻膠上形成第一部分圖案，接著旋涂第二層光刻膠，然后利用第二塊掩模版曝光，在第二層光刻膠上形成第二部分圖案，最后進行蝕刻和清洗，將兩次曝光得到的圖案同時轉移到目標材料層上。

SADP技術的主要原理是：首先在預先形成的光刻膠圖案兩側形成間隙壁（spacer），然后去除光刻膠圖案，并將間隙壁圖案轉移到目標材料層上，從而使單位面積內可形成的圖案數量翻倍，即圖案之間的最小間距（pitch）可減小至CD的二分之一。

在上述三種技術中，LELE?DP技術和LLE?DP技術由于兩次使用光刻膠，所以對光刻膠的線性度要求很高，并且因此也使得制造成本提高，以致其應用受到局限。而SADP技術由于僅單次使用光刻膠，并且能夠突破CD的物理極限而使最小間距減小至CD的二分之一，因而尤其適用于制造CD在32nm以下的半導體制造工藝。

在第6,383,952號美國專利中公開了一種利用RELACS材料的自對準雙重構圖技術。該技術包括：在襯底上形成光刻膠層；對該光刻膠層進行構圖；在構圖后的光刻膠層上擴布聚合物材料層；通過全面回蝕刻（blanketch?back）工藝去除部分聚合物材料層，以僅在構圖后的光刻膠層的側壁上提供聚合物（以下被稱為聚合物間隙壁）；去除構圖后的光刻膠層，并保留所述聚合物間隙壁，作為用于進一步蝕刻的硬掩膜層。其中，聚合物間隙壁是通過RELACS技術形成的。具體而言，RELACS技術是指利用光刻膠中的酸性成分與聚合物材料發生交聯反應而在光刻膠和聚合物材料之間形成一層有機材料（以下被稱為RELACS材料）。RELACS材料是一種能夠溶于去離子水的聚合物，因而在利用其作為硬掩膜層對目標材料層進行構圖之后，可以用去離子水（例如，通過漂洗（rinse）工藝）將其去除。然而，盡管這種技術具有諸多優點，但由于在去除多余的聚合物材料時采用了全面回蝕刻工藝，所以得到的聚合物間隙壁頂部呈錐狀，如圖1所示。利用這種具有錐狀頂部的硬掩膜層對目標材料層進行構圖，會導致構圖后的目標材料層中圖案的高度均一性較差，進而導致最終制作的半導體器件性能降低。

鑒于上述原因，需要一種改進的自對準雙重構圖方法，期望該方法能夠克服傳統工藝的上述缺陷，并且能夠容易與傳統CMOS工藝兼容。

發明內容

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。