[發明專利]降低線條粗糙度的混合光刻方法

有效

• 申請號: 201210357244.6
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN103676493A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 孟令款;李春龍;賀曉彬;李俊峰;閆江
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20;G03F1/20;H01L21/027
• 代理公司: 北京藍智輝煌知識產權代理事務所(普通合伙) 11345
• 代理人: 陳紅

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造領域，更具體地，涉及一種降低線條粗糙度的混合光刻方法。

背景技術

隨著超大規模集成電路特征尺寸逐漸縮小，在半導體器件的制造方法中，進入22nm技術代后，普通的光學曝光的技術極限也已經到來。目前，45nm工藝節點之后，普遍采用i193nm浸入式光刻技術結合雙曝光雙刻蝕技術以制備更小的線條。22nm以下節點的精細圖形通常需要采用電子束或EUV進行曝光和光刻。

關于EUV光刻技術，目前還處于研發階段，尚有若干關鍵技術需要攻克及改進，還無法應用于大規模集成電路制造當中。相比之下，電子束曝光技術經過多年的發展，比較成熟，并且電子束曝光具有很高的精度，分辨率可以達到幾個納米，寫出超精細圖形的線條來，但效率較低，因而掃描精度和掃描效率的矛盾成為電子束光刻的主要矛盾。解決這個問題的關鍵技術就是解決電子束光刻系統和目前生產效率較高的光學光刻系統的匹配和混合光刻技術問題。一種可行的辦法是大部分工藝由投影光刻機曝光或接觸式曝光，超精細圖形和套刻精度要求特別高的圖形層采用電子束直寫曝光。

另一方面，進入32nm節點工藝之后，線條粗糙度成為必須考慮的關鍵問題，具體包括線條邊緣粗糙度(LER)與線條寬度粗糙度(LWR)。對于EUV或者電子束技術而言，都會遇到線條粗糙度的問題。特別地，當采用電子束曝光技術，對光刻膠(抗蝕劑)的要求更高，往往在線條分辨率與光刻膠厚度之間存在矛盾。越薄的光刻膠越能曝光出越小的線條，然而，這樣薄的光刻膠由于刻蝕工藝不夠高的選擇性，往往在刻蝕過程中會早早損失掉，進而無法制得所需的線條，并且存在嚴重的線條粗糙度問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于獨立于光刻膠之外，結合一種新的硬掩模技術，使得線條粗糙度大大降低，使得工藝更加穩定，閥值電壓的變化也得以降低。

實現本發明的上述目的，是通過提供一種降低線條粗糙度的混合光刻方法，包括：在襯底上形成結構材料層和第一硬掩模層；執行第一光刻/刻蝕，在第一硬掩模層上形成第一光刻膠圖形，刻蝕第一硬掩模層，形成第一硬掩模圖形；在第一硬掩模圖形上形成第二硬掩模層；執行第二光刻/刻蝕，在第二硬掩模層上形成第二光刻膠圖形，刻蝕第二硬掩模層，形成第二硬掩模圖形；繼續刻蝕第二硬掩模層和第一硬掩模層，形成第三硬掩模圖形；以第三硬掩模圖形為掩模，刻蝕結構材料層，形成所需要的線條。

其中，第一硬掩模層包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅及其組合。

其中，第一硬掩模層為氧化硅與氮化硅的疊層結構。

其中，第二硬掩模層包括多晶硅、非晶硅、微晶硅、非晶碳、非晶鍺、SiC、SiGe、類金剛石無定形碳及其組合。

其中，第一硬掩模層和/或第二硬掩模層和/或結構材料層的刻蝕采用等離子體干法刻蝕技術。

其中，等離子體干法刻蝕采用CCP或ICP或TCP設備。

其中，刻蝕之后還包括干法去膠和/或濕法腐蝕清洗。

其中，濕法腐蝕清洗采用SPM+APM。

其中，結構材料層為假柵電極層、金屬柵電極層、局部互連層中的一種。

其中，第一和/或第二硬掩模層采用LPCVD、PECVD、HDPCVD、MBE、ALD方法制備。

第一光刻與第二光刻其中之一為普通光學曝光技術，另一個為電子束曝光技術。

其中，普通光學曝光技術包括i線365nm曝光、DUV248nm曝光，電子束曝光用于制備圖形尺寸為22nm及以下節點的線條。

依照本發明的方法，采用材質不同的多層硬掩模層并且多次刻蝕，防止了電子束光刻膠側壁粗糙度傳遞到下層的結構材料層，有效降低了線條的粗糙度，提高了工藝的穩定性，降低了器件性能的波動變化。

附圖說明

以下參照附圖來詳細說明本發明的技術方案，其中：

圖1為電子束光刻版圖的示意圖；

圖2至圖7為依照本發明的方法各步驟的剖面示意圖；以及

圖8為依照本發明的方法的流程圖。

具體實施方式

以下參照附圖并結合示意性的實施例來詳細說明本發明技術方案的特征及其技術效果。需要指出的是，類似的附圖標記表示類似的結構，本申請中所用的術語“第一”、“第二”、“上”、“下”、“厚”、“薄”等等可用于修飾各種器件結構。這些修飾除非特別說明并非暗示所修飾器件結構的空間、次序或層級關系。