[發明專利]一種雙重圖形化方法

有效

• 申請號: 201210404854.7
• 申請日: 2012-10-22
• 公開（公告）號: CN102881567B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 易春艷
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L21/033
• 分類號: H01L21/033
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31275
• 代理人: 吳世華,林彥之

技術領域

本發明涉及半導體集成電路領域，特別涉及一種雙重圖形化方法。

背景技術

隨著半導體集成電路技術的不斷發展，要求將更多的電路器件集成至一個很小的芯片面積上，半導體電路器件尺寸正變得越來越小，即要求光刻工藝能夠產生出更小線寬的圖形尺寸。然而由于決定器件尺寸的光刻工藝中的光源的波長正在接近其所能減少的技術極限，器件尺寸已經接近曝光機臺的極限分辨率而不能無限制縮小。

利用雙重圖形化技術方法可解決光刻工藝分辨率極限問題，來形成更小圖形尺寸。此方法是利用光刻工藝分辨率的極限使得電路的集成度提高兩倍，即將超出光刻機極限分辨率的設計圖形分拆成光刻機能夠達到的分辨率的兩層圖形，并利用兩塊光刻版，在同一襯底上順序進行兩次光刻工藝使得圖形密度提高一倍。

圖1A至圖1F及圖2A至圖2E為現有技術的雙重圖形化方法的各步驟示意圖。

請先參照圖1A至圖1F，首先在硅襯底101上生長需要進行圖形化的膜層結構102；在膜層結構102頂部生長一層金屬硬掩膜層103，然后進行第一次光刻抗反射層104以及光刻膠的涂布、曝光、顯影，再對顯影后的第一次光刻圖形結構105進行烘烤固化，如圖1A所示；然后進行第二次光刻的涂膠、曝光、顯影，這樣在硅襯底101上就形成了兩次光刻后的光刻膠圖形結構105和106，如圖1B所示，此時兩次光刻產生的光刻膠圖形密度是一次光刻的兩倍。接著如圖1C和1D所示，利用等離子干法刻蝕，打開光刻膠下方的抗反射層104以及金屬硬掩膜層103，將光刻膠圖形轉移至下方的金屬硬掩膜層103上，然后如圖1E所示去膠，清洗，保留金屬硬掩膜103a。最后利用金屬硬掩膜103a作為掩膜對其下方的膜層結構102進行干法刻蝕，將所需的圖形傳遞到膜層結構102上，如圖1F所示。

然而，在上述雙重圖形化方法中，如果兩次光刻使用的光刻膠類型不同則可能導致刻蝕特性的不同。

請參照圖2A，由于兩次光刻所采用的光刻膠型號不同，顯影后的第一次光刻膠圖形結構205和第二次光刻膠圖形結構206的高度不同，甚至其形貌也不相同。兩種光刻膠的刻蝕的特性亦可能不同，因此在抗反射層204刻蝕工藝中，易導致抗反射層圖形形貌差異，如圖2B所示，其中第一次光刻膠圖形結構205所產生的抗反射層圖形結構204a與第二次光刻膠圖形結構206所產生的抗反射層圖形結構204b在形貌上有差異。抗反射層204打開后進行金屬硬掩膜層203的刻蝕工藝。由于光刻膠圖形以及抗反射層圖形的差異，導致金屬硬掩膜刻蝕工藝時可能產生不同的金屬硬掩膜形貌和關鍵尺寸，如圖2C所示，其中第一次光刻圖形產生的金屬硬掩膜203a和第二次光刻圖形產生的金屬硬掩膜203b在形貌上有差異。在金屬硬掩膜刻蝕后進行去膠處理，清洗結果如圖2D所示，留下了形貌不同的金屬硬掩膜203a和203b。之后如圖2E所示利用金屬硬掩膜203a以及203b為掩膜進行后續的刻蝕工藝以產生所需要的圖形202a及202b，由于金屬硬掩膜圖形203a與203b形貌的差異，導致后續介質膜層202刻蝕工藝中相鄰的兩個圖形202a和202b在形貌上以及關鍵尺寸上亦產生差異。

為了消除以上因為兩種光刻膠型號不同所引起的光刻膠厚度以及形貌差異，最終導致刻蝕特性的不同，需要對光刻工藝進行精細優化，這就使得光刻工藝窗口變得更小，同時也更加增大了刻蝕工藝的難度和復雜性。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種雙重圖形化方法，克服了現有技術中雙重圖形化方法對后續刻蝕工藝的不良影響，使得后續刻蝕工藝的工藝窗口更大。

為達成上述目的，本發明提供一種雙重圖形化方法，包括如下步驟：在襯底上依次形成介質層、硬掩膜層；形成并圖形化第一光刻膠層，以形成第一光刻膠圖形結構；形成并圖形化第二光刻膠層，以形成第二光刻膠圖形結構，所述第一光刻膠層與所述第二光刻膠層的類型不同；在所述第一光刻膠圖形結構和所述第二光刻膠圖形結構之間形成旋涂玻璃層，且所述第一光刻膠圖形結構和所述第二光刻膠圖形結構的頂部外露；去除所述第一光刻膠圖形結構和所述第二光刻膠圖形結構；以及，以所述旋涂玻璃層為掩膜刻蝕所述硬掩膜層。

可選的，在所述第一光刻膠圖形結構和所述第二光刻膠圖形結構之間形成旋涂玻璃層，且所述第一光刻膠圖形結構和所述第二光刻膠圖形結構的頂部外露的步驟包括：在所述第一光刻膠圖形結構和所述第二光刻膠圖形結構之間形成所述旋涂玻璃層，所述旋涂玻璃層的高度大于或等于所述第一光刻膠圖形結構和所述第二光刻膠圖形結構的頂部；以及刻蝕所述旋涂玻璃層使所述第一光刻膠圖形結構和所述第二光刻膠圖形結構的頂部外露。