[發明專利]雙重曝光制作高均勻度柵極線條的方法

有效

• 申請號: 201310354604.1
• 申請日: 2013-08-14
• 公開（公告）號: CN103400753A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 毛智彪
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/3213;H01L21/027;G03F7/00;G03F7/20
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 陸花

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，更具體地說，本發明涉及一種雙重曝光制作高均勻度柵極線條的方法。

背景技術

隨著半導體芯片的集成度不斷提高，晶體管的特征尺寸不斷縮小，對光刻工藝的挑戰越來越大。傳統的光刻工藝通常采用以高分子材料為主體的有機抗反射薄膜（bottom?anti-reflective?coating,BARC）來提高光刻工藝的能力。圖1A是襯底硅片1、有機抗反射薄膜2、和光刻膠3的結構圖示。有機抗反射薄膜還可以擴大刻蝕工藝的可調適范圍，提高刻蝕后圖形結構的均勻度。

在進入45納米技術節點之后，以傳統高分子材料為主體的有機抗反射薄膜越來越難以滿足光刻工藝和刻蝕后圖形結構均勻度的要求。利用等離子增強化學氣相沉積（plasma?enhanced?chemical?vapor?deposition,PECVD）方法制作的無定形碳薄膜是替代傳統的有機抗反射薄膜的新材料之一。通常采用無定形碳薄膜21和含碳的氧化硅薄膜22搭配替代傳統的有機抗反射薄膜2(圖1B)。無定形碳薄膜21和含碳氧化硅薄膜22的搭配具有低反射率和改善刻蝕后線條邊緣粗糙度（line-edge?roughness,LER）的優點，很好地滿足光刻工藝和刻蝕后圖形結構均勻度的要求。

柵極線寬是半導體器件的主要參數之一。減小線寬可以提高集成度以及減小器件尺寸。制作小線寬柵極的光刻工藝會產生線端收縮（line-end?shortening）。圖2A圖示了柵極線條圖形的線端收縮A。柵極線寬越小，線端收縮越A嚴重。傳統的方法是在光掩模上進行光學臨近效應修正（optical?proximity?correction,OPC）來矯正線端收縮（圖2B）。當線端收縮太嚴重，所需光學臨近效應修正的修正量太大，以至于在光掩模上相鄰兩個線端圖形形成重疊，導致光學臨近效應修正方法失效。在這種情況下，就不得不增加一步線端切割工藝（line-end?cut）。柵極線端切割工藝是在形成重疊線端的柵極線條之后，通過利用切割掩模版B增加的線端切割光刻和線端切割刻蝕工藝來切斷重疊的相鄰兩個線端（圖2C）。

在器件尺寸微縮進入到32納米技術節點后，單次光刻曝光無法滿足制作密集線陣列圖形所需的分辨率。雙重圖形(double?patterning)成形技術作為解決這個技術難題的主要方法被大量研究并被廣泛應用于制作32納米以下技術節點的密集線陣列圖形。圖3A–圖3E圖示了雙重圖形成形技術制作密集線陣列圖形的過程。在需要制作密集線陣列圖形的襯底硅片1上，沉積襯底膜9和硬掩膜10，然后涂布第一光刻膠3(圖3A)，曝光、顯影、刻蝕后，在硬掩膜10中形成第一光刻圖形11(圖3B)，其線條和溝槽的特征尺寸比例為1:3。在此硅片上涂布第二光刻膠(5)圖3C，曝光和顯影后在第二光刻膠5膜中形成第二光刻圖形12(圖3D)，其線條和溝槽的特征尺寸比例也是1:3，但其位置與第一光刻圖形11交錯。繼續刻蝕在襯底硅片上形成與第一光刻圖形11交錯的第二光刻圖形12(圖3E)。第一光刻圖形11與第二光刻圖形12的組合組成了目標線條和溝槽特征尺寸比例為1:1的密集線陣列圖形。

雙重圖形成形技術需要兩次光刻和刻蝕，即光刻-刻蝕-光刻-刻蝕。其成本遠遠大于傳統的單次曝光成形技術。降低雙重圖形成形技術的成本成為新技術開發的方向之一。美國專利US20100311244報道了在第一光刻圖形11顯影之后，在同一顯影機臺內，在第一光刻膠3上涂布化學微縮材料(RELACS,Resolution?Enhancement?Lithography?Assisted?by?Chemical?Shrink)含烷基氨的高分子凝固材料固化第一光刻膠3中第一光刻圖形11的方法。化學微縮材料(RELACS)是含烷基氨基的丙烯酸酯高分子材料（美國專利7745077）。采用此方法后的雙重圖形成形工藝過程為光刻(顯影固化)—光刻—刻蝕。省略了原工藝中的第一刻蝕步驟，從而有效地降低了雙重圖形成形技術的成本。這種方法也稱作雙重曝光技術(double?exposure)。

極小線寬柵極的制作過程包括柵極線條光刻—柵極線條刻蝕—柵極線端切割光刻-柵極線端切割刻蝕等步驟。將柵極線條刻蝕和柵極線端切割刻蝕合并成一步刻蝕，替代原工藝中柵極線條刻蝕和柵極線端切割刻蝕的兩步獨立工藝，并且綜合無定形碳技術，可以有效地簡化極小線寬柵極的制作工藝，同時可以滿足刻蝕后圖形結構均勻度的要求。

但是上述方案的過程比較復雜，產能低成本高，并且均勻性有限。

發明內容