专利名称：双重图形化方法
技术领域：
本发明涉及集成电路制造工艺领域，尤其涉及一种双重图形化方法。
背景技术：
伴随着集成电路制造工艺的不断进步，半导体器件的体积和关键尺寸正变得越来 越小。随着关键尺寸越来越小，集成电路产业面临越来越多的挑战。所面临的重要挑战之 一是由于光刻机曝光光源所决定，光刻关键尺寸已经接近曝光机台的极限分辨率。半导体 产业界一直致力于延长光学光刻平台的寿命，多种分辨率增强技术和光学临近修正技术已 经得到了业界的普遍应用。双重图形化、光刻双重曝光、高折射率浸没式光刻技术以及极紫外光刻技术等光 刻分辨率增强技术在实现32nm技术节点被普遍寄予了厚望。由于光刻机软硬件技术进步 导致的生产率的提高，双重图形化技术和光刻双重曝光的重要程度与日俱增，已成为目前 业界32nm主流解决方案。双重图形化技术的出发点是将超出光刻机极限分辨率的设计图形分拆成光刻机 能够达到的分辨率的两层图形，并生产相应的两块光刻版，然后通过光刻_刻蚀_光刻_刻 蚀的双重图形化工艺中，最终达到需求的最终图形。图1到图5是一种现有技术的双重图形化方法的各步骤示意图。首先，在衬底10 上依次沉积或生长完成图形层11、硬掩模层12和第一光刻胶层13，如图1所示。接着，以 第一光刻图形版14对所述第一光刻胶层13进行曝光，显影后蚀刻所述第一光刻胶层13和 所述硬掩模层12，所述第一光刻图形版14上的图形形成到所述硬掩模层12上，从而完成对 所述硬掩模层12的第一次刻蚀，如图2所示。去除所述第一光刻胶层13并进行清洗，在所述硬掩模层12上沉积第二光刻胶层 15，以第二光刻图形版(图未示)对所述第二光刻胶层15进行曝光、显影、刻蚀处理，使得 所述第二光刻图形版上的图形形成在所述第二光刻胶层15上，如图3所示。以所述第二光 刻胶层15为掩模刻蚀所述硬掩模层12，然后去除所述第二光刻胶层15并清洗，所述第一光 刻图形版14和第二光刻图形版上的图形形成在所述硬掩模层12上，如图4所示。以所述 硬掩模层12为掩膜，对所述图形层11进行刻蚀，当所述硬掩模层12被去除后，双重图形化 工艺流程完成，如图5所示。现有技术的双重图形化方法尽管已经实现对极限分辨率的延伸，但这种技术有自 身的缺点。其中重点之一是当完成对所述硬掩模层12的第一次刻蚀后，所述硬掩模层12 图形之间的间隙会对硬掩模层表面的平整度造成很大影响。在进行第二次光刻工艺时，图 形旋涂的抗反射涂层和光刻胶需要填充所述硬掩模层12之间的图形间隙，使得在间隙区 和非间隙的表面光刻胶的厚度均勻性差异很大，导致对第二次光刻工艺的工艺窗口及光刻 胶形貌控制造成很大困难。并且由于所述硬掩模层12的图形间隙和所述第二光刻层15的 距离太近，所述硬掩模层12的图形间隙会对所述第二光刻层15进行的图形光学成像造成 干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在第二次光刻工艺中即能够提高光刻胶层的平坦度 又能减小图形成像干扰的双重图形化方法。一种双重图形化方法，包括如下步骤自下而上依次在衬底上沉积图形层和旋涂 第一光刻胶层；利用第一层光刻图形版光刻所述第一光刻胶层，并以光刻后的所述第一光 刻胶层为掩膜刻蚀所述图形层；去除所述第一光刻胶层，在所述图形层的表面和所述图形 层刻蚀形成的图形间隙内沉积硬掩膜层；对所述硬掩膜层的表面进行平坦化处理；在所述 硬掩膜层的平坦表面沉积第二光刻胶层；利用第二层光刻图形版光刻所述第二光刻胶层、 并以光刻后的所述第二光刻胶层为掩膜刻蚀所述硬掩膜层和所述图形层；去除所述第二光 刻胶层和所述硬掩膜层。一种双重图形化方法，包括如下步骤自下而上依次在衬底上沉积图形层和旋涂 第一光刻胶层；利用第一层光刻图形版光刻所述第一光刻胶层，并以光刻后的所述第一光 刻胶层为掩膜刻蚀所述图形层；去除所述第一光刻胶层，在所述图形层的表面和所述图形 层刻蚀形成的图形间隙内沉积硬掩膜层；对所述硬掩膜层的表面进行平坦化处理；在所述 硬掩膜层的平坦表面沉积第二光刻胶层；利用第二层光刻图形版光刻所述第二光刻胶层、 以光刻后的所述第二光刻胶层为掩膜刻蚀所述硬掩膜层；去除所述第二光刻胶层，以刻蚀 后的所述硬掩膜层刻蚀所述图形层；去除所述硬掩膜层。本发明优选的一种技术方案，利用化学机械研磨的方式对所述硬掩膜层的表面进 行平坦化处理。本发明优选的一种技术方案，所述硬掩膜层的材料为氮化硅或者氮氧化硅或者四 乙基硅酸盐或者氮化坦或者氮化钛。本发明优选的一种技术方案，所述硬掩膜层的厚度范围为100 1000纳米。本发明优选的一种技术方案，所述图形层为半导体器件的多晶硅线-槽层或者半 导体器件的通孔接触层。本发明优选的一种技术方案，利用化学或物理气相沉积方式形成所述硬掩膜层。本发明优选的一种技术方案，用湿法刻蚀去除所述硬掩模层。与现有技术相比，本发明的双重图形化方法由于是在第一层图形光刻和刻蚀后才 沉积硬掩模层，并增加了硬掩模层的平坦化工艺，避免了传统方式第一层图形刻蚀后图形 之间的间隙对硬掩模层表面的平整度造成的影响，使得在进行第二层光刻工艺时光刻胶旋 涂于平整的平面上，所以第二光刻胶层均勻性大大提高，从而增加了第二层光刻工艺的工 艺窗口。更进一步的，本发明的双重图形化方法避免了传统方式中由于第一层图形间隙和 第二层光刻图形距离太近所造成工艺干扰，从而使得第二层光刻形貌控制能力和刻蚀工艺 窗口都得到了提高。
图1到图5是一种现有技术的双重图形化方法的各步骤示意图。图6到图12是本发明的双重图形化方法的第一实施方式的各步骤示意图。图13到图15是本发明的双重图形化方法的第二实施方式的部分步骤示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。本发明的双重图形化方法中，在光刻_刻蚀_光刻_刻蚀的双重图形化工艺中，在 衬底上沉积或生长完成图形层，先取消传统方式的硬掩模层沉积工艺，直接在图形层上进 行双重图形化的第一次光刻和刻蚀，并去胶和清洗。在完成第一层图形工艺的硅片上，通过 化学或物理气相沉积方式沉积硬掩模层，并通过化学机械掩模方式对沉积完成的硬掩模层 进行平坦化工艺，在完成平坦化工艺的硬掩模层上进行双重图形化的第二次光刻，并完成 对硬掩模层的刻蚀。利用硬掩模层对最终图形层进行刻蚀，完成去胶和清洗，用湿法刻蚀去 除硬掩模层，最终完成优化后的双重图形化制造工艺。下面结合图6到图15，详细所述本发 明的双重图形化方法的各个步骤。请参阅图6到图12，图6到图12是本发明的双重图形化方法的第一实施方式的各 步骤示意图。自下而上依次在衬底20上沉积图形层21和旋涂第一光刻胶层22，如图6所示。 优选的，所述图形层20为半导体器件的多晶硅线-槽层或者半导体器件的通孔接触层。利用第一层光刻图形版23光刻所述第一光刻胶层22，并以光刻后的所述第一光 刻胶层22为掩膜刻蚀所述图形层21，如图7所示。所述第一层光刻图形版23的图形形成 在所述图形层21上。去除所述第一光刻胶层22并清洗，从而完成双重图形化工艺的第一层图形。在所 述图形层21的表面和所述图形层21刻蚀形成的图形间隙内沉积硬掩膜层24，如图8所示。 优选的，利用化学或物理气相沉积方式形成所述硬掩膜层24，所述硬掩膜层24的材料为氮 化硅或者氮氧化硅或者四乙基硅酸盐(TEOS)或者氮化坦或者氮化钛等所有可沉积为硬掩 模层并且可以通过化学机械研磨方式被平坦化的材料。优选的，所述硬掩膜层24的厚度范 围为100 1000纳米。对所述硬掩膜层24的表面进行平坦化处理，如图9所示。优选的，利用化学机械 研磨的方式对所述硬掩膜层24的表面进行平坦化处理。在所述硬掩膜层24的平坦表面沉积第二光刻胶层25，利用第二层光刻图形版(图 未示)光刻所述第二光刻胶层25，如图10所示。以光刻后的所述第二光刻胶层25为掩膜，刻蚀所述硬掩膜层24和所述图形层21， 如图11所示。所述第二层光刻图形版的图形形成在所述图形层21上，从而完成双重图形 化工艺的第二层图形。去除所述第二光刻胶层25和所述硬掩膜层24，如图12所示，从而完成本发明的双 重图形化方法。优选的，采用湿法刻蚀的方式去除所述硬掩模层24。请参阅图13到图15，图3到图15是本发明的双重图形化方法的第二实施方式的 部分步骤示意图。本实施方式的双重图形化方法与第一实施方式的双重图形化方法相似， 区别在于，光刻第二光刻胶层后，以光刻后的第二光刻胶层35为掩膜，刻蚀所述硬掩膜层 34，如图13所示。去除所述第二光刻胶层35，以刻蚀后的所述硬掩膜层24为掩膜刻蚀所述 图形层31，如图14所示。去除所述硬掩膜层24，，如图15所示，从而完成双重图形化工艺的第二层图形。与现有技术相比，本发明的双重图形化方法，在光刻_刻蚀_光刻_刻蚀的双重图形化工艺中，通过优化和更改传统方式的硬掩模层的工艺顺序并增加硬掩模层的平坦化工 艺，从而增大第二层光刻和刻蚀工艺窗口。本发明的双重图形化方法由于是在第一层图形 光刻和刻蚀后才沉积硬掩模层并增加了硬掩模层的平坦化工艺，避免了传统方式第一层图 形刻蚀后图形之间的间隙对硬掩模层表面的平整度造成的影响，使得在进行第二层光刻工 艺时光刻胶旋涂于平整的平面上，所以第二光刻胶层均勻性大大提高，从而增加了第二层 光刻工艺的工艺窗口。更进一步的，本发明的双重图形化方法避免了传统方式中由于第一 层图形间隙和第二层光刻图形距离太近所造成工艺干扰，从而使得第二层光刻形貌控制能 力和刻蚀工艺窗口都得到了提高。在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应 当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。
权利要求
1.一种双重图形化方法，其特征在于，包括如下步骤 自下而上依次在衬底上沉积图形层和旋涂第一光刻胶层；利用第一层光刻图形版光刻所述第一光刻胶层，并以光刻后的所述第一光刻胶层为掩 膜刻蚀所述图形层；去除所述第一光刻胶层，在所述图形层的表面和所述图形层刻蚀形成的图形间隙内沉 积硬掩膜层；对所述硬掩膜层的表面进行平坦化处理； 在所述硬掩膜层的平坦表面沉积第二光刻胶层；利用第二层光刻图形版光刻所述第二光刻胶层、并以光刻后的所述第二光刻胶层为掩 膜刻蚀所述硬掩膜层和所述图形层；去除所述第二光刻胶层和所述硬掩膜层。
2.如权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，利用化学机械研磨的方式对所 述硬掩膜层的表面进行平坦化处理。
3.如权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，所述硬掩膜层的材料为氮化硅 或者氮氧化硅或者四乙基硅酸盐或者氮化坦或者氮化钛。
4.如权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，所述硬掩膜层的厚度范围为 100 1000纳米。
5.如权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，所述图形层为半导体器件的多 晶硅线-槽层或者半导体器件的通孔接触层。
6.如权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，利用化学或物理气相沉积方式 形成所述硬掩膜层。
7.如权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，用湿法刻蚀去除所述硬掩模层。
8.—种双重图形化方法，其特征在于，包括如下步骤 自下而上依次在衬底上沉积图形层和旋涂第一光刻胶层；利用第一层光刻图形版光刻所述第一光刻胶层，并以光刻后的所述第一光刻胶层为掩 膜刻蚀所述图形层；去除所述第一光刻胶层，在所述图形层的表面和所述图形层刻蚀形成的图形间隙内沉 积硬掩膜层；对所述硬掩膜层的表面进行平坦化处理； 在所述硬掩膜层的平坦表面沉积第二光刻胶层；利用第二层光刻图形版光刻所述第二光刻胶层、以光刻后的所述第二光刻胶层为掩膜 刻蚀所述硬掩膜层；去除所述第二光刻胶层，以刻蚀后的所述硬掩膜层刻蚀所述图形层； 去除所述硬掩膜层。
9.如权利要求8所述的双重图形化方法，其特征在于，所述硬掩膜层的材料为氮化硅 或者氮氧化硅或者四乙基硅酸盐或者氮化坦或者氮化钛。
10.如权利要求8所述的双重图形化方法，其特征在于，所述硬掩膜层的厚度范围为 100 1000纳米。
全文摘要
本发明涉及一种双重图形化方法，包括自下而上依次在衬底上沉积图形层和旋涂第一光刻胶层；利用第一层光刻图形版光刻第一光刻胶层，并以光刻后的第一光刻胶层为掩膜刻蚀图形层；去除第一光刻胶层，在图形层的表面和图形层刻蚀形成的图形间隙内沉积硬掩膜层；对硬掩膜层的表面进行平坦化处理；在硬掩膜层的平坦表面沉积第二光刻胶层；利用第二层光刻图形版光刻第二光刻胶层、以光刻后的第二光刻胶层为掩膜刻蚀硬掩膜层和图形层；去除第二光刻胶层和硬掩膜层。本发明的双重图形化方法增加了第二层光刻工艺所在表面的平整度，进而增加了第二层光刻工艺的工艺窗口，提高了第二层光刻形貌控制能力和刻蚀工艺窗口。
文档编号H01L21/02GK102129968SQ20101061944
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者袁伟 申请人:上海集成电路研发中心有限公司