专利名称：一种缩小侧墙定义的两次图形曝光工艺中最小线宽的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制备技术领域，具体来说是涉及一种缩小侧墙工艺的两次图形曝光工艺中最小线宽的方法。
背景技术：
在现有的半导体器件的制备工艺过程中，芯片是批量处理的，在同一晶圆上形成大量复杂器件。近年来，随着超大规模集成电路的迅速发展，芯片也向着高集成度和微型化的方向发展。在制备工艺中，芯片的关键尺寸也在进一步地缩小，这就对光刻工艺提出了更高的要求。但是，由于受到光刻机光源波长的限制，现有的193纳米浸润式光刻机已经不能满足32纳米以下工艺的要求。为了满足32纳米以下工艺的要求，实践中主要采用的方法有两次图形曝光(Double Patterning)技术和极端远紫外(EUV，extreme ultraviolet)光刻技术。其中，侧墙定义的两次图形曝光(Spacer Defined Double Patterning)光刻技术是两次图形曝光(Double Patterning)技术中的一种。侧墙定义的两次图形曝光在沟槽结构的制备工艺之中得到了广泛的应用，如对有源区、金属等沟槽结构进行图形定义等等。 如图IAlH所示，以金属沟槽结构为例，上述的侧墙定义的两次图形曝光工艺在沟槽结构的制备工艺中的应用主要包括以下的流程首先，在衬底11上依次沉积一下层介质12，一层间绝缘介质层(Inter Metal Dielectric) 13以及一硬掩膜牺牲层(Sacrificial Hard Mask) 14，本步工艺步骤的目的，是在层间绝缘介质层13中形成沟槽结构，沟槽最终会停止在下层介质12之上。接下来在硬掩膜牺牲层14之上涂覆一层光刻胶15 (如图IB所示)， 并进行光刻工艺(曝光、显影)，形成光刻胶保留结构15a、15b (如图IC所示)；接着，以光刻胶保留结构15a、1 为掩膜对硬掩膜牺牲层14进行刻蚀，形成硬掩膜牺牲层保留结构14a、 14b，并移除光刻胶保留结构15a、15b(如图ID所示);然后，在硬掩膜保留结构14a、14b上沉积一层用以形成侧墙(Spacer)的氮化硅薄膜16 (如图IE所示)，利用各向异性的干刻方法对氮化硅薄膜16进行刻蚀，在硬掩膜牺牲层保留结构14a、14b两侧分别形成侧墙16a、16b、 16c、16d (如图IF所示)，之后移除硬掩膜牺牲层保留结构14a、14b (如图IG所示)，并进行环路修正(loop triming)曝光，以氮化硅侧墙16a、16b、16c、16d以及环路修正光刻胶17， 作为掩膜对层间介质层13进行刻蚀，形成所需沟槽光刻图案(Pattern)(如图IH所示)，最后移除氮化硅侧墙掩膜和环路修正光刻胶17的，形成最终金属沟槽的图案(如图II所示)。 由于硬掩膜牺牲层保留结构在形成侧墙之后，在硬掩膜牺牲层保留结构的两侧都会形成侧墙，侧墙的图案密度会是最初光刻胶形成的图案密度的两倍，光刻图案的节距(pitch)也相应的缩小到原先的1/2，从而形成了更小的关键尺寸。在利用侧墙定义的两次图形曝光技术对沟槽进行光刻图案定义的工艺过程中，由于硬掩膜牺牲层保留结构的最小线宽(参见图ID中的b)是由光刻工艺决定的(参见图IC 中的a)，所以最终图案中沟槽的最小宽度c (如图II所示)也是由光刻工艺所决定的。而光刻胶所能曝出的最小宽度是由光源波长、光刻胶厚度等因素决定的。在光源波长、光刻胶厚度等条件确定的前提下，光刻工艺所能实现的最小线宽也就确定了。
发明内容
本发明的目的在于提供一种缩小侧墙定义的两次图形曝光工艺中的最小线宽的方法，可以实现沟槽的更小的线宽，工艺过程简单易控制。为解决上述目的，本发明所提供的技术方案为
一种缩小侧墙定义的两次图形曝光工艺中的最小线宽的方法，其中，包括以下的步
骤
步骤Sl 提供一硅衬底，并在所述硅衬底上依次沉积一层下层介质、一层间绝缘介质层，以及一层硬掩膜牺牲层；
步骤S2 在所述硬掩膜牺牲层之上涂覆一层光刻胶，并进行光刻工艺； 步骤S3 以所述光刻胶为掩膜刻蚀所述硬掩膜牺牲层形成硬掩膜牺牲层保留结构，并移除所述光刻胶；
步骤S4 在所述层间绝缘介质层和硬掩膜牺牲层保留结构之上沉积一层氮化硅薄膜， 并利用干法刻蚀刻蚀所述氮化硅薄膜，以在硬掩膜牺牲层保留结构两侧上形成氮化硅侧墙，并随后移除硬掩膜牺牲层保留结构；
步骤S5 在所述层间绝缘介质和所述氮化硅侧墙上沉积一层二氧化硅薄膜； 步骤S6 对所述二氧化硅薄膜进行平坦化工艺，以使得氮化硅侧墙周围的二氧化硅薄膜的高度与所述氮化硅侧墙的高度一致；
步骤S7 移除氮化硅侧墙，形成位于所述二氧化硅薄膜中的移除的所述氮化硅侧墙位置处的沟槽；
步骤S8 以所述二氧化硅薄膜为掩膜并利用二氧化硅薄膜中的沟槽刻蚀所述层间绝缘介质层，形成所需的位于层间绝缘介质中的沟槽，并移除所述二氧化硅薄膜。上述的方法，其中，所述的步骤S5中采用各向异性的干法刻蚀刻蚀所述氮化硅薄膜。上述的方法，其中，所述步骤S6中对于所述二氧化硅薄膜工艺进行的平坦化工艺采用化学机械抛光方法进行。上述的方法，其中，所述步骤S4中氮化硅侧墙的宽度由沉积的氮化硅薄膜厚度决定。上述的方法，其中，所述的步骤S8中的沟槽的最小线宽由所述步骤S4中形成的氮化硅侧墙宽度决定，进而由所述步骤S4中沉积的氮化硅薄膜厚度决定。本发明的一种缩小侧墙定义的两次图形曝光工艺中的最小线宽的方法，利用二氧化硅薄膜作为掩膜，同时利用化学机械抛光工艺和刻蚀工艺，将氮化硅侧墙转换成为位于层间绝缘介质层中的沟槽，从而使得沟槽的最小线宽由氮化硅侧墙薄膜的厚度决定，进而实现了更小的线宽，工艺过程简单易控制。
图IA至II为现有技术中的的侧墙定义的两次图形曝光工艺的剖面结构示意图； 图2为本发明的一种缩小侧墙定义的两次图形曝光工艺中的最小线宽的方法的流程图3A至31为图2所示的一种缩小侧墙定义的两次图形曝光工艺中的最小线宽的方法的的剖面结构示意图。
具体实施例方式下面结合说明书附图和具体实施方式
来对本发明的一种缩小侧墙定义的两次图形曝光工艺中的最小线宽的方法进一步详细地说明。如图2和图3A-3I所示，本发明的一种缩小侧墙定义的两次图形曝光工艺中的最小线宽的方法(以金属沟槽为例)，包括以下的步骤
步骤Sl 提供一硅衬底101，并在硅衬底101上依次沉积一下层介质102、一层间绝缘介质层103，以及一层硬掩膜牺牲层104 ；(如图3A所示)
步骤S2 在硬掩膜牺牲层104之上涂覆一层光刻胶，并进行光刻工艺(包括曝光、显影工艺)，形成光刻胶保留结构10fe、105b ；(如图:3B所示)
步骤S3 以光刻胶保留结构105a、10 为掩膜刻蚀硬掩膜牺牲层104，形成硬掩膜牺牲层保留结构l(Ma、104b，并移除光刻胶保留结构10fe、105b ；(如图3C所示)
步骤S4 在层间绝缘介质层103和硬掩膜牺牲层保留结构104a、104b之上沉积一层氮化硅薄膜106 (如图3D所示)，并利用干法刻蚀刻蚀氮化硅薄膜106，以在硬掩膜牺牲层104 两侧上形成氮化硅侧墙106a、106b、106c、106d，并随后移除硬掩膜牺牲层104 ；其中，本步骤中采用各向异性的干法刻蚀刻蚀氮化硅薄膜106，以在硬掩膜牺牲层104两侧上形成氮化硅侧墙106aU06bU06cU06do (如图3E所示)
步骤S5 在包含有氮化硅侧墙106a、106b、106c、106d的层间绝缘介质层103上沉积一层二氧化硅薄膜107 (如图3F所示)；
步骤S6 对二氧化硅薄107膜进行平坦化工艺，以使得氮化硅侧墙106a、106b、106c、 106d周围的二氧化硅薄膜107的高度与氮化硅侧墙106a、106b、106c、106d的高度一致；其中，本步骤中对二氧化硅薄膜107采用化学机械抛光法进行平坦化工艺(如图3G所示)；
步骤S7 移除氮化硅侧墙106a、106b、106c、106d，在所述二氧化硅薄膜107中形成位于氮化硅侧墙106a、106b、106c、106d原有位置处的沟槽107a、107b和107c和107d (如图3H 所示)；
步骤S8 以二氧化硅薄膜107为掩膜，通过沟槽107a、107b和107c和107d刻蚀层间绝缘介质层103，形成所需的位于层间绝缘介质层103中的沟槽103a、103b、103c、103d，并移除二氧化硅薄膜107 (如图31所示)。由此可见，本实施例中所形成的沟槽103a、103b、103c、103d的最小线宽由所沉积的氮化硅侧墙薄膜106的厚度决定，从而可以根据实际的需要，通过沉积更薄的氮化硅侧墙薄膜106实现沟槽的更小的线宽；并且，采用本方法，可以在所沉积的氮化硅侧墙薄膜的厚度为20nm时，实现20nm以下宽度的沟槽结构。综上所述，本发明的一种缩小侧墙定义的两次图形曝光工艺中的最小线宽的方法，利用二氧化硅薄膜作为掩膜，同时利用化学机械抛光(CMP)工艺和刻蚀工艺，将氮化硅侧墙转换成为位于层间绝缘介质层中的沟槽，从而使得沟槽的最小线宽由氮化硅侧墙薄膜的厚度决定，进而实现更小的线宽，工艺过程简单易控制。
应当指出的是，上述内容只是本发明的具体实施例的列举，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；且上述具体实施例并非用来限制本发明的实施范围，即凡依本发明专利申请内容所作的等效变换与修饰，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种缩小侧墙定义的两次图形曝光工艺中的最小线宽的方法，其特征在于，包括以下的步骤步骤Si 提供一硅衬底，并在所述硅衬底上依次沉积一层下层介质、一间绝缘介质层， 以及一硬掩膜牺牲层；步骤S2 在所述硬掩膜牺牲层之上涂覆一层光刻胶，并进行光刻工艺；步骤S3 以所述光刻胶为掩膜刻蚀所述硬掩膜牺牲层形成硬掩膜牺牲层保留结构，并移除所述光刻胶；步骤S4 在所述层间绝缘介质层和硬掩膜牺牲层保留结构之上沉积一层氮化硅薄膜， 并利用干法刻蚀刻蚀所述氮化硅薄膜，以在硬掩膜牺牲层保留结构两侧上形成氮化硅侧墙，并随后移除硬掩膜牺牲层保留结构；步骤S5 在所述层间绝缘介质和所述氮化硅侧墙上沉积一层二氧化硅薄膜；步骤S6 对所述二氧化硅薄膜进行平坦化工艺，以使得氮化硅侧墙周围的二氧化硅薄膜的高度与所述氮化硅侧墙的高度一致；步骤S7 移除氮化硅侧墙，形成位于所述二氧化硅薄膜中的移除的所述氮化硅侧墙位置处的沟槽；步骤S8:以所述二氧化硅薄膜为掩膜并利用二氧化硅薄膜中的沟槽刻蚀所述层间绝缘介质层，形成所需的位于层间绝缘介质中的沟槽，并移除所述二氧化硅薄膜。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S5中采用各向异性的干法刻蚀刻蚀所述氮化硅薄膜。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S6中对于所述二氧化硅薄膜工艺进行的平坦化工艺采用化学机械抛光方法进行。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中氮化硅侧墙的宽度由沉积的氮化硅薄膜厚度决定。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤S8中的沟槽的最小线宽由所述步骤S4中形成的氮化硅侧墙宽度决定，进而由所述步骤S4中沉积的氮化硅薄膜厚度决定。
全文摘要
本发明公开了一种缩小侧墙定义的两次图形曝光工艺中的最小线宽的方法，其利用二氧化硅薄膜作为掩膜，同时利用化学机械抛光工艺和刻蚀工艺，将氮化硅侧墙转换成为位于层间绝缘介质层中的沟槽，从而使得沟槽的最小线宽由氮化硅侧墙薄膜的厚度决定，进而实现了沟槽更小的线宽，工艺过程简单易控制。
文档编号H01L21/02GK102446748SQ201110222289
公开日2012年5月9日 申请日期2011年8月4日 优先权日2011年8月4日
发明者俞柳江 申请人:上海华力微电子有限公司