专利名称：一种简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法。
背景技术：
在半导体器件的制备工艺过程中，随着超大规模集成电路的迅速发展，在芯片的集成度越来越高的同时，芯片尺寸也愈来愈小。在芯片制备工艺中的过程中，关键尺寸 (Critical Dimension,简称CD)也随着工艺代的发展在一步步缩小，于是对光刻工艺的要求就越来越高；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纳米及其以下工艺的需求，现今，一般采用两次图形曝光(Double Patterning)技术或极度紫外光刻技术(Extreme Ultraviolet，简称EUV)来解决上述问题。图1-8为本发明背景技术中侧墙定义的两次图形曝光光刻技术的流程示意图。 两次图形曝光(Double Patterning)技术所包含的侧墙定义的两次图形曝光(Spacer Defined Double Patterning)光刻技术，可以应用在沟槽(trench)结构制备的工艺之中，如对有源区(Active)、金属(Metal)等沟槽结构进行图案定义。如图1_8所示，以金属沟槽进行图案定义为例，在衬底101上从下至上依次淀积有下介质层102和层间绝缘层 (Inter Metal Dielectric，简称IMD) 103 ；在层间绝缘介质层103上沉积硬掩膜牺牲层 (Sacrificial Hard Mask) 104，然后旋涂光刻胶覆盖硬掩膜牺牲层104，进行曝光、显影工艺后，于硬掩膜牺牲层104上形成两光阻105、106，其之间的节距(pitch)为D (如图1所示)；继续以光阻105、106为掩膜刻蚀硬掩膜牺牲层104至层间绝缘介质层103，去除光阻 105、106后形成刻蚀后剩余的硬掩膜牺牲层107、108，其之间的节距也为D(如图2所示);沉积氮化硅薄膜109覆盖刻蚀后剩余的硬掩膜牺牲层107、108和层间绝缘介质层103后(如图3所示)，利用各向异性的干刻方法对氮化硅薄膜109进行刻蚀，在刻蚀后剩余的硬掩膜牺牲层107、108的侧壁及邻近其底部的层间绝缘介质层103上形成侧墙(Spacer)(如图4 所示)，移除刻蚀后剩余的硬掩膜牺牲层107、108后，进行环路修正(loop triming)曝光工艺，形成侧墙110、111、112和113 (如图5所示);利用侧墙110、111、112和113及光阻114 作为掩膜(如图6所示)对层间绝缘介质层103进行刻蚀，形成所需沟槽光刻图案(Pattern) 凹槽115,116和117 (如图7所示)，并移除侧墙110、111、112和113及光阻114 (如图8 所示)，此时的节距d只有第一次光刻胶定义的节距D的一半，是因为硬掩膜牺牲层104在形成侧墙工艺之后，在刻蚀后剩余的硬掩膜牺牲层107、108的两侧分别形成侧墙110、111、 112和113，即侧墙的图案密度是最初光刻胶形成的图案的密度的两倍，所以光刻图案的节距(pitch) D也相应的缩小到原先1/2的d，从而减小了关键尺寸。图9-11为本发明背景技术中环路修正曝光工艺的流程示意图。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，需要用到三次光刻曝光工艺。如图9所示，移除刻蚀后剩余的硬掩膜牺牲层107、108后的俯视图，即核心图案(Core Pattern)形成时的俯视图，该核心图案主要是指节距最小的图案，这部分图案需要采用两次图形曝光技术形成；由于侧墙工艺形成的是一个环路结构的侧墙118，需要进行第二次光刻工艺，即环路修正光刻工艺刻蚀掉多余的侧墙1181 ；如图10所示，为光刻胶119覆盖住需要保留的侧墙，并以其为掩膜去除多余的侧墙1181，如图11所示，形成具有形成侧墙 110、111、112 和 113 的结构。图12 -13为本发明背景技术中第三次光刻的流程示意图。进行第三次光刻工艺， 以定义非核心图案，即节距和尺寸比较大的图案。如图12所示，沟槽区域图案由第三次光刻的光刻胶120以及第二次光刻之后保留的侧墙110、111、112和113共同定义，即以光刻胶120和侧墙110、111、112和113对沟槽区域进行刻蚀，以形成沟槽121 ；如图13所示，为沟槽图案的俯视图，移除光刻胶120和侧墙110、111、112和113后，形成沟槽图案。上述工艺之所以需要三次光刻，是由利用侧墙定义的两次图形曝光的工艺本身决定的，由于侧墙是环绕硬掩膜牺牲层图形制备的，所以必须利用第二次环路修正光刻工艺移除不需要的环路侧墙。而由于侧墙只能定义单一宽度的尺寸(最小的尺寸)，所以，对于那些非核心图案，即节距和尺寸比较大的图案，侧墙无法进行定义，即必须利用第三次光刻进行定义，相应的增加工艺的成本和降低了器件的良率。
发明内容
本发明公开了一种简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法，包括从下至上顺序依次覆盖有下层介质层和层间绝缘介质层的衬底，层间绝缘介质层上设置有环路结构的侧墙，其中，包括以下步骤
步骤Sl 淀积二氧化硅薄膜覆盖层间绝缘介质层及侧墙后，进行平坦化处理，以去除覆盖在侧墙上及部分覆盖在层间绝缘介质层上的二氧化硅薄膜，同时去除部分侧墙，以使平坦化后侧墙的上表面与二氧化硅薄膜的上表面在同一水平面上；
步骤S2 去除平坦化后的侧墙，于平坦化后的二氧化硅薄膜内形成环状结构的侧墙凹槽；旋涂光刻胶覆盖平坦化后的二氧化硅薄膜和侧墙凹槽，曝光、显影后形成光阻，并以该光阻为掩膜刻蚀平坦化后的二氧化硅薄膜至层间绝缘介质层，去除光阻形成具有沟槽图案的二氧化硅薄膜；
步骤S3 以具有沟槽图案的二氧化硅薄膜为掩膜刻蚀层间绝缘介质层至下层介质层后，去除具有沟槽图案的二氧化硅薄膜，形成沟槽图案的结构。上述的简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法，其中，环路结构的侧墙的材质为氮化硅。上述的简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法，其中，采用化学机械研磨工艺进行平坦化处理。上述的简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法，其中，采用高选择比的方法刻蚀平坦化后的二氧化硅薄膜至层间绝缘介质层。上述的简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法，其中，高选择比为二氧化硅/ 层间绝缘层。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法，通过减少传统侧墙定义的两次图形曝光中的曝光工艺，简化了工艺流程， 相应的降低了工艺的成本，并提高了器件的良率。
图1-8为本发明背景技术中侧墙定义的两次图形曝光光刻技术的流程示意图； 图9-11为本发明背景技术中环路修正曝光工艺的流程示意图12-13为本发明背景技术中第三次光刻的流程示意图； 图14-25为本发明简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法的流程示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的说明
如图14-25所示，本发明公开了一种简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法，首先， 在衬底201上从下至上顺序依次淀积有下介质层202和层间绝缘层203 ；在层间绝缘介质层203上沉积硬掩膜牺牲层204后，旋涂光刻胶覆盖硬掩膜牺牲层204，曝光、显影后，如图 14所示，于硬掩膜牺牲层204上形成具有光阻205、206的结构；继续以光阻205、206为掩膜刻蚀硬掩膜牺牲层204至层间绝缘介质层203后，如图15所示，去除光阻205、206以形成具有刻蚀后剩余的硬掩膜牺牲层207、208的结构；如图16所示，沉积氮化硅薄膜209覆盖刻蚀后剩余的硬掩膜牺牲层207、208和层间绝缘介质层203后，利用各向异性的干刻方法对氮化硅薄膜209进行刻蚀，在刻蚀后剩余的硬掩膜牺牲层207、208的侧壁及邻近其底部的层间绝缘介质层203上，如图17所示，形成环状结构的侧墙210、211，移除刻蚀后剩余的硬掩膜牺牲层207、208后，如图18所示，形成环状结构的侧墙沟槽212、213。然后，如图19所示，淀积二氧化硅薄膜214覆盖层间绝缘介质层203及侧墙210、 211和侧墙沟槽212、213，采用化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，简称CMP) 工艺进行平坦化处理，以去除覆盖在侧墙210、211上及部分覆盖在层间绝缘介质层203 上的二氧化硅薄膜，同时去除部分侧墙210、211的上部，如图20所示，以使平坦化后侧墙 210\2111的上表面与平坦化后的二氧化硅薄膜2141的上表面在同一水平面上。图22是图21的俯视图；如图21、22所示，去除平坦化后的侧墙ZIO1JIIi,于平坦化后的二氧化硅薄膜2141内形成环状结构的侧墙凹槽215、216 ；旋涂光刻胶217覆盖平坦化后的二氧化硅薄膜2141和侧墙凹槽215、216，曝光、显影后形成光阻(如图23所示)，并以该光阻为掩膜刻蚀暴露出的平坦化后的二氧化硅薄膜2142至层间绝缘介质层203，如图24 所示，去除光阻形成具有沟槽图案218的二氧化硅薄膜2143 ；
最后，以具有沟槽图案218的二氧化硅薄膜2143为掩膜刻蚀层间绝缘介质层203至下层介质层202后，去除具有沟槽图案218的二氧化硅薄膜2143，如图25所示，形成沟槽图案的结构219，其沟槽220底部为下层介质层202的上表面。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明提出一种简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法，通过减少传统侧墙定义的两次图形曝光中的曝光工艺，简化了工艺流程， 相应的降低了工艺的成本，并提高了器件的良率。以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
权利要求
1.一种简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法，包括从下至上顺序依次覆盖有下层介质层和层间绝缘介质层的衬底，所述层间绝缘介质层上设置有环路结构的侧墙，其特征在于，包括以下步骤步骤Sl 淀积二氧化硅薄膜覆盖层间绝缘介质层及侧墙后，进行平坦化处理，以去除覆盖在侧墙上及部分覆盖在层间绝缘介质层上的二氧化硅薄膜，同时去除部分侧墙，以使平坦化后侧墙的上表面与二氧化硅薄膜的上表面在同一水平面上；步骤S2 去除平坦化后的侧墙，于平坦化后的二氧化硅薄膜内形成环状结构的侧墙凹槽；旋涂光刻胶覆盖平坦化后的二氧化硅薄膜和侧墙凹槽，曝光、显影后形成光阻，并以该光阻为掩膜刻蚀平坦化后的二氧化硅薄膜至层间绝缘介质层，去除光阻形成具有沟槽图案的二氧化硅薄膜；步骤S3:以具有沟槽图案的二氧化硅薄膜为掩膜刻蚀层间绝缘介质层至下层介质层后，去除具有沟槽图案的二氧化硅薄膜，形成沟槽图案的结构。
2.根据权利要求1所述的简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法，其特征在于，环路结构的侧墙的材质为氮化硅。
3.根据权利要求1所述的简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法，其特征在于，采用化学机械研磨工艺进行平坦化处理。
4.根据权利要求1所述的简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法，其特征在于，采用高选择比的方法刻蚀平坦化后的二氧化硅薄膜至层间绝缘介质层。
5.根据权利要求4所述的简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法，其特征在于，所述高选择比为二氧化硅/层间绝缘层。
全文摘要
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法。本发明公开了一种简化侧墙定义的两次图形曝光工艺的方法，通过减少传统侧墙定义的两次图形曝光中的曝光工艺，简化了工艺流程，相应的降低了工艺的成本，并提高了器件的良率。
文档编号H01L21/311GK102437049SQ20111023526
公开日2012年5月2日 申请日期2011年8月17日 优先权日2011年8月17日
发明者俞柳江 申请人:上海华力微电子有限公司