专利名称：一种混合线条的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件制造方法，尤其涉及一种电子束曝光与普通光学曝光的混合曝光/光刻来制造精细线条的方法。
背景技术：
在当前的大规模集成电路生产工艺过程中，需要进行多次光刻。目前普遍采用普通光学曝光，普通光学曝光的优势在于曝光大线条产能高，劣势在于无法曝光精细线条。如I线光源365nm的极限为0.35um,准分子激光光源DUV248nm极限为0.13um, DUV干法193nm极限为65nm，浸没式193极限约为20nm，用传统的光学曝光技术很难实现20nm以下的器件。因此，随着器件尺寸的不断缩小，普通的光学曝光已经无法满足精细线条的曝光需求，光学曝光技术已接近极限。目前电子束曝光和EUV已经成为下一代精细图形曝光的主要竞争者，特别是20nm以下的精细图形需采用电子束或EUV光刻。然而，对EUV技术而言，仍有若干关键技术需要攻克。相对来说电子束曝光技术比较成熟，优势在于曝光精细线条，同时不需要掩膜版，但存在曝光时间长的缺点，直接导致曝光大图形时产能较低。如果能同时发挥电子束和普通光学曝光的优势，避开各自的劣势，实现同一层次大线条用普通光学曝光小线条用电子束曝光，将有效的提升产能降低成本。为此，需要提供一种高效低成本的混合曝光方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合线条的制造方法，可以克服现有曝光技术中精度与产能相互牵制的缺点，有效提升产能降低成本的同时仍然能保持高精细度。本发明提供了一种混合线条的制造方法，该方法包括以下步骤:a)在底层上依次形成材料层和硬掩模层；b)在所述硬掩膜层上形成光刻胶层，所述光刻胶层对光学曝光和电子束曝光都敏感，并分别利用光学曝光和电子束曝光对所述光刻胶层进行曝光，显影后形成第一光刻胶图形和电子束曝光胶图形，其中第一光刻胶图形通过光学曝光形成，电子束曝光胶图形通过电子束曝光形成；c)以所述第一光刻胶图形和电子束曝光胶图形为掩模，对所述硬掩模层刻蚀形成对应的第一硬掩模图形和第二硬掩模图形；d)以所述第一硬掩模图形和第二硬掩模图形为掩模，刻蚀所述材料层，形成第一线条和第二线条。与现有技术相比，本发明具有以下优点:(I)在同一层次上采用电子束曝光和普通光学曝光相结合的混合曝光方法，将同一层次图形按线条大小进行拆分，大线条用普通光学曝光，小线条用电子束曝光，从而在不影响图形质量的前提下大幅缩减曝光时间；(2)采用特殊的光刻胶，该光刻胶对普通光学曝光和电子束曝光敏感，且在对经过普通光学曝光后再经过电子束曝光的区域进行显影时，该光刻胶不会被去除，如此一来，只需涂布一次光刻胶即可实现普通光学曝光和电子束曝光，从而不但简化了曝光工艺，还避免了由于I线光刻胶和电子束光刻胶相互影响所带来的问题。
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1为根据本发明的混合线条的制造方法程图；图2为需要曝光所有图形的俯视图；图3为根据本发明的混合线条制造方法采用的大尺寸曝光掩模版的俯视图；图4是依照本发明的混合线条制造方法采用的小尺寸曝光的俯视图；以及图5至图9为根据本发明的混合线条制造方法各步骤对应的剖面示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此夕卜，本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。下面，请结合图5至图9通过本发明的一个实施例对图1所示的混合线条的制造方法进行具体地描述。如图1所示，所述混合线条的制造方法包括以下步骤:在步骤SlOl中，在底层10上依次形成材料层20和硬掩模层30。具体地，如图5所示，首先，提供底层10，所述底层10可以是整个器件的衬底，也可以是器件形成过程中包括衬底的中间结构。衬底材质例如为体S1、SO1、体Ge、GeOI, GaN,GaAs, InSb等用于集成电路的半导体衬底，或者是表面为绝缘层的硅片(优选在体硅衬底上沉积或热氧化制成二氧化硅的衬垫层，还可以在体硅上形成氮化硅或氮氧化硅的绝缘层)、玻璃(钠钙玻璃、铝镁玻璃、钾玻璃、铅玻璃、硼硅玻璃等，可以掺杂为常用的硼磷硅玻璃BPSG，也可以是旋涂玻璃S0G，玻璃衬底优选具有矩形形状以适于切割和大面积制造且低杂质污染)、石英、塑料(优选为具有较高熔点和硬度以及良好绝缘性的组合物)、背部镂空的体硅片衬底以及具有良好绝缘性的聚合物衬底等用于显示器件的绝缘衬底。中间结构例如是形成多层互连时的中、下层结构，或者是制造金属连线之前的中间结构等等，其可包括前述的衬底以及衬底上的绝缘层和/或导电层。接着，在底层10上沉积材料层20，其用于构成本发明制造的器件中的精细线条。依照器件结构不同，所述材料层20的材质也不同:作为晶体管栅极时材料层20可包括掺杂多晶硅，或包括Mo、Pt、Al、T1、Co、Au、Cu、Ta等金属、以及这些金属的合金或氮化物；作为层间互连金属线时材料层20可包括W、Al、T1、Ta等金属、以及这些金属的合金或氮化物；作为器件制造时的中间产物，例如侧墙或者牺牲层时，材料层20可为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等绝缘材料；作为显示器件TFT驱动栅极时，材料层20可为ITO、IZO、AZO、ln203、ZTO等透明导电氧化物；作为鳍形栅器件时，材料层20可为外延单晶硅或体硅的一部分；作为后栅工艺的假栅时，材料层20可为非晶娃或微晶娃。然后，在材料层20上沉积硬掩模层30，依照曝光/光刻精细度需要，所述硬掩模层30可以是氧化物、氮化物或氮氧化物，并优选为低温氧化物(LTO) >PETEOS (PECVD制作的TE0S)或PESIN(PECVD制作的氮化硅)。如图5所示，虚线左侧区域代表小尺寸线条所在区域，右侧代表大尺寸线条所在区域，图仅作为示意，实际的线条分布不限于此，也可以大小尺寸线条区域混杂，或者存在多个大和/或小尺寸线条区域。优选地，在沉积材料层20之前，在底层10上沉积垫层11，用于稍后刻蚀的停止层或者作为栅极绝缘层，垫层11的材质可包括氧化硅、氮氧化硅、以及铪基或稀土基金属氧化物的闻k材料等。所述材料层20、垫层11以及硬掩模层30可以通过例如LPCVD、PECVD, HDPCVD,MBE、ALD等方法沉积形成。在步骤S 102中，在所述硬掩膜层30上形成光刻胶层40，所述光刻胶层对光学曝光和电子束曝光都敏感，并分别利用光学曝光和电子束曝光对所述光刻胶层进行曝光，显影后形成第一光刻胶图形和电子束曝光胶图形，其中第一光刻胶图形通过光学曝光形成，电子束曝光胶图形通过电子束曝光形成。具体地，首先，如图6所示，在整个晶片表面也即硬掩模层30上形成光刻胶层40。形成方式例如为旋涂，也即图5所示结构所在的晶片经过脱水烘培并涂上增加光刻胶层与晶片表面附着力的化合物，随后将晶片吸附在旋转托盘上，将光刻胶溶液喷洒至旋转晶片上，旋涂之后再在一定温度下前烘以固化光刻胶层。所述光刻胶层40在后续步骤中会经历普通光学曝光和电子束曝光两者，之后再进行显影。其中，所述光刻胶层40的材料对普通光学曝光和电子束曝光都敏感。例如，对普通光学曝光表现为正胶，而对电子束曝光表现为负胶，且经过普通光学曝光后再经过电子束曝光的区域，在进行显影时，该区域内的光刻胶层40不会被去除。因此，在显影之后，留下的区域为在普通光学曝光中没有受到光照的区域，以及在电子束曝光中受到电子束照射的区域。需要指出，在普通光学曝光中受到了光照，但在电子束曝光中又受到电子束照射的区域，在进行显影时，该区域内的光刻胶层40不会被去除。在本实施例中，所述光刻胶层40材料例如为叠氮醌类化合物和AR-N 7500、AR-N 7520, AR-N 7700、AR-N7720中的一种或多种的混合胶型。接着，采用第一光刻掩模版Ml对光刻胶层40进行曝光，然后，利用电子束曝光图形M2对光刻胶层40进行曝光。在对上述两次曝光进行说明之前，需要结合图2至图4根据待形成线条的尺寸所形成的第一光刻掩模版Ml和电子束曝光图形M2进行说明。如图2所示，所示为需要曝光的所有图形MO，其包括右侧的较大尺寸的线条图形以及左侧较小尺寸的线条图形。图3和图4分别显示了依照本发明的混合线条制造方法所使用的第一光刻掩模版Ml和电子束曝光图形M2(由于电子束曝光使用负胶，因此阴影部分为镂空)。其中依光刻机曝光能力不同，需要提取的图形尺寸也不同。具体地，Ml为较大尺寸曝光例如普通光学曝光所用，其图形尺寸大于等于光刻设备的分辨率，如果用户采用DUV248和电子束，那么这个数值就是130nm ;如果用户拥有DUV193和电子束，那么这个分界点就是DUV193的极限65nm ;如果客户拥有浸没式193nm，这个分界点将会变成20nm左右。M2为较小尺寸曝光例如电子束曝光所用(M2仅为示意性质，实际生产过程中电子束曝光设备可以精确控制电子束的移动轨迹，因而无需实体的M2而仅在设备操作系统中输入电子束的移动轨迹文件，也即M2实质上是数字虚拟化的)，这些图形都是精细线条，普通光学曝光已经无法满足，其图形尺寸例如小于上述数值特别是小于等于20nm。换言之，依照本发明的混合线条制造方法将需要曝光的所有图形按照其精细度和尺寸要求不同而拆分成小图形区域和大图形区域，其中大图形区域制成普通光学曝光的光刻版M1，并按照本发明所述的制造方法来制造混合线条，电子束曝光和普通光学曝光都只制作本身特长的图形，在不影响产品质量的前提下，大幅缩减曝光时间。下面，继续对上述两次曝光进行说明。首先，在光学光刻机上，利用所述第一光刻掩模版Ml，在第一光源下对所述光刻胶层40进行曝光，其中，所述第一光源包括i线光源、g线光源、深紫外光源或X射线光源，所述第一光源透过第一光刻掩模版Ml照射在光刻胶层40上。接着，在电子束曝光机上，利用所述电子束曝光图形M2，在第二光源下对所述光刻胶层40再次进行曝光，其中，所述第二光源为电子束光源。电子束曝光结束后对光刻胶层40进行显影(之后还优选后烘培)，从而在所述硬掩膜层30上留下与第一光刻掩模版Ml相应的第一光刻胶图形40a和与电子束曝光图形M2相应的电子束曝光胶图形40b,如图7所不。其中，所述第一光刻胶图形40a与第一光刻掩模版Ml线条宽度近似相等,例如均大于等于约130nm、65nm或20nm,所述电子束曝光胶图形40b的线条宽度小于上述130nm、65nm、或20nm,并优选小于20nm。由于所述光刻胶层40对普通光学曝光和电子束曝光敏感，且对经过普通光学曝光后再经过电子束曝光的区域进行显影时，该区域内的光刻胶层40不会被去除，所以，显影后同时形成第一光刻胶图形40a和电子束曝光胶图形40b，即，只需形成一次光刻胶层就可以实现普通光学曝光和电子束曝光，而无需分别形成普通光学曝光光刻胶和电子束光刻胶。显影之后还经过坚膜的高温处理，增强第一光刻胶图形40a和电子束曝光胶图形40b与晶片表面附着力。优选地，形成第一光刻胶图形40a和电子束曝光胶图形40b之后，对晶片上的图形进行检查，测量其关键尺寸，如果符合要求则继续下述刻蚀，如果不符合要求则返回工艺线再处理或者当无法再处理时丢弃报废晶片。在步骤S103中，以所述第一光刻胶图形40a和电子束曝光胶图形40b为掩模，对所述硬掩模层30刻蚀形成对应的第一硬掩模图形30a和第二硬掩模图形30b。具体地,如图8所不，以第一光刻胶图形40a和电子束曝光胶图形40b为掩膜,刻蚀所述硬掩模层30直至露出材料层20，形成第一硬掩模图形30a和第二硬掩膜图形30b。所述第一硬掩模图形30a的线条宽度与第一光刻胶图形40a几乎相等，例如均大于等于约130nm、65nm或20nm。此外,本领域的技术人员可以理解的是,所述第一硬掩模图形30a不限于图8所示的单个矩形线条，数量可以为多个，形状也可以为折线、曲线或环形，分布区域不仅仅限于图中右侧，也可以在整个晶片上与小尺寸线条混杂分布。所述第二硬掩模图形30b的线条宽度与电子束曝光胶图形40b几乎相等,例如均小于130nm、65nm或20nm,并优选小于20nm。由于小尺寸线条的精度要求比较高，所以采用干法刻蚀对硬掩模层30进行刻蚀，例如等离子体刻蚀，刻蚀气体可包括含氟气体，例如碳氟基气体(CxHyFz)、NF3、SF6,还可包括含Cl、Br的气体以及含O的气体来调节刻蚀速率并去除刻蚀副产物。在本实施例中，优选使用等离子体干法刻蚀以提高精度。刻蚀完成之后，采用有机溶剂或无机溶剂来湿法去除第一光刻胶图形40a和电子束曝光胶图形40b，或者采用等离子体干法去除第一光刻胶图形40a和电子束曝光胶图形40b。在步骤S 104中，以所述第一硬掩模图形30a和第二硬掩模图形30b为掩模，刻蚀所述材料层20，形成第一线条20a和第二线条20b。具体地,如图9所不，以第一硬掩模图形30a和第二硬掩模图形30b为掩模,刻蚀材料层20直至露出底层10 (或垫层11)，最终形成第一线条20a和第二线条20b。依照材料层20材质不同而采用不同的刻蚀方法，在本实施例中，优选采用等离子体干法刻蚀以提高精度。第一线条20a为前述的大尺寸，第二线条20b为前述的小尺寸，也即第一线条20a比第二线条20b宽。两者并不限于图9所示为单个线条，其数量、形状和分布可以依照器件结构需要而合理布局。与现有技术相比，本发明所提供的方法具有以下优点:(I)在同一层次上采用电子束曝光和普通光学曝光相结合的混合曝光方法，将同一层次图形按线条大小进行拆分，大线条用普通光学曝光，小线条用电子束曝光，从而在不影响图形质量的前提下大幅缩减曝光时间；(2)采用特殊的光刻胶，该光刻胶对普通光学曝光和电子束曝光敏感，且在对经过普通光学曝光后再经过电子束曝光的区域进行显影时，该光刻胶不会被去除，如此一来，只需涂布一次光刻胶即可实现普通光学曝光和电子束曝光，从而不但简化了曝光工艺，还避免了由于I线光刻胶和电子束光刻胶相互影响所带来的问题。虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
权利要求
1.一种混合线条的制造方法，该方法包括以下步骤: a)在底层(10)上依次形成材料层(20)和硬掩模层(30)； b)在所述硬掩膜层(30)上形成光刻胶层(40)，所述光刻胶层(40)对光学曝光和电子束曝光都敏感，并分别利用光学曝光和电子束曝光对所述光刻胶层(40)进行曝光，显影后形成第一光刻胶图形(40a)和电子束曝光胶图形(40b),其中第一光刻胶图形(40a)通过光学曝光形成，电子束曝光胶图形(40b)通过电子束曝光形成； c)以所述第一光刻胶图形(40a)和电子束曝光胶图形(40b)为掩模，对所述硬掩模层(30)刻蚀形成对应的第一硬掩模图形(30a)和第二硬掩模图形(30b)； d)以所述第一硬掩模图形(30a)和第二硬掩模图形(30b)为掩模，刻蚀所述材料层(20)，形成第一线条(20a)和第二线条(20b)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中进行显影时，经过普通光学曝光后再经过电子束曝光的区域，光刻胶层(40)不会被去除。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述第一线条(20a)的线条宽度宽于第二线条(20b)的线条宽度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其中，所述第二线条(20b)的线条宽度小于20nm。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，还包括: 根据待形成线条的尺寸，形成用于光学曝光的光刻掩模版(Ml)和用于电子束曝光的电子束曝光图形(M2)。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其中: 光学曝光的光源包括i线光源、g线光源、深紫外光源、X射线光源中的任意一种。
7.根据权利要求1、2、3或6所述的制造方法，其中: 所述光刻胶层(40)的材料为叠氮醌类化合物和AR-N 7500、AR-N7520、AR-N 7700、AR-N 7720中的一种或多种的混合胶型。
8.根据权利要求1、2、3或6所述的制造方法，还包括: 在所述底层(10)与所述材料层(20)之间形成垫层(11)。
9.根据权利要求1、2、3或6所述的制造方法，在所述步骤b)之后还包括: 图形检查和关键尺寸测量。
10.根据权利要求1、2、3或6所述的制造方法，其中，所述底层(10)的材料包括半导体或绝缘体。
11.根据权利要求1、2、3或6所述的制造方法，其中: 所述材料层(20)的材料包括金属、金属氮化物、单晶硅、多晶硅、氮化硅中的一种或其任意组合。
12.根据权利要求1、2、3或6所述的制造方法，其中: 所述硬掩膜层(30)包括LTO、PETEOS、PESIN中的一种或其任意组合。
13.根据权利要求1、2、3或6所述的制造方法，其中，各步刻蚀采用等离子体干法刻蚀。
全文摘要
一种混合线条的制造方法，该方法包括以下步骤在底层上依次形成材料层和硬掩模层；在所述硬掩膜层上形成光刻胶层，所述光刻胶层对光学曝光和电子束曝光都敏感，并分别利用光学曝光和电子束曝光对所述光刻胶层进行曝光，显影后形成第一光刻胶图形和电子束曝光胶图形，其中第一光刻胶图形通过光学曝光形成，电子束曝光胶图形通过电子束曝光形成；以所述第一光刻胶图形和电子束曝光胶图形为掩模，对所述硬掩模层刻蚀形成对应的第一硬掩模图形和第二硬掩模图形；以所述第一硬掩模图形和第二硬掩模图形为掩模，刻蚀所述材料层，形成第一线条和第二线条。本发明将同一层次图形按线条大小进行拆分，大线条用普通光学曝光，小线条用电子束曝光，在不影响图形质量的前提下大幅缩减曝光时间；采用特殊的光刻胶，只需涂布一次光刻胶即可实现普通光学曝光和电子束曝光。
文档编号H01L21/027GK103187247SQ201110460558
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者唐波, 闫江 申请人:中国科学院微电子研究所