专利名称：一种通孔图形的形成方法
技术领域：
本发明属于半导体集成电路制造工艺技术领域，涉及一种光刻技术，尤其涉及一种通孔图形的形成方法。
背景技术：
光刻作为半导体及其相关产业发展和进步的关键技术之一，是半导体发展的推动者，支撑着半导体产业的发展，也是半导体制造业发展的瓶颈。分辨率理解为可以被清晰解析的两个图形的最小间距。在光刻中，成像时透镜收集了不同级别的衍射光线，分辨率定义为清晰分辨出硅片上间隔很近的特征图形对的能力，分辨率R的公式如下 AM
其中，λ为光源的波长，NA为透镜的数值孔径，而Kl为光学系统的工艺因子，包括曝光设备、掩膜板、光刻胶以及分辨率增强技术等等，Kl反映了光刻的难易程度。由上式可知，更大的NA值允许透镜收集更多的衍射光线，从而有利于分辨率R值的降低，然而这种效果以焦深D0F(depth of focus)的减小为代价。焦深是指保证图像清晰时，焦点沿着光轴移动的距离，焦深(DOF)的公式如下
dof = ^^·
(祖)2
其中，K2是与光刻胶相关的常数，λ为光源的波长，NA为透镜的数值孔径。为了提高分辨率，光学曝光机的波长不断减小，从436nm、365nm的近紫外(NUV)发展到了 248 nm、193nm的深紫外(DUV)，特征尺寸也经历了从微米、亚微米到纳米的过程。在探索更小特征尺寸的过程中，人们发现尚有很大的空间可以使已有的成熟光刻技术得以延伸。浸没式光刻，偏振光源，分辨率增强技术(RET)逐渐成熟成为现时可用的方案，这些方案和技术突破使得利用193nm波长光源实现λ/4甚至更小图形的印制成为可能，上述方法在一定程度上解决了半导体产业在光刻领域的技术瓶颈，并推动摩尔定律的发展。利用单次曝光技术图案化介质层的方法通常为在衬底上沉积介质材料形成介质层，在介质层上形成硬掩膜层，在硬掩膜层上涂布光阻膜，一次光刻后在光阻膜中形成通孔图形，通过刻蚀工艺，用通孔图形图案化硬掩膜层和介质层，最后去除硬掩膜层。然而，随着半导体器件微型化，介质层图形的图形间距逐渐缩小，对分辨率的要求相应的逐渐提高。由于曝光装置及光阻材料的限制，利用现有的应用分辨率提高技术(RET)来改善分辨率，形成具有小间距的通孔图形在其工艺实现上已有了一定的困难，因此，业界急需在不改变现有光刻基础设施的前提下，有效提高光刻分辨率的解决方案。申请号为200710129438. X的专利中，提出利用双重曝光技术在半导体器件中形成图案的方法，首先，在半导体基板(其顶层为介质层)上依次沉积多功能硬掩膜层、第一硬掩膜层和第二硬掩膜层，通过两次曝光和刻蚀，形成第一和第二硬掩膜层的叠加图案，利用该叠加图案来图案化多功能硬掩膜层，然后在多功能硬掩膜层图案上执行阻剂流动工序，形成通孔图案，最后利用该通孔图案来图案化半导体基板。此专利中虽然提出两次曝光技术，但是，硬掩膜层层数较多，而且在通孔图案形成后，还要再执行阻剂流动工序来形成圆形通孔，不仅工艺步骤较多，延长了工艺时间，还增加了不必要的生产成本。为了克服上述问题，需要利用双重曝光技术，开发出简捷的工艺来完成高分辨率图案。因为网格状图案在光刻、刻蚀之后，可直接形成具有一定圆角结构的通孔图案，所以将此图案应用到双重曝光技术中，将会简化工艺步骤，带来更大的生产效益。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的为提供一种通孔图形的形成方法，不仅能够利用现有曝光技术提高曝光分辨率，还能够简化生产步骤，提高生产效率，节约成本，增大经济效益。为达到以上目的，本发明提供一种通孔图形的形成方法，包括如下步骤 步骤S01:在半导体衬底上沉积介质材料形成介质层，并在介质层上依次形成第一硬掩膜层和第二硬掩膜层；其中，第一硬掩膜层的材料不同于第二硬掩膜层的材料；
步骤S02:在第二硬掩膜层上涂布第一光阻膜层，光刻第一光阻膜层以形成具有第一通孔子图形的第一光阻膜层；
步骤S03 :通过刻蚀工艺，用第一通孔子图形图案化第二硬掩膜层；
步骤S04 :去除所述的第一光阻膜层；
步骤S05 :在经上述步骤形成的结构表面涂布第二光阻膜层，光刻第二光阻膜以形成具有第二通孔子图形的第二光阻膜层；
需要说明的是，这里的第一和第二通孔子图形均为网格状图形。步骤S06:通过刻蚀工艺，用第一通孔子图形和第二通孔子图形的叠加图形图案化所述的第一硬掩膜层和介质层，在所述介质层中形成通孔图案；
步骤S07:去除第二光阻膜层和第二硬掩膜层。优选地，第一和第二通孔子图形均为正方形网格状图形。优选地，第一通孔子图形中的通孔线宽为介质层中通孔图形的通孔线宽的2倍以上。优选地，第一通孔子图形中的通孔线宽为介质层中通孔图形的通孔线宽的3倍。优选地，第一通孔子图形中的图形间距为介质层中通孔图形的图形间距的I. 5倍以上。优选地，第一通孔子图形中的图形间距为介质层中通孔图形的图形间距的2倍。优选地，第一通孔子图形和第二通孔子图形的叠加图形为刻蚀通孔图案所用图形。优选地，介质层为二氧化硅层。优选地，介质层为低K介质层。优选地，介质层为超低K介电材料。优选地，低K介质层的材料为氟掺杂硅酸盐玻璃。优选地，步骤S05中还包括在第二硬掩膜层和第一光阻膜之间，还涂布一层底部抗反射膜层。优选地，步骤S02中还包括在第一硬掩膜层和第二光阻膜之间，还涂布一层底部抗反射膜层。从上述技术方案可以看出，与常规的光刻通孔相比，本发明一种通孔图形的制作方法，两次曝光图形叠加形成的图形的最小间距减小。而且，第一和第二子图形均为网格状图形，通过刻蚀工艺可直接形成带有圆角的通孔， 不需要再进行阻剂流动工序。不仅能够降低曝光工艺难度，提高曝光分辨率，还能够简化工艺，提高生产效率，节约成本。
图I是本发明实施例中的介质层图形的示意图
图2是本发明实施例中形成的第一通孔子图形的示意图 图3是本发明实施例中形成的第二通孔子图形的示意图
图4是本发明实施例中的第一通孔子图形与第二通孔子图形叠加形成的图形的示意
图
图5是本发明一种通孔图形的形成方法的一个较佳实施例的流程示意图 图6-图12是本发明实施例一种通孔图形的形成方法的主要工艺步骤的剖面示意图 图6是本发明实施例中在衬底上依次形成介质层、第一和第二硬掩膜层的剖面示意图 图7是本发明实施例中涂布上第一光阻膜层的剖面示意图 图8是本发明实施例中第一次曝光显影后的剖面示意图 图9是本发明实施例中第一次刻蚀去胶后的剖面示意图 图10是本发明实施例中涂布上第二光阻膜后的剖面示意图 图11是本发明实施例中第二次曝光显影后的剖面示意图 图12是本发明实施例中第二次刻蚀去胶后的剖面示意图
具体实施例方式体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。上述及其它技术特征和有益效果，将结合实施例及附图1-12对本发明的一种通孔图形的形成方法进行详细说明。本发明中，介质层图形中的通孔的形状可以是任意的。在本实施例中，以相同的正方形通孔组成的介质层图形为例对本发明予以说明，并不是限制本发明中的其它的通孔形状组成的介质层图形。请参阅图1，是本发明实施例中的介质层图形的示意图。图中所示101为介质层图形中的I个通孔，下面以这一个通孔101为例来说明。通孔101为正方形。通孔101与相邻通孔的间距加上通孔101的线宽两者之和为此通孔101图形重复出现的最小间距，也是介质层图形的最小间距。对光刻工艺的最小分辨率要求通常由图形的最小间距决定，最小间距越小，对光刻分辨率的要求越高。本发明中，第一通孔子图形中的通孔形状可以是任意的。本实施例中，第一通孔子图形中的通孔均为相同的正方形通孔，并不是限制本发明中的其它的通孔形状组成的第一通孔子图形。请参阅图2，图2是本发明实施例中形成的第一通孔子图形的示意图。图中所示201是第一通孔子图形中的I个通孔。下面以这一个通孔101为例来说明。第一通孔子图形中通孔201线宽是如图I所示的介质层图形中通孔101线宽的3倍。通孔201与相邻通孔的间距加上通孔201的线宽两者之和为此通孔201图形重复出现的最小间距，也是第一通孔子图形的最小间距。第一通孔子图形的最小间距是如图I所示的介质层图形的最小间距的2倍，降低了对光刻工艺的分辨率要求。本发明中，第二通孔子图形中的通孔形状可以是任意的。本实施例中，图3中的第二通孔子图形为本发明的一个例子，并不是限制本发明中的其它的通孔形状组成的第二通孔子图形。请参阅图3，图3是本发明实施例中形成的第二通孔子图形的示意图。第二通孔子图形中的相邻通孔间距加通孔线宽两者之和是第二通孔子图形的最小间距，第二通孔子图形的最小间距是如图I所示的介质层图形的最小间距的2倍，降低了对光刻工艺的分辨率要求。图4是本发明实施例中的第一通孔子图形与第二通孔子图形叠加形成的图形的示意图。该图形为图案化第一硬掩膜层和介质层所使用的图形。·现结合附图5 12，通过一个具体实施例对本发明形成图I中所述的介质层图案的双重曝光技术的方法进行逐步详细说明。图5是本发明一种通孔图形的形成方法的一个较佳实施例的流程示意图。在本实施例中，一种通孔图形的形成方法包括步骤S01-S07，步骤S01-S07分别通过附图6 12即沿图4中AA’方向剖切示意图，以说明本发明图5所述的制作方法具体步骤时所形成的剖面结构。请参阅图5，如图所示，在本发明的该实施例中，利一种通孔图形的形成方法包括以下步骤
步骤SOl:请参阅图6，在半导体衬底501上沉积介质材料形成介质层502，并在介质层502上依次形成第一硬掩膜层503和第二硬掩膜层504。第一硬掩膜层503的材料不同于第二硬掩膜层504的材料。优选地，介质层502为二氧化娃层、低K介质层或超低K介电材料。进一步，介质层502的低K介质层材料为低介电常数材料,如氟掺杂娃酸盐玻璃。步骤S02 :请参阅图7，在第二硬掩膜层504上涂布第一光阻膜层505，请参阅图8，光刻第一光阻膜层505,以形成具有第一通孔子图形的第一光阻膜层505。进一步地，请再参阅图8，在第二硬掩膜层504和第一光阻膜I之间涂布有底部抗反射膜2。具体地，通过前烘、对准、曝光、后烘烤、显影等一系列光刻工艺，用图2中所示的第一通孔子图形图案化第一光阻膜层505。进一步地，第一通孔子图形请再参阅图2，介质层502图形请再参阅图I。通常情况下，第一通孔子图形中的通孔线宽可以是介质层502中的图形的通孔线宽的2倍以上，第一通孔子图形中的图形间距可以是介质层502中的图形的I. 5倍以上。在本发明实施例中，优选地，第一通孔子图形中的通孔线宽是介质层502中的图形的通孔线宽的3倍，第一通孔子图形中的图形间距是介质层502中的图形的2倍。步骤S03 :通过刻蚀工艺，用第一通孔子图形图案化第二硬掩膜层504。
步骤S04 :去除第一光阻膜层505。进一步地，请参阅图9，通过刻蚀工艺、去胶后，完成第一通孔子图形对第二硬掩膜层504的图案化。步骤S05 :请参阅图10，在第一硬掩膜层503上涂布第二光阻膜层506，请参阅图11，光刻第二光阻膜层506，以形成具有第二通孔子图形的第二光阻膜层506。进一步地，请再参阅图10，在第一硬掩膜层503和第二光阻膜3之间涂布有底部抗反射膜4。具体地，通过前烘、对准、曝光、后烘烤、显影等一系列光刻工艺，用图3中所示的第二通孔子图形图案化第二光阻膜层506。进一步地，第二通孔子图形请再参阅图3，介质层502图形请再参阅图I。在本发明实施例中，第二通孔子图形是对所述的第一通孔子图形中的通孔的均匀分割，使得第一 通孔子图形和第二通孔子图形的叠加图形的通孔线宽为第一子图形中的通孔线宽的1/3。在本发明实施例中，由于第一通孔子图形和第二通孔子图形均为正方形网格状图形，因此第二通孔子图形将第一通孔子图形的每个通孔相应地分割成4个相同的小正方形通孔，其中第二通孔子图形中的图形间距是介质层502中的通孔图形的2倍，第二通孔子图形中的通孔线宽是介质层502中的通孔图形的2倍。该实施例为解释本发明的优选实施例，但不限制本发明范围。步骤S06:通过刻蚀工艺，用第一通孔子图形和第二通孔子图形的叠加图形图案化所述第一硬掩膜层503和介质层502 ；
值得一提的是，第一通孔子图形和第二通孔子图形的叠加图形为刻蚀通孔图案所用图形。步骤S07:去除第二光阻膜层506和第二硬掩膜层504。具体地，请参阅图12，通过刻蚀工艺和去胶后，将第一通孔子图形和第二通孔子图形叠加形成的图形图案化第一硬掩膜层503和介质层502。507为介质层502的通孔。进一步地，请再参阅图4，是第一通孔子图形与第二通孔子图形叠加形成的图形的示意图。该图形为图案化第一硬掩膜层503和介质层502所使用的图形。进一步地，请再参阅图1，是介质层502形成的图形。101是介质层502图形中的一个通孔。综上所述，通过本发明的方法，可以使两次曝光图形的线宽和最小间距均大于介质层图形，降低了光刻工艺的难度，而且两次曝光图形叠加形成的图形的最小间距减小，提高了分辨率。以上所述的仅为本发明的实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种通孔图形的形成方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 步骤SOI:在半导体衬底上沉积介质材料形成介质层，并在所述介质层上依次形成第一硬掩膜层和第二硬掩膜层；其中，所述第一硬掩膜层的材料不同于所述第二硬掩膜层的材料； 步骤S02 :在所述第二硬掩膜层上涂布第一光阻膜层，光刻所述第一光阻膜层以形成具有第一通孔子图形的第一光阻膜层；其中，所述第一通孔子图形为网格状图形； 步骤S03 :通过刻蚀工艺，用所述第一通孔子图形图案化所述第二硬掩膜层； 步骤S04 :去除所述的第一光阻膜层； 步骤S05 :在经上述步骤形成的结构表面涂布第二光阻膜层，光刻所述第二光阻膜层以形成具有第二通孔子图形的第二光阻膜层；其中，所述第二通孔子图形为网格状图形； 步骤S06:通过刻蚀工艺，用所述第一通孔子图形和第二通孔子图形的叠加图形图案化所述第一硬掩膜层和介质层，在所述的介质层中形成通孔图形； 步骤S07:去除所述第二光阻膜层和第二硬掩膜层。
2.根据权利要求I所述的制造方法，其特征在于，所述的第一通孔子图形和第二通孔子图形均为正方形网格状图形。
3.根据权利要求I所述的制造方法，其特征在于，所述第一通孔子图形中的通孔线宽为所述介质层中通孔图形的通孔线宽的2倍以上。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述第一通孔子图形中的通孔线宽为所述介质层中通孔图形的通孔线宽的3倍。
5.根据权利要求I所述的制造方法，其特征在于，所述第一通孔子图形中的图形间距为所述介质层中通孔图形的图形间距的I. 5倍以上。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述第一通孔子图形中的图形间距为所述介质层中通孔图形的图形间距的2倍。
7.根据权利要求I所述的制造方法，其特征在于，所述的第一通孔子图形与所述第二通孔子图形叠加图形为刻蚀通孔图案所用图形。
8.根据权利要求I所述的制造方法，其特征在于，所述介质层为二氧化硅层、低K介质层或超低K介电材料层。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述低K介质层的材料为氟掺杂硅酸盐玻璃。
10.根据权利要求I所述的制造方法，其特征在于，所述步骤S02中在所述第二硬掩膜层和第一光阻膜之间，还涂布一层底部抗反射膜层；所述步骤S05中，在所述第一硬掩膜层和第二光阻膜之间还涂布一层底部抗反射膜层。
全文摘要
本发明提供一种通孔图形的形成方法。本发明方法包括，在衬底上依次沉积介质层、第一和第二硬掩膜层；涂布第一光阻膜，通过曝光和刻蚀工艺，用网格状第一通孔子图形图案化第二硬掩膜层；去除第一光阻膜；再次涂布第二光阻膜，光刻后，用网格状第二通孔子图形图案化第二光阻膜；通过刻蚀工艺，用第一通孔子图形和第二通孔子图形叠加图形来图案化第一硬掩膜层和介质层；最后去除第二光阻膜和第二硬掩膜层。因此，通过本发明方法，不仅达到了单次曝光图案化所不能获得的光刻极限，降低了光刻工艺的难度，有效提高了分辨率，还能够简化工艺，提高生产效率，节约成本。
文档编号H01L21/033GK102881566SQ20121036995
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月27日 优先权日2012年9月27日
发明者卢意飞 申请人:上海集成电路研发中心有限公司