三重图形的形成方法
【专利摘要】一种三重图形的形成方法，包括：提供基底，包括第一区域和第二区域；在基底上形成第一材料层；在第一材料层上形成第二材料层；在第一区域的第二材料层上形成分立的牺牲层，相邻牺牲层之间具有第一间距；在牺牲层的侧壁形成侧墙；去除牺牲层，以侧墙为掩膜，刻蚀所述第二材料层，在第一区域的第一牺牲层上形成第一图形，相邻的第一图形之间具有第二间距和第三间距，第三间距大于第二间距；去除侧墙，形成覆盖一图形和第一材料层的第三材料层；在第三材料层上形成分立的第三图形和第四图形；刻蚀第三材料层，形成第五图形；刻蚀第一材料层，在第一区域的基底上形成三重图形，在第二区域的基底上形成第六图形。本发明的方法满足工艺多样化需求。
【专利说明】三重图形的形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种三重图形的形成方法。
【背景技术】
[0002]在半导体制造领域，光刻胶材料用于将掩膜图像转印到一层或多层的材料层中，例如将掩膜图像转印到金属层、介质层或半导体衬底上。但随着半导体工艺的特征尺寸的不断缩小，利用光刻工艺在材料层中形成小特征尺寸的掩膜图形变得越来越困难。
[0003]为了减小光学邻近效应的影响，工业界提出了光刻分辨率增强技术，其中的双重图形技术(DPT:Double Patterning Technology)和三重图形技术(TPT:TriplePatterning Technology)被认为是填补浸入式光刻和极紫外光刻(EUV)之间鸿沟的有力保障。三重图形技术相对于双重图形技术能得到更小的特征尺寸和更大的图形密度，其应用范围也越来越广泛。
[0004]图1?图4为现有技术三重图形的形成过程的结构示意图。
[0005]参考图1，提供基底100,在基底100上形成分立的若干第一图形101 ;在第一图形101的侧壁上形成第一侧墙102。
[0006]参考图2，形成覆盖所述基底100、第一侧墙102和第一图形101表面的材料层103。
[0007]参考图3，无掩膜刻蚀所述材料层103 (参考图2)，在第一侧墙102的侧壁表面形成第二侧墙104。
[0008]参考图4，去除所述第一侧墙102，剩下的第一图形和第二侧墙构成三重图形105。
[0009]现有的三重图形形成工艺的难以满足工艺多样化的要求。
【发明内容】
[0010]本发明解决的问题是怎样在使三重图形的形成方法满足工艺多样化的要求。
[0011]为解决上述问题，本发明提供一种三重图形的形成方法，包括:提供基底，所述基底包括第一区域和第二区域；在所述基底上形成第一材料层；在第一材料层上形成第二材料层；在第一区域的第二材料层上形成若干分立的牺牲层，相邻牺牲层之间具有第一间距；在牺牲层的侧壁形成侧墙；去除所述牺牲层，以所述侧墙为掩膜，刻蚀所述第二材料层，在第一区域的第一牺牲层上形成若干分立的第一图形，所述相邻的第一图形之间具有第二间距和第三间距，第三间距大于第二间距；去除所述侧墙，形成覆盖所述第一图形和第一材料层的第三材料层；在所述第三材料层上形成若干分立的第二图形和若干分立的第三图形，所述第二图形位于第一区域的具有第三间距的第一图形之间的第三材料层上，第三图形位于第二区域的第三材料层上；以所述第二图形和第三图形为掩膜，刻蚀所述第三材料层，形成第四图形；以所述第二图形、第三图形、第四图形和第一图形为掩膜，刻蚀所述第一材料层，在第一区域的基底上形成三重图形，在第二区域的基底上形成第五图形。
[0012]可选的，所述第一间距为90?270纳米。
[0013]可选的，所述牺牲层的宽度为第一间距的1/6。
[0014]可选的，所述第二间距为第一间距的1/3。
[0015]可选的，所述第三间距为第一间距的2/3。
[0016]可选的，所述第三图形的宽度与第二图形的宽度相同或不相同。
[0017]可选的，所述第三图形的宽度与第二图形的宽度不相同，且所述第三图形的宽度大于第二图形的宽度。
[0018]如权利要求9所述的三重图形的形成方法，其特征在于，所述第三图形的宽度大于等于10微米。
[0019]可选的，相邻第三图形之间的间距与相邻第二图形之间的间距不相同。
[0020]可选的，相邻第三图形之间的间距大于第一间距的1/3。
[0021]可选的，所述第二图形的宽度小于第三间距，相邻第二图形之间的间距要大于第一间距的1/2且小于第一间距的1.5倍。
[0022]可选的，所述第二图形的宽度等于第一图形的宽度，相邻第二图形之间的间距等于第一间距。
[0023]可选的，相邻第三图形之间的间距大于光刻最小特征尺寸。
[0024]可选的，所述第二材料层的材料与第一材料层不相同。
[0025]可选的，所述第一材料层或第二材料层的材料为多晶硅、无定形硅、无定形碳、SiN, S1N, SiCN, SiC、金属或金属氮化物。
[0026]可选的，所述牺牲层的材料与第二材料层的材料不相同。
[0027]可选的，所述牺牲层的材料为光刻胶、多晶娃、无定形娃、无定形碳、SiN、S1N、SiCN、SiC、金属或金属氮化物。
[0028]可选的，所述侧墙的材料与牺牲层和第二材料层的材料不相同。
[0029]可选的，所述第三材料层与第二材料层的材料不相同。
[0030]可选的，所述第二图形和第三图形的材料与第三材料层的材料不相同。
[0031]可选的，还包括:在形成第一图形后，刻蚀所述第一图形，将每个第一图形断开为若干分立的第一子图形。
[0032]可选的，还包括:在形成三重图形和第五图形后，刻蚀所述三重图形和第五图形，将每个三重图形断开若干分立的三重子图形，将每个第五图形断开为若干分立的第五子图形。
[0033]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0034]本发明的三重图形的形成方法，首先采用双图形工艺在第一区域的第一牺牲层上若干分立的第一图形，所述相邻的第一图形之间具有第二间距和第三间距，第三间距大于第二间距；然后再第三材料层上形成若干分立的第二图形和若干分立的第三图形，所述第二图形位于第一区域的具有第三间距的第一图形之间的第三材料层上，第三图形位于第二区域的第三材料层上；以所述第二图形和第三图形为掩膜，刻蚀所述第三材料层，形成第四图形；以所述第二图形、第三图形、第四图形和第一图形为掩膜，刻蚀所述第一材料层，在第一区域的基底上形成三重图形，在第二区域的基底上形成第五图形。在形成第二图形和第三图形时，第三图形的宽度和间距可以与第二图形不相同，因而通过刻蚀在基底上的第二区域形成第五图形与基底上的第一区域形成三重图形可以具有不同的宽度和间距，从而，满足工艺多样化的要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1?图4为现有技术三重图形的形成过程的结构示意图；
[0036]图5?图13为本发明实施例三重图形的形成过程的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0037]现有的三重图形的形成方法，只能在基底上形成具有一定宽度和间距的三重图形，而不能同时在基底的其他区域上同时形成与三重图形的宽度和间距不同的图形，不能满足工艺多样化的要求，若采用其他的工艺步骤形成宽度和间距不同的图形时，则提高了制作的成本。
[0038]为此，本发明形成了一种三重图形的形成方法，在基底上的第一区域形成三重图形的同时，在基底上的第二区域形成第五图形，第五图形与三重图形可以具有不同宽度和间距，从而，满足工艺多样化的要求。
[0039]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0040]图5?图13为本发明实施例三重图形的形成过程的剖面结构示意图。
[0041]首先，请参考图5，提供基底200，所述基底200包括第一区域21和第二区域22 ；在所述基底200上形成第一材料层201 ;在第一材料层201上形成第二材料层202。
[0042]所述基底200作为待刻蚀层，后续形成三重图形后，可以以三重图形为掩膜，刻蚀基底200，在基底200中形成与三重图形相对应的图形。
[0043]所述基底200材料可以为半导体材料，比如:娃、娃错、氣化娃等；所述基底200的材料还可以为介质层或绝缘层材料，比如:氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或氮碳化硅等；所述基底200的材料还可以为金属或金属化合物，比如:W、Al、Cu、T1、Ta、Co、TaN、NiS1、CoS1、TiN、TiAl或TaSiN等；所述基底200还可以为其他需要刻蚀的材料。
[0044]所述基底200可以为单层或多层堆叠结构。
[0045]在本发明其他实施例中，所述基底仅作为形成第一材料层的载体，基底上形成的第一材料层作为待刻蚀层。
[0046]所述第一材料层201后续用于形成三重图形和第五图形。第一材料层201的材料可以为多晶娃、无定形娃、无定形碳、SiN、S1N、SiCN、SiC、金属或金属氮化物。所述第一材料层201可以为单层或多层的堆叠结构。本实施例中，以所述第一材料层201的材料为氮化娃，第一材料层的厚度为500?3000埃,形成工艺为化学气相沉积。
[0047]所述第二材料层202的材料与第一材料层201的材料不相同，后续刻蚀第二材料层202形成第一图形时，使得第二材料层202相对于第一材料层201具有高的刻蚀选择比，第一材料层201被刻蚀的量很小或忽略不计。第二材料层202材料可以为多晶硅、无定形硅、无定形碳、SiN、S1N、SiCN、SiC、金属或金属氮化物。本实例中，所述第二材料层202的材料为TiN，第二材料层202的厚度为300?2000埃，形成工艺为溅射。
[0048]接着，请参考图6，在第一区域21的第二材料层202上形成若干分立的牺牲层203，相邻牺牲层203之间具有第一间距Wl。
[0049]所述牺牲层203侧壁后续形成侧墙，去除牺牲层后，以侧墙为掩膜层，刻蚀第二材料层202，在第一材料层上可以形成双重的第一图形。
[0050]所述牺牲层203的材料与第二材料层202和后续形成的侧壁的材料不相同，使得形成牺牲层203和后续去除牺牲层203时，牺牲层203材料相对于第二材料层202和侧墙材料具有高的刻蚀选择比，使得第二材料层202和侧墙被刻蚀的量很小或忽略不计。所述牺牲层203的材料可以为光刻胶、多晶娃、无定形娃、无定形碳、SiN、S1N、SiCN、SiC、金属或金属氮化物。本实施例中所述牺牲层203的材料为光刻胶，无定形碳在后续易于去除，且不会产生残留。
[0051]所述牺牲层203的形成工艺为:在所述第二材料层202上形成牺牲层薄膜；在牺牲层薄膜上形成图形化的光刻胶层；以所述图形化的光刻胶层位掩膜，刻蚀所述牺牲层薄膜，在所述第二牺牲层202上形成若干分立的牺牲层203。
[0052]所述牺牲层203的数量至少大于等于2个，本实施例中，以两个牺牲层203作为示例。
[0053]相邻牺牲层203之间具有第一间距W1，所述第一间距Wl小于270纳米且大于90纳米，后续通过本发明的三重图形形成方法形成的三重形成之间的间距小于90纳米，克服现有的光刻工艺最小特征尺寸限制。牺牲层203的宽度W2小于第一间距Wl的1/3，本实施例中，所述牺牲层203的宽度W2为第一间距Wl的1/6。
[0054]参考图7，在牺牲层203的两侧侧壁上形成侧墙204。
[0055]所述侧墙204的形成过程为:形成覆盖所述牺牲层203和第二材料层202表面的侧墙材料层；采用无掩膜刻蚀工艺刻蚀所述侧墙材料层，在牺牲层203的两侧侧壁形成侧墙 204。
[0056]所述侧墙204的材料与牺牲层203和第二材料层202的材料层不相同，所述侧墙204的材料为多晶娃、无定形娃、无定形碳、SiN、S1N、SiCN、SiC、金属或金属氮化物。本实例中所述侧墙204的材料为氧化硅。
[0057]所述侧墙204的宽度W3小于第一间距Wl (参考图6)的1/3，本实施例中，所述侧墙204的宽度W3为第一间距Wl的1/6。
[0058]参考图8，去除所述牺牲层203 (参考图7)，以所述侧墙204为掩膜，刻蚀所述第二材料层202(参考图7)，在第一区域21的第一牺牲层201上若干分立的第一图形205，所述相邻的第一图形205之间具有第二间距W4和第三间距W5，第三间距W5大于第二间距W4。
[0059]去除所述牺牲层203可以采用湿法或干法刻蚀工艺，本实施例中，去除所述牺牲层203采用含氧等离子体灰化工艺。
[0060]刻蚀所述第二材料层202为各项异性的等离子刻蚀工艺。
[0061]本实施例中，所述第二间距W4为第一间距Wl的1/3，第三间距W5为第一间距Wl的 2/3。
[0062]在发明其他实施例中，还可以通过刻蚀工艺将每个长条形的第一图形，断开呈若干短条形的第一子图形。需要说明的是这一步骤也可以在后续形成三重图形和第五图形之后进行。
[0063]接着，请参考图9，去除所述侧墙204 (参考图8)，形成覆盖所述第一图形205和第一材料层201的第三材料层206。
[0064]所述第三材料层206覆盖所述第一图形205，第三材料层206的表面高于第一图形206的顶部表面，所述第三材料层206的材料与第二材料层的材料(第一图形205)的材料不相同，第三材料层206可以为多晶娃、无定形娃、无定形碳、SiN、S1N、SiCN、SiC、金属或金属氮化物，本实施例中，所述第三材料层206的材料为无定形碳,形成工艺为化学气相沉积。
[0065]接着参考图10，在所述第三材料层206上形成若干分立的第二图形208和若干分立的第三图形209，所述第二图形208位于第一区域21的具有第三间距W5的第一图形205之间的第三材料层206上，第三图形209位于第二区域22的第三材料层206上。
[0066]所述第二图形208和第三图形209的材料与第三材料层206不相同，所述第二图形208和第三图形209可以为光刻胶、多晶硅、无定形硅、无定形碳、SiN、S1N、SiCN、SiC、金属或金属氮化物。
[0067]本实例中以第二图形208和第三图形209材料为光刻胶作为示例，所述第二图形208和第三图形209的形成过程为:形成覆盖所述第三材料层206表面的光刻胶层；对所述光刻胶层进行曝光和显影，在第三材料层206上形成第二图形208和第三图形209。
[0068]所述第二图形208位于第一区域21的具有第三间距W5的第一图形205之间的第三材料层206上，后续以第二图形208为掩膜刻蚀第三材料层206，可以在具有第三间距W5的第一图形205之间形成第四图形，以第一图形205和第四图形为掩膜刻蚀第一材料层201时，在基底200上形成三重图形。
[0069]所述第二图形208的宽度W7要小于第三间距W5，相邻第二图形208之间的间距要大于第一间距Wl的1/2且小于第一间距Wl的1.5倍，使得若干第二图形208可以形成在若干具有第三间距W5的第一图形205之间的第三材料层206上。本实施例中所述第二图形208的宽度W7等于第一图形的宽度，相邻第二图形208的间距W6等于第一间距，使得后续可以形成宽度和间距均相等的三重图形。
[0070]所述第三图形209的宽度与第二图形208的宽度相同或不相同，相邻第三图形209之间的间距与相邻第二图形208之间的间距可以相同或不相同。
[0071]为了后续在第二区域22的基底200上形成宽度或间距与三重图形的宽度或间距不相同的第五图形，以满足工艺多样化的需求，本实施例中，所述第三图形209的宽度W8与第二图形208的宽度W7不相同，且所述第三图形209的宽度W8大于第二图形208的宽度W7。后续形成较大尺寸的第五图形，所述第三图形209的宽度W8大于等于10微米。
[0072]相邻第三图形209之间的间距与相邻第二图形208之间的间距不相同，相邻第三图形209之间的间距大于第一间距Wl的1/3。
[0073]相邻的第三图形209之间的间距大于光刻最小特征尺寸，可以之间采用光刻工艺，而不用采用多重图形工艺形成第三图形209。需要说明的是，光刻最小特征尺寸是指曝光系统的分辨率值最小时，制作出的半导体图形的最小线宽。
[0074]需要说明的是，第二图形208和第三图形209宽度和间距的可以根据实际的工艺进行选择。
[0075]参考图11，以所述第二图形208和第三图形209为掩膜，刻蚀所述第三材料层206(参考图10)，形成第四图形210。
[0076]采用各向异性的等离子刻蚀工艺刻蚀所述第三材料层206。
[0077]第一区域21的第一材料层201上形成的第四图形210的宽度和间距与第二图形208的宽度和间距相对应，第二区域22的第一材料层201上形成的第四图形的宽度和间距与第三图形209的宽度和间距相对应。
[0078]参考图12和图13，以所述第二图形208、第三图形209、第四图形210和第一图形205为掩膜，刻蚀所述第一材料层201 (参考图11)，在第一区域21的基底200上形成三重图形211，在第二区域22的基底200上形成第五图形212 ;去除所述第二图形208、第三图形209、第四图形210和第一图形205。
[0079]刻蚀所述第一材料层201采用各向同性的干法刻蚀工艺。
[0080]去除所述第二图形208、第三图形209、第四图形210和第一图形205采用湿法或干法刻蚀工艺。
[0081]本实施例中形成的三重图形211的宽度相等、相邻三重图形211之间的间距也相等，第六图形212的宽度大于三重图形211的宽度。
[0082]还包括:进行刻蚀工艺，刻蚀所述三重图形211和第五图形212，将每个长条的三重图形211断开成若干分立的短条的三重子图形，将每个长条的第五图形212断开成若干分立的短条的第五子图形。后续制作半导体器件时，提高了半导体器件的集成度。
[0083]虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种三重图形的形成方法，其特征在于，包括: 提供基底，所述基底包括第一区域和第二区域； 在所述基底上形成第一材料层； 在第一材料层上形成第二材料层； 在第一区域的第二材料层上形成若干分立的牺牲层，相邻牺牲层之间具有第一间距； 在牺牲层的侧壁形成侧墙； 去除所述牺牲层，以所述侧墙为掩膜，刻蚀所述第二材料层，在第一区域的第一牺牲层上形成若干分立的第一图形，所述相邻的第一图形之间具有第二间距和第三间距，第三间距大于第二间距； 去除所述侧墙，形成覆盖所述第一图形和第一材料层的第三材料层； 在所述第三材料层上形成若干分立的第二图形和若干分立的第三图形，所述第二图形位于第一区域的具有第三间距的第一图形之间的第三材料层上，第三图形位于第二区域的第三材料层上； 以所述第二图形和第三图形为掩膜，刻蚀所述第三材料层，形成第四图形； 以所述第二图形、第三图形、第四图形和第一图形为掩膜，刻蚀所述第一材料层，在第一区域的基底上形成三重图形，在第二区域的基底上形成第五图形。
2.如权利要求1所述的三重图形的形成方法，其特征在于，所述第一间距为90?270纳米。
3.如权利要求2所述的三重图形的形成方法，其特征在于，所述牺牲层的宽度为第一间距的1/6。
4.如权利要求2所述的三重图形的形成方法，其特征在于，所述第二间距为第一间距的 1/3。
5.如权利要求4所述的三重图形的形成方法，其特征在于，所述第三间距为第一间距的 2/3。
6.如权利要求1所述的三重图形的形成方法，其特征在于，所述第三图形的宽度与第二图形的宽度相同或不相同。
7.如权利要求6所述的三重图形的形成方法，其特征在于，所述第三图形的宽度与第二图形的宽度不相同，且所述第三图形的宽度大于第二图形的宽度。
8.如权利要求7所述的三重图形的形成方法，其特征在于，所述第三图形的宽度大于等于10微米。
9.如权利要求6所述的三重图形的形成方法，其特征在于，相邻第三图形之间的间距与相邻第二图形之间的间距不相同。
10.如权利要求9所述的三重图形的形成方法，其特征在于，相邻第三图形之间的间距大于第一间距的1/3。
11.如权利要求6所述的三重图形的形成方法，其特征在于，所述第二图形的宽度小于第三间距，相邻第二图形之间的间距要大于第一间距的1/2且小于第一间距的1.5倍。
12.如权利要求11所述的三重图形的形成方法，其特征在于，所述第二图形的宽度等于第一图形的宽度，相邻第二图形之间的间距等于第一间距。
13.如权利要求1所述的三重图形的形成方法，其特征在于，相邻第三图形之间的间距大于光刻最小特征尺寸。
14.如权利要求1所述的三重图形的形成方法，其特征在于，所述第二材料层的材料与第一材料层不相同。
15.如权利要求14所述的三重图形的形成方法，其特征在于，所述第一材料层或第二材料层的材料为多晶娃、无定形娃、无定形碳、SiN、S1N、SiCN、SiC、金属或金属氮化物。
16.如权利要求1所述的三重图形的形成方法，其特征在于，所述牺牲层的材料与第二材料层的材料不相同。
17.如权利要求16所述的三重图形的形成方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为光刻胶、多晶娃、无定形娃、无定形碳、SiN、S1N、SiCN、SiC、金属或金属氮化物。
18.如权利要求1所述的三重图形的形成方法，其特征在于，所述侧墙的材料与牺牲层和第二材料层的材料不相同，所述第三材料层与第二材料层的材料不相同，所述第二图形和第三图形的材料与第三材料层的材料不相同。
19.如权利要求1所述的三重图形的形成方法，其特征在于，还包括:在形成第一图形后，刻蚀所述第一图形，将每个第一图形断开为若干分立的第一子图形。
20.如权利要求1所述的三重图形的形成方法，其特征在于，还包括:在形成三重图形和第五图形后，刻蚀所述三重图形和第五图形，将每个三重图形断开若干分立的三重子图形，将每个第五图形断开为若干分立的第五子图形。
【文档编号】H01L21/033GK104425225SQ201310398705
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】洪中山 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司