专利名称：图形的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种图形的形成方法。
背景技术：
集成电路制造领域中，半导体芯片的制作通常分为多层，且每一层 的制作都需要利用光刻技术进行图形定义，以将图形从包含电路设计信 息的光刻掩膜版上转移到晶片上，形成特定结构，如，形成器件的栅极、 源/漏极、接触孔或金属连线等。
随着超大规模集成电路的迅速发展，芯片的集成度越来越高，元器
件的特征尺寸(CD, Critical Dimension)越来越小，需要利用光刻技术 定义的图形尺寸也相应地越来越小，对光刻技术提出了更为严格的要 求。为了更好地定义较细微的图形，通常需要采用较薄的光刻胶，但光 刻胶过薄会使得光刻胶的保护力度下降，结果导致本应由光刻胶保护的 下层结构被破坏。
图l为现有的利用光刻胶定义图形的器件剖面图，如图l所示，在衬 底101上生长了厚度为h0的目标层102，为了在该目标层内形成图形，先 要利用光刻胶在其上进行图形定义。然后，再以该光刻胶图形110为掩膜 对其下的目标层102进行刻蚀，将该光刻胶图形转移至目标层102中。其 中，对于要形成的图形较为细微的情况，所用的光刻月交厚度需要较薄。
图2为现有的形成图形后情况正常的器件剖面图，如图2所示，在刻 蚀后，在目标层内形成了刻蚀图形202，正常情况下，在刻蚀后，刻蚀图 形的顶部仍会残留部分用于保护刻蚀图形的光刻胶210,形成的刻蚀图形 202保持完好，其高度仍为hO。
然而，在需要形成细微图形时，由于不得不采用较薄的光刻胶，较 易因光刻胶保护不足而出现下层结构受损的现象。图3为现有的形成细微 图形后情况异常的器件剖面图，如图3所示，由于所用光刻胶掩膜过薄，其在刻蚀中被完全去除，且损伤到了其下层的刻蚀结构302,令其的高度 变小为hl。
为了在形成细微图形的同时确保下层结构的完整，现有的解决方法 主要有两种 一种是在光刻时采用抗刻蚀性较强的光刻胶，以减小对下 层结构进行良好保护时所需的光刻胶厚度，这有利于在光刻时形成较细 微的图形，但该类抗刻蚀性较强的光刻胶价格都较为昂贵，会导致生产 成本的提高。
另一种解决方法是硬掩膜法，图4为现有的利用硬掩膜法定义细微图 形的器件剖面图，如图4所示，即在衬底101上形成厚度为h0的目标层102 后，先生长一层硬掩膜层，然后利用光刻4支术定义光刻胶图形410,再将 该图形转移至硬掩膜层中形成硬掩膜图形411,并利用光刻胶图形410和 硬掩膜图形411 一起在后续的刻蚀工艺中对下层目标层进行保护。此时， 由于加入了硬掩膜的保护，加强了对下层结构的保护，可以采用较薄的 光刻胶，形成较为细微的光刻图形。目前，大部分生产者采用的是硬掩 膜法。
然而，上述采用较薄光刻胶进行图形化处理的方法只能在一定程度 上緩解形成细微图形时存在的问题，而不能真正予以解决。事实上，当 半导体工艺发展至65nm技术及以下时，受到光刻工艺中曝光机曝光极限 的限制，即使采用较薄的光刻胶也难以定义出满足要求的细微图形。
在2006年8月30日授权的公告号为CN1272831C的中国专利中，采用 的是对光刻胶进行处理，提高其的耐刻蚀性，以形成细微图案的方法， 但是，该方法也只能在一定程度上緩解形成细微图形时的问题，且其对 光刻胶的处理过程也较为复杂，重复性较差，对于批量生产而言并不适 用。
发明内容
本发明提供一种图形的形成方法，以改善现有的图形形成方法难以形成细微图形的情况。
本发明提供的一种图形的形成方法，包括步骤 提供衬底；
在所述衬底上形成牺牲体，且所述牺牲体的宽度为第一宽度，各所 述牺牲体间的间距为第 一间距；
在所述牺牲体间填充目标层，形成目标体；
在所述牺牲体和所述目标体上形成掩膜体，所述掩膜体的宽度为第 二宽度，各掩膜体间的间距为第二间距，且各所述掩膜体间的沟槽位于 所述目标体的上方，所述牺牲体间的第一间距大于所述掩膜体间的第二 间距；
刻蚀去除位于各所述掩膜体间的沟槽下的目标体； 去除所述掩膜体和所述牺牲体。
优选地，所述第二宽度与第二间距之和与所述第 一宽度与所述第一 间距之和相等，且所述第二间距与所述第一宽度相等或不相等；所述掩 膜体间的沟槽至相邻的所述牺牲体的边缘的距离相同或不相同。
其中，所述牺牲体与所述目标体之间具有较高的去除选择比。
其中，所述牺牲体为氧化>5圭、氮化石圭或氮氧化石圭中的一种。
其中，所述目标体为氮化硅或氮化钛中的一种。
其中，在所述衬底上形成牺牲体，包括步骤
在所述衬底上形成牺牲层；
利用光刻胶在所述牺牲层上形成牺牲体图形，保护将要形成牺牲体 的区域；
刻蚀所述牺牲层，形成牺牲体； 去除所述光刻胶。
其中，在所述牺牲体间填充目标层，形成目标体，包括步骤在所述衬底上沉积目标层；
利用化学机械研磨方法进行平坦化处理，形成存在于各所述牺牲体 之间的目标体。
其中，在所述牺牲体和所述目标体上形成掩膜体，包括步骤 在所述牺牲体和所述目标体上涂布光刻胶； 利用光刻技术形成光刻胶掩膜体。 与现有技术相比，本发明具有以下优点
本发明的图形形成方法，分别利用牺牲体和掩膜体进行较大尺寸的 图形定义，实现对各牺牲体间填充的目标体的部分区域的刻蚀去除，将 各目标体分为两部分，形成了小尺寸的细微图形。本发明的方法降低了 形成细微图形时对光刻工艺的要求，放宽了因形成细微图形而对光刻胶 厚度提高出的限制要求，并可以突破曝光机曝光极限的限制形成更为细 微的图形。
本发明的图形形成方法，可以通过对牺牲体和掩膜体的尺寸参数的 设置，方便灵活地实现各种细微图形。
图1为现有的利用光刻胶定义图形的器件剖面图； 图2为现有的形成图形后情况正常的器件剖面图； 图3为现有的形成细微图形后情况异常的器件剖面图； 图4为现有的利用硬掩膜法定义细微图形的器件剖面图； 图5为本发明图形的形成方法的流程图； 图6为本发明第 一 实施例中定义牺牲体图形后的器件剖面图； 图7为本发明第一实施例中形成牺牲体后的器件剖面图； 图8为本发明第一实施例中生长目标层后的器件剖面图； 图9为本发明第一实施例中形成目标体后的器件剖面图；图10为本发明第 一实施例中形成掩膜体后的器件剖面图； 图11为本发明第一实施例中去除掩膜体后的器件剖面图； 图12为本发明第一实施例中去除牺牲体后的器件剖面图； 图13为本发明第二实施例中形成掩膜体后的示意图； 图14为本发明第二实施例中去除掩膜体后的器件剖面图； 图15为本发明第二实施例中去除牺牲体后的器件剖面图； 图16为本发明第三实施例中形成掩膜体后的示意图； 图17为本发明第三实施例中去除掩膜体后的器件剖面图； 图18为本发明第三实施例中去除牺牲体后的器件剖面图。
具体实施例方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合 附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。
本发明的处理方法可以被广泛地应用于各个领域中，并且可利用许 多适当的材料制作，下面是通过较佳的实施例来加以说明，当然本发明 并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替 换无疑地涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时， 为了便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，不 应以此作为对本发明的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽 度及深度的三维空间尺寸。
本发明的第一实施例中介绍的是形成重复周期小、图形尺寸小的细 微图形的方法。图5为本发明图形的形成方法的流程图，图6至图12 为说明本发明第一实施例的器件剖面示意图，下面结合图5至图12对 本发明的第 一 实施例进行详细介绍。
首先，提供衬底(S501),然后，在该衬底上生长牺牲层，并利用光刻技术在该牺牲层上定义出牺牲体的图形(S502)。图6为本发明第 一实施例中定义牺牲体图形后的器件剖面图，如图6所示，在衬底601 上生长了牺牲层602，并在其上覆盖了一层光刻胶，利用光刻技术形成 了光刻胶图形603，该图形中，将需要形成牺牲体的区域利用光刻胶保 护起来(图中所示其宽度为a),其余区域则曝露在外(图中所示其宽度 为b),形成重复周期为a+b的较大尺寸的图形。
接着，利用刻蚀工艺形成牺牲体(S503 )。图7为本发明第一实施 例中形成牺牲体后的器件剖面图，如图7所示，刻蚀去胶后，有光刻胶 保护的区域的牺牲层被保留下来，没有光刻胶保护的区域的牺牲层被去 除，最终形成了具有第一宽度(图中所示的a)的牺牲体702,且各牺 牲体间的间距为第一间距(图中所示的b),牺牲体的重复周期为a+b。 本实施例中，第一间距b大于第一宽度a。
形成牺牲体后，可以生长目标层(S504)。图8为本发明第一实施 例中生长目标层后的器件剖面图，如图8所示，沿衬底601上的牺牲体 702的形貌生长一层目标层801,本发明中最终要形成的细微图形就是 要形成于该目标层801中。该目标层801的具体成份由实际的应用决定， 可以是介质层(如氧化硅、氮化硅或氮化钛等)、导电层(如铝金属层 等)或半导体层(如多晶硅等)，本实施例中，该目标层801为氮化钛 (TiN)层。
再接着，对目标层进行平坦化处理，形成目标体(S505 )。图9为 本发明第一实施例中形成目标体后的器件剖面图，如图9所示，对沿形 貌生长的、起伏不平的目标层进行平坦化处理，形成仅在各牺牲体702 间存在的目标体901。由于目标体仅填充于各牺牲体之间，其宽度即为 各牺牲体间具有的第一间距b,其间距即为各牺牲体的第一宽度a,其 重复周期同样为a+b。
本实施例中，该步平坦化处理是利用化学机械研磨的方法实现的，其研磨的终点为至各牺牲体表面为止，故而，要求牺牲体所用材料与目 标体所用材料之间具有较高的去除选择比，以提高对研磨终点的控制 力。由于目标体所用的材料是由具体应用决定的，牺牲体所选用的材料 要依目标体而决定。本实施例中，目标体由氮化钛组成，选用的牺牲体 可以为与其选捧比较大的氧化硅材料。在本发明的其他实施例中，根据 目标体的不同，还可以选用不同的材料制作牺牲体，如氮化硅、氮氧化 硅等。为了不影响器件性能，方便去除， 一般可以采用易去除的介质材 料作为牺牲体(生长用于形成牺牲体的牺牲层时，其生长温度可以较低， 以形成较疏^^的结构，易于去除)。此外，由于形成的目标体的高度是与牺牲体一致的，在S502中形 成牺牲层时，其形成的厚度要与具体应用中要求的目标体的高度一致， 如，本实施例中要求目标体高度为2000A，则在S502中形成的牺牲层 的厚度也应为2000 A。形成目标体后，需要再利用光刻技术在其上形成掩膜体(S506)。 该掩膜体可以直接由光刻胶组成，也可以先利用其他材料生长一层掩膜 层，然后再利用光刻技术在该掩膜层内定义图形，形成掩膜体。本实施 例中，掩膜体是直接由光刻胶形成的。图10为本发明第一实施例中形 成掩膜体后的器件剖面图，如图IO所示，在牺牲体和目标体上利用光 刻技术定义了光刻胶掩膜体1001，掩膜体的宽度设置为第二宽度，各掩 膜体间的间距(掩膜体间沟槽的宽度)设置为第二间距。为了形成周期 性重复的图形，掩膜体1001的重复周期(第二宽度与第二间距之和) 要等于牺牲体702的重复周期a+b (第一宽度a与第 一间距b之和)。另夕卜，本发明是利用本步形成的掩膜体刻蚀去除目标体901的部分 区域，以将较大尺寸的目标体分割为两部分，形成小尺寸的图形，本步 形成的掩膜体1001间的沟槽要位于目标体的上方，且相邻掩膜体间具 有的第二间距要d、于目标体的宽度，即牺牲体间具有的第二间距b。本实施例中，希望利用本发明的方法不仅形成细^f敖的图形，且各细 微图形的重复周期也要较小。为此，本发明中形成的掩膜体1001不仅
要满足上述的尺寸及位置要求，还要满足
A、 本实施例中，备淹膜体1001间的第二间距与各牺牲体702具有 的第一宽度大小相等，如图10中所示均为a。相应地，各掩膜体1001 的第二宽度也就要与各牺牲体702间的第一间距大小相等，如图10中 所示也为b (因为牺牲体与掩膜体的重复周期相同，均为a+b)。
B、 位于目标体901的上方的掩膜体1001间的沟槽至相邻的牺牲体 702的边缘的距离相同。
形成掩膜体后，再刻蚀去除位于各掩膜体间的沟槽下的未被掩膜体 保护的部分区域的目标体(S507),并去除残留的掩膜体(S508 )。图 11为本发明第一实施例中去除掩膜体后的器件剖面图，如图ll所示， 以掩膜体为掩膜对目标体进行刻蚀后，目标体被分为两个子目标体 1101,且每一个子目标体1101的宽度都变为(b-a) /2，与光刻时的尺 寸相比大大缩小了，可以形成不受光刻胶厚度限制，甚至不受曝光机曝 光极限限制的细微图形。
接着，再将牺牲体去除(S509)。图12为本发明第一实施例中去除 牺牲体后的器件剖面图，如图12所示，最终在村底601上4又留下需要 形成的子目标体1101,其不仅宽度大大缩小，重复周期也减小了一半， 变为(b + a) /2。
本实施例中，参数a和b的设置可以根据具体应用所需的周期和图 形宽度灵活确定，如要实现重复周期为200nm,图形宽度为50nm的细 微图形(这对于现有图形的形成方法而言是难以实现的，尤其在批量生 产中)，可以将参数a设置为150nm， b设置为250nm (这一尺寸要求对 于光刻工艺而言易于实现)，在利用本发明的方法进行处理后，即可以 得到预计的细微图形。
li本发明的第 一 实施例中，为了形成了重复周期缩小 一半的细微图 形，将各掩膜体间的第二间距设置得与各牺牲体的第一宽度相等，且令 各掩膜体形成于各目标体的中间位置。在本发明的其他实施例中，如果 对重复周期没有提出要求，对掩膜体的位置及尺寸设置也可以不受以上 限制。
本发明的第二实施例中，说明了当各掩膜体间的第二间距与各牺牲
体具有的第一宽度不相等时的情况。图13为本发明第二实施例中形成 掩膜体后的示意图，如图13所示，此时的掩膜体1301具有的第二宽度 为y,各掩膜体间的第二间距为x。本实施例中，仍要求能形成以a+b 为周期重复的小尺寸的细微图形，为此需要令x+y = a+b。此外，为了 形成宽度相同的目标体，本实施例中的位于目标体901的上方的掩膜体 1301间的沟槽至相邻的牺牲体702的边缘的距离相同。
图14为本发明第二实施例中去除掩膜体后的器件剖面图，如图14 所示，以掩膜体为掩膜对目标体进行刻蚀后，目标体被分为两个子目标 体1401,且每一个子目标体1401的宽度都变为(b-x) /2,与光刻时的 尺寸相比大大缩小了 ，形成了不受光刻胶厚度及曝光机曝光极限限制的 细孩￡图形。
图15为本发明第二实施例中去除牺牲体后的器件剖面图，如图15 所示，最终在衬底601上仅留下需要形成的子目标体1401，其宽度缩小 为(b-x)/2。但注意到此时图形的重复周期并未改变，仍为b + a，原 因在于相邻的子目标体1401间的间距为不同的，分別是x和a，这一间 距的变化，导致了所形成的细微图形的周期仍保持为b+a (或x+y)。
利用本发明的图形的形成方法，除了可以形成如本发明的第二实施 例中的宽度相同、但间距有变化的细微图形外，还可以形成宽度不同、 但间距相同的细微图形。本发明的第三实施例就对该种情况进行说明。 图16为本发明第三实施例中形成掩膜体后的示意图，如图16所示，此时的掩膜体1601具有的第二宽度与牺牲体间的间距相同(即与目标体 的宽度相同)为b,则为了能形成重复的周期，此时M膜体间的第二 间距要为a。但是，在设置掩膜体时，未将各掩膜体1601间的沟槽设置 于各目标体的中间位置，而是有所偏离，如图16中所示，各掩膜体1601 间的沟槽至相邻的牺牲体702的边缘的距离不相同，分别为al和a2。
图17为本发明第三实施例中去除掩膜体后的器件剖面图，如图17 所示，以掩膜体为掩膜对目标体进行刻蚀后，目标体被分为两个尺寸不 同的子目标体1701和1702,其中，子目标体1701的宽度为al，子目 标体1701的宽度为a2,其尺寸与光刻时的尺寸相比都可以大大缩小。
图18为本发明第三实施例中去除牺牲体后的器件剖面图，如图18 所示，最终在衬底601上仅留下需要形成的宽度分别为al和a2的子目 标体1701和1702。因相邻的子目标体1701和1702的尺寸不相同，此 时图形的重复周期并未改变，仍为b + a。注意到各相邻的子目标体1701 和1702间的间距为相同的，均是a。
本发明的图形形成方法，通过对各牺牲体间填充的各目标体的一部 分区域进行刻蚀去除，将各目标体分为了两个子目标体。通过对牺牲体 及掩膜体的尺寸参数及位置关系的设置，不仅可以缩小图形尺寸，还可 以灵活控制图形的重复周期。本发明的方法降低了形成细孩￡图形时对光 刻工艺的要求，既可以放宽对光刻胶厚度的限制，又可以突破曝光机曝 光极限的限制，且具有操作简单、重复性好的优点，可适用于批量的生 产。
利用本发明的图形形成方法形成的图形可以是多种形式的，如方 形、条形、菱形、圆形、多边形等，不论所形成的图形是何种形状，都 可以利用本发明的方法形成细微的图形，这一应用的延伸，对于本领域 的普通技术人员而言是易于理解和实现的，在此不再赘述。
利用本发明的图形形成方法还可以形成包含多个不同图形的 一组细微图形，或由包含多个不同图形的细微图形组重复排列而成的图形， 这一应用的延伸，对于本领域的普通技术人员而言也是易于理解和实现 的，在此不再赘述。
本发明的上述实施例中形成的细微图形为具有一定周期的重复性 图形，在本发明的其他实施例中，也可以利用本发明的方法形成不重复 的细微图形，此时，不再要求掩膜体的重复周期(第二宽度与第二间距 之和)等于牺牲体的重复周期(第一宽度与第一间距之和)。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明， 任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能 的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的 范围为准。
权利要求
1、 一种图形的形成方法，其特征在于，包括步骤 提供衬底；在所述村底上形成牺牲体，且所述牺牲体的宽度为第一宽度，各所 述牺牲体间的间距为第 一 间距；在所述牺牲体间填充目标层，形成目标体；在所述牺牲体和所述目标体上形成掩膜体，所述掩膜体的宽度为第 二宽度，各掩膜体间的间距为第二间距，且各所述掩膜体间的沟槽位于 所述目标体的上方，所述牺牲体间的第一间距大于所述掩膜体间的第二 间距；刻蚀去除位于各所述掩膜体间的沟槽下的目标体； 去除所述掩膜体和所述牺牲体。
2、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述第二宽度与 第二间距之和与所述第 一 宽度与所述第 一 间距之和相等。
3、 如权利要求2所述的形成方法，其特征在于所述第二间距与 所述第一宽度相等或不相等。
4、 如权利要求2或3所述的形成方法，其特征在于所述掩膜体 间的沟槽至相邻的所述牺牲体的边缘的距离相同或不相同。
5、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述牺牲体与所 述目标体之间具有较高的去除选择比。
6、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述牺牲体为氧 化石圭、氮化硅或氮氧化石圭中的一种。
7、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于所述目标体为氮 化硅或氮化钛中的一种。
8、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，在所述衬底上形 成牺牲体，包括步骤在所述衬底上形成牺牲层；利用光刻胶在所述牺牲层上形成牺牲体图形，保护将要形成牺牲体 的区域；刻蚀所述牺牲层，形成牺牲体； 去除所述光刻胶。
9、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，在所述牺牲体间 填充目标层，形成目标体，包括步骤在所述衬底上沉积目标层；利用化学机械研磨方法进行平坦化处理，形成存在于各所述牺牲体 之间的目标体。
10、 如权利要求1所述的形成方法，其特征在于，在所述牺牲体和 所述目标体上形成掩膜体，包括步骤在所述牺牲体和所述目标体上涂布光刻胶； 利用光刻技术形成光刻胶掩膜体。
全文摘要
本发明公开了一种图形的形成方法，包括步骤提供衬底；在所述衬底上形成牺牲体；在所述牺牲体间填充目标层，形成目标体；在所述牺牲体和所述目标体上定义掩膜体；刻蚀去除位于各所述掩膜体间的所述沟槽下的目标体；去除所述掩膜体和所述牺牲体。本发明的方法降低了形成细微图形时对光刻工艺的要求，放宽了对光刻胶厚度的限制，并可以形成突破曝光机曝光极限的更为细微的图形。
文档编号H01L21/00GK101312113SQ200710041099
公开日2008年11月26日 申请日期2007年5月23日 优先权日2007年5月23日
发明者乒 刘, 张海洋, 马擎天 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司