一种自对准双重图形化的方法、半导体器件及电子设备

本发明涉及半导体，尤其涉及一种自对准双重图形化的方法、半导体器件及电子设备。

背景技术：

1、在半导体器件制造中，双重图形化又称双曝光或两次曝光，其原理是将同一图形层的数据分成两次或两张掩模版分别成像。

2、随着集成电路制造技术的发展，光刻技术面临着巨大挑战，对版图设计的要求也更为严格。例如，为了保证图形转移的质量，设计规则倾向于将同一层图形的线条按一个方向排列。尽管如此，当同一方向排列的线条的节距接近80nm时，也已达到193nm浸没式光刻机单次曝光的极限；如果节距小于80nm，在更先进的光刻机被应用于量产前，必须采用双重或多重图形化技术。

3、目前，在传统的自对准双重图形化(self-aligned double patterning，sadp)工艺中，还需要使用反应离子刻蚀工艺对沉积的隔离层(spacer)材料进行回刻，以致双重图形工艺的步骤较为繁琐。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种自对准双重图形化的方法、半导体器件及电子设备，以简化现有的sadp工艺的步骤，降低工艺成本。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种自对准双重图形化的方法，包括：

4、在基底上依次形成硬掩模层和电子束负胶层。

5、通过电子束对电子束负胶层进行曝光显影处理，在电子束负胶层上形成多个牺牲芯轴。

6、在多个牺牲芯轴的外周形成光刻胶层。

7、基于预设掩模版对光刻胶层进行灰度光刻处理，在每个牺牲芯轴的侧壁形成多个对应的目标牺牲墙结构。

8、基于多个目标牺牲墙结构对硬掩模层进行刻蚀处理，在硬掩模层上形成目标图形。

9、与现有技术相比，本发明提供的自对准双重图形化的方法中，基于电子束负胶在电子束曝光区会变成类似氧化硅物质的特性，可以使用电子束负胶替代现有技术中的cvd材质作为光刻胶层，以在使用电子束光刻时，在电子束负胶层上形成多个牺牲芯轴。在多个牺牲芯轴的外周形成光刻胶层之后，可以通过预设掩模版对光刻胶层进行灰度光刻处理，就能够将每个牺牲芯轴顶部的光刻胶层以及每两个牺牲芯轴侧壁之间多余的光刻胶层刻蚀掉，以在每个牺牲芯轴的侧壁形成多个对应的目标牺牲墙结构，最终基于多个形成的目标牺牲墙结构，对硬掩模层进行刻蚀处理，就可以在硬掩模层上形成目标图形。基于此，由于本发明无需对光刻胶层采用反应离子刻蚀工艺进行回刻，就实现了形成目标牺牲墙结构的目的，可以在一定程度上简化现有的sadp工艺的步骤，降低工艺成本。同时，由于免除了反应离子刻蚀这一步骤，本发明实施例提供的自对准双重图形化的方法可以全部在光刻内完成，还能够提高自对准双重图形化的效率。

10、在一种可能的实现方式中，预设掩模版上包括具有第一透光率的第一区域以及具有第二透光率的第二区域，第一透光率小于第二透光率；

11、基于预设掩模版对光刻胶层进行灰度光刻处理，在每个牺牲芯轴的侧壁形成多个对应的目标牺牲墙结构，包括：

12、基于第一透光率对第一区域正投影内的光刻胶层进行灰度光刻处理，同时基于第二透光率对第二区域正投影内的光刻胶层进行灰度光刻处理，在每个牺牲芯轴的侧壁形成多个对应的目标牺牲墙结构。

13、在一种可能的实现方式中，在基于目标牺牲墙结构对硬掩模层进行刻蚀处理，在硬掩模层上形成目标图形之前，方法还包括：去除牺牲芯轴。

14、在一种可能的实现方式中，在多个牺牲芯轴的外周形成光刻胶层，包括：在多个牺牲芯轴的外周进行光刻胶涂覆，形成光刻胶层。

15、在一种可能的实现方式中，第一透光率为50％，第二透光率为100％。

16、在一种可能的实现方式中，电子束负胶层的材料包括氢倍半硅氧烷聚合物。

17、在一种可能的实现方式中，电子束负胶层的厚度范围为80nm～120nm。

18、在一种可能的实现方式中，硬掩模层的材质包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、氮化硼、氮化钽或氮化钛中的任意一种。

19、第二方面，本发明还提供一种半导体器件，所述半导体器件包括至少一个图形化结构，所述图形化结构采用第一方面或第一方面任一项可能的实现方式描述的自对准双重图形化的方法制作形成。

20、与现有技术相比，本发明提供的半导体器件的有益效果与上述技术方案所述的自对准双重图形化的方法的有益效果相同，此处不做赘述。

21、第三方面，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括第二方面所述的半导体器件。

22、与现有技术相比，本发明提供的电子设备的有益效果与上述技术方案所述的自对准双重图形化的方法的有益效果相同，此处不做赘述。

技术特征：

1.一种自对准双重图形化的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的自对准双重图形化的方法，其特征在于，所述预设掩模版上包括具有第一透光率的第一区域以及具有第二透光率的第二区域，所述第一透光率小于所述第二透光率；

3.根据权利要求1所述的自对准双重图形化的方法，其特征在于，在所述基于所述目标牺牲墙结构对所述硬掩模层进行刻蚀处理，在所述硬掩模层上形成目标图形之前，所述方法还包括：

4.根据权利要求1所述的自对准双重图形化的方法，其特征在于，所述在多个所述牺牲芯轴的外周形成光刻胶层，包括：

5.根据权利要求2所述的自对准双重图形化的方法，其特征在于，所述第一透光率为50％，所述第二透光率为100％。

6.根据权利要求1所述的自对准双重图形化的方法，其特征在于，所述电子束负胶层的材料包括氢倍半硅氧烷聚合物。

7.根据权利要求1所述的自对准双重图形化的方法，其特征在于，所述电子束负胶层的厚度范围为80nm～120nm。

8.根据权利要求1所述的自对准双重图形化的方法，其特征在于，所述硬掩模层的材质包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、氮化硼、氮化钽或氮化钛中的任意一种。

9.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括至少一个图形化结构，所述图形化结构采用权利要求1至8任一项所述的自对准双重图形化的方法制作形成。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求9所述的半导体器件。

技术总结
本发明公开一种自对准双重图形化的方法、半导体器件及电子设备，涉及半导体技术领域，以简化现有的SADP工艺的步骤，降低工艺成本。所述自对准双重图形化的方法包括：在基底上依次形成硬掩模层和电子束负胶层。通过电子束对电子束负胶层进行曝光显影处理，在电子束负胶层上形成多个牺牲芯轴。在多个牺牲芯轴的外周形成光刻胶层。基于预设掩模版对光刻胶层进行灰度光刻处理，在每个牺牲芯轴的侧壁形成多个对应的目标牺牲墙结构。基于多个目标牺牲墙结构对硬掩模层进行刻蚀处理，在硬掩模层上形成目标图形。所述半导体器件包括至少一个图形化结构，所述图形化结构采用上述技术方案所提的自对准双重图形化的方法制作形成。

技术研发人员：贺晓彬,杨涛,刘金彪,李亭亭,高建峰,李俊峰,罗军
受保护的技术使用者：中国科学院微电子研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22