雙重圖形化方法
2023-05-09 04:23:31 1
專利名稱：雙重圖形化方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術領域，更具體地，本發明涉及一種雙重圖形化(double patterning)方法。
背景技術：
半導體技術在摩爾定律的驅動下持續地朝更小的工藝節點邁進。隨著半導體技術的不斷進步，器件的功能不斷強大，但是半導體製造難度也與日俱增。而光刻技術是半導體製造工藝中最為關鍵的生產技術，隨著半導體工藝節點進入到65納米、45納米，甚至更低的32納米，現有的193nm的ArF光源光刻技術已經無法滿足半導體製造的需要，超紫外光光刻技術(EUV)、多波束無掩膜技術和納米壓印技術成為下一代光刻候選技術的研究熱點。 但是上述的下一代光刻候選技術仍然存在有不便與缺陷，亟待加以進一步的改進。當摩爾定律繼續向前延伸的腳步不可逆轉的時候，雙重圖形化技術無疑成為了業界的最佳選擇，雙重圖形化技術只需要對現有的光刻基礎設施進行很小的改動，就可以有效地填補45納米到32納米甚至更小節點的光刻技術空白。雙重圖形化技術的原理是將一套高密度的電路圖形分解成兩套分立的、密度低一些的圖形，然後將它們製備到晶圓上。美國專利US7709396中就披露了一種雙重圖形化技術，所述雙重圖形化技術的工藝流程如圖 1至圖4所示，包括在襯底100上形成包含有多個條狀圖形且等距排布的第一圖形層101，所述第一圖形層101各相鄰條狀圖形的間距與單個條狀圖形寬之和被定義為節距，所述條狀圖形間的區域被定義為第一開口 107;之後，在所述襯底100及第一圖形層101上形成側壁層103，所述側壁層103均勻形成於第一圖形層101兩側；接著，各向異性刻蝕所述側壁層，在第一圖形層101各條狀圖形的兩側(即第一開口 107中)形成第二圖形層105，所述第二圖形層105包含有多個側壁，且每一對側壁對應於第一圖形層103的一個條狀圖形；；接著，移除第一圖形層；這樣，原第一圖形層每一條狀圖形佔據的位置即構成了第二開口 109，每一第二開口 109均位於一對側壁105間。上述工藝實施後，原先每一節距對應的區域中包含有兩個側壁以及兩個開口(第一開口與第二開口)，進一步的，所述側壁可以作為刻蝕襯底的掩膜。這樣，即可在不更改光刻設備的條件下，將第一圖形層的節距最小值突破光刻解析度的限制，從而有效提高晶片的集成度。然而，所述雙重圖形化技術仍存在問題。所述第一圖形層101對側壁的尺寸和形狀影響很大。若所述第一圖形層101厚度太小，則幹法刻蝕側壁層103後形成的側壁截面呈三角形，這會影響側壁作為襯底100刻蝕掩膜的效果；而若所述第一圖形層101的厚度過大，受限於側壁層103的臺階覆蓋能力，幹法刻蝕側壁層103後形成的側壁截面寬度難以準確控制，這就降低了側壁作為刻蝕掩膜的準確性。
發明內容
本發明解決的問題是提供一種雙重圖形化方法，提高襯底刻蝕均勻性。為解決上述問題，本發明提供了一種雙重圖形化方法，包括提供襯底，所述襯底上依次形成有第一掩膜層與第二掩膜層；各向異性刻蝕所述第一掩膜層與第二掩膜層，在所述第一掩膜層與第二掩膜層中形成第一開口，所述第一開口露出襯底表面；側向部分刻蝕所述第二掩膜層；在所述襯底上形成第三掩膜層，所述第三掩膜層覆蓋第一掩膜層，並使 得第二掩膜層露出；移除所述第二掩膜層，在第三掩膜層中形成第二開口，所述第二開口使得第一掩膜層露出；以第三掩膜層為掩膜，各向異性刻蝕第二開口下方的第一掩膜層直至露出襯底；移除所述第三掩膜層。與現有技術相比，本發明具有以下優點作為刻蝕襯底掩膜的第一掩膜層具有矩形截面，且其厚度可以準確控制，這大大提高了第一掩膜層的均勻性，在刻蝕襯底時，所述均勻厚度的第一掩膜層避免了襯底刻蝕不均勻的問題，有效提高了刻蝕效果。
圖1至圖4是現有技術雙重圖形化方法的工藝流程。圖5是本發明雙重圖形化方法的流程示意圖。圖6至圖13是本發明雙重圖形化方法一個實施例各步驟中襯底的剖面示意圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。正如背景技術部分所述，在現有雙重圖形化工藝中，第一圖形層對側壁的尺寸和形狀影響很大。若所述第一圖形層厚度太小，則幹法刻蝕側壁層後形成的側壁截面呈三角形，這會影響側壁作為襯底刻蝕掩膜的效果；而若所述第一圖形層的厚度過大，受限於側壁層的臺階覆蓋能力，幹法刻蝕側壁層後形成的側壁截面寬度難以準確控制，這就降低了側壁作為刻蝕掩膜的準確性。針對上述問題，本發明的發明人提供了一種雙重圖形化方法，如圖5所示，所述雙重圖形化方法包括執行步驟S502，提供襯底，所述襯底上依次形成有第一掩膜層與第二掩膜層；執行步驟S504，各向異性刻蝕所述第一掩膜層與第二掩膜層，在所述第一掩膜層與第二掩膜層中形成第一開口，所述第一開口露出襯底表面；
執行步驟S506，側向部分刻蝕所述第二掩膜層執行步驟S508，在所述襯底上形成第三掩膜層，所述第三掩膜層覆蓋第一掩膜層， 並使得第二掩膜層露出；執行步驟S510，移除所述第二掩膜層，在第三掩膜層中形成第二開口，所述第二開口使得第一掩膜層露出；執行步驟S512，以第三掩膜層為掩膜，各向異性刻蝕第二開口下方的第一掩膜層直至露出襯底；執行步驟S514，移除所述第三掩膜層。下面結合附圖，詳細說明本發明具體實施例的雙重圖形化方法。如圖6所示，提供襯底601，所述襯底601為矽基襯底，例如為η型矽襯底、ρ型矽襯底或者為SOI襯底；所述襯底601也可以是矽、鍺、砷化鎵或矽鍺化合物襯底；所述襯底 601還可以是包括集成電路及其他元件的一部分的襯底，或者是具有覆蓋電介質和金屬膜的襯底，在此特地說明，不應過分限制本發明的保護範圍。採用化學氣相澱積、物理氣相澱積或其他薄膜形成工藝在所述襯底601上依次形成第一掩膜層603與第二掩膜層603。在具體實施例中，所述第一掩膜層603與第二掩膜層605包括多晶矽、非晶矽、氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、非晶碳或其他易於形成薄膜的材料。在實際應用中，所述第一掩膜層603與第二掩膜層605 應具有相對較大的刻蝕選擇比。例如，所述襯底601為矽時，所述第一掩膜層603採用氧化矽，所述第二掩膜層605採用氮化矽；或者，所述襯底601為氧化矽時，所述第一掩膜層603 採用氮化矽，所述第二掩膜層605採用多晶矽。如圖7所示，各向異性刻蝕所述第一掩膜層603與第二掩膜層605，在所述第一掩膜層603與第二掩膜層605中形成第一圖形，所述第一圖形包含有多個第一條狀圖形607， 相鄰的第一條狀圖形607間形成有第一開口 609，所述第一開口 609露出襯底601表面。在具體實施例中，所述各向異性刻蝕採用等離子體刻蝕工藝，所述等離子體刻蝕工藝需要先在所述第二掩膜層605上形成具有與第一圖形相同圖形的光刻膠層(圖中未示出)，所述光刻膠層即作為各向異性刻蝕第一掩膜層603與第二掩膜層605的掩膜。如圖8所示，側向部分刻蝕所述第二掩膜層605，使得第二掩膜層605第一條狀圖形的寬度減小，從而將原第二掩膜層605下的部分第一掩膜層603露出。在具體實施例中， 側向刻蝕後，所述第二掩膜層605的寬度可以與第一開口 609的寬度相同。所述第二掩膜層605側向刻蝕的深度為10納米至50納米，相應的，第二掩膜層605第一條狀圖形的寬度減小10納米至50納米。且所述第二掩膜層605的第一條狀圖形沿其兩側對稱減小。在具體實施例中，在第二掩膜層605與第一掩膜層603被等離子體刻蝕之後，可以選擇保留所述第二掩膜層605上的光刻膠層或移除所述光刻膠層。若側向刻蝕前所述光刻膠層未被移除，則以所述光刻膠層為掩膜，採用各向同性幹法刻蝕工藝或溼法刻蝕工藝部分刻蝕所述第二掩膜層605，這時，第二掩膜層605僅發生側向刻蝕，接著再移除所述光刻膠層；若側向刻蝕前所述光刻膠層已被移除，則第二掩膜層605上沒有刻蝕掩膜，在側向刻蝕處理的同時，其還會被縱向刻蝕，所述第二掩膜層605第一條狀圖形被側向刻蝕的深度應小於第二掩膜層605的厚度，以確保所述第二掩膜層605不會在側向刻蝕後被完全移除。由於第一掩膜層603與第二掩膜層605具有較大的刻蝕選擇比，因此，在所述第二掩膜層605側向刻蝕的同時 ，第一掩膜層603並不會被刻蝕，即仍為第一圖形。如圖9所示，在所述襯底601上形成第三掩膜層611，所述第三掩膜層611超過第二掩膜層605的頂部，將第一掩膜層603與第二掩膜層605完全覆蓋。在具體實施例中，所述第三掩膜層611的厚度超過第一掩膜層603與第二掩膜層605厚度的和，其厚度範圍為 20納米至300納米。在具體實施例中，所述第三掩膜層611包括多晶矽、非晶矽、氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、非晶碳或其他易於形成薄膜的材料。在實際應用中，所述第三掩膜層603應與第一掩膜層603及第二掩膜層605均具有相對較大的刻蝕選擇比。例如，所述第一掩膜層603採用氧化矽，所述第二掩膜層605採用氮化矽時，所述第三掩膜層611採用非晶碳；或者，所述第一掩膜層603採用氮化矽，所述第二掩膜層605採用多晶矽時，所述第三掩膜層611採用非晶碳。如圖10所示，回刻所述第二掩膜層605上方的第三掩膜層611，使得所述第二掩膜層605露出。在具體實施例中，可以採用幹法刻蝕、溼法刻蝕或化學機械拋光工藝回刻所述第三掩膜層611。如圖11所示，在第二掩膜層605露出之後，以第三掩膜層611為掩膜，移除所述第二掩膜層605。這樣，在原第三掩膜層611中的原第二掩膜層605位置形成了第二開口 613， 所述第二開口 613使得第一掩膜層603露出。在具體實施例中，可以採用各向同性的幹法刻蝕或溼法刻蝕工藝移除所述第二掩膜層605。如圖12所示，接著，仍以所述第三掩膜層611為掩膜，各向異性刻蝕所述第二開口 613下方的第一掩膜層603直至露出襯底601表面。所述刻蝕使得第二開口 613向第一掩膜層603延伸。同時，所述第一掩膜層603中的第二開口 613將第一掩膜層603的每一第一條狀圖形分隔為兩部分，這使得第一條狀圖形的寬度得以減小。如圖13所示，移除所述第三掩膜層，僅保留襯底601上的第一掩膜層603，這樣，原先第一圖形的第一掩膜層603變換為第二圖形，所述第二圖形的第一掩膜層603由多個第二條狀圖形615組成，相鄰的兩個第二條狀圖形615間形成有一個第一開口 609或第二開口 613。依據具體實施例的不同，所述第一開口 609與第二開口 613可以具有相同的寬度或不同的寬度。優選的實施例中，所述第一開口 609與第二開口 613具有相同的寬度，這樣， 所述第二圖形中包含的多個第二條狀圖形615即可等距排布於襯底601上。相比於第一條狀圖形，所述第二條狀圖形615的寬度減小，在不更改光刻設備的條件下，將第一圖形的節距最小值突破光刻解析度的限制，從而有效提高晶片的集成度。由於所述第一掩膜層603在刻蝕時均有掩膜覆蓋，因此，所述第一掩膜層603的第二條狀圖形的截面為矩形，厚度較為均勻，所述矩形截面的第一掩膜層603可以作為後續刻蝕襯底601的掩膜；此外，所述第一掩膜層603是在襯底601上直接形成的，無需製作側壁結構，所述第一掩膜層603的厚度可以準確控制，這進一步提高了第一掩膜層603的均勻性。在刻蝕襯底601時，所述均勻厚度的第一掩膜層603避免了刻蝕不均勻的問題，有效提高了刻蝕效果。雖然本發明已以較佳實施例披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以權利要求所限定 的範圍為準。
權利要求
1.一種雙重圖形化方法，其特徵在於，包括提供襯底，所述襯底上依次形成有第一掩膜層與第二掩膜層；各向異性刻蝕所述第一掩膜層與第二掩膜層，在所述第一掩膜層與第二掩膜層中形成第一開口，所述第一開口露出襯底表面；側向部分刻蝕所述第二掩膜層；在所述襯底上形成第三掩膜層，所述第三掩膜層覆蓋第一掩膜層，並使得第二掩膜層露出；移除所述第二掩膜層，在第三掩膜層中形成第二開口，所述第二開口使得第一掩膜層露出；以第三掩膜層為掩膜，各向異性刻蝕第二開口下方的第一掩膜層直至露出襯底；移除所述第三掩膜層。
2.如權利要求1所述的雙重圖形化方法，其特徵在於，採用化學氣相澱積或物理氣相澱積在所述襯底上依次形成第一掩膜層與第二掩膜層。
3.如權利要求1所述的雙重圖形化方法，其特徵在於，所述第一掩膜層包括多晶矽、 非晶矽、氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、金屬、金屬氧化物、金屬氮化物或非晶碳。
4.如權利要求1所述的雙重圖形化方法，其特徵在於，所述第二掩膜層包括多晶矽、 非晶矽、氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、金屬、金屬氧化物、金屬氮化物或非晶碳。
5.如權利要求1所述的雙重圖形化方法，其特徵在於，所述側向部分刻蝕所述第二掩膜層的深度為10納米至50納米。
6.如權利要求1所述的雙重圖形化方法，其特徵在於，所述側向部分刻蝕所述第二掩膜層包括採用各向同性幹法刻蝕工藝或溼法刻蝕工藝部分刻蝕所述第二掩膜層。
7.如權利要求1所述的雙重圖形化方法，其特徵在於，所述第三掩膜層包括多晶矽、 非晶矽、氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、金屬、金屬氧化物、金屬氮化物或非晶碳。
8.如權利要求1所述的雙重圖形化方法，其特徵在於，所述第三掩膜層的厚度為20納米至300納米。
9.如權利要求1所述的雙重圖形化方法，其特徵在於，所述移除所述第二掩膜層，在第三掩膜層中形成第二開口，所述第二開口使得第一掩膜層露出包括採用各向同性的幹法刻蝕或溼法刻蝕工藝移除所述第二掩膜層。
10.如權利要求1所述的雙重圖形化方法，其特徵在於，所述在所述襯底上形成第三掩膜層，所述第三掩膜層覆蓋第一掩膜層，並使得第二掩膜層露出包括在所述襯底上形成第三掩膜層，所述第三掩膜層的厚度超過第二掩膜層頂部；回刻所述第三掩膜層直至露出第二掩膜層。
11.如權利要求10所述的雙重圖形化方法，其特徵在於，所述回刻所述第三掩膜層直至露出第二掩膜層包括採用化學機械拋光、幹法刻蝕或溼法刻蝕工藝回刻所述第三掩膜層。
12.如權利要求1所述的雙重圖形化方法，其特徵在於，所述第二掩膜層側向部分刻蝕後的寬度與第一開口的寬度相同。
13.如權利要求1所述的雙重圖形化方法，其特徵在於，所述第一掩膜層採用氧化矽， 所述第二掩膜層採用氮化矽，所述第三掩膜層採用非晶碳。
14.如權利要求1所述的雙重圖形化方法，其特徵在於，所述第一掩膜層採用氮化矽， 所述第二掩膜層採用多晶矽，所述第三掩膜層採用非晶碳。
全文摘要
一種雙重圖形化方法，包括提供襯底，所述襯底上依次形成有第一掩膜層與第二掩膜層；各向異性刻蝕所述第一掩膜層與第二掩膜層，在所述第一掩膜層與第二掩膜層中形成第一開口，所述第一開口露出襯底表面；側向部分刻蝕所述第二掩膜層；在所述襯底上形成第三掩膜層，所述第三掩膜層覆蓋第一掩膜層，並使得第二掩膜層露出；移除所述第二掩膜層，在第三掩膜層中形成第二開口，所述第二開口使得第一掩膜層露出；以第三掩膜層為掩膜，各向異性刻蝕第二開口下方的第一掩膜層直至露出襯底；移除所述第三掩膜層。本發明的雙重圖形化方法避免了襯底刻蝕不均勻的問題，有效提高了刻蝕效果。
文檔編號H01L21/311GK102446703SQ201010509168
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月14日 優先權日2010年10月14日
發明者洪中山 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司