CN102486996B - 双重图形化方法 - Google Patents

Abstract

一种双重图形化方法，包括：分别提供基底和压印模具，所述基底上形成有硬掩膜层，所述压印模具具有第一图形；使用所述压印模具对所述硬掩膜层进行压印，将所述第一图形转移至所述硬掩膜层，压印后的硬掩膜层包括多个突出部；在所述突出部的侧壁上形成侧墙；去除所述压印后的硬掩膜层，所述侧墙分布构成第二图形。本发明有利于改善图形化精度，减小图形的线宽，提高器件集成度。

Description

双重图形化方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术，尤其涉及一种双重图形化方法。

背景技术

半导体技术在摩尔定律的驱动下持续地朝更小的工艺节点迈进。随着半导体技术的不断进步，器件的功能不断强大，但是半导体制造难度也与日俱增。而光刻技术是半导体制造工艺中最为关键的生产技术，随着半导体工艺节点进入到65纳米、45纳米，甚至更低的32纳米，现有的193nm的ArF光源光刻技术已经无法满足半导体制造的需要，超紫外光光刻技术(EUV)、多波束无掩膜技术和纳米压印技术成为下一代光刻候选技术的研究热点。但是上述的下一代光刻候选技术仍然存在有不便与缺陷，亟待加以进一步的改进。

当摩尔定律继续向前延伸的脚步不可逆转的时候，双重图形化技术无疑成为了业界的最佳选择，双重图形化技术只需要对现有的光刻基础设施进行很小的改动，就可以有效地填补45纳米到32纳米甚至更小节点的光刻技术空白。双重图形化技术的原理是将一套高密度的电路图形分解成两套分立的、密度低一些的图形，然后将它们制备到晶圆上。

图1至图4为现有技术中一种双重图形化方法的中间结构的剖面图。

参考图1，提供基底10，在所述基底10上形成介质层11，在介质层11上形成硬掩膜层12。在硬掩膜层12上形成第一光刻胶层，并对第一光刻胶层进行图形化，定义出第一图形13。

参考图2，以图形化的第一光刻胶层为掩膜，刻蚀硬掩膜层12，相应的第一图形13也转移到硬掩膜层12。

参考图3，形成第二光刻胶层，覆盖所述第一图形以及介质层11，对第二光刻胶层进行图形化，定义出第二图形14。

参考图4，以第一图形13和第二图形14为掩膜，刻蚀介质层11，将第一图形13和第二图形14定义的图形转移到介质层11。

上述双重图形化方法中，将刻蚀图形转化为相互独立的、密度较低的第一图形13和第二图形14，然后将其转移至介质层11上，使得每一次光刻胶的曝光图形的密度较小。但是，上述双重图形化方法的精度仍然无法满足进一步的工艺需求，由于曝光过程中光源波长的限制，使得每次曝光图形的线宽较大，影响器件的集成度。

关于双重图形化方法的更多详细内容，请参考专利号为6042998的美国专利。

发明内容

本发明解决的问题是图形化精度较低的问题，以减小图形的线宽，提高器件的集成度。

为解决上述问题，本发明提供了一种双重图形化方法，包括：

分别提供基底和压印模具，所述基底上形成有硬掩膜层，所述压印模具具有第一图形；

使用所述压印模具对所述硬掩膜层进行压印，将所述第一图形转移至所述硬掩膜层，压印后的硬掩膜层包括多个突出部；

在所述突出部的侧壁上形成侧墙；

去除所述压印后的硬掩膜层，所述侧墙分布构成第二图形。

可选的，所述使用所述压印模具对所述硬掩膜层进行压印包括：对所述硬掩膜层进行软化；使用所述压印模具对所述硬掩膜层进行冲压；对所述硬掩膜层进行冻结；移除所述压印模具。

可选的，所述软化包括对所述硬掩膜层进行加热。

可选的，所述冻结包括对所述硬掩膜层进行冷却。

可选的，所述硬掩膜层的材料选自金属、金属氮化物、硅的氧化物、硅的氮化物或硅的碳化物。

可选的，所述硬掩膜层的材料为钛、氮化钛或铬。

可选的，所述去除所述压印后的硬掩膜层包括：

在所述基底上形成填充层，填充相邻侧墙之间的空隙，所述填充层的表面与所述突出部的表面齐平；

对所述侧墙、填充层和突出部的表面进行平坦化，至所述侧墙具有平坦的表面；

去除所述填充层和突出部。

可选的，所述填充层的材料和所述硬掩膜层的材料相同。

可选的，使用湿法刻蚀去除所述填充层和突出部。

可选的，使用化学机械抛光对所述侧墙、填充层和突出部的表面进行平坦化。

可选的，所述双重图形化方法还包括：以所述平坦化后的侧墙为掩膜对所述基底进行刻蚀，将所述第二图形转移至所述基底。

可选的，所述压印模具的材料为两种或两种以上金属的合金，或金刚石。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本技术方案的双重图形化方法中，首先使用压印模具对所述硬掩膜层进行压印，将第一图形转移至硬掩膜层上，压印后的硬掩膜层包括多个突出部；之后在所述突出部的侧壁上形成侧墙，并将所述压印后的硬掩膜层去除，所述侧墙分布构成第二图形。使用压印模具进行压印可以摆脱光刻时曝光工艺的限制，使得侧墙之间的间距可以大大缩小，有利于提高图形化的精度，减小图形线宽，提高集成度。

此外，本技术方案还对侧墙的表面进行平坦化，使其具有平坦的表面，有利于后续以所述平坦化后的侧墙对基底进行刻蚀时，改善刻蚀形成的图形的形貌。

附图说明

图1至图4是现有技术双重图形化方法的中间结构的剖面图；

图5是本发明实施例的双重图形化方法的流程示意图；

图6至图13是本发明实施例的双重图形化方法的中间结构的剖面图。

具体实施方式

现有技术的双重图形化方法将曝光图形分拆为密度较低的两个独立的图形后，分别进行曝光，受到曝光工艺的限制，其图形化精度仍然较低，无法满足进一步的工艺需要。

本技术方案的双重图形化方法中，首先使用压印模具对所述硬掩膜层进行压印，将第一图形转移至硬掩膜层上，压印后的硬掩膜层包括多个突出部；之后在所述突出部的侧壁上形成侧墙，并将所述压印后的硬掩膜层去除，所述侧墙分布构成第二图形。使用压印模具进行压印可以摆脱光刻时曝光工艺的限制，使得侧墙之间的间距可以大大缩小，有利于提高图形化的精度，减小图形线宽，提高集成度。

此外，本技术方案还对侧墙的表面进行平坦化，使其具有平坦的表面，有利于后续以所述平坦化后的侧墙对基底进行刻蚀时，改善刻蚀形成的图形的形貌。

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方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

图5示出了本发明实施例的双重图形化方法的流程示意图，包括：

步骤S21，分别提供基底和压印模具，所述基底上形成有硬掩膜层，所述压印模具具有第一图形；

步骤S22，使用所述压印模具对所述硬掩膜层进行压印，将所述第一图形转移至所述硬掩膜层，压印后的硬掩膜层包括多个突出部；

步骤S23，在所述突出部的侧壁上形成侧墙；

步骤S24，去除所述压印后的硬掩膜层，所述侧墙分布构成第二图形。

图6至图13示出了本发明实施例的双重图形化方法的中间结构的剖面图，下面结合图5和图6至图13对本发明的实施例进行详细说明。

结合图5和图6，执行步骤S21，分别提供基底和压印模具，所述基底上形成有硬掩膜层，所述压印模具具有第一图形。

具体的，分别提供基底20和压印模具30。所述基底20可以为半导体材料，可以是单晶硅，也可以是硅锗化合物，还可以是绝缘体上硅(SOI，SiliconOn Insulator)结构或硅上外延层结构，其上还可以形成有介质层(图中未示出)。所述基底20上形成有硬掩膜层21，所述硬掩膜层21的材料可以为金属、金属氮化物、硅的氧化物、硅的氮化物或硅的碳化物，优选的，所述硬掩膜层21的材料为钛、氮化钛或铬。为了提高所述硬掩膜层21和基底20之间的粘附性，可以在二者之间衬垫层，所述衬垫层的材料根据硬掩膜层21和基底20各自的材料确定。

所述压印模具30具有第一图形，具体的，所述压印模具30上形成有凸起30a，所述凸起30a可以是长方体、圆柱等形貌，所述凸起30a分布形成所述第一图形。所述压印模具30的材料可以为两种或两种以上金属的合金，或金刚石，其硬度较高，有利于在压印过程中改善压印形成的图形的形貌。

结合图5、图7和图8，执行步骤S22，使用所述压印模具对所述硬掩膜层进行压印，将所述第一图形转移至所述硬掩膜层，压印后的硬掩膜层包括多个突出部。

首先参考图7，使用所述压印模具30对所述硬掩膜层21进行压印，具体的，首先对所述硬掩膜层21进行软化，所述软化过程可以是加热，如激光加热等，加热过程在类真空环境中进行，优选的压强为10^-3mbar(1mbar＝100Pa)至10^-11mbar，加热的温度和时间可以根据所述硬掩膜层21的材料和厚度来确定，使得所述硬掩膜层21软化成半熔融状态；之后使用所述压印模具30对所述软化后的硬掩膜层21进行冲压，使得所述第一压印模具30的凸起30a嵌入所述硬掩膜层21中，需注意的是，压印过程中所述凸起30a需与所述基底20的表面接触；再之后对所述硬掩膜层21进行冻结，使其定形，所述冻结过程可以是对所述硬掩膜层21进行冷却，使其凝固定形，从而将所述第一图形转移至所述硬掩膜层21上。

之后参考图8，在所述冻结过程之后，移除所述压印模具，形成压印后的硬掩膜层，所述压印后的硬掩膜层包括多个突出部21a。

由于所述压印模具30上的第一图形可以采用机械加工、纳米加工等方法形成，其线宽可以制作的很小，通过压印的方法对硬掩膜层21进行图形化，避免了现有技术中常规的曝光工艺的限制，提高了图形化的精度。此外，本实施例中硬掩膜层21的材料优选为钛、氮化钛、铬等金属或金属氮化物，在经过压印后较其他材质能够保持更好的形貌，有利于改善后续刻蚀工艺过程形成的图形的形貌。

结合图5和图9，执行步骤S23，在所述突出部的侧壁上形成侧墙。具体的，在所述突出部21a的侧壁上形成侧墙22，优选的，所述侧墙22的材料与所述硬掩膜层的材料不同，可以是氮化硅、氧化硅或二者的叠层结构。所述侧墙22的形成方法可以包括：形成侧墙材料层，覆盖所述突出部21a和基底20的表面；对所述侧墙材料层进行回刻，去除所述突出部21a和基底20表面的侧墙材料层，在所述突出部21a的侧壁上形成侧墙22。

结合图5和图10至图12，执行步骤S24，去除所述压印后的硬掩膜层，所述侧墙分布构成第二图形。

具体的，首先参考图10，在所述基底20上形成填充层23，填充相邻侧墙22之间的空隙，所述填充层23的表面与所述突出部的表面齐平。作为一个优选的实施例，所述填充层23的材料与所述硬掩膜层的材料相同，即与所述突出部21a的材料相同。

参考图11，对所述侧墙22、填充层23和突出部21a的表面进行平坦化，至所述侧墙22具有平坦的表面。所述平坦化的方法可以是化学机械抛光(CMP)，由于所述凸起部21a和侧墙22的尺寸都非常小，容易在化学机械抛光中受到压力影响而发生形变，所述填充层23可以起到支撑作用，有利于保持已经形成的侧墙22和突出部21a的形貌。

参考图12，去除所述填充层和突出部，由于本实施例中填充层和突出部的材料相同，因此可以通过一次湿法刻蚀将二者同时刻蚀去除，简化了工艺步骤。至此，所述侧墙22得以保留，且排布形成第二图形。

当然，在其他具体实施例中，结合图9，也可以直接将所述突出部21a去除，而略去所述填充层的形成过程，以及所述平坦化的过程。

之后参考图13，以所述平坦化后的侧墙22为掩膜对所述基底20进行刻蚀，将所述第二图形转移至所述基底20。由于所述侧墙22是经过回刻工艺形成的，其表面往往为斜坡状，经过平坦化后使其具有平坦的表面，有利于对基底20的刻蚀过程中改善刻蚀形成的图形的形貌。

综上，本技术方案的双重图形化方法中，首先使用压印模具对所述硬掩膜层进行压印，将第一图形转移至硬掩膜层上，压印后的硬掩膜层包括多个突出部；之后在所述突出部的侧壁上形成侧墙，并将所述压印后的硬掩膜层去除，所述侧墙分布构成第二图形。使用压印模具进行压印可以摆脱光刻时曝光工艺的限制，使得侧墙之间的间距可以大大缩小，有利于提高图形化的精度，减小图形线宽，提高集成度。

此外，本技术方案还对侧墙的表面进行平坦化，使其具有平坦的表面，有利于后续以所述平坦化后的侧墙对基底进行刻蚀时，改善刻蚀形成的图形的形貌。

本发明虽然已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，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种双重图形化方法，其特征在于，包括：

分别提供基底和压印模具，所述基底上形成有硬掩膜层，所述硬掩膜层的材料选自金属、金属氮化物、硅的氧化物、硅的氮化物或硅的碳化物，所述压印模具具有第一图形，所述压印模具上形成有凸起，所述凸起分布形成所述第一图形；

使用所述压印模具对所述硬掩膜层进行压印，将所述第一图形转移至所述硬掩膜层，压印后的硬掩膜层包括多个突出部；压印过程中先加热使所述硬掩膜层软化成半熔融状态，之后使用所述压印模具对所述硬掩膜层进行冲压，使得所述压印模具的凸起嵌入所述硬掩膜层中，压印过程中所述凸起与所述基底的表面接触；再之后对所述硬掩膜层进行冻结，使其定型；移除所述压印模具；

在压印所述硬掩膜层所形成的突出部的侧壁上形成侧墙；

在所述基底上形成填充层，填充相邻侧墙之间的空隙，所述填充层的表面与所述突出部的表面齐平；对所述侧墙、填充层和突出部的表面进行化学机械抛光，至所述侧墙具有平坦的表面；去除所述填充层和突出部，所述侧墙分布构成第二图形。

2.根据权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，所述软化包括对所述硬掩膜层进行加热。

3.根据权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，所述冻结包括对所述硬掩膜层进行冷却。

4.根据权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，所述硬掩膜层的材料为钛、氮化钛或铬。

5.根据权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，所述填充层的材料和所述硬掩膜层的材料相同。

6.根据权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，使用湿法刻蚀去除所述填充层和突出部。

7.根据权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，还包括：以化学机械抛光后的侧墙为掩膜对所述基底进行刻蚀，将所述第二图形转移至所述基底。

8.根据权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，所述压印模具的材料为两种或两种以上金属的合金，或金刚石。