專利名稱：利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體集成電路的制造方法，尤其涉及一種在集成電 路襯底上利用可顯影材料的兩次圖形曝光方法。
背景技術(shù)：
隨著芯片尺寸的縮小，傳統(tǒng)的單次光刻成像技術(shù)已經(jīng)不能滿足半導(dǎo)體 技術(shù)發(fā)展的需求，為了進(jìn)一步發(fā)掘并利用現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備的潛力、乃至實現(xiàn)更為細(xì)小的芯片線寬，兩次圖形曝光技術(shù)(Double Patterning)應(yīng)運而 生。但是目前的兩次圖形曝光技術(shù)還存在較多的問題，如圖la-ld所示， 在現(xiàn)有技術(shù)中，使用正性光刻膠曝光顯影實現(xiàn)兩次圖形曝光技術(shù)的基本流 程如下(1) 待刻蝕襯底101上淀積一層硬掩模(Hard Mask, HM) 102 (例 如二氧化硅，氮化硅，金屬硅化物)；(2) 第一抗反射層(Bottom Anti-Reflection Coating, BARC) 103 的涂覆及第一光刻膠(Photo Resist, PR)104的涂覆；(3) 進(jìn)行第一次光刻，這時硅片的剖面結(jié)構(gòu)如圖la所示；(4) 進(jìn)行第一次刻蝕，首先刻蝕到非光刻膠保護(hù)區(qū)域的第一抗反射 涂層103，隨后利用第一光刻膠104作為刻蝕掩蔽層，完成硬掩模102刻 蝕，該刻蝕停止于待刻蝕襯底101表面；(5) 剝離第一抗反射層103和第一光刻膠104，這時硅片的剖面結(jié) 構(gòu)如圖lb所示；(6) 第二抗反射層105的涂覆，第二光刻膠106的涂覆；(7) 進(jìn)行第二次光刻，這時硅片的剖面結(jié)構(gòu)如圖1C所示；(8) 進(jìn)行第二次刻蝕，首先刻蝕掉覆蓋在硬掩模102以及非光刻膠 保護(hù)區(qū)域的第二抗反射涂層105，隨后利用硬掩模102和第二光刻膠106共同作為刻蝕掩蔽層，刻蝕暴露的襯底ioi。(9) 剝離剩余的第二抗反射層105和第二光刻膠106，然后進(jìn)行清 洗，這時硅片的剖面結(jié)構(gòu)如圖ld所示；(10) 剝離剩余的硬掩模102。在這個工藝過程中，存在如下缺點由于硬掩模層與襯底材料的刻蝕 選擇比不高，因此其厚度較厚，引起第二抗反射涂層的涂覆厚度在圖形密 集區(qū)域和圖形疏松區(qū)域差異較大，進(jìn)而會影響后續(xù)光刻、刻蝕工藝，導(dǎo)致 難于進(jìn)行精確、可重復(fù)性的工藝生產(chǎn)。而且，由于需要涂覆一層硬掩模層， 以在進(jìn)行第二次刻蝕時與第二光刻膠一同作為刻蝕掩蔽層，形成芯片線 寬，由此提高了工藝的復(fù)雜性；而且所述硬掩模層的加入，對最終制成的 芯片的導(dǎo)電性能也會造成一定的影響。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種利用可顯影填充材料的兩次圖形 曝光方法，可避免產(chǎn)生第二次抗反射涂層的涂覆厚度在圖形密集區(qū)域和圖 形疏松區(qū)域差異較大的問題，從而提高第二次光刻和刻蝕工藝的穩(wěn)定性， 提高兩次圖形曝光技術(shù)的表現(xiàn)；而且可不用涂覆硬掩模層，從而降低了實現(xiàn)兩次圖形曝光工藝的復(fù)雜性，并且提高了芯片的導(dǎo)電性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種利用可顯影填充材料的兩次 圖形曝光方法，包括以下步驟(1) 在待刻蝕襯底(201)上涂覆一層第一抗反射層(202)，然后涂 覆第一光刻膠(203);(2) 進(jìn)行第一次光刻；(3) 進(jìn)行第一次刻蝕；(4) 剝離第一光刻膠(203)和剩余的第一抗反射層(202);(5) 用濕法將可顯影的填充材料(204)涂覆在硅片表面，填充待刻 蝕襯底(201)之間的間隙；(6) 顯影經(jīng)過填充材料(204)涂覆后的硅片，去除待刻蝕襯底(201) 表面上方的填充材料(204)，實現(xiàn)硅片表面的平整表現(xiàn)；(7) 涂覆第二抗反射層(205)，然后涂覆第二光刻膠(206);(8) 進(jìn)行第二次光刻；(9) 進(jìn)行第二次刻蝕；(10) 剝離第二光刻膠(206)和剩余的第二抗反射層(205)及填充 材料(204)，然后進(jìn)行清洗。本發(fā)明由于采用了上述技術(shù)方案，具有這樣的有益效果，即通過完成 第一次光刻、刻蝕，并剝離了剩余的第一抗反射層、第一光刻膠之后，采 用濕法可顯影填充性材料涂覆在硅片表面，以填充待刻蝕襯底之間的間隙， 然后通過對所述填充材料進(jìn)行顯影的方式移除待刻蝕襯底表面上的所述填 充性材料，從而形成平整的界面，然后再進(jìn)行第二次光刻、刻蝕等工藝，從而消除了傳統(tǒng)兩次圖形曝光技術(shù)工藝中由于表面形貌臺階的高度變化而 引入的第二次光刻、刻蝕工藝的不穩(wěn)定性，提高了兩次圖形曝光技術(shù)的表 現(xiàn)。而且，由于本發(fā)明所述方法不需要在襯底上覆蓋一層硬掩模層，因此 降低了兩次圖形曝光工藝的復(fù)雜性，并且從一定程度上提高了所制成芯片 的導(dǎo)電性能。


下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖la至圖ld為利用現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)兩次圖形曝光的硅片結(jié)構(gòu)剖面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明利用可顯影填充材料實現(xiàn)兩次圖形曝光的流程示 意圖；圖3a至圖3f為根據(jù)本發(fā)明利用可顯影填充材料實現(xiàn)兩次圖形曝光 的硅片結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實施方式
如圖2所示，為本發(fā)明所述利用可顯影填充材料實現(xiàn)兩次圖形曝光的 流程示意圖，其具體過程如下在待刻蝕襯底201上，涂覆第一抗放射層(BottomAnti-Reflection Coating) 202，涂覆厚度為10納米至10000納米，烘烤溫度為5(TC至250 °C、烘烤時間為10秒至1000秒。所述第一抗反射層可采用如下材料非 晶硅、氮化硅、氧氮化硅、氧化硅、摻雜氧化硅、氧碳化硅、氮化物、氮 化硅、鈦、氧化鈦等。然后，在涂覆了第一抗反射層202的硅片上涂覆第 一光刻膠(Photo Resist, PR) 203，涂覆厚度為10納米至10000納米， 烘烤溫度為5(TC至250°C、烘烤時間為10秒至1000秒。對硅片進(jìn)行第一次光刻，從而形成如圖3a所示的剖面結(jié)構(gòu)。隨后， 對所述硅片進(jìn)行第一次刻蝕，利用第一光刻膠203作為刻蝕掩蔽層，刻蝕 掉位于非第一光刻膠203保護(hù)區(qū)域內(nèi)的第一抗反射層202和待刻蝕襯底 201。當(dāng)所述第一次刻蝕完成后，剝離第一光刻膠203和剩余的第一抗反 射層202，從而形成如圖3b所示的硅片剖面結(jié)構(gòu)。用濕法將可顯影的填充材料204涂覆在硅片表面，以填充待刻襯底 201之間的間隙。在本發(fā)明中，所述填充材料204可由酮類，醚類，垸烴 類等有機(jī)溶劑、抗反射吸收材料、可與標(biāo)準(zhǔn)四甲基氫氧化銨顯影液反應(yīng)的 有機(jī)酸基團(tuán)樹脂以及含氧、氟元素的有機(jī)基團(tuán)樹脂構(gòu)成，交聯(lián)樹脂構(gòu)成， 其分子量在1000到50000之間，折射率在1.0到3.0之間，消光系數(shù)在 0. 1到3. 0之間。為了確保填充材料204能夠有效地填充待刻蝕襯底201 之間的間隙，可根據(jù)實際情況進(jìn)行1 3次填充材料204的涂覆，每進(jìn)行 完一次填充材料204的涂覆后，都應(yīng)對涂覆表現(xiàn)進(jìn)行檢測，以檢査其是否 滿足填充待刻蝕襯底201之間的間隙的要求，如果未滿足要求，則可第2 3次涂覆，直至滿足要求為止。在一個實施例中，每次所涂覆的填充材料 204的涂布劑量均為0.5ml到5ml，烘烤溫度均為60。C到250°C，烘烤時 間均為10秒到120秒。完成填充材料涂覆后的硅片剖面結(jié)構(gòu)可參見圖3c。顯影經(jīng)過填充材料204涂覆后的硅片，以去除待刻蝕襯底201表面上 方的填充材料204，實現(xiàn)硅片表面的平整表現(xiàn)。顯影過程中，所用顯影液 的溫度為1(TC到3(TC，顯影浸泡時間為10秒到120秒，隨后再使用去離 子水沖洗硅片表面，以移除顯影液，沖洗時間為10到120秒。為了能夠 將待刻蝕襯底201表面上方的填充材料204去除干凈，實現(xiàn)平整的硅片表面，可根據(jù)實際情況進(jìn)行1 3次顯影，每進(jìn)行完一次顯影后，都應(yīng)對顯 影表現(xiàn)進(jìn)行檢測，如果發(fā)現(xiàn)襯底201表面上方還殘留有填充材料，則可進(jìn) 行第2 3次顯影，直至襯底201表面上方的填充材料全部去除，硅片表 面較為平整。在一個實施例中，每次顯影的顯影液用量均為lml到100ml， 溫度均為1(TC到3(TC，顯影浸泡時間均為10秒到120秒。經(jīng)過顯影后的 硅片剖面結(jié)構(gòu)可參考圖3d。在經(jīng)過顯影后的硅片表面涂覆第二抗反射層205，涂覆厚度為10納 米至10000納米，烘烤溫度為5(TC至250°C、烘烤時間為10秒至1000 秒。其中，所述第二抗反射層205可采用如下材料非晶硅、氮化硅、氧 氮化硅、氧化硅、摻雜氧化硅、氧碳化硅、氮化物、氮化硅、鈦、氧化鈦 等。然后，在涂覆了第二抗反射層205的硅片表面再涂覆第二光刻膠206， 涂敷厚度為10納米至10000納米、烘烤溫度為50'C至250°C、烘烤時間 為10秒至1000秒。對硅片進(jìn)行第二次光刻，形成如圖3e所示的剖面結(jié)構(gòu)。隨后，對所 述硅片進(jìn)行第二次刻蝕，利用第二光刻膠206作為刻蝕掩蔽層，刻蝕掉位 于非第二光刻膠206保護(hù)區(qū)域內(nèi)的第二抗反射層205和待刻蝕襯底201。 當(dāng)所述第二次刻蝕完成之后，剝離第二光刻膠206及剩余的第二抗反射層 205和濕法可顯影填充材料204，并對硅片進(jìn)行清洗，從而完成了整個兩 次圖形曝光過程，最終所形成的硅片的剖面結(jié)構(gòu)如圖3f所示，從圖中可 以看出最后所形成的芯片具有較小的線寬。綜上所述，本發(fā)明所述方法，不僅通過利用可顯影填充材料，避免了 產(chǎn)生第二次抗反射涂層的涂覆厚度在圖形密集區(qū)域和圖形疏松區(qū)域差異較大的問題，因此提高了兩次圖形曝光技術(shù)中第二次光刻、刻蝕工藝的穩(wěn) 定性；而且，不需要涂覆硬掩模層來作為第二次刻蝕時的刻蝕掩蔽層，因 此降低的工藝實現(xiàn)的復(fù)雜度，并且由于沒有硬掩模層的參與，使得最終制 成芯片的導(dǎo)電性能從一定程度得到了提高。
權(quán)利要求
1、一種利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在待刻蝕襯底(201)上涂覆一層第一抗反射層(202)，然后涂覆第一光刻膠(203)；(2)進(jìn)行第一次光刻；(3)進(jìn)行第一次刻蝕；(4)剝離第一光刻膠(203)和剩余的第一抗反射層(202)；(5)用濕法將可顯影的填充材料(204)涂覆在硅片表面，填充待刻蝕襯底(201)之間的間隙；(6)顯影經(jīng)過填充材料(204)涂覆后的硅片，去除待刻蝕襯底(201)表面上方的填充材料(204)，實現(xiàn)硅片表面的平整表現(xiàn)；(7)涂覆第二抗反射層(205)，然后涂覆第二光刻膠(206)；(8)進(jìn)行第二次光刻；(9)進(jìn)行第二次刻蝕；(10)剝離第二光刻膠(206)和剩余的第二抗反射層(205)及填充材料(204)，然后進(jìn)行清洗。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法， 其特征在于，所述步驟(3)的具體實現(xiàn)方法為利用第一光刻膠(203) 作為刻蝕掩蔽層，刻蝕掉位于非第一光刻膠(203)保護(hù)區(qū)域內(nèi)的第一抗反 射層(202)和待刻蝕襯底(201)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法，其特征在于，所述步驟(9)的具體實現(xiàn)方法為利用第二光刻膠(206) 作為刻蝕掩蔽層，刻蝕掉位于非第二光刻膠(206)保護(hù)區(qū)域內(nèi)的第二抗反 射層(205)和待刻蝕襯底(201)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法， 其特征在于，在執(zhí)行所述步驟(5)時，應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行1 3次填充材 料(204)的涂覆，每進(jìn)行完一次填充材料(204)的涂覆后，都應(yīng)對涂覆 表現(xiàn)進(jìn)行檢測，以檢査其是否滿足填充待刻蝕襯底(201)之間的間隙的要 求，如果未滿足要求，則可第2 3次涂覆，直至滿足要求為止。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方 法，其特征在于，所述填充材料(204)由酮類，醚類，垸烴類等有機(jī)溶劑、 抗反射吸收材料、可與標(biāo)準(zhǔn)四甲基氫氧化銨顯影液反應(yīng)的有機(jī)酸基團(tuán)樹脂 以及含氧、氟元素的有機(jī)基團(tuán)樹脂構(gòu)成，交聯(lián)樹脂構(gòu)成，其分子量在iooo 到50000之間，折射率在1.0到3.0之間，消光系數(shù)在O. l到3.0之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法， 其特征在于，每次所涂覆的填充材料(204)的涂布劑量均為0.5ml到5ml， 烘烤溫度均為6(TC到25(TC，烘烤時間均為10秒到120秒。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方 法，其特征在于，在執(zhí)行所述步驟(6)時，應(yīng)根據(jù)實際情況進(jìn)行1 3次顯 影，每進(jìn)行完一次顯影后，都應(yīng)對顯影表現(xiàn)進(jìn)行檢測，如果發(fā)現(xiàn)待刻蝕襯 底(201)的表面上方還殘留有填充材料(204)，則可進(jìn)行第2 3次顯影， 直至待刻蝕襯底(201)表面上方的填充材料(204)全部去除，硅片表面
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法， 其特征在于，每次顯影的顯影液用量均為lml到100ml，溫度均為1(TC到30 °C，顯影浸泡時間均為10秒到120秒。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法， 其特征在于，對填充材料(204)進(jìn)行顯影后，還需使用去離子水沖洗硅片 表面，以移除顯影液，沖洗時間為10到120秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用可顯影填充材料的兩次圖形曝光方法，通過完成第一次光刻、刻蝕，并剝離了剩余的第一抗反射層、第一光刻膠之后，采用濕法可顯影填充性材料涂覆在硅片表面，以填充待刻蝕襯底之間的間隙，然后通過對所述填充材料進(jìn)行顯影的方式移除待刻蝕襯底表面上的所述填充性材料，從而形成平整的界面，然后再進(jìn)行第二次光刻、刻蝕等工藝，從而消除了傳統(tǒng)兩次圖形曝光技術(shù)工藝中由于表面形貌臺階的高度變化而引入的第二次光刻、刻蝕工藝的不穩(wěn)定性，提高了兩次圖形曝光技術(shù)的表現(xiàn)。本發(fā)明所述方法不需要在襯底上覆蓋一層硬掩模層，因此降低了兩次圖形曝光工藝的復(fù)雜性，并且從一定程度上提高了所制成芯片的導(dǎo)電性能。
文檔編號G03F7/16GK101308330SQ20071004071
公開日2008年11月19日 申請日期2007年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月16日
發(fā)明者駿 朱, 陳福成 申請人:上海華虹Nec電子有限公司