雙掩膜自對準(zhǔn)圖案化的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙掩膜自對準(zhǔn)圖案化的方法，首先以圖案化的光刻膠作為第一內(nèi)核，于第一內(nèi)核表面覆蓋第一RELACS材料層，并進行第一次熱交聯(lián)反應(yīng)，生成第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層；在去除部分第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層和圖案化光刻膠后，以剩余的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層為第二內(nèi)核，于剩余的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層表面覆蓋第二RELACS材料層，并進行第二次熱交聯(lián)反應(yīng)，生成第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層；最后依次去除部分第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層和剩余的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物，以剩余的第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層作為掩膜圖案，由此實現(xiàn)了具有高密度線的精細圖形。
【專利說明】
雙掩膜自對準(zhǔn)圖案化的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種雙掩膜自對準(zhǔn)圖案化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在制造半導(dǎo)體器件的過程中，尤其當(dāng)半導(dǎo)體器件的特征尺寸越來越小的情況下，對于襯底上由相間排列的線(line)和間隔(space)形成的精細圖案，一般采用雙圖案(Double-Patterning)技術(shù)，如光刻-凍結(jié)-光刻_刻蝕工藝(LFLE，Litho-Freeze-Litho-Etch)、光刻-刻蝕-光刻-刻蝕(LELE，Litho-Etch-Litho-Etch)工藝以及自對準(zhǔn)雙圖案(SADP，Self-Aligned Double Patterning)工藝等。
[0003]出于經(jīng)濟和流程上的考慮，現(xiàn)有技術(shù)傾向于使用SADP工藝形成精細圖案，典型的SADP工藝流程如圖1a至圖1d所示，包括:首先，待刻蝕基底101上形成犧牲層102，如圖1a所示；參照圖lb，于犧牲層102的表面形成圖案化的光刻膠103，其中，圖案化的光刻膠103對應(yīng)精細圖案的線與線之間的間隔，利用圖案化的光刻膠103對犧牲層102進行刻蝕，形成內(nèi)核102’，內(nèi)核102’的寬度對應(yīng)精細圖案的線與線之間的間隔；如圖lc，通過化學(xué)氣相沉積覆蓋內(nèi)核102’的半導(dǎo)體層104，并進行干法刻蝕以在內(nèi)核102’的兩側(cè)形成側(cè)壁104，側(cè)壁104的位置對應(yīng)精細圖案的線的位置，側(cè)壁104的寬度對應(yīng)精細圖案的線的線寬；最后，參照圖ld，選擇性刻蝕去除內(nèi)核102’，以側(cè)壁104作為掩膜對被刻蝕目標(biāo)層101進行刻蝕，其中，為了保證側(cè)壁104在去除內(nèi)核102’的刻蝕具備選擇性，內(nèi)核102’(犧牲層)的材料可選擇氧化物，側(cè)壁104(半導(dǎo)體層)的材料可選擇氮化物，利用氧化物和氮化物對不同刻蝕劑呈現(xiàn)不同的刻蝕速率進行選擇性刻蝕。
[0004]由于典型的SADP工藝需要分別沉積犧牲層和半導(dǎo)體層以形成內(nèi)核和側(cè)壁，為了節(jié)約成本以及避免后續(xù)選擇性刻蝕時影響側(cè)壁的形貌，US20100136784提供了一種SADP工藝，以圖案化的光刻膠替代犧牲層形成內(nèi)核，并在內(nèi)核兩側(cè)通過沉積半導(dǎo)體層形成對應(yīng)精細圖案位置的側(cè)壁，以顯影液去除內(nèi)核以避免選擇性刻蝕影響側(cè)壁形貌。
[0005]隨著材料科學(xué)的發(fā)展，新型的組合物如RELACS (Resolut1n EnhancementLithography Assisted By Chemical Shrink，分辨率增強光刻輔助化學(xué)收縮)材料被用作光刻膠。RELACS材料主要是由水溶性的高分子與交鏈劑所組成，典型的，US20100279509提供了一種硅基/碳基可涂覆的RELACS材料。RELACS材料具有以下性質(zhì):可被水溶性的顯影液去除；與酸性離子在一定的溫度條件下可進行交鏈反應(yīng)，生成交鏈反應(yīng)物，而交鏈反應(yīng)物不能被水溶性的顯影液去除；應(yīng)用上述RELACS材料的性質(zhì)，US6383952提供了一種SADP工藝，在以圖案化的光刻膠形成內(nèi)核后，在內(nèi)核表面涂覆一層RELACS材料層，并進行烘焙，由于光刻膠中含有酸性離子，經(jīng)過曝光、顯影程序后，堿性的顯影液會與光刻膠圖形邊緣的酸性離子產(chǎn)生中和作用，使得圖形邊緣的酸性離子濃度下降，在烘焙過程中，殘留在光刻膠中的酸性離子因為受熱而產(chǎn)生擴散運動，在擴散的過程中會同時產(chǎn)生新的酸性離子，這些酸性離子會擴散進入RELACS材料內(nèi)，使RELACS材料發(fā)生交鏈反應(yīng)，以在圖案化光刻膠形成的內(nèi)核表面上形成了一層交鏈反應(yīng)物，通過刻蝕去除圖案化光刻膠可形成由交鏈反應(yīng)物形成的、對應(yīng)精細圖案中線位置的側(cè)壁。
[0006]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體器件的特征線寬逐漸縮小，在制造過程中期望形成具有更高密度線的精細圖形，由于光刻膠在圖案化的過程中受限于曝光精度，使得作為內(nèi)核的光刻膠尺寸不能無限制縮小，因此現(xiàn)有方法已不適用于需要高密度精細圖形的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于上述問題，本發(fā)明提供了一種雙掩膜自對準(zhǔn)圖案化的方法，以形成具有高密度線的精細圖形。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:一種雙掩膜自對準(zhǔn)圖案化的方法，其特征在于，包括:
[0009]提供待刻蝕的半導(dǎo)體基底；
[0010]在所述半導(dǎo)體基底表面形成圖案化的光刻膠；
[0011]形成覆蓋所述圖案化的光刻膠表面的第一 RELACS材料層；
[0012]進行第一次熱處理，以使所述第一 RELACS材料層與所述圖案化的光刻膠接觸處發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)，形成第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層；
[0013]去除未與所述圖案化的光刻膠發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)的第一 RELACS材料層；
[0014]去除所述圖案化的光刻膠頂端的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層，并去除所述圖案化的光刻膠；
[0015]形成覆蓋剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層的第二 RELACS材料層；
[0016]進行第二次熱處理，以使所述第二 RELACS材料層與剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層接觸處發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)，形成第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層；
[0017]去除沒有與剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)的第二 RELACS材料層；
[0018]去除剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物頂端的第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層，并去除剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物；
[0019]以剩余的所述第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層作為掩膜圖案。
[0020]進一步，所述第一次熱處理和第二次熱處理均為混合烘烤處理，烘烤溫度為70°C至130 °C且每次烘烤時間為20至90秒。
[0021]進一步，使用去離子水清洗去除未與所述圖案化的光刻膠發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)的第一RELACS材料層和沒有與剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)的第二 RELACS材料層。
[0022]進一步，使用等離子刻蝕去除所述圖案化的光刻膠頂端的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層，以暴露所述圖案化的光刻膠；
[0023]通過曝光顯影工藝去除所述圖案化的光刻膠。
[0024]進一步，所述第一 RELACS材料層采用硅基RELACS材料，所述第二 RELACS材料層采用碳基RELACS材料；或者，所述第一 RELACS材料層采用碳基RELACS材料，所述第二RELACS材料層采用硅基RELACS材料。
[0025]進一步，采用等離子刻蝕去除所述圖案化的光刻膠頂端的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層。
[0026]進一步，依次使用曝光、顯影和去離子水清洗去除所述圖案化的光刻膠。
[0027]進一步，采用等離子刻蝕去除剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物頂端的第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層，以暴露剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物的頂端；
[0028]采用選擇性刻蝕去除剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物。
[0029]采用本發(fā)明的雙掩膜自對準(zhǔn)圖案化的方法，首先以圖案化的光刻膠作為第一內(nèi)核，于第一內(nèi)核表面覆蓋第一 RELACS材料層，并進行第一次熱交聯(lián)反應(yīng)，生成第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層；在去除部分第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層和團花光刻膠后，以剩余的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層為第二內(nèi)核，于剩余的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層表面覆蓋第二 RELACS材料層，并進行第二次熱交聯(lián)反應(yīng)，生成第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層；最后依次去除部分第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層和剩余的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物，以剩余的第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層作為掩膜圖案，由此實現(xiàn)了具有高密度線的精細圖形。
【附圖說明】
[0030]圖1a?圖1d為現(xiàn)有技術(shù)中自對準(zhǔn)雙圖案工藝的示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明一種雙掩膜自對準(zhǔn)圖案化的方法流程圖；
[0032]圖3a?圖3i為本發(fā)明具體實施例的流程結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0033]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0034]本發(fā)明提出了一種雙掩膜自對準(zhǔn)圖案化的方法，如圖2所示，包括:
[0035]提供待刻蝕的半導(dǎo)體基底；
[0036]在所述半導(dǎo)體基底表面形成圖案化的光刻膠；
[0037]形成覆蓋所述圖案化的光刻膠表面的第一 RELACS材料層；
[0038]進行第一次熱處理，以使所述第一 RELACS材料層與所述圖案化的光刻膠接觸處發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)，形成第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層；
[0039]去除未與所述圖案化的光刻膠發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)的第一 RELACS材料層；
[0040]去除所述圖案化的光刻膠頂端的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層，并去除所述圖案化的光刻膠；
[0041 ] 形成覆蓋剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層的第二 RELACS材料層；
[0042]進行第二次熱處理，以使所述第二 RELACS材料層與剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層接觸處發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)，形成第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層；
[0043]去除沒有與剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)的第二 RELACS材料層；
[0044]去除剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物頂端的第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層，并去除剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物；
[0045]以剩余的所述第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層作為掩膜圖案。
[0046]作為本發(fā)明的一種典型實施例，以下結(jié)合附圖3a?圖3i對本發(fā)明提供的一種雙掩膜自對準(zhǔn)圖案化的方法進行詳細描述。
[0047]如圖3a所示，首先提供待刻蝕的半導(dǎo)體基底201，并在半導(dǎo)體基底201表面形成圖案化的光刻膠202 ;形成圖案化光刻膠202的過程可采用現(xiàn)有技術(shù)完成，例如，于半導(dǎo)體基底201上旋涂形成光刻膠層，通過曝光顯影工藝形成圖案化的光刻膠202，本領(lǐng)域技術(shù)人員可采用其他現(xiàn)有技術(shù)完成圖案化光刻膠202的制備，在此不再贅述。
[0048]參照圖3b，以圖案化的光刻膠202作為第一內(nèi)核，形成覆蓋圖案化的光刻膠202表面的第一 RELACS材料層203 ;第一 RELACS材料層203可選用硅基RELACS材料或碳基RELACS 材料；
[0049]進行第一次熱處理，由于圖案化的光刻膠202在制備時通過曝光會產(chǎn)生光酸，光酸保留于圖案化的光刻膠202中，在加熱的條件下，光酸擴散進入第一 RELACS材料層203，通過光酸的催化作用，第一 RELACS材料層203發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)，生成不溶于水的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物203’。在本實施例中，優(yōu)選的，第一次熱處理為混合烘烤處理，烘烤溫度為70°C至130 °C且每次烘烤時間為20至90秒。
[0050]如圖3c_3e所示，基于RELACS材料易溶于水的性質(zhì)，利用去離子水清洗去除未與圖案化的光刻膠發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)的第一 RELACS材料層，由此保留并暴露了已生成的、具有不溶于水的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物203’ ；
[0051]刻蝕去除圖案化的光刻膠202頂端的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層，以暴露圖案化光刻膠202的表面；在本實施例中，優(yōu)選采用等離子刻蝕，其中，刻蝕氣體至少包括C02、02、N2, CF4,H2, Cl2中的一種或兩種以上的混合氣體。
[0052]去除暴露的圖案化光刻膠202，在本實施例中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可采用現(xiàn)有技術(shù)中的手段去除圖案化的光刻膠202，如曝光顯影或灰化處理。
[0053]如圖3f所示，以剩余的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層203’ a作為第二內(nèi)核，形成覆蓋剩余的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層203’ a的第二 RELACS材料層204 ;
[0054]進行第二次熱處理，以使第二 RELACS材料層204與剩余的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層203’a接觸處發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)，形成第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層204’。對此步驟的原理闡述如下:
[0055]第一次熱處理時，光酸擴散進入第一 RELACS材料層，并在光酸催化下生成第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層，由于光酸僅作為催化作用，其并沒有消耗，仍存在于第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層中，因此，借助存在于剩余的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層203’ a中的光酸，在第二次熱處理時，其擴散進入第二RELACS材料層204，催化發(fā)生第二次熱交聯(lián)反應(yīng)，由此于第二內(nèi)核(剩余的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層)203’ a的表面形成了第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層204’。
[0056]在本實施例中，第二 RELACS材料層204采用的材料取決于第一 RELACS材料層203采用的材料，當(dāng)?shù)谝?RELACS材料層203采用硅基RELACS材料時，第二 RELACS材料層204采用碳基RELACS材料，當(dāng)?shù)谝?RELACS材料層203采用碳基RELACS材料時，第二 RELACS材料層204采用硅基RELACS材料。第二次熱處理為混合烘烤處理，烘烤溫度為70°C至130°C且每次烘烤時間為20至90秒。
[0057]如圖3g_3i所示，同樣基于RELACS材料易溶于水的性質(zhì)，利用去離子水清洗去除未與圖案化的光刻膠發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)的第二 RELACS材料層；
[0058]通過刻蝕去除剩余的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物203’a頂端的第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層204’，于本實施例中，優(yōu)選采用等離子刻蝕，其中，刻蝕氣體至少包括C02、02、N2, CF4, H2, Cl2中的一種或兩種以上的混合氣體。
[0059]去除剩余的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物203’ a于本實施中是通過選擇性刻蝕實現(xiàn)的，其原理如下:
[0060]當(dāng)?shù)谝?RELACS材料層203采用硅基RELACS材料時，通過第一次熱交聯(lián)反應(yīng)生成的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物203’包含硅基；第二 RELACS材料層204采用碳基RELACS材料時，通過第二次熱交聯(lián)反應(yīng)生成的第二熱交聯(lián)反應(yīng)物204’包含碳基?；诘谝弧⒌诙峤宦?lián)反應(yīng)物的不同組成，本領(lǐng)域技術(shù)人員可選擇對硅基具有高選擇性，而對碳基具有低選擇性的刻蝕劑進行刻蝕，由此實現(xiàn)選擇性的刻蝕去除剩余的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物203’a，保留剩余的第二熱交聯(lián)反應(yīng)物204’ a。
[0061]當(dāng)?shù)谝?RELACS材料層203采用碳基RELACS材料時，通過第一次熱交聯(lián)反應(yīng)生成的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物203’包含碳基；第二 RELACS材料層204采用硅基RELACS材料時，通過第二次熱交聯(lián)反應(yīng)生成的第二熱交聯(lián)反應(yīng)物204’包含硅基。基于第一、第二熱交聯(lián)反應(yīng)物的不同組成，本領(lǐng)域技術(shù)人員可選擇對碳基具有高選擇性，而對硅基具有低選擇性的刻蝕劑進行刻蝕，由此實現(xiàn)選擇性的刻蝕去除剩余的第一熱交聯(lián)反應(yīng)物203’a，保留剩余的第二熱交聯(lián)反應(yīng)物204’ a。
[0062]如圖3i所示的，剩余的第二熱交聯(lián)反應(yīng)物204’ a構(gòu)成了后續(xù)工藝的掩膜圖案，由此實現(xiàn)了具有高密度線的精細圖形。
[0063]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種雙掩膜自對準(zhǔn)圖案化的方法，其特征在于，包括: 提供待刻蝕的半導(dǎo)體基底； 在所述半導(dǎo)體基底表面形成圖案化的光刻膠； 形成覆蓋所述圖案化的光刻膠表面的第一 RELACS材料層； 進行第一次熱處理，以使所述第一 RELACS材料層與所述圖案化的光刻膠接觸處發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)，形成第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層； 去除未與所述圖案化的光刻膠發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)的第一 RELACS材料層； 去除所述圖案化的光刻膠頂端的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層，并去除所述圖案化的光刻膠； 形成覆蓋剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層的第二 RELACS材料層； 進行第二次熱處理，以使所述第二 RELACS材料層與剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層接觸處發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)，形成第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層； 去除沒有與剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)的第二 RELACS材料層；去除剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物頂端的第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層，并去除剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物； 以剩余的所述第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層作為掩膜圖案。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一次熱處理和第二次熱處理均為混合烘烤處理，烘烤溫度為70°C至130°C且每次烘烤時間為20至90秒。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用去離子水清洗去除未與所述圖案化的光刻膠發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)的第一 RELACS材料層和沒有與剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層發(fā)生熱交聯(lián)反應(yīng)的第二 RELACS材料層。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用等離子刻蝕去除所述圖案化的光刻膠頂端的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層，以暴露所述圖案化的光刻膠； 通過曝光顯影工藝去除所述圖案化的光刻膠。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一RELACS材料層采用硅基RELACS材料，所述第二 RELACS材料層采用碳基RELACS材料；或者，所述第一 RELACS材料層采用碳基RELACS材料，所述第二 RELACS材料層采用硅基RELACS材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用等離子刻蝕去除所述圖案化的光刻膠頂端的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物層。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，依次使用曝光、顯影和去離子水清洗去除所述圖案化的光刻膠。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用等離子刻蝕去除剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物頂端的第二熱交聯(lián)反應(yīng)物層，以暴露剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物的頂端； 采用選擇性刻蝕去除剩余的所述第一熱交聯(lián)反應(yīng)物。
【文檔編號】G03F1/76GK105988284SQ201510057277
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月4日
【發(fā)明人】郝靜安, 胡華勇
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司