專利名稱：用以增大特征空間密度的兩次形成圖案的光刻技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造，尤其涉及用于增大使用光刻技術(shù)定 義的特征空間的密度的技術(shù)。
背景技術(shù)：
為了在集成電路制造中獲得較高的器件密度，要求光刻處理印 刷越來越小的特征尺寸及特征之間的間距。在本領(lǐng)域中已知幾種用以 將光刻處理的范圍延伸到越來越小特征尺寸和間距的方法。
一種方法是將用于對所使用的光致抗蝕劑進(jìn)行曝光及形成圖案
的輻射波長降低到深紫外(DUV)、遠(yuǎn)紫夕卜(FUV)或極紫外(EUV) 范圍。可以認(rèn)為，DUV光譜指的是300nm以下的波長，F(xiàn)UV光譜指的 是200皿以下的波長，EUV光譜指的是31nm以下的波長(尤其包含 13.5nm波長)。這要求用于執(zhí)行光刻的設(shè)備發(fā)生根本且昂貴的變化， 并且對于某些類型的集成也路來說，特征本身可能不足以決定所需要 的特征尺寸。另外，特別適于在DUV、 FUV和EUV范圍中的一個(gè)或多 個(gè)范圍中工作的光致抗蝕劑有時(shí)會(huì)導(dǎo)致其他重大限制。
另一種在本領(lǐng)域中已經(jīng)提出的用以降低光刻處理能獲得的特征 間距的方法是在定義位于曝光并顯影后的光致抗蝕劑下面的一個(gè)層 或多個(gè)層中的特征之前，對光致抗蝕劑進(jìn)行多次曝光。例如，如US 5686223中所描述的一樣，給要在其中或其上定義特征的襯底涂上第 一抗蝕劑，用第一掩模進(jìn)行曝光以及進(jìn)行顯影，來產(chǎn)生光致抗蝕劑中 的第一圖案。然后對第一光致抗蝕劑圖案進(jìn)行堅(jiān)膜(stabilize)。 給該襯底涂上第二光致抗蝕劑、用第二掩模進(jìn)行曝光和顯影，以產(chǎn)生
光致抗蝕劑中的第二圖案。可對第一圖案和第二圖案進(jìn)行選擇，使得 每個(gè)圖案具有間距為最終所需間距的二倍的特征，從而組合的圖案在
期望間距處提供了交錯(cuò)的特征。然后可處理(例如蝕刻)襯底中沒有被第一和第二光致抗蝕劑圖案保護(hù)的區(qū)域，從而在每個(gè)光刻掩模的一 半間距處定義期望的特征。
當(dāng)然，必須對第一光致抗蝕劑圖案進(jìn)行堅(jiān)膜，使得它實(shí)質(zhì)上不 受第二光致抗蝕劑的曝光和顯影步驟的影響，否則它可能會(huì)與第二光
致抗蝕劑一起被再次至少部分地被曝光和顯影掉。US 5686223提出 了使用波長范圍為200nm至400nm內(nèi)的DUV曝光來對形成圖案的第一 光致抗蝕劑進(jìn)行堅(jiān)膜。該技術(shù)因此不易于與特別適于在DUV、 FUV和/ 或EUV范圍工作的光致抗蝕劑兼容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供 一 種對光致抗蝕劑層兩次形成圖案(double patterning)的改進(jìn)工藝，使得能在襯底上定義比用單掩模能實(shí)現(xiàn)的 空間頻率更高(例如間距更小)的特征。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種在至少一個(gè)器件層中或在襯 底上形成圖案的方法，該方法包括以下步驟
a) 給器件層(10)涂上第一光致抗蝕劑層(11);
b) 采用第一掩模來對第一光致抗蝕劑進(jìn)行曝光；
c) 對第一光致抗蝕劑層進(jìn)行顯影，以在襯底上形成第一圖案 (12);
d) 給襯底涂上保護(hù)層(13);
e) 處理保護(hù)層，使得與第一光致抗蝕劑(11)接觸的區(qū)域發(fā)生 變化，以使發(fā)生了變化的保護(hù)層實(shí)質(zhì)上不受后續(xù)曝光和/或顯影步驟 影響；
f) 給襯底涂上第二光致抗蝕劑層(16);
g) 采用第二掩模來曝光第二光致抗蝕劑層；以及
h) 對第二光致抗蝕劑層(16)進(jìn)行顯影，以在不顯著地影響第 一光致抗蝕劑層中的第一圖案(12)的情況下，在襯底上形成第二圖 案(17)，
i) 其中第一和第二圖案(12， 17)共同定義了交錯(cuò)的特征，這 些交錯(cuò)的特征比在第一圖案和第二圖案的每個(gè)中分別定義的特征具有更大的空間頻率。


現(xiàn)在將通過示例并參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中
圖1-1至1-8包括一套圖示兩次形成圖案工藝的示意截面圖2是適于使用圖l的工藝來制造的finFET器件的示意透視圖； 圖3是襯底上的一對反相結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)finFET器件的示意平面
圖，在其左側(cè)示出了其等效電路圖4A示出適于定義圖3的finFET結(jié)構(gòu)的特征的傳統(tǒng)光刻掩模； 圖4B示出采用現(xiàn)有技術(shù)工藝的使用圖4A的掩模來定義的特征
在受到光學(xué)鄰近效應(yīng)時(shí)的顯微鏡照片；
圖5A和5B示出適于用來定義圖3的finFET結(jié)構(gòu)的特征的兩次
形成圖案工藝的第 一 和第二光刻掩模；
圖5C示出用兩次形成圖案工藝采用圖5A和5B的掩模所產(chǎn)生的
蝕刻劑圖案；
圖6A是襯底上的其鰭片以第一空間頻率被間隔開的一對互補(bǔ) finFET器件的示意平面圖6B是襯底上的其鰭片以第二空間頻率被間隔開的一對互補(bǔ) finFET器件的示意平面圖，其中第二空間頻率是圖6A的器件的空間 頻率的二倍；
圖7A和7B示出適于用于定義圖6B的finFET結(jié)構(gòu)的特征的兩
次形成圖案工藝的第一和第二光刻掩模；以及
圖7C示出以兩次形成圖案工藝采用圖7A和7B的掩模所產(chǎn)生的
蝕刻劑圖案。
具體實(shí)施例方式
圖1提供了表示兩次形成圖案技術(shù)的工藝序列的示意截面圖。 圖1-1示出了準(zhǔn)備進(jìn)行光刻處理的襯底的器件層10。在整個(gè)說明書 中，除非另外明確表示，否則表述"襯底"不僅表示原始(例如硅片) 襯底，也包括任何處于正在描述的工藝中直至相關(guān)點(diǎn)的經(jīng)過后續(xù)沉積和/或定義的層。因此，圖i-i的器件層IO可包括適于形成集成電路 的基礎(chǔ)硅片或其他半導(dǎo)體晶片或其他裸襯底，或者例如出自早期光刻 步驟的被早期沉積和/或定義的層處理過的器件最上層。
因此，應(yīng)該理解的是器件層IO不必是平坦的，尤其是如果它包 括沒有經(jīng)過平坦化的早期被形成圖案的層或者表面特征。
如圖1-2所示，例如采用傳統(tǒng)的旋涂技術(shù)，給器件層10涂上第 一光致抗蝕劑層11。然后使用具有適合圖案的光掩模來曝光第一光 致抗蝕劑層ll，并且對其進(jìn)行顯影，以洗掉光致抗蝕劑11中的不想
要的部分，從而留下圖l-3所示的襯底上的第一光致抗蝕劑圖案12。 應(yīng)該理解的是，光致抗蝕劑可以是正性或負(fù)性，從而圖案12可以分
另ij是所采用掩模的正像或負(fù)像。
現(xiàn)在參照圖l-4，給襯底涂上保護(hù)層13。保護(hù)層13可以是其物 理或化學(xué)性質(zhì)能夠在它與第一光致抗蝕劑層接觸的區(qū)域發(fā)生適當(dāng)變 化的任何材料，從而它在變化形式下變得基本上不受將要描述的第二 光致抗蝕劑層的后續(xù)曝光和/或顯影步驟的影響。保護(hù)層13的適當(dāng)材 料的示例包括JSR公司的CSX004、 AZ Electronic Materials USA 公司的RELACS 、 C1 ar i ant公司的WAS00M或其他化學(xué)收縮材料。能 夠使用已失卩的適當(dāng)旋涂技術(shù)來涂敷這些材料。
在給襯底涂上保護(hù)層13后，優(yōu)選地將襯底烘烤到保護(hù)層中與下 面的已形成圖案的第一光致抗蝕劑12接觸的區(qū)域(14)發(fā)生交聯(lián)反 應(yīng)的程度。表述"接觸"包括足以引起交聯(lián)過程的"極鄰近"的情況， 從而在第一光致抗蝕劑圖案12的頂部和側(cè)壁形成保護(hù)蓋。
在優(yōu)選的工藝中，根據(jù)所使用的材料，在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中烘烤保 護(hù)層13，優(yōu)選地是在135。C至165匸范圍的溫度下進(jìn)行烘烤，并且優(yōu) 選地烘烤60至90秒或更長的時(shí)間。如圖1-5所示，這會(huì)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上 不受后續(xù)曝光和/或顯影工藝影響的交聯(lián)材料的保護(hù)蓋15。在優(yōu)選工 藝中，產(chǎn)生的保護(hù)蓋的厚度在5mn至15mn的范圍內(nèi)，使得線條的厚 度為10nm至30服。因此，通過適當(dāng)?shù)娘@影劑能沖掉未發(fā)生反應(yīng)的保 護(hù)層13，從而如圖1-6所示，僅僅留下了具有保護(hù)蓋15的第一光致 抗蝕劑圖案12。如圖1-7所示，然后，例如使用傳統(tǒng)的旋涂技術(shù)給產(chǎn)生的襯底 涂上第二光致抗蝕劑層16。然后，使用具有適當(dāng)圖案的第二光掩模 來曝光第二光致抗蝕劑層16，并且進(jìn)行顯影以沖掉光致抗蝕劑層16
的不想要的部分，從而如圖1-8所示，在襯底上留下第二光致抗蝕劑 圖案17。應(yīng)該理解，第二光致抗蝕劑可以是正性或負(fù)性，使得圖案 17可以是所使用掩模的正像或負(fù)像。
從圖1-8可以看出，可以將在兩個(gè)光致抗蝕劑層中定義第一圖 案12和第二圖案17的第一掩模圖案和第二掩模圖案布置成其特征空 間頻率分別是在最終兩次曝光和顯影圖案中所提供的特征空間頻率
的一半。圖1-8的兩次曝光和顯影圖案的各個(gè)特征的間距或間隔是圖 1-3的單次曝光和顯影圖案的一半。更具體地講，可以看出，第一圖 案12和第二圖案17共同定義了交錯(cuò)的特征，其空間頻率大于第一圖 案12和第二圖案17分別定義的特征空間頻率。
然后，能根據(jù)已知的半導(dǎo)體處理技術(shù)(例如蝕刻器件層10或?qū)?指定雜質(zhì)注入器件層)，使用第一光致抗蝕劑圖案12和第二光致抗 蝕劑圖案17處理器件層10中未被光致抗蝕劑保護(hù)的區(qū)域。
雖然圖l-8示出了保護(hù)蓋15仍處于原來的位置，準(zhǔn)備器件層10 的后續(xù)處理，但是應(yīng)該理解的是，在處理器件層10之前，可通過針 對保護(hù)蓋具有選擇性的適當(dāng)顯影或剝離工藝去除該保護(hù)蓋，而使形成 圖案的光致抗蝕劑層12、 17實(shí)質(zhì)上不受影響。這保證了第一光致抗 蝕劑圖案12和第二光致抗蝕劑圖案17能具有相同的尺寸。
另一種選擇是，可在第二光致抗蝕劑圖案17上形成第二保護(hù)蓋， 以實(shí)現(xiàn)與帶蓋的第一光致抗蝕劑圖案相同的線尺寸。在這點(diǎn)上，應(yīng)該
認(rèn)識到的是，雖然沉積在襯底上的第二保護(hù)蓋也將對第一圖案12進(jìn) 行涂層，但是由于存在已經(jīng)發(fā)生化學(xué)變化的第一保護(hù)層形式的阻擋 層，所以將不會(huì)發(fā)生與下面的光致抗蝕劑的反應(yīng)。
在優(yōu)選的工藝中，由形成圖案的第一光致抗蝕劑層12提供的催 化劑會(huì)影響或促進(jìn)保護(hù)層13中的交聯(lián)反應(yīng)。例如，所述催化劑可以 是一種酸，其在有限程度上從形成圖案的第一光致抗蝕劑層12擴(kuò)散
進(jìn)入保護(hù)層，并且提供不溶于顯影劑的交聯(lián)保護(hù)層。第一光致抗蝕劑層可以是基于丙烯酸酯的光致抗蝕劑。
上述工藝在DUV、 FUV和XUV抗蝕性化學(xué)試劑的應(yīng)用中具有獨(dú)特 的優(yōu)勢。如先前參照US 5686223所指出，現(xiàn)有技術(shù)的兩次形成圖案 工藝依賴于對形成圖案的第一抗蝕劑層所進(jìn)行的堅(jiān)膜，該過程是通過 下列方式實(shí)現(xiàn)的將第一抗蝕劑層在DUV光源進(jìn)行曝光以對蝕刻劑進(jìn) 行堅(jiān)膜，使其在進(jìn)一步的第二光致抗蝕劑的光敏波長的輻射下曝光時(shí) 不發(fā)生化學(xué)變化。明顯不可行的是將DUV、 FUV和XUV抗蝕劑本身用 于第一和第二圖案12、 17。在優(yōu)選工藝中，用于產(chǎn)生第一和第二光 致抗蝕劑圖案的蝕刻劑適于使用DUV、 FUV或Xl)V光譜的電磁輻射來 形成圖案。在更優(yōu)選的工藝中，至少第一光致抗蝕劑適于使用200nm 以下光譜的電磁輻射來形成圖案。
如下面描述的一樣，上述工藝在形成高密度finFET器件中具有 特別(但是不是唯一的)應(yīng)用。FinFET器件是其中源極區(qū)和漏極區(qū) 表現(xiàn)為溝道兩側(cè)上的鰭片的場效應(yīng)晶體管。
■ 圖2示出傳統(tǒng)的finFET器件20的透視圖，而圖3示出串聯(lián)連 接的finFET互補(bǔ)對的平面圖，其中每個(gè)finFET由多個(gè)并聯(lián)連接的鰭 片形成。在finFET器件20中，如圖3很好地示出，柵極21環(huán)繞溝 道區(qū)22，源極區(qū)23和漏極區(qū)24以鰭狀結(jié)構(gòu)從柵極區(qū)延伸出來。柵 極21有效地定義了兩個(gè)側(cè)壁中的溝道和柵極所覆蓋的鰭片結(jié)構(gòu)的頂 面。在finFET技術(shù)中，晶體管的有效寬度W由每個(gè)晶體管的鰭片的 幾何形狀和鰭片的數(shù)量N確定W=N* (2hfi +Wfl )，其中如圖2所示， Ww和hw分別為鰭片寬度和鰭片高度。柵長Lgau由柵極條帶21的寬 度確定。現(xiàn)有技術(shù)的典型尺寸大約是Wfin=10nm、 hfin=60mn以及 Lgate=30nm。電流在鄰近兩個(gè)側(cè)壁和頂面的溝道內(nèi)流動(dòng)，從而給出了 有效的柵寬為2hfin+Wfin。
在晶體管是由多個(gè)并聯(lián)連接的鰭片形成(例如圖3的PMOS晶體 管30或畫OS晶體管31)的情況下，必須將單個(gè)源極和漏極鰭片連 接起來。而且，在諸如圖3的串聯(lián)連接的互補(bǔ)對之類的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字單元 中，必須將共源極/漏極觸點(diǎn)連接起來。在圖3左側(cè)的電路圖所表示 的CMOS反相器中，p-FET和n-FET與形成輸入節(jié)點(diǎn)32的共用柵極21和形成輸出節(jié)點(diǎn)33的共用漏極24串聯(lián)連接。P-FET包括四個(gè)并聯(lián)的 鰭片，而n-FET包括三個(gè)并聯(lián)的鰭片。更具體地講，finFET可由任 何適當(dāng)數(shù)量的鰭片形成。
源極23必須與共源極區(qū)34電連接，漏極24必須與共漏極區(qū)電 連接，可以分別向共源極區(qū)34和共漏極區(qū)36提供觸點(diǎn)35和33。圖 4A示出了在合適的硅層25上全部定義源極23、共源極區(qū)34、漏極 24和共漏極區(qū)35的傳統(tǒng)方法。
單硅片定義步驟用具有如圖4A圖像所示的布局的單光刻掩模來 提供溝道22、源極鰭片23、漏極鰭片24、'共源極區(qū)34和共漏極區(qū) 36。然而，在非常小的幾何圖案處，在共源極區(qū)34和共漏極區(qū)36 之間的小距離D (圖4A)會(huì)導(dǎo)致光學(xué)鄰近效應(yīng)，引起鰭片間和鰭片內(nèi) 的拐角變圓和線條寬度的變化。尤其對于小的幾何圖案而言，這些變 化會(huì)直接影響閾值電壓和驅(qū)動(dòng)電流，從而通常導(dǎo)致不能接受的電路性 能的劣化。
雖然有時(shí)使用光學(xué)校正技術(shù)(例如通過修改掩模上的圖案)能 校正或減輕這些光學(xué)鄰近效應(yīng)，.但是這些技術(shù)通常并不盡如人意，而 且這些技術(shù)在小幾何圖案的效果也是有限的。
能使用上述兩次形成圖案技術(shù)來減小光學(xué)鄰近效應(yīng)，從而還將 該工藝技術(shù)以兩種不同的方法擴(kuò)展到幾何圖案更小的f i n F E T器件。
圖5A至5C示出了第一種方法。在該工藝中，在兩個(gè)分別的步 驟中光刻法定義水平和垂直結(jié)構(gòu)。使用圖5A所示的第一掩模50來定 義鰭片51，以及使用圖5B所示的第二掩模52來定義共源極區(qū)54和 共漏極區(qū)55 (例如，圖4A的區(qū)域34、 36)。應(yīng)該理解，表述"水平" 和"垂直"結(jié)構(gòu)指的是這些結(jié)構(gòu)在圖中所示的器件的x-y平面內(nèi)的軸 取向。更具體地講，這些表述旨在包括長軸和/或臨界尺寸實(shí)質(zhì)上彼
此正交的第一組結(jié)構(gòu)和第二組結(jié)構(gòu)。
如結(jié)合圖l所述，用第一掩模50來曝光第一抗蝕劑層，并且對 其進(jìn)行顯影，以在第一抗蝕劑層中留下對應(yīng)的鰭片圖案51。然后， 形成圖案的第一抗蝕劑層被保護(hù)蓋15覆蓋(圖1-5和1-6)。然后， 給襯底涂上第二抗蝕劑層，并且用第二掩模52曝光該第二抗蝕劑層，以及對其進(jìn)行顯影，以在第二抗蝕劑層中留下對應(yīng)的源極區(qū)和漏極區(qū)
圖案54， 55。圖5C示出結(jié)合的抗蝕劑圖案，該圖案然后能被蝕刻到 硅或其他器件層中，來形成包括溝道22、鰭片源極和漏極23， 24和 共源極區(qū)及共漏極區(qū)34， 36的單個(gè)有源層。
該工藝提供了顯著的優(yōu)點(diǎn)，即僅僅需要單個(gè)蝕刻工藝來形成一 個(gè)有源層中的所有區(qū)域22、 23、 24、 34、 36。在圖5中可以看出， 鰭片元件光刻與源漏極區(qū)光刻的分離意味著能定義間距全部相等的 圖案更加規(guī)則的鰭片，這在控制光學(xué)鄰近效應(yīng)中提供了顯著的優(yōu)點(diǎn)， 且能最佳地控制鰭片寬度的臨界尺寸。這甚至能包括使用"假"鰭片 57，"假"鰭片57最后不形成晶體管的電有源部件，但是能增強(qiáng)對 第一掩模的光學(xué)曝光的控制。
圖5C圖示了另一個(gè)可能的優(yōu)點(diǎn)，:圖5C中的陰影輪廓示出第一 掩模和第二掩模的套印不準(zhǔn)(mis-registration)，可以看出該陰影 輪廓對器件關(guān)鍵尺寸的影響很小。.
■因此， 一般來說，圖5的結(jié)構(gòu)圖示了制造finFET的一般方法， 其中第一掩模50定義了一個(gè)或多個(gè)finFET的鰭片22、 23、 24、 51， 以及其中第二掩模52定義了必要時(shí)將同一器件層中的鰭片進(jìn)行互連 的共源極區(qū)34和共漏極區(qū)36。在定義多個(gè)相鄰finFET的特征的同 時(shí)，能保證實(shí)質(zhì)上恒定的單個(gè)finFET內(nèi)及相鄰器件之間的間隔。例 如，對于相鄰finFET來說，定義鰭片51的掩模50的圖案以同一周 期延續(xù)。
在圖5B中可以看出，第二掩模52能在適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)提供斷路，來 分開相鄰的finFET。因此如兩個(gè)分開的源極區(qū)54所示，所選鰭片將 保持為不連接。
一般來說，能將本文中的兩次形成圖案技術(shù)用于制造任何器件 結(jié)構(gòu)，在該兩次形成圖案技術(shù)中，第一掩模用來定義器件的一個(gè)層中 的水平特征，第二掩模用來定義該器件的同一層中的垂直特征。這些 水平特征和垂直特征被布置成在適當(dāng)位置相交。
應(yīng)該認(rèn)識到的是，這種將水平和垂直分量特征分開的效果在于 在兩次形成圖案之后，垂直特征散布在水平特征之間，從而這些特征共同定義了二維空間頻率，該二維空間頻率大于第一圖案和第二圖案 中的每個(gè)圖案分別定義的特征的空間頻率。實(shí)際上，通過將X軸的掩 模圖案和y軸的掩模圖案處理為分開的掩模能將這兩個(gè)掩模圖案的 高空間頻率分量分開。在兩次形成圖案工藝中將兩個(gè)掩模結(jié)合在一起 能還原兩個(gè)維度的較高空間頻率分量。
結(jié)合圖6和7來描述采用上述的兩次形成圖案技術(shù)來將該工藝 技術(shù)擴(kuò)展到更小幾何圖案的f inFET器件的第二種方法。
圖6A示出與圖3類似的串聯(lián)連接的一對互補(bǔ)finFET60，61。每 個(gè)finFET由多個(gè)并聯(lián)連接的鰭片62形成。在finFET器件60中，柵 極21環(huán)繞溝道區(qū)22，源極區(qū)23和漏極區(qū)24以鰭狀結(jié)構(gòu)從柵極區(qū)延 伸出來。單個(gè)的源極鰭片23再與共源極區(qū)34電連接，漏極鰭片24 與共漏極區(qū)36電連接，可以向共源極區(qū)34和共漏極區(qū)36提供觸點(diǎn)。
應(yīng)該注意，當(dāng)使用單個(gè)掩模來形成圖案時(shí)，圖6A的晶體管的鰭 片間距Pi可以是所使用的光刻工具的極限。通過使用上述的兩次形 成圖案技術(shù)，可以兩次形成具有鰭片的襯底圖案，每個(gè)圖案的間距為 Pl，但是該間距被偏移了距離P乂2，從而產(chǎn)生了具有間距p^p,/2的 兩次形成圖案的抗蝕劑掩模。圖6B示出了產(chǎn)生的finFET結(jié)構(gòu)。
可以看出，電路中的每個(gè)finFET的鰭片數(shù)量可以從4增加到7， 從而使驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度增大75%。在互連為主的電路中，驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度的這種增 大被直接反應(yīng)為類似的電路速度提高。能產(chǎn)生鰭片間距為P2的圖6B 的finFET，鰭片間距P2顯著地小于目前使用的光刻設(shè)備所支持的最 小光刻間距。
圖7A示出用于定義第一組鰭片71的第一掩模70。圖7B所示的 第二掩模72用于定義第二組鰭片73，其中第二組鰭片73中的每個(gè) 鰭片均插入第一組鰭片中的一對鰭片71之間。因此，第一掩模的鰭 片與第二掩模的鰭片交錯(cuò)，從而導(dǎo)致特征的空間頻率大于第一和第二 掩模圖案中的每個(gè)所定義的特征的空間頻率。表述"交錯(cuò)"旨在包括 被插入在第一掩模70的鰭片71之間的第二掩模72的鰭片73。在優(yōu) 選的結(jié)構(gòu)中，如圖所示，鰭片71和73的交錯(cuò)將產(chǎn)生具有規(guī)則間距的 交替圖案。如結(jié)合圖l所述，用第一掩模70來曝光第一抗蝕劑層，并且對 其進(jìn)行顯影，以在第一抗蝕劑層中留下對應(yīng)的鰭片圖案71。然后用
保護(hù)蓋15來覆蓋形成圖案的第一抗蝕劑層(圖1-5和1-6)。然后 給襯底涂上第二抗蝕劑層，用第二掩模72來曝光第二抗蝕劑層，并 且對其進(jìn)行顯影，以在第二抗蝕劑層中留下對應(yīng)的鰭片圖案73。圖 7C示出了結(jié)合的抗蝕劑圖案，該結(jié)合的抗蝕劑圖案然后能被蝕刻到 硅或其他器件層中以形成晶體管65、 66的鰭片(圖6B)。
一般來說，將第一和第二掩模70、 72套準(zhǔn)(register)所需的 '對準(zhǔn)誤差是完全可控的(例如小于5nm)。能容許圖7C中的陰影輪 廓所示的少量的套印不準(zhǔn)，其中鰭片76的指定位置77稍微偏離了同 鰭片75的指定關(guān)系。這對器件關(guān)鍵尺寸的影響很小。
一般來說，應(yīng)該注意，能將本文中的兩次形成圖案技術(shù)用于制 造任何的器件結(jié)構(gòu)，其中第一掩模用來定義具有第一空間頻率的第一 組周期性特征，第二掩模用來定義具有第二空間頻率的第二組周期性 特征。第一掩模和第二掩模彼此套準(zhǔn)，從而產(chǎn)生以高于第一或第二空 間頻率的第三空間頻率來定義的第一組和第二組特征合起來的特征。
在優(yōu)選的示例中，例如如圖7所示，第一和第二空間頻率相同，第三 空間頻率正好是第 一 和第二空間頗率的二倍。
還應(yīng)該認(rèn)識到，在此所述的工藝可擴(kuò)展到第三或后續(xù)圖案，例 如三次形成圖案技術(shù)。換句話說，第一掩模用來定義具有第一空間頻 率的第一組周期性特征，第二掩模用來定義具有第二空間頻率的第二 組周期性特征，并且第三掩模用來定義具有第三空間頻率的第三組周 期性特征。第一、第二和第三掩模彼此套準(zhǔn)，從而產(chǎn)生以高于第一、 第二和第三空間頗率的第四空間頻率來定義的第一、第二和第三組特 征合起來的特征。而且，在優(yōu)選示例中，第一、第二和第三空間頻率 相同，第四空間頻率正好是第一、第二和第三空間頻率的三倍。
如果經(jīng)過多次工藝之后還能保證保護(hù)蓋的穩(wěn)定性，則該原理能 被擴(kuò)展到第四次或更多次形成圖案工藝。
其他實(shí)施例在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種在襯底中或者襯底上的至少一個(gè)器件層中形成圖案的方法，該方法包括以下步驟a)給該器件層(10)涂上第一光致抗蝕劑層(11)；b)采用第一掩模來曝光第一光致抗蝕劑；c)對第一光致抗蝕劑層進(jìn)行顯影，以在襯底上形成第一圖案(12)；d)給襯底涂上保護(hù)層(13)；e)處理保護(hù)層，使得在保護(hù)層與第一光致抗蝕劑(11)接觸的區(qū)域發(fā)生變化，以使發(fā)生了變化的保護(hù)層(15)實(shí)質(zhì)上不受后續(xù)曝光和/或顯影步驟的影響；f)給襯底涂上第二光致抗蝕劑層(16)；g)采用第二掩模來曝光第二光致抗蝕劑層；以及h)對第二光致抗蝕劑層(16)進(jìn)行顯影，以在襯底上形成第二圖案(17)，而不會(huì)顯著影響第一光致抗蝕劑層中的第一圖案(12)，i)其中第一圖案(12)和第二圖案(17)共同定義了交錯(cuò)的特征，這些交錯(cuò)的特征比在第一圖案和第二圖案的每個(gè)中分別定義的特征具有更大的空間頻率。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中步驟e)包括在高溫下使保 護(hù)層(13)交聯(lián)的烘烤。
3. 如權(quán)利要求l或2所述的方法，其中步驟e)包括用由第一 光致抗蝕劑層提供的催化劑來促進(jìn)保護(hù)層中的交聯(lián)反應(yīng)。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中由第一光致抗蝕劑層提供的 催化劑是一種能擴(kuò)散進(jìn)入保護(hù)層的酸。
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中第一光致抗蝕劑是適于使用200nm以下的UV光譜的電磁輻射來形成圖案的光致抗蝕劑。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中第一光致抗蝕劑包括丙烯酸酯。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括，在步驟e)之后和步驟 f)之前，去除保護(hù)層中未被步驟e)改變的部分。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其用于制造一種finFET結(jié)構(gòu)， 其中第一掩模(50)適于定義finFET的鰭片(22, 23, 24， 51)， 以及其中第二掩模(52)適于定義將同一器件層中的鰭片互連起來的 共源極區(qū)(34)和共漏極區(qū)(36)。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中第一掩模被構(gòu)造成定義多個(gè) finFET器件的鰭片，其中多個(gè)器件的鰭片不僅在單個(gè)器件內(nèi)而且在 相鄰的器件之間都保持著實(shí)質(zhì)恒定的間距。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中第二掩模被構(gòu)造成在共源 極區(qū)和/或共漏極區(qū)中finFET器件不需要鰭片的所選位置上提供斷 路，以防止所選位置上的鰭片的互連。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，其用于制造一種器件結(jié)構(gòu)，其 中第一掩模(50)適于定義器件中的水平特征，并且其中第二掩模(52) 適于定義器件中的垂直特征，水平特征和垂直特征被定義在同一器件 層中并且在所選位置相交。
12. 如權(quán)利要求l所述的方法，其用于制造一種finFET結(jié)構(gòu)， 其中第一掩模(70)被構(gòu)造成定義finFET的第一組鰭片(22， 23， 24， 71)，并且其中第二掩模(72)被構(gòu)造成定義finFET的第二組 鰭片(22， 23， 24, 73)，第一組鰭片與第二組鰭片是交錯(cuò)的。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中第一組鰭片和第二組鰭片 交錯(cuò)成交替的圖案。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，其中第一組鰭片中的鰭片由第 一間距隔開，第二組鰭片中的鰭片也由第一間距隔開，并且第一組鰭 片和第二組鰭片的組合鰭片由實(shí)質(zhì)上為第一間距的一半的第二間距 隔開。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，其用于制造一種器件結(jié)構(gòu)，其中第一掩模(70)被構(gòu)造成定義具有第一空間頻率的第一組周期性特 征，第二掩模(72)被構(gòu)造成定義具有第二空間頻率的第二組周期性 特征，其中第一掩模和第二掩模彼此套準(zhǔn)，來產(chǎn)生以比第一空間頻率 或第二空間頻率髙的第三空間頻率定義的第--組周期性特征和第二 組周期性特征合起來的特征。.
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在襯底中或襯底上的至少一個(gè)器件層中形成圖案的方法，該方法包括給該器件層涂上第一光致抗蝕劑層；用第一掩模來曝光第一光致抗蝕劑；對第一光致抗蝕劑層進(jìn)行顯影，以在襯底上形成第一圖案；給襯底涂上保護(hù)層；對保護(hù)層進(jìn)行處理，使得與第一光致抗蝕劑接觸的區(qū)域發(fā)生變化，從而提供實(shí)質(zhì)上不受后續(xù)曝光和/或顯影步驟影響的發(fā)生了變化的保護(hù)層；給襯底涂上第二光致抗蝕劑層；采用第二掩模來曝光第二光致抗蝕劑層；以及對第二光致抗蝕劑掩模進(jìn)行顯影以在襯底上形成第二圖案，而不會(huì)顯著地影響第一光致抗蝕劑層中的第一圖案，其中第一和第二圖案共同定義了交錯(cuò)的特征，其空間頻率大于第一和第二圖案中的每個(gè)圖案分別定義的特征的空間頻率。該工藝可尤其用于定義finFET器件的源極、漏極和鰭片特征，該finFET器件的特征尺寸比用現(xiàn)有的光刻工具能獲得的小。
文檔編號G03F7/00GK101542390SQ200780042224
公開日2009年9月23日 申請日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月14日
發(fā)明者卡斯珀·尤弗爾曼斯, 彼得·德克森, 戴維·范斯滕溫克爾, 赫爾本·多恩博斯, 阿尼亞·莫妮克·范利恩霍夫, 馬克·范達(dá)爾 申請人:Nxp股份有限公司