專利名稱：一種混合線條的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體器件制造方法，尤其涉及一種電子束曝光與普通光學曝光的混合曝光/光刻來制造精細線條的方法。
背景技術(shù)：
在當前的大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝過程中，需要進行多次光刻。目前普遍采用普通光學曝光，普通光學曝光的優(yōu)勢在于曝光大線條產(chǎn)能高，劣勢在于無法曝光精細線條。如I線光源365nm的極限為0.35um,準分子激光光源DUV248nm極限為0.13um, DUV干法193nm極限為65nm，浸沒式193極限約為20nm，用傳統(tǒng)的光學曝光技術(shù)很難實現(xiàn)20nm以下的器件。因此，隨著器件尺寸的不斷縮小，普通的光學曝光已經(jīng)無法滿足精細線條的曝光需求，光學曝光技術(shù)已接近極限。目前電子束曝光和EUV已經(jīng)成為下一代精細圖形曝光的主要競爭者，特別是20nm以下的精細圖形需采用電子束或EUV光刻。然而，對EUV技術(shù)而言，仍有若干關(guān)鍵技術(shù)需要攻克。相對來說電子束曝光技術(shù)比較成熟，優(yōu)勢在于曝光精細線條，同時不需要掩模版，但存在曝光時間長的缺點，直接導致曝光大圖形時產(chǎn)能較低。如果能同時發(fā)揮電子束和普通光學曝光的優(yōu)勢，避開各自的劣勢，實現(xiàn)同一層次大線條用普通光學曝光小線條用電子束曝光，將有效的提升產(chǎn)能降低成本。為此，需要提供一種高效低成本的混合曝光方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種混合線條的制造方法，可以克服現(xiàn)有曝光技術(shù)中精度與產(chǎn)能相互牽制的缺點，有效提升產(chǎn)能降低成本的同時仍然能保持高精細度。本發(fā)明提供了一種混合線條的制造方法，該方法包括以下步驟:a)在底層上依次形成材料層和硬掩模層；b)在所述掩模層上依次形成第一光刻膠層、抗反射層以及第二光刻膠層；c)使用光學曝光對所述第二光刻膠層曝光并進行顯影，形成第一光刻膠圖形，并以所述第一光刻膠圖形為掩模，對所述抗反射層進行刻蝕，以暴露所述第一光刻膠層；d)使用電子束曝光對所述第一光刻膠層曝光并進行顯影，形成第二光刻膠圖形，并以所述第一光刻膠圖形和所述第二光刻膠圖形為掩模，對所述掩模層刻蝕形成第一硬掩模圖形和第二硬掩模圖形；e)以所述第一硬掩模圖形和第二硬掩模圖形為掩模，刻蝕所述材料層，形成第一線條和第二線條。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:(I)在同一層次上采用電子束曝光和普通光學曝光相結(jié)合的混合曝光方法，將同一層次圖形按線條大小進行拆分，大線條用普通光學曝光，小線條用電子束曝光，從而在不影響圖形質(zhì)量的前提下大幅縮減曝光時間；(2)采用電子束光刻膠、抗反射層以及普通光學曝光光刻膠的復合結(jié)構(gòu)，其中，該抗反射層的加入可以有效地減小乃至消除普通光學曝光光刻膠以及普通光學曝光對電子束光刻膠的影響。


通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:圖1為根據(jù)本發(fā)明的混合線條的制造方法程圖；圖2為需要曝光所有圖形的俯視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的混合線條制造方法采用的大尺寸曝光掩模版的俯視圖；圖4是依照本發(fā)明的混合線條制造方法采用的小尺寸曝光的俯視圖；以及圖5至圖14為根據(jù)本發(fā)明的混合線條制造方法各步驟對應的剖面示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復參考數(shù)字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關(guān)系。此夕卜，本發(fā)明提供了各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識到其他工藝的可應用于性和/或其他材料的使用。應當注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本發(fā)明省略了對公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。在對本發(fā)明所提供的方法進行具體說明之前，首先，結(jié)合圖2至圖4，對本發(fā)明中根據(jù)待曝光圖形的尺寸所形成的第一光刻掩模版Ml和第二光刻圖形M2進行說明，其中，第一光刻掩模版Ml用于普通光學曝光，第二光刻圖形M2用于電子束曝光。請參考圖2，圖2為需要曝光的所有圖形MO，其包括右側(cè)的較大尺寸的線條圖形以及左側(cè)較小尺寸的線條圖形。圖3和圖4分別顯示了依照本發(fā)明的混合線條制造方法所使用的第一光刻掩模版Ml和第二光刻圖形M2 (由于電子束曝光使用負膠，因此陰影部分為鏤空)。其中依光刻機曝光能力不同，需要提取的圖形尺寸也不同。具體地，Ml為較大尺寸曝光例如普通光學曝光所用，其圖形尺寸大于等于光刻設備的分辨率，如果用戶采用DUV248和電子束，那么這個數(shù)值就是130nm ;如果用戶擁有DUV193和電子束，那么這個分界點就是DUV193的極限65nm ;如果客戶擁有浸沒式193nm，這個分界點將會變成20nm左右。M2為較小尺寸曝光例如電子束曝光所用(M2僅為示意性質(zhì)，實際生產(chǎn)過程中電子束曝光設備可以精確控制電子束的移動軌跡，因而無需實體的M2而僅在設備操作系統(tǒng)中輸入電子束的移動軌跡文件，也即M2實質(zhì)上是數(shù)字虛擬化的)，這些圖形都是精細線條，普通光學曝光已經(jīng)無法滿足，其圖形尺寸例如小于上述數(shù)值特別是小于等于20nm。下面，將結(jié)合圖5至圖14通過本發(fā)明的一個實施例對圖1所示的混合線條的制造方法進行具體地描述。如圖1所示，所述混合線條的制造方法包括以下步驟:在步驟SlOl中，在底層10上依次形成材料層20和硬掩模層30。具體地，如圖5所示，首先，提供底層10，所述底層10可以是整個器件的襯底，也可以是器件形成過程中包括襯底的中間結(jié)構(gòu)。襯底材質(zhì)例如為體S1、SO1、體Ge、GeOI, GaN,GaAs, InSb等用于集成電路的半導體襯底，或者是表面為絕緣層的硅片(優(yōu)選在體硅襯底上沉積或熱氧化制成二氧化硅的襯墊層，還可以在體硅上形成氮化硅或氮氧化硅的絕緣層)、玻璃(鈉鈣玻璃、鋁鎂玻璃、鉀玻璃、鉛玻璃、硼硅玻璃等，可以摻雜為常用的硼磷硅玻璃BPSG，也可以是旋涂玻璃S0G，玻璃襯底優(yōu)選具有矩形形狀以適于切割和大面積制造且低雜質(zhì)污染)、石英、塑料(優(yōu)選為具有較高熔點和硬度以及良好絕緣性的組合物)、背部鏤空的體硅片襯底以及具有良好絕緣性的聚合物襯底等用于顯示器件的絕緣襯底。中間結(jié)構(gòu)例如是形成多層互連時的中、下層結(jié)構(gòu)，或者是制造金屬連線之前的中間結(jié)構(gòu)等等，其可包括前述的襯底以及襯底上的絕緣層和/或?qū)щ妼?。接著，在底?0上沉積材料層20，其用于構(gòu)成本發(fā)明制造的器件中的精細線條。依照器件結(jié)構(gòu)不同，所述材料層20的材質(zhì)也不同:作為晶體管柵極時材料層20可包括摻雜多晶硅，或包括Mo、Pt、Al、T1、Co、Au、Cu、Ta等金屬、以及這些金屬的合金或氮化物；作為層間互連金屬線時材料層20可包括W、Al、T1、Ta等金屬、以及這些金屬的合金或氮化物；作為器件制造時的中間產(chǎn)物，例如側(cè)墻或者犧牲層時，材料層20可為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等絕緣材料；作為顯示器件TFT驅(qū)動柵極時，材料層20可為ΙΤ0、IZO、AZO、ln203、ZTO等透明導電氧化物；作為鰭形柵器件時，材料層20可為外延單晶硅或體硅的一部分；作為后柵工藝的假柵時，材料層20可為非晶娃或微晶娃。然后，在材料層20上沉積硬掩模層30，依照曝光/光刻精細度需要，所述硬掩模層30可以是氧化物、氮化物或氮氧化物，并優(yōu)選為低溫氧化物(LTO) >PETEOS (PECVD制作的TE0S)或PESIN(PECVD制作的氮化硅)。如圖5所示，虛線左側(cè)區(qū)域代表小尺寸線條所在區(qū)域，右側(cè)代表大尺寸線條所在區(qū)域，圖僅作為示意，實際的線條分布不限于此，也可以大小尺寸線條區(qū)域混雜，或者存在多個大和/或小尺寸線條區(qū)域。優(yōu)選地，在沉積材料層20之前，在底層10上沉積墊層11，用于稍后刻蝕的停止層或者作為柵極絕緣層，墊層11的材質(zhì)可包括氧化硅、氮氧化硅、以及鉿基或稀土基金屬氧化物的聞k材料等。所述材料層20、墊層11以及硬掩模層30可以通過例如LPCVD、PECVD, HDPCVD,MBE、ALD等方法沉積形成。在步驟S102中，在所述掩模層30上依次形成第一光刻膠層40、抗反射層50以及第二光刻膠層60。具體地，首先，如圖6所示，在所述掩模層30上形成第一光刻膠層40，形成方式例如為旋涂，也即圖6所示結(jié)構(gòu)所在的晶片經(jīng)過脫水烘培并涂上增加光刻膠與晶片表面附著力的化合物，隨后將晶片吸附在旋轉(zhuǎn)托盤上，將光刻膠溶液噴灑至旋轉(zhuǎn)晶片上，旋涂之后再在一定溫度下前烘以固化光刻膠。在本實施例中，第一光刻膠層40是用于小尺寸器件曝光/顯影，例如為用于電子束曝光。第一光刻膠層40的材料包括但不限于AR-N 7500、AR-N7520, AR-N 7700, AR-N 7720中的一種或其任意組合。接著，如圖7所示，在所述第一光刻膠層40上形成抗反射層50，其中，所述抗反射層50為有機物BARC，所述抗反射層50可以通過旋涂的方式形成于所述第一光刻膠層40的
表面上。然后，如圖8所示，通過前述旋涂的方式在所述抗反射層50上形成第二光刻膠層60，其中，所述第二光刻膠層60是用于曝光/刻蝕形成上述大尺寸線條用的光刻膠，常用的第二光刻膠層60的材料為疊氮醌類化合物，例如S9912、S9910等。。所述第二光刻膠層60的靈敏度和分辨率小于第一光刻膠層40的靈敏度和分辨率。在步驟S103中，使用光學曝光對所述第二光刻膠層60曝光并進行顯影，形成第一光刻膠圖形60a，并以所述第一光刻膠圖形60a為掩模，對所述抗反射層50進行刻蝕，以暴露所述第一光刻膠層40。具體地，首先，如圖9所不,在光學光刻機上,米用前述的第一光刻掩模版Ml對第二光刻膠層60進行曝光顯影，形成第一光刻膠圖形60a。對于大尺寸線條，采用普通光學曝光(也即采用普通光源作為第一光源)，例如i線光源、g線光源、深紫外光源或X射線光源透過第一光刻掩模版Ml照射在第二光刻膠層60上，未被照射部分的感光劑發(fā)生水解(之后還優(yōu)選后烘PEB)，并在堿性顯影液中溶解，從而在抗反射層50上留下與第一光刻掩模版Ml互補的第一光刻膠圖形60a。第一光刻膠圖形60a與第一光刻掩模版Ml線條寬度近似相等，例如均大于等于約130nm、65nm或20nm。顯影之后還經(jīng)過堅膜的高溫處理,增強第一光刻膠圖形60a與晶片表面附著力。接著，如圖10所示，以第一光刻膠圖形60a為掩模，刻蝕抗反射層50直至露出第一光刻膠層40，其中，位于第一光刻膠圖形60a下面的抗反射層50的部分(下文以抗反射層圖形50a表示)未被刻蝕掉。在本實施例中，優(yōu)選采用干法刻蝕的方式對所述反射層50進行刻蝕，例如等離子體刻蝕，刻蝕氣體可包括含氟氣體，例如碳氟基氣體(CxHyFz)、NF3、SF6，還可包括含Cl、Br的氣體以及含O的氣體來調(diào)節(jié)刻蝕速率并去除刻蝕副產(chǎn)物?？涛g完成之后得到的所述抗反射層圖形50a的線條寬度與第一光刻膠圖形60a幾乎相等，例如均大于等于約130nm、65nm或20nm。在步驟S104中，使用電子束曝光對所述第一光刻膠層40曝光并進行顯影，形成第二光刻膠圖形40b，并以所述第一光刻膠圖形60a和所述第二光刻膠圖形40b為掩模，對所述掩模層30刻蝕形成第一硬掩模圖形30a和第二硬掩模圖形30b。具體地，首先，如圖11所示，在電子束曝光機上，利用所述第二光刻圖形M2，在第二光源下對所述第一光刻膠層40進行曝光，其中，所述第二光源為電子束光源。電子束曝光結(jié)束后對所述第一光刻膠層40進行顯影(之后還優(yōu)選后烘PEB)，從而在所述硬掩模層30上留下與第二光刻圖形M2相應的第二光刻膠圖形40b。其中，所述第二光刻膠圖形40b的線條寬度小于上述130nm、65nm、或20nm,并優(yōu)選小于20nm。顯影之后還經(jīng)過堅膜的高溫處理，增強第二光刻膠圖形40b與晶片表面附著力。需要說明的是，在對第一光刻膠層40顯影時，位于第一光刻膠圖形60a下面的第一光刻膠層40部分(如圖中編號40a所示的部分)，其橫向會受到一定的侵蝕，但由于第一光刻膠圖形60a本身線寬比較大，所以位于其下面的第一光刻膠層40部分的寬度也比較大，因此，盡管存在橫向侵蝕，但是橫向侵蝕并不影響該部分在后續(xù)刻蝕步驟中實現(xiàn)掩膜的作用。而且第一光刻膠圖形60a的寬度越大,橫向侵蝕對位于其下面的第一光刻膠層40部分的影響越小。
由于在第一光刻膠層40 (即電子束光刻膠)和第二光刻膠層60 (即普通光學光刻膠)之間存在抗反射層50，所以普通光學曝光、普通光學曝光光刻膠對電子束光刻膠的影響很小，甚至是沒有。因此，抗反射層50有效地減小了甚至是消除了普通光學曝光、普通光學曝光光刻膠對電子束光刻膠的影響。優(yōu)選地，形成第二光刻膠圖形40b之后，對晶片上的圖形進行檢查，測量其關(guān)鍵尺寸，如果符合要求則繼續(xù)下述刻蝕，如果不符合要求則返回工藝線再處理或者當無法再處理時丟棄報廢晶片。接著，如圖12所示，以所述第一光刻膠圖形60a和第二光刻膠圖形40b為掩模，刻蝕所述硬掩模層30直至露出材料層20，形成第一硬掩模圖形30a和第二硬掩模圖形30b。刻蝕方法與前述類似，在此不再贅述。所述第一硬掩模圖形30a的線條寬度與第一光刻膠圖形60a幾乎相等,例如均大于等于約130nm、65nm或20nm。此外,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的是，所述第一硬掩模圖形30a不限于圖8所示的單個矩形線條，數(shù)量可以為多個，形狀也可以為折線、曲線或環(huán)形，分布區(qū)域不僅僅限于圖中右側(cè)，也可以在整個晶片上與小尺寸線條混雜分布。所述第二硬掩模圖形30b的線條寬度與第二光刻膠圖形40b幾乎相等，例如均小于130nm、65nm或20nm,并優(yōu)選小于20nm。刻蝕完成之后，如圖13所示，選擇性去除第一光刻膠圖形60a、第二光刻膠圖形40b、抗反射層圖形50a、以及位于該抗反射層圖形50a下方的第一光刻膠層40的部分(圖中用編號40a表不)。在步驟S105中，以所述第一硬掩模圖形30a和第二硬掩模圖形30b為掩模，刻蝕所述材料層20，形成第一線條20a和第二線條20b。具體地,如圖14所不，以第一硬掩模圖形30a和第二硬掩模圖形30b為掩模,刻蝕材料層20直至露出底層10 (或墊層11)，最終形成第一線條20a和第二線條20b。依照材料層20材質(zhì)不同而采用不同的刻蝕方法，在本實施例中，優(yōu)選采用等離子體干法刻蝕以提高精度。第一線條20a為前述的大尺寸，第二線條20b為前述的小尺寸，也即第一線條20a比第二線條20b寬。兩者并不限于圖14所示為單個線條，其數(shù)量、形狀和分布可以依照器件結(jié)構(gòu)需要而合理布局。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的方法具有以下優(yōu)點:(I)在同一層次上采用電子束曝光和普通光學曝光相結(jié)合的混合曝光方法，將同一層次圖形按線條大小進行拆分，大線條用普通光學曝光，小線條用電子束曝光，從而在不影響圖形質(zhì)量的前提下大幅縮減曝光時間；(2)采用電子束光刻膠、抗反射層以及普通光學曝光光刻膠的復合結(jié)構(gòu)，其中，該抗反射層的加入可以有效地減小乃至消除普通光學曝光光刻膠以及普通光學曝光對電子束光刻膠的影響。雖然關(guān)于示例實施例及其優(yōu)點已經(jīng)詳細說明，應當理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護范圍的情況下，可以對這些實施例進行各種變化、替換和修改。對于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當容易理解在保持本發(fā)明保護范圍內(nèi)的同時，工藝步驟的次序可以變化。此外，本發(fā)明的應用范圍不局限于說明書中描述的特定實施例的工藝、機構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對應實施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對它們進行應用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種混合線條的制造方法，該方法包括以下步驟: a)在底層(10)上依次形成材料層(20)和硬掩模層(30)； b)在所述硬掩模層(30)上依次形成第一光刻膠層(40)、抗反射層(50)以及第二光刻月父層(60)； c)使用光學曝光對所述第二光刻膠層￠0)曝光并進行顯影，形成第一光刻膠圖形(60a)，并以所述第一光刻膠圖形(60a)為掩模，對所述抗反射層(50)進行刻蝕，以暴露所述第一光刻膠層(40)； d)使用電子束曝光對所述第一光刻膠層(40)曝光并進行顯影，形成第二光刻膠圖形(40b)，并以所述第一光刻膠圖形(60a)和所述第二光刻膠圖形(40b)為掩模，對所述掩模層(30)刻蝕形成第一硬掩模圖形(30a)和第二硬掩模圖形(30b)； e)以所述第一硬掩模圖形(50a)和 第二硬掩模圖形(30b)為掩模，刻蝕所述材料層(20)，形成第一線條(20a)和第二線條(20b)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，所述第一線條(20a)的線條寬度寬于第二線條(20b)的線條寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其中，所述第二線條(20b)的線條寬度小于20nmo
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，還包括: 根據(jù)待形成線條的尺寸，形成用于光學曝光的光刻掩模版(Ml)和第二光刻圖形(M2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其中: 使用第一光刻掩模版(Ml)在第一光源下對所述第二光刻膠層(60)進行曝光,其中,所述第一光源包括i線光源、g線光源、深紫外光源、X射線光源中的一種或其任意組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其中，所述步驟d)包括: 使用第二光刻圖形(M2)在第二光源下對所述第一光刻膠層(40)進行曝光，其中，所述第二光源為電子束光源。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中: 所述抗反射層(50)包括有機物BARC。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6或7所述的制造方法，還包括: 在所述底層(10)與所述材料層(20)之間形成墊層(11)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6或7所述的制造方法，其中: 在形成所述第二光刻膠圖形(40b)后，進行圖形檢查和關(guān)鍵尺寸測量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6或7所述的制造方法，其中，所述底層(10)的材料包括半導體或絕緣體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6或7所述的制造方法，其中: 所述材料層(20)的材料包括金屬、金屬氮化物、單晶硅、多晶硅、氮化硅中的一種或其任意組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6或7所述的制造方法，其中: 所述硬掩模層(30)包括LTO、PETEOS、PESIN中的一種或其任意組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5、6或7所述的制造方法，其中，各步刻蝕采用等離子體干法刻蝕。
全文摘要
一種混合線條的制造方法，包括在底層上依次形成材料層和硬掩模層；在所述掩模層上依次形成第一光刻膠層、抗反射層以及第二光刻膠層；使用光學曝光對所述第二光刻膠層曝光并進行顯影，形成第一光刻膠圖形，并以所述第一光刻膠圖形為掩模，對所述抗反射層進行刻蝕，以暴露所述第一光刻膠層；使用電子束曝光對所述第一光刻膠層曝光并進行顯影，形成第二光刻膠圖形，并以所述第一光刻膠圖形和所述第二光刻膠圖形為掩模，對所述掩模層刻蝕形成第一硬掩模圖形和第二硬掩模圖形；以所述第一硬掩模圖形和第二硬掩模圖形為掩模，刻蝕所述材料層，形成第一線條和第二線條。本發(fā)明在不影響圖形質(zhì)量的前提下大幅縮減曝光時間。
文檔編號H01L21/027GK103187246SQ20111045983
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者唐波, 閆江 申請人:中國科學院微電子研究所