專利名稱：一種通孔圖形的形成方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于半導體集成電路制造工藝技術(shù)領域，涉及一種光刻技術(shù)，尤其涉及一種通孔圖形的形成方法。
背景技術(shù)：
光刻作為半導體及其相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展和進步的關鍵技術(shù)之一，是半導體發(fā)展的推動者，支撐著半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也是半導體制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。分辨率理解為可以被清晰解析的兩個圖形的最小間距。在光刻中，成像時透鏡收集了不同級別的衍射光線，分辨率定義為清晰分辨出硅片上間隔很近的特征圖形對的能力，分辨率R的公式如下 AM
其中，λ為光源的波長，NA為透鏡的數(shù)值孔徑，而Kl為光學系統(tǒng)的工藝因子，包括曝光設備、掩膜板、光刻膠以及分辨率增強技術(shù)等等，Kl反映了光刻的難易程度。由上式可知，更大的NA值允許透鏡收集更多的衍射光線，從而有利于分辨率R值的降低，然而這種效果以焦深D0F(depth of focus)的減小為代價。焦深是指保證圖像清晰時，焦點沿著光軸移動的距離，焦深(DOF)的公式如下
dof = ^^·
(祖)2
其中，K2是與光刻膠相關的常數(shù)，λ為光源的波長，NA為透鏡的數(shù)值孔徑。為了提高分辨率，光學曝光機的波長不斷減小，從436nm、365nm的近紫外(NUV)發(fā)展到了 248 nm、193nm的深紫外(DUV)，特征尺寸也經(jīng)歷了從微米、亞微米到納米的過程。在探索更小特征尺寸的過程中，人們發(fā)現(xiàn)尚有很大的空間可以使已有的成熟光刻技術(shù)得以延伸。浸沒式光刻，偏振光源，分辨率增強技術(shù)(RET)逐漸成熟成為現(xiàn)時可用的方案，這些方案和技術(shù)突破使得利用193nm波長光源實現(xiàn)λ/4甚至更小圖形的印制成為可能，上述方法在一定程度上解決了半導體產(chǎn)業(yè)在光刻領域的技術(shù)瓶頸，并推動摩爾定律的發(fā)展。利用單次曝光技術(shù)圖案化介質(zhì)層的方法通常為在襯底上沉積介質(zhì)材料形成介質(zhì)層，在介質(zhì)層上形成硬掩膜層，在硬掩膜層上涂布光阻膜，一次光刻后在光阻膜中形成通孔圖形，通過刻蝕工藝，用通孔圖形圖案化硬掩膜層和介質(zhì)層，最后去除硬掩膜層。然而，隨著半導體器件微型化，介質(zhì)層圖形的圖形間距逐漸縮小，對分辨率的要求相應的逐漸提高。由于曝光裝置及光阻材料的限制，利用現(xiàn)有的應用分辨率提高技術(shù)(RET)來改善分辨率，形成具有小間距的通孔圖形在其工藝實現(xiàn)上已有了一定的困難，因此，業(yè)界急需在不改變現(xiàn)有光刻基礎設施的前提下，有效提高光刻分辨率的解決方案。申請?zhí)枮?00710129438. X的專利中，提出利用雙重曝光技術(shù)在半導體器件中形成圖案的方法，首先，在半導體基板(其頂層為介質(zhì)層)上依次沉積多功能硬掩膜層、第一硬掩膜層和第二硬掩膜層，通過兩次曝光和刻蝕，形成第一和第二硬掩膜層的疊加圖案，利用該疊加圖案來圖案化多功能硬掩膜層，然后在多功能硬掩膜層圖案上執(zhí)行阻劑流動工序，形成通孔圖案，最后利用該通孔圖案來圖案化半導體基板。此專利中雖然提出兩次曝光技術(shù)，但是，硬掩膜層層數(shù)較多，而且在通孔圖案形成后，還要再執(zhí)行阻劑流動工序來形成圓形通孔，不僅工藝步驟較多，延長了工藝時間，還增加了不必要的生產(chǎn)成本。為了克服上述問題，需要利用雙重曝光技術(shù)，開發(fā)出簡捷的工藝來完成高分辨率圖案。因為網(wǎng)格狀圖案在光刻、刻蝕之后，可直接形成具有一定圓角結(jié)構(gòu)的通孔圖案，所以將此圖案應用到雙重曝光技術(shù)中，將會簡化工藝步驟，帶來更大的生產(chǎn)效益。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的主要目的為提供一種通孔圖形的形成方法，不僅能夠利用現(xiàn)有曝光技術(shù)提高曝光分辨率，還能夠簡化生產(chǎn)步驟，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本，增大經(jīng)濟效益。為達到以上目的，本發(fā)明提供一種通孔圖形的形成方法，包括如下步驟 步驟S01:在半導體襯底上沉積介質(zhì)材料形成介質(zhì)層，并在介質(zhì)層上依次形成第一硬掩膜層和第二硬掩膜層；其中，第一硬掩膜層的材料不同于第二硬掩膜層的材料；
步驟S02:在第二硬掩膜層上涂布第一光阻膜層，光刻第一光阻膜層以形成具有第一通孔子圖形的第一光阻膜層；
步驟S03 :通過刻蝕工藝，用第一通孔子圖形圖案化第二硬掩膜層；
步驟S04 :去除所述的第一光阻膜層；
步驟S05 :在經(jīng)上述步驟形成的結(jié)構(gòu)表面涂布第二光阻膜層，光刻第二光阻膜以形成具有第二通孔子圖形的第二光阻膜層；
需要說明的是，這里的第一和第二通孔子圖形均為網(wǎng)格狀圖形。步驟S06:通過刻蝕工藝，用第一通孔子圖形和第二通孔子圖形的疊加圖形圖案化所述的第一硬掩膜層和介質(zhì)層，在所述介質(zhì)層中形成通孔圖案；
步驟S07:去除第二光阻膜層和第二硬掩膜層。優(yōu)選地，第一和第二通孔子圖形均為正方形網(wǎng)格狀圖形。優(yōu)選地，第一通孔子圖形中的通孔線寬為介質(zhì)層中通孔圖形的通孔線寬的2倍以上。優(yōu)選地，第一通孔子圖形中的通孔線寬為介質(zhì)層中通孔圖形的通孔線寬的3倍。優(yōu)選地，第一通孔子圖形中的圖形間距為介質(zhì)層中通孔圖形的圖形間距的I. 5倍以上。優(yōu)選地，第一通孔子圖形中的圖形間距為介質(zhì)層中通孔圖形的圖形間距的2倍。優(yōu)選地，第一通孔子圖形和第二通孔子圖形的疊加圖形為刻蝕通孔圖案所用圖形。優(yōu)選地，介質(zhì)層為二氧化硅層。優(yōu)選地，介質(zhì)層為低K介質(zhì)層。優(yōu)選地，介質(zhì)層為超低K介電材料。優(yōu)選地，低K介質(zhì)層的材料為氟摻雜硅酸鹽玻璃。優(yōu)選地，步驟S05中還包括在第二硬掩膜層和第一光阻膜之間，還涂布一層底部抗反射膜層。優(yōu)選地，步驟S02中還包括在第一硬掩膜層和第二光阻膜之間，還涂布一層底部抗反射膜層。從上述技術(shù)方案可以看出，與常規(guī)的光刻通孔相比，本發(fā)明一種通孔圖形的制作方法，兩次曝光圖形疊加形成的圖形的最小間距減小。而且，第一和第二子圖形均為網(wǎng)格狀圖形，通過刻蝕工藝可直接形成帶有圓角的通孔， 不需要再進行阻劑流動工序。不僅能夠降低曝光工藝難度，提高曝光分辨率，還能夠簡化工藝，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。


圖I是本發(fā)明實施例中的介質(zhì)層圖形的示意圖
圖2是本發(fā)明實施例中形成的第一通孔子圖形的示意圖 圖3是本發(fā)明實施例中形成的第二通孔子圖形的示意圖
圖4是本發(fā)明實施例中的第一通孔子圖形與第二通孔子圖形疊加形成的圖形的示意
圖
圖5是本發(fā)明一種通孔圖形的形成方法的一個較佳實施例的流程示意圖 圖6-圖12是本發(fā)明實施例一種通孔圖形的形成方法的主要工藝步驟的剖面示意圖 圖6是本發(fā)明實施例中在襯底上依次形成介質(zhì)層、第一和第二硬掩膜層的剖面示意圖 圖7是本發(fā)明實施例中涂布上第一光阻膜層的剖面示意圖 圖8是本發(fā)明實施例中第一次曝光顯影后的剖面示意圖 圖9是本發(fā)明實施例中第一次刻蝕去膠后的剖面示意圖 圖10是本發(fā)明實施例中涂布上第二光阻膜后的剖面示意圖 圖11是本發(fā)明實施例中第二次曝光顯影后的剖面示意圖 圖12是本發(fā)明實施例中第二次刻蝕去膠后的剖面示意圖
具體實施例方式體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點的一些典型實施例將在后段的說明中詳細敘述。應理解的是本發(fā)明能夠在不同的示例上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及圖示在本質(zhì)上當作說明之用，而非用以限制本發(fā)明。上述及其它技術(shù)特征和有益效果，將結(jié)合實施例及附圖1-12對本發(fā)明的一種通孔圖形的形成方法進行詳細說明。本發(fā)明中，介質(zhì)層圖形中的通孔的形狀可以是任意的。在本實施例中，以相同的正方形通孔組成的介質(zhì)層圖形為例對本發(fā)明予以說明，并不是限制本發(fā)明中的其它的通孔形狀組成的介質(zhì)層圖形。請參閱圖1，是本發(fā)明實施例中的介質(zhì)層圖形的示意圖。圖中所示101為介質(zhì)層圖形中的I個通孔，下面以這一個通孔101為例來說明。通孔101為正方形。通孔101與相鄰通孔的間距加上通孔101的線寬兩者之和為此通孔101圖形重復出現(xiàn)的最小間距，也是介質(zhì)層圖形的最小間距。對光刻工藝的最小分辨率要求通常由圖形的最小間距決定，最小間距越小，對光刻分辨率的要求越高。本發(fā)明中，第一通孔子圖形中的通孔形狀可以是任意的。本實施例中，第一通孔子圖形中的通孔均為相同的正方形通孔，并不是限制本發(fā)明中的其它的通孔形狀組成的第一通孔子圖形。請參閱圖2，圖2是本發(fā)明實施例中形成的第一通孔子圖形的示意圖。圖中所示201是第一通孔子圖形中的I個通孔。下面以這一個通孔101為例來說明。第一通孔子圖形中通孔201線寬是如圖I所示的介質(zhì)層圖形中通孔101線寬的3倍。通孔201與相鄰通孔的間距加上通孔201的線寬兩者之和為此通孔201圖形重復出現(xiàn)的最小間距，也是第一通孔子圖形的最小間距。第一通孔子圖形的最小間距是如圖I所示的介質(zhì)層圖形的最小間距的2倍，降低了對光刻工藝的分辨率要求。本發(fā)明中，第二通孔子圖形中的通孔形狀可以是任意的。本實施例中，圖3中的第二通孔子圖形為本發(fā)明的一個例子，并不是限制本發(fā)明中的其它的通孔形狀組成的第二通孔子圖形。請參閱圖3，圖3是本發(fā)明實施例中形成的第二通孔子圖形的示意圖。第二通孔子圖形中的相鄰通孔間距加通孔線寬兩者之和是第二通孔子圖形的最小間距，第二通孔子圖形的最小間距是如圖I所示的介質(zhì)層圖形的最小間距的2倍，降低了對光刻工藝的分辨率要求。圖4是本發(fā)明實施例中的第一通孔子圖形與第二通孔子圖形疊加形成的圖形的示意圖。該圖形為圖案化第一硬掩膜層和介質(zhì)層所使用的圖形?！がF(xiàn)結(jié)合附圖5 12，通過一個具體實施例對本發(fā)明形成圖I中所述的介質(zhì)層圖案的雙重曝光技術(shù)的方法進行逐步詳細說明。圖5是本發(fā)明一種通孔圖形的形成方法的一個較佳實施例的流程示意圖。在本實施例中，一種通孔圖形的形成方法包括步驟S01-S07，步驟S01-S07分別通過附圖6 12即沿圖4中AA’方向剖切示意圖，以說明本發(fā)明圖5所述的制作方法具體步驟時所形成的剖面結(jié)構(gòu)。請參閱圖5，如圖所示，在本發(fā)明的該實施例中，利一種通孔圖形的形成方法包括以下步驟
步驟SOl:請參閱圖6，在半導體襯底501上沉積介質(zhì)材料形成介質(zhì)層502，并在介質(zhì)層502上依次形成第一硬掩膜層503和第二硬掩膜層504。第一硬掩膜層503的材料不同于第二硬掩膜層504的材料。優(yōu)選地，介質(zhì)層502為二氧化娃層、低K介質(zhì)層或超低K介電材料。進一步，介質(zhì)層502的低K介質(zhì)層材料為低介電常數(shù)材料,如氟摻雜娃酸鹽玻璃。步驟S02 :請參閱圖7，在第二硬掩膜層504上涂布第一光阻膜層505，請參閱圖8，光刻第一光阻膜層505,以形成具有第一通孔子圖形的第一光阻膜層505。進一步地，請再參閱圖8，在第二硬掩膜層504和第一光阻膜I之間涂布有底部抗反射膜2。具體地，通過前烘、對準、曝光、后烘烤、顯影等一系列光刻工藝，用圖2中所示的第一通孔子圖形圖案化第一光阻膜層505。進一步地，第一通孔子圖形請再參閱圖2，介質(zhì)層502圖形請再參閱圖I。通常情況下，第一通孔子圖形中的通孔線寬可以是介質(zhì)層502中的圖形的通孔線寬的2倍以上，第一通孔子圖形中的圖形間距可以是介質(zhì)層502中的圖形的I. 5倍以上。在本發(fā)明實施例中，優(yōu)選地，第一通孔子圖形中的通孔線寬是介質(zhì)層502中的圖形的通孔線寬的3倍，第一通孔子圖形中的圖形間距是介質(zhì)層502中的圖形的2倍。步驟S03 :通過刻蝕工藝，用第一通孔子圖形圖案化第二硬掩膜層504。
步驟S04 :去除第一光阻膜層505。進一步地，請參閱圖9，通過刻蝕工藝、去膠后，完成第一通孔子圖形對第二硬掩膜層504的圖案化。步驟S05 :請參閱圖10，在第一硬掩膜層503上涂布第二光阻膜層506，請參閱圖11，光刻第二光阻膜層506，以形成具有第二通孔子圖形的第二光阻膜層506。進一步地，請再參閱圖10，在第一硬掩膜層503和第二光阻膜3之間涂布有底部抗反射膜4。具體地，通過前烘、對準、曝光、后烘烤、顯影等一系列光刻工藝，用圖3中所示的第二通孔子圖形圖案化第二光阻膜層506。進一步地，第二通孔子圖形請再參閱圖3，介質(zhì)層502圖形請再參閱圖I。在本發(fā)明實施例中，第二通孔子圖形是對所述的第一通孔子圖形中的通孔的均勻分割，使得第一 通孔子圖形和第二通孔子圖形的疊加圖形的通孔線寬為第一子圖形中的通孔線寬的1/3。在本發(fā)明實施例中，由于第一通孔子圖形和第二通孔子圖形均為正方形網(wǎng)格狀圖形，因此第二通孔子圖形將第一通孔子圖形的每個通孔相應地分割成4個相同的小正方形通孔，其中第二通孔子圖形中的圖形間距是介質(zhì)層502中的通孔圖形的2倍，第二通孔子圖形中的通孔線寬是介質(zhì)層502中的通孔圖形的2倍。該實施例為解釋本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但不限制本發(fā)明范圍。步驟S06:通過刻蝕工藝，用第一通孔子圖形和第二通孔子圖形的疊加圖形圖案化所述第一硬掩膜層503和介質(zhì)層502 ；
值得一提的是，第一通孔子圖形和第二通孔子圖形的疊加圖形為刻蝕通孔圖案所用圖形。步驟S07:去除第二光阻膜層506和第二硬掩膜層504。具體地，請參閱圖12，通過刻蝕工藝和去膠后，將第一通孔子圖形和第二通孔子圖形疊加形成的圖形圖案化第一硬掩膜層503和介質(zhì)層502。507為介質(zhì)層502的通孔。進一步地，請再參閱圖4，是第一通孔子圖形與第二通孔子圖形疊加形成的圖形的示意圖。該圖形為圖案化第一硬掩膜層503和介質(zhì)層502所使用的圖形。進一步地，請再參閱圖1，是介質(zhì)層502形成的圖形。101是介質(zhì)層502圖形中的一個通孔。綜上所述，通過本發(fā)明的方法，可以使兩次曝光圖形的線寬和最小間距均大于介質(zhì)層圖形，降低了光刻工藝的難度，而且兩次曝光圖形疊加形成的圖形的最小間距減小，提高了分辨率。以上所述的僅為本發(fā)明的實施例，所述實施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，因此凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種通孔圖形的形成方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 步驟SOI:在半導體襯底上沉積介質(zhì)材料形成介質(zhì)層，并在所述介質(zhì)層上依次形成第一硬掩膜層和第二硬掩膜層；其中，所述第一硬掩膜層的材料不同于所述第二硬掩膜層的材料； 步驟S02 :在所述第二硬掩膜層上涂布第一光阻膜層，光刻所述第一光阻膜層以形成具有第一通孔子圖形的第一光阻膜層；其中，所述第一通孔子圖形為網(wǎng)格狀圖形； 步驟S03 :通過刻蝕工藝，用所述第一通孔子圖形圖案化所述第二硬掩膜層； 步驟S04 :去除所述的第一光阻膜層； 步驟S05 :在經(jīng)上述步驟形成的結(jié)構(gòu)表面涂布第二光阻膜層，光刻所述第二光阻膜層以形成具有第二通孔子圖形的第二光阻膜層；其中，所述第二通孔子圖形為網(wǎng)格狀圖形； 步驟S06:通過刻蝕工藝，用所述第一通孔子圖形和第二通孔子圖形的疊加圖形圖案化所述第一硬掩膜層和介質(zhì)層，在所述的介質(zhì)層中形成通孔圖形； 步驟S07:去除所述第二光阻膜層和第二硬掩膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于，所述的第一通孔子圖形和第二通孔子圖形均為正方形網(wǎng)格狀圖形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于，所述第一通孔子圖形中的通孔線寬為所述介質(zhì)層中通孔圖形的通孔線寬的2倍以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述第一通孔子圖形中的通孔線寬為所述介質(zhì)層中通孔圖形的通孔線寬的3倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于，所述第一通孔子圖形中的圖形間距為所述介質(zhì)層中通孔圖形的圖形間距的I. 5倍以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述第一通孔子圖形中的圖形間距為所述介質(zhì)層中通孔圖形的圖形間距的2倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于，所述的第一通孔子圖形與所述第二通孔子圖形疊加圖形為刻蝕通孔圖案所用圖形。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于，所述介質(zhì)層為二氧化硅層、低K介質(zhì)層或超低K介電材料層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述低K介質(zhì)層的材料為氟摻雜硅酸鹽玻璃。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制造方法，其特征在于，所述步驟S02中在所述第二硬掩膜層和第一光阻膜之間，還涂布一層底部抗反射膜層；所述步驟S05中，在所述第一硬掩膜層和第二光阻膜之間還涂布一層底部抗反射膜層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通孔圖形的形成方法。本發(fā)明方法包括，在襯底上依次沉積介質(zhì)層、第一和第二硬掩膜層；涂布第一光阻膜，通過曝光和刻蝕工藝，用網(wǎng)格狀第一通孔子圖形圖案化第二硬掩膜層；去除第一光阻膜；再次涂布第二光阻膜，光刻后，用網(wǎng)格狀第二通孔子圖形圖案化第二光阻膜；通過刻蝕工藝，用第一通孔子圖形和第二通孔子圖形疊加圖形來圖案化第一硬掩膜層和介質(zhì)層；最后去除第二光阻膜和第二硬掩膜層。因此，通過本發(fā)明方法，不僅達到了單次曝光圖案化所不能獲得的光刻極限，降低了光刻工藝的難度，有效提高了分辨率，還能夠簡化工藝，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。
文檔編號H01L21/033GK102881566SQ20121036995
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者盧意飛 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司