專利名稱：雙重圖形化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)，尤其涉及一種雙重圖形化方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體技術(shù)在摩爾定律的驅(qū)動下持續(xù)地朝更小的工藝節(jié)點邁進。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進步，器件的功能不斷強大，但是半導(dǎo)體制造難度也與日俱增。而光刻技術(shù)是半導(dǎo)體制造工藝中最為關(guān)鍵的生產(chǎn)技術(shù)，隨著半導(dǎo)體工藝節(jié)點進入到65納米、45納米，甚至更低的32納米，現(xiàn)有的193nm的ArF光源光刻技術(shù)已經(jīng)無法滿足半導(dǎo)體制造的需要，超紫外光光刻技術(shù)(EUV)、多波束無掩膜技術(shù)和納米壓印技術(shù)成為下一代光刻候選技術(shù)的研究熱點。 但是上述的下一代光刻候選技術(shù)仍然存在有不便與缺陷，亟待加以進一步的改進。當(dāng)摩爾定律繼續(xù)向前延伸的腳步不可逆轉(zhuǎn)的時候，雙重圖形化技術(shù)無疑成為了業(yè)界的最佳選擇，雙重圖形化技術(shù)只需要對現(xiàn)有的光刻基礎(chǔ)設(shè)施進行很小的改動，就可以有效地填補45納米到32納米甚至更小節(jié)點的光刻技術(shù)空白。雙重圖形化技術(shù)的原理是將一套高密度的電路圖形分解成兩套分立的、密度低一些的圖形，然后將它們制備到晶圓上。圖1至圖4為現(xiàn)有技術(shù)中一種雙重圖形化方法的中間結(jié)構(gòu)的剖面圖。參考圖1，提供基底10，在所述基底10上形成介質(zhì)層11，在介質(zhì)層11上形成硬掩膜層12。在硬掩膜層12上形成第一光刻膠層，并對第一光刻膠層進行圖形化，定義出第一圖形13。參考圖2，以圖形化的第一光刻膠層為掩膜，刻蝕硬掩膜層12，相應(yīng)的第一圖形13 也轉(zhuǎn)移到硬掩膜層12。參考圖3，形成第二光刻膠層，覆蓋所述第一圖形以及介質(zhì)層11，對第二光刻膠層進行圖形化，定義出第二圖形14。參考圖4，以第一圖形13和第二圖形14為掩膜，刻蝕介質(zhì)層11，將第一圖形13和第二圖形14定義的圖形轉(zhuǎn)移到介質(zhì)層11。上述雙重圖形化方法中，將刻蝕圖形轉(zhuǎn)化為相互獨立的、密度較低的第一圖形13 和第二圖形14，然后將其轉(zhuǎn)移至介質(zhì)層11上，使得每一次光刻膠的曝光圖形的密度較小。 但是，上述雙重圖形化方法的精度仍然無法滿足進一步的工藝需求，由于曝光過程中光源波長的限制，使得每次曝光圖形的線寬較大，影響器件的集成度。關(guān)于雙重圖形化方法的更多詳細內(nèi)容，請參考專利號為6042998的美國專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是圖形化精度較低的問題，以減小圖形的線寬，提高器件的集成度。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種雙重圖形化方法，包括分別提供基底和壓印模具，所述基底上形成有第一光刻膠層，所述壓印模具具有第一圖形；
3
使用所述壓印模具對所述第一光刻膠層進行壓印(imprint)，將所述第一圖形轉(zhuǎn)移至所述第一光刻膠層；形成第二光刻膠層，覆蓋所述壓印后的第一光刻膠層；對所述第二光刻膠層進行圖形化，定義出第二圖形?？蛇x的，所述使用所述壓印模具對所述第一光刻膠層進行壓印包括使用所述壓印模具對所述第一光刻膠層進行沖壓；移除所述壓印模具；對所述第一光刻膠層進行凍結(jié) (freeze)0可選的，所述凍結(jié)包括對所述第一光刻膠曝光和/或烘焙?？蛇x的，所述對所述第二光刻膠層進行圖形化包括對所述第二光刻膠層進行曝光，定義出所述第二圖形；對所述曝光后的第二光刻膠層進行顯影?？蛇x的，所述雙重圖形化方法還包括以所述壓印后的第一光刻膠層和圖形化后的第二光刻膠層為掩膜，對所述基底進行刻蝕?？蛇x的，所述基底的上形成有防反射層，所述第一光刻膠層位于所述防反射層上?？蛇x的，所述半導(dǎo)體基底上形成有硬掩膜層，所述防反射層位于所述硬掩膜層上。可選的，所述雙重圖形化方法還包括以所述壓印后的第一光刻膠層和圖形化后的第二光刻膠層為掩膜，對所述硬掩膜層進行刻蝕；以所述硬掩膜層為掩膜，對所述基底進行刻蝕。可選的，所述硬掩膜層的材料為多晶硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅或金屬。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本技術(shù)方案首先使用壓印模具對第一光刻膠層進行壓印，將第一圖形轉(zhuǎn)移至第一光刻膠層上，之后再在第一光刻膠層上形成第二光刻膠層，并對第二光刻膠層進行圖形化， 在第二光刻膠上定義出第二圖形，由于使用壓印模具進行壓印，從而擺脫了光刻時曝光工藝的限制，有利于提高圖形化的精度，減小圖形線寬，提高集成度。


圖1至圖4是現(xiàn)有技術(shù)雙重圖形化方法的中間結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖5是本發(fā)明實施例的雙重圖形化方法的流程示意圖；圖6至圖12是本發(fā)明實施例的雙重圖形化方法的中間結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實施例方式現(xiàn)有技術(shù)的雙重圖形化方法將曝光圖形分拆為密度較低的兩個獨立的圖形后，分別進行曝光，受到曝光工藝的限制，其圖形化精度仍然較低，無法滿足進一步的工藝需要。本技術(shù)方案首先使用壓印模具對第一光刻膠層進行壓印，將第一圖形轉(zhuǎn)移至第一光刻膠層上，之后再在第一光刻膠層上形成第二光刻膠層，并對第二光刻膠層進行圖形化， 在第二光刻膠上定義出第二圖形，由于使用壓印模具進行壓印，從而擺脫了光刻時曝光工藝的限制，有利于提高圖形化的精度，減小圖形線寬，提高集成度。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在以下描述中闡述了具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施方式
的限制。圖5示出了本發(fā)明實施例的雙重圖形化方法的流程示意圖，包括步驟S21，分別提供基底和壓印模具，所述基底上形成有第一光刻膠層，所述壓印模具具有第一圖形；步驟S22，使用所述壓印模具對所述第一光刻膠層進行壓印，將所述第一圖形轉(zhuǎn)移至所述第一光刻膠層；步驟S23，形成第二光刻膠層，覆蓋所述壓印后的第一光刻膠層；步驟S24，對所述第二光刻膠層進行圖形化，定義出第二圖形。圖6至圖12示出了本發(fā)明實施例的雙重圖形化方法的中間結(jié)構(gòu)的剖面圖，下面結(jié)合圖5和圖6至圖12對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。結(jié)合圖5和圖6，執(zhí)行步驟S21，分別提供基底和壓印模具，所述基底上形成有第一光刻膠層，所述壓印模具具有第一圖形。具體的，提供基底20，所述基底20上形成有第一光刻膠層23，本實施例中，所述基底20的表面上依次形成有硬掩膜層21和防反射層22，所述第一光刻膠層23位于防反射層22的表面上。所述基底20為半導(dǎo)體材料，可以是單晶硅，也可以是硅鍺化合物，還可以是絕緣體上硅(SOI，Silicon On Insulator)結(jié)構(gòu)或硅上外延層結(jié)構(gòu)，其中還可以形成有MOS晶體管等半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件上覆蓋有介質(zhì)層。所述硬掩膜層21的材料可以是多晶硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅或金屬。所述防反射層22可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的光刻工藝中的防反射材料，這里不再贅述。所述第一光刻膠層23的形成方法可以是旋涂、噴涂等方法。所述壓印模具30具有第一圖形，具體的，所述壓印模具30上形成有凸起30a，所述凸起30a分布形成所述第一圖形。結(jié)合圖5、圖7和圖8，執(zhí)行步驟S22，使用所述壓印模具對所述第一光刻膠層進行壓印，將所述第一圖形轉(zhuǎn)移至所述第一光刻膠層。首先參考圖7，使用所述壓印模具30對所述第一光刻膠層23進行壓印，使得所述壓印模具30的凸起30a嵌入第一光刻膠層23中，需注意的是，壓印過程中所述凸起30a需與所述防反射層22接觸。之后參考圖8，在所述壓印過程之后，移除所述壓印模具，之后對從而實現(xiàn)對所述第一光刻膠層23進行凍結(jié)，使其定形。所述凍結(jié)的過程可以是對第一光刻層23進行曝光和/或烘焙。所述曝光可以采用紫外線曝光，并根據(jù)光刻膠層23的具體材料和成分確定烘焙的溫度、持續(xù)時間等，從而將所述第一圖形轉(zhuǎn)移至第一光刻膠層上，形成壓印后的第一光刻膠層W。所述壓印模具上的第一圖形可以采用機械加工等方法形成，其線寬可以制作的很小，通過壓印的方法對第一光刻膠層進行圖形化，避免了現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的曝光工藝的限制，提高了圖形化的精度。此外，壓印后形成的第一光刻膠層較常規(guī)的光刻工藝具有更好的形貌，有利于改善后續(xù)刻蝕工藝過程形成的圖形的形貌。結(jié)合圖5和圖9，執(zhí)行步驟S23，形成第二光刻膠層，覆蓋所述壓印后的第一光刻膠層。具體的，形成第二光刻膠層對，覆蓋所述壓印后的第一光刻膠層23，所述第二光刻膠層24的形成方法可以是旋涂、噴涂等方法，所述第二光刻膠層M填充壓印后形成的凹槽，并覆蓋所述壓印后的第一光刻膠層23。結(jié)合圖5和圖10，執(zhí)行步驟S24，對所述第二光刻膠層進行圖形化，定義出第二圖形。具體的，對所述第二光刻膠層M進行圖形化，定義出第二圖形，所述圖形化過程可以為常規(guī)的光刻工藝，主要包括使用掩膜版對所述第二光刻膠層M進行曝光，定義出第二圖形；之后在對所述曝光后的第二光刻膠層M進行顯影，從而完成第二光刻膠層M的圖形化。上述曝光和顯影的方法請參見現(xiàn)有技術(shù)中常用的光刻工藝，這里就不再贅述。所述第一圖形和第二圖形相互穿插，共同構(gòu)成了實際待形成的圖形。本實施例中，所述第二光刻膠層M的圖形化方法采用曝光、顯影的方法，而并沒有采用壓印的方法。由于壓印過程中需要對壓印模具施加壓力，因此采用曝光、顯影的方法避免了壓印過程對第二光刻膠層M下方的第一光刻膠層23造成的壓力以及損傷，有利于維持第一光刻膠層23上的第一圖形的形貌。此外，由于所述第一光刻膠層23在壓印之后經(jīng)過凍結(jié)，因此，第二光刻膠層M的曝光、顯影等過程并不會對第一光刻膠層23造成影響。參考圖11，以所述壓印后的第一光刻膠層23和圖形化后的第二光刻膠層M為掩膜，對所述硬掩膜層21和防反射層22進行刻蝕，將所述第一圖形和第二圖形轉(zhuǎn)移至防反射層22和硬掩膜層21。參考圖12，以所述硬掩膜層21為掩膜，對所述基底20進行刻蝕，將所述第一圖形和第二圖形轉(zhuǎn)移至所述基底20上。之后，去除所述第一光刻膠層23、第二光刻膠層24、防反射層22和硬掩膜層21，完成所述基底20的圖形化過程。所述第一光刻膠層23、第二光刻膠層M的去除方法可以是灰化法(ashing)，或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他方法；所述防反射層22和硬掩膜層21的去除方法可以是濕法刻蝕、干法刻蝕等。上述實施例中，第一光刻膠層經(jīng)過凍結(jié)之后，并不會受到第二光刻膠層的曝光、顯影過程的影響，有利于維持第一光刻膠的形貌。此外，上述實施例中對第一光刻膠層采用壓印的方法進行圖形化，使得形成的第一圖形的精度更高、線寬更小，且有利于改善形成的第一圖形的形貌；之后采用曝光、顯影的方法對第二光刻膠層進行圖形化，避免了壓印過程對第一光刻膠層的損傷，有利于維持第一光刻膠層上的第一圖形的形貌，進而改善最終形成在基底上的圖形的形貌。需要說明的是，上述實施例中，在基底上形成有硬掩膜層和防反射層，所述第一光刻膠層和第二光刻膠層形成在所述防反射層上。但應(yīng)當(dāng)明白的是，在本發(fā)明的其他實施例中，可以將所述第一光刻膠層直接形成在基底的表面上，在經(jīng)過壓印后，再將第二光刻膠層形成在第一光刻膠層上，對所述第二光刻膠層圖形化之后，直接以所述壓印后的第一光刻膠層和圖形化后的第二光刻膠層為掩膜對基底20進行刻蝕；又或者根據(jù)具體實施例的不同，可以僅在所述基底上形成硬掩膜層和防反射層中的一個，如僅在基底上形成硬掩膜層， 之后在所述硬掩膜層上形成第一光刻膠層并進行壓印，壓印后在所述第一光刻膠層上形成第二光刻膠層并對第二光刻膠層進行圖形化，之后以第一光刻膠層和第二光刻膠層為掩膜對所述硬掩膜層進行刻蝕，最后再以所述硬掩膜層為掩膜對所述基底進行刻蝕。綜上，本技術(shù)方案首先使用壓印模具對第一光刻膠層進行壓印，將第一圖形轉(zhuǎn)移至第一光刻膠層上，之后再在第一光刻膠層上形成第二光刻膠層，并對第二光刻膠層進行圖形化，在第二光刻膠上定義出第二圖形，由于使用壓印模具進行壓印，從而擺脫了光刻時曝光工藝的限制，有利于提高圖形化的精度，減小圖形線寬，提高集成度。
本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙重圖形化方法，其特征在于，包括分別提供基底和壓印模具，所述基底上形成有第一光刻膠層，所述壓印模具具有第一圖形；使用所述壓印模具對所述第一光刻膠層進行壓印，將所述第一圖形轉(zhuǎn)移至所述第一光刻膠層；形成第二光刻膠層，覆蓋所述壓印后的第一光刻膠層；對所述第二光刻膠層進行圖形化，定義出第二圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述使用所述壓印模具對所述第一光刻膠層進行壓印包括使用所述壓印模具對所述第一光刻膠層進行沖壓；移除所述壓印模具；對所述第一光刻膠層進行凍結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述凍結(jié)包括對所述第一光刻膠曝光和/或烘焙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述對所述第二光刻膠層進行圖形化包括對所述第二光刻膠層進行曝光，定義出所述第二圖形；對所述曝光后的第二光刻膠層進行顯影。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重圖形化方法，其特征在于，還包括以所述壓印后的第一光刻膠層和圖形化后的第二光刻膠層為掩膜，對所述基底進行刻蝕。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述基底的上形成有防反射層，所述第一光刻膠層位于所述防反射層上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體基底上形成有硬掩膜層，所述防反射層位于所述硬掩膜層上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙重圖形化方法，其特征在于，還包括以所述壓印后的第一光刻膠層和圖形化后的第二光刻膠層為掩膜，對所述硬掩膜層進行刻蝕；以所述硬掩膜層為掩膜，對所述基底進行刻蝕。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙重圖形化方法，其特征在于，所述硬掩膜層的材料為多晶硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅或金屬。
全文摘要
一種雙重圖形化方法，包括分別提供基底和壓印模具，所述基底上形成有第一光刻膠層，所述壓印模具具有第一圖形；使用所述壓印模具對所述第一光刻膠層進行壓印，將所述第一圖形轉(zhuǎn)移至所述第一光刻膠層；形成第二光刻膠層，覆蓋所述壓印后的第一光刻膠層；對所述第二光刻膠層進行圖形化，定義出第二圖形。本發(fā)明有利于改善圖形化精度，減小圖形的線寬，提高器件集成度。
文檔編號H01L21/027GK102466969SQ201010553698
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月19日
發(fā)明者孫武, 張世謀, 張海洋 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司