CN102466969A - 双重图形化方法 - Google Patents
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Abstract
一种双重图形化方法，包括：分别提供基底和压印模具，所述基底上形成有第一光刻胶层，所述压印模具具有第一图形；使用所述压印模具对所述第一光刻胶层进行压印，将所述第一图形转移至所述第一光刻胶层；形成第二光刻胶层，覆盖所述压印后的第一光刻胶层；对所述第二光刻胶层进行图形化，定义出第二图形。本发明有利于改善图形化精度，减小图形的线宽，提高器件集成度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术，尤其涉及一种双重图形化方法。
背景技术
半导体技术在摩尔定律的驱动下持续地朝更小的工艺节点迈进。随着半导体技术的不断进步，器件的功能不断强大，但是半导体制造难度也与日俱增。而光刻技术是半导体制造工艺中最为关键的生产技术，随着半导体工艺节点进入到65纳米、45纳米，甚至更低的32纳米，现有的193nm的ArF光源光刻技术已经无法满足半导体制造的需要，超紫外光光刻技术(EUV)、多波束无掩膜技术和纳米压印技术成为下一代光刻候选技术的研究热点。但是上述的下一代光刻候选技术仍然存在有不便与缺陷，亟待加以进一步的改进。
当摩尔定律继续向前延伸的脚步不可逆转的时候，双重图形化技术无疑成为了业界的最佳选择，双重图形化技术只需要对现有的光刻基础设施进行很小的改动，就可以有效地填补45纳米到32纳米甚至更小节点的光刻技术空白。双重图形化技术的原理是将一套高密度的电路图形分解成两套分立的、密度低一些的图形，然后将它们制备到晶圆上。
图1至图4为现有技术中一种双重图形化方法的中间结构的剖面图。
参考图1，提供基底10，在所述基底10上形成介质层11，在介质层11上形成硬掩膜层12。在硬掩膜层12上形成第一光刻胶层，并对第一光刻胶层进行图形化，定义出第一图形13。
参考图2，以图形化的第一光刻胶层为掩膜，刻蚀硬掩膜层12，相应的第一图形13也转移到硬掩膜层12。
参考图3，形成第二光刻胶层，覆盖所述第一图形以及介质层11，对第二光刻胶层进行图形化，定义出第二图形14。
参考图4，以第一图形13和第二图形14为掩膜，刻蚀介质层11，将第一图形13和第二图形14定义的图形转移到介质层11。
上述双重图形化方法中，将刻蚀图形转化为相互独立的、密度较低的第一图形13和第二图形14，然后将其转移至介质层11上，使得每一次光刻胶的曝光图形的密度较小。但是，上述双重图形化方法的精度仍然无法满足进一步的工艺需求，由于曝光过程中光源波长的限制，使得每次曝光图形的线宽较大，影响器件的集成度。
关于双重图形化方法的更多详细内容，请参考专利号为6042998的美国专利。
发明内容
本发明解决的问题是图形化精度较低的问题，以减小图形的线宽，提高器件的集成度。
为解决上述问题，本发明提供了一种双重图形化方法，包括：
分别提供基底和压印模具，所述基底上形成有第一光刻胶层，所述压印模具具有第一图形；
使用所述压印模具对所述第一光刻胶层进行压印(imprint)，将所述第一图形转移至所述第一光刻胶层；
形成第二光刻胶层，覆盖所述压印后的第一光刻胶层；
对所述第二光刻胶层进行图形化，定义出第二图形。
可选的，所述使用所述压印模具对所述第一光刻胶层进行压印包括：使用所述压印模具对所述第一光刻胶层进行冲压；移除所述压印模具；对所述第一光刻胶层进行冻结(freeze)。
可选的，所述冻结包括对所述第一光刻胶曝光和/或烘焙。
可选的，所述对所述第二光刻胶层进行图形化包括：对所述第二光刻胶层进行曝光，定义出所述第二图形；对所述曝光后的第二光刻胶层进行显影。
可选的，所述双重图形化方法还包括：以所述压印后的第一光刻胶层和图形化后的第二光刻胶层为掩膜，对所述基底进行刻蚀。
可选的，所述基底的上形成有防反射层，所述第一光刻胶层位于所述防反射层上。
可选的，所述半导体基底上形成有硬掩膜层，所述防反射层位于所述硬掩膜层上。
可选的，所述双重图形化方法还包括：以所述压印后的第一光刻胶层和图形化后的第二光刻胶层为掩膜，对所述硬掩膜层进行刻蚀；以所述硬掩膜层为掩膜，对所述基底进行刻蚀。
可选的，所述硬掩膜层的材料为多晶硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅或金属。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本技术方案首先使用压印模具对第一光刻胶层进行压印，将第一图形转移至第一光刻胶层上，之后再在第一光刻胶层上形成第二光刻胶层，并对第二光刻胶层进行图形化，在第二光刻胶上定义出第二图形，由于使用压印模具进行压印，从而摆脱了光刻时曝光工艺的限制，有利于提高图形化的精度，减小图形线宽，提高集成度。
附图说明
图1至图4是现有技术双重图形化方法的中间结构的剖面图；
图5是本发明实施例的双重图形化方法的流程示意图；
图6至图12是本发明实施例的双重图形化方法的中间结构的剖面图。
具体实施方式
现有技术的双重图形化方法将曝光图形分拆为密度较低的两个独立的图形后，分别进行曝光，受到曝光工艺的限制，其图形化精度仍然较低，无法满足进一步的工艺需要。
本技术方案首先使用压印模具对第一光刻胶层进行压印，将第一图形转移至第一光刻胶层上，之后再在第一光刻胶层上形成第二光刻胶层，并对第二光刻胶层进行图形化，在第二光刻胶上定义出第二图形，由于使用压印模具进行压印，从而摆脱了光刻时曝光工艺的限制，有利于提高图形化的精度，减小图形线宽，提高集成度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
图5示出了本发明实施例的双重图形化方法的流程示意图，包括：
步骤S21，分别提供基底和压印模具，所述基底上形成有第一光刻胶层，所述压印模具具有第一图形；
步骤S22，使用所述压印模具对所述第一光刻胶层进行压印，将所述第一图形转移至所述第一光刻胶层；
步骤S23，形成第二光刻胶层，覆盖所述压印后的第一光刻胶层；
步骤S24，对所述第二光刻胶层进行图形化，定义出第二图形。
图6至图12示出了本发明实施例的双重图形化方法的中间结构的剖面图，下面结合图5和图6至图12对本发明的实施例进行详细说明。
结合图5和图6，执行步骤S21，分别提供基底和压印模具，所述基底上形成有第一光刻胶层，所述压印模具具有第一图形。具体的，提供基底20，所述基底20上形成有第一光刻胶层23，本实施例中，所述基底20的表面上依次形成有硬掩膜层21和防反射层22，所述第一光刻胶层23位于防反射层22的表面上。
所述基底20为半导体材料，可以是单晶硅，也可以是硅锗化合物，还可以是绝缘体上硅(SOI，Silicon On Insulator)结构或硅上外延层结构，其中还可以形成有MOS晶体管等半导体器件，所述半导体器件上覆盖有介质层。所述硬掩膜层21的材料可以是多晶硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅或金属。所述防反射层22可以是本领域技术人员公知的光刻工艺中的防反射材料，这里不再赘述。所述第一光刻胶层23的形成方法可以是旋涂、喷涂等方法。
所述压印模具30具有第一图形，具体的，所述压印模具30上形成有凸起30a，所述凸起30a分布形成所述第一图形。
结合图5、图7和图8，执行步骤S22，使用所述压印模具对所述第一光刻胶层进行压印，将所述第一图形转移至所述第一光刻胶层。
首先参考图7，使用所述压印模具30对所述第一光刻胶层23进行压印，使得所述压印模具30的凸起30a嵌入第一光刻胶层23中，需注意的是，压印过程中所述凸起30a需与所述防反射层22接触。
之后参考图8，在所述压印过程之后，移除所述压印模具，之后对从而实现对所述第一光刻胶层23进行冻结，使其定形。所述冻结的过程可以是对第一光刻层23进行曝光和/或烘焙。所述曝光可以采用紫外线曝光，并根据光刻胶层23的具体材料和成分确定烘焙的温度、持续时间等，从而将所述第一图形转移至第一光刻胶层上，形成压印后的第一光刻胶层23。
所述压印模具上的第一图形可以采用机械加工等方法形成，其线宽可以制作的很小，通过压印的方法对第一光刻胶层进行图形化，避免了现有技术中常规的曝光工艺的限制，提高了图形化的精度。此外，压印后形成的第一光刻胶层较常规的光刻工艺具有更好的形貌，有利于改善后续刻蚀工艺过程形成的图形的形貌。
结合图5和图9，执行步骤S23，形成第二光刻胶层，覆盖所述压印后的第一光刻胶层。具体的，形成第二光刻胶层24，覆盖所述压印后的第一光刻胶层23，所述第二光刻胶层24的形成方法可以是旋涂、喷涂等方法，所述第二光刻胶层24填充压印后形成的凹槽，并覆盖所述压印后的第一光刻胶层23。
结合图5和图10，执行步骤S24，对所述第二光刻胶层进行图形化，定义出第二图形。具体的，对所述第二光刻胶层24进行图形化，定义出第二图形，所述图形化过程可以为常规的光刻工艺，主要包括：使用掩膜版对所述第二光刻胶层24进行曝光，定义出第二图形；之后在对所述曝光后的第二光刻胶层24进行显影，从而完成第二光刻胶层24的图形化。上述曝光和显影的方法请参见现有技术中常用的光刻工艺，这里就不再赘述。所述第一图形和第二图形相互穿插，共同构成了实际待形成的图形。
本实施例中，所述第二光刻胶层24的图形化方法采用曝光、显影的方法，而并没有采用压印的方法。由于压印过程中需要对压印模具施加压力，因此采用曝光、显影的方法避免了压印过程对第二光刻胶层24下方的第一光刻胶层23造成的压力以及损伤，有利于维持第一光刻胶层23上的第一图形的形貌。此外，由于所述第一光刻胶层23在压印之后经过冻结，因此，第二光刻胶层24的曝光、显影等过程并不会对第一光刻胶层23造成影响。
参考图11，以所述压印后的第一光刻胶层23和图形化后的第二光刻胶层24为掩膜，对所述硬掩膜层21和防反射层22进行刻蚀，将所述第一图形和第二图形转移至防反射层22和硬掩膜层21。
参考图12，以所述硬掩膜层21为掩膜，对所述基底20进行刻蚀，将所述第一图形和第二图形转移至所述基底20上。之后，去除所述第一光刻胶层23、第二光刻胶层24、防反射层22和硬掩膜层21，完成所述基底20的图形化过程。所述第一光刻胶层23、第二光刻胶层24的去除方法可以是灰化法(ashing)，或本领域技术人员公知的其他方法；所述防反射层22和硬掩膜层21的去除方法可以是湿法刻蚀、干法刻蚀等。
上述实施例中，第一光刻胶层经过冻结之后，并不会受到第二光刻胶层的曝光、显影过程的影响，有利于维持第一光刻胶的形貌。
此外，上述实施例中对第一光刻胶层采用压印的方法进行图形化，使得形成的第一图形的精度更高、线宽更小，且有利于改善形成的第一图形的形貌；之后采用曝光、显影的方法对第二光刻胶层进行图形化，避免了压印过程对第一光刻胶层的损伤，有利于维持第一光刻胶层上的第一图形的形貌，进而改善最终形成在基底上的图形的形貌。
需要说明的是，上述实施例中，在基底上形成有硬掩膜层和防反射层，所述第一光刻胶层和第二光刻胶层形成在所述防反射层上。但应当明白的是，在本发明的其他实施例中，可以将所述第一光刻胶层直接形成在基底的表面上，在经过压印后，再将第二光刻胶层形成在第一光刻胶层上，对所述第二光刻胶层图形化之后，直接以所述压印后的第一光刻胶层和图形化后的第二光刻胶层为掩膜对基底20进行刻蚀；又或者根据具体实施例的不同，可以仅在所述基底上形成硬掩膜层和防反射层中的一个，如仅在基底上形成硬掩膜层，之后在所述硬掩膜层上形成第一光刻胶层并进行压印，压印后在所述第一光刻胶层上形成第二光刻胶层并对第二光刻胶层进行图形化，之后以第一光刻胶层和第二光刻胶层为掩膜对所述硬掩膜层进行刻蚀，最后再以所述硬掩膜层为掩膜对所述基底进行刻蚀。
综上，本技术方案首先使用压印模具对第一光刻胶层进行压印，将第一图形转移至第一光刻胶层上，之后再在第一光刻胶层上形成第二光刻胶层，并对第二光刻胶层进行图形化，在第二光刻胶上定义出第二图形，由于使用压印模具进行压印，从而摆脱了光刻时曝光工艺的限制，有利于提高图形化的精度，减小图形线宽，提高集成度。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种双重图形化方法，其特征在于，包括：
分别提供基底和压印模具，所述基底上形成有第一光刻胶层，所述压印模具具有第一图形；
使用所述压印模具对所述第一光刻胶层进行压印，将所述第一图形转移至所述第一光刻胶层；
形成第二光刻胶层，覆盖所述压印后的第一光刻胶层；
对所述第二光刻胶层进行图形化，定义出第二图形。
2.根据权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，所述使用所述压印模具对所述第一光刻胶层进行压印包括：使用所述压印模具对所述第一光刻胶层进行冲压；移除所述压印模具；对所述第一光刻胶层进行冻结。
3.根据权利要求2所述的双重图形化方法，其特征在于，所述冻结包括对所述第一光刻胶曝光和/或烘焙。
4.根据权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，所述对所述第二光刻胶层进行图形化包括：对所述第二光刻胶层进行曝光，定义出所述第二图形；对所述曝光后的第二光刻胶层进行显影。
5.根据权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，还包括：以所述压印后的第一光刻胶层和图形化后的第二光刻胶层为掩膜，对所述基底进行刻蚀。
6.根据权利要求1所述的双重图形化方法，其特征在于，所述基底的上形成有防反射层，所述第一光刻胶层位于所述防反射层上。
7.根据权利要求6所述的双重图形化方法，其特征在于，所述半导体基底上形成有硬掩膜层，所述防反射层位于所述硬掩膜层上。
8.根据权利要求7所述的双重图形化方法，其特征在于，还包括：以所述压印后的第一光刻胶层和图形化后的第二光刻胶层为掩膜，对所述硬掩膜层进行刻蚀；以所述硬掩膜层为掩膜，对所述基底进行刻蚀。
9.根据权利要求7所述的双重图形化方法，其特征在于，所述硬掩膜层的材料为多晶硅、氧化硅、氮化硅、碳化硅或金属。
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