[发明专利]半导体结构的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种半导体结构的形成方法。

背景技术

半导体集成电路制造中，光刻工艺和刻蚀工艺常反复进行以在待处理基底上形成半导体图形。在光刻工艺中，首先在待处理基底上形成一层光刻胶层，然后对所述光刻胶层进行曝光和显影，图形化所述光刻胶层，在光刻胶层中形成暴露待处理基底表面的开口，接着进行刻蚀工艺，以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述待处理基底，在半导体基底上形成所需的半导体图形。

光刻工艺中的曝光过程是光通过掩模板将照射到光刻胶层上，被光照射的光刻胶的化学特性发生改变，从而使显影液可以去除光刻胶的一部分。在使用正光刻胶的情况下，被曝光的区域的正光刻胶的化学特性由不溶于显影液变为溶于显影液，在显影时正光刻胶中被曝光的区域被去除；在使用负光刻胶的情况下，被曝光的区域的负光刻胶的化学特性由溶于显影液变为不溶于显影液，在显影时负光刻胶中未被曝光的区域被去除。

在实际的半导体制作过程中，无论是使用正光刻胶还是负光刻胶，最终形成的两个相邻半导体图形之间的最小间距(pitch)是由曝光系统的分辨率决定的。

曝光系统的分辨率决定了半导体器件的最小线宽，曝光系统的分辨率R计算方法满足式(1)：

R＝k₁λ/NA    (1)

其中k₁为光刻常数，λ为曝光系统的曝光光源的光线的波长，NA为曝光系统的光学单元的数值孔径。曝光系统的分辨率R的值越小，表示曝光系统的精度更高，能制作出具有更小线宽的半导体器件，提高了半导体器件的集成度。

曝光系统的数值孔径NA满足式(2)：

NA＝n*sinθ (2)

其中n为曝光系统的光学单元的透镜到基底之间填充的介质的折射率，θ为主光轴与透镜边缘线的夹角。

通过式(1)和式(2)，通常从以下三个方面去改善曝光系统的分辨率：1.减小曝光系统的曝光光源的光线的波长λ，现有曝光系统的曝光光源的已由波长λ为436nm的g-线汞灯源发展到波长λ为193nm的准分子激光光源，并进一步发展到深紫外线(DUV)和极紫外线(EUV)光源；2.采用了分辨率增强技术(Resolution Enhancement Technology，RET)以减小光刻常数k₁，包括光学邻近修正(Optical Proximity Corrected，OPC)、相移掩模板(Phase Shifting Mask，PSM)和偏轴照明(Off Axis Illumination，OAI)等技术，通过采用分辨率增强技术(Resolution Enhancement Technology，RET)可以将光刻常数k₁从0.8减小到0.25；3.通过改进曝光系统的光学单元的光学设计、制造技术以及测量技术以增大曝光系统的光学单元的数值孔径NA，另外一种增加曝光系统的数值孔径的方法为采用浸没式曝光技术，在浸没式曝光技术中光学单元的终端透镜和基底之间填充满具有高折射系数的液体，曝光系统的光通过液体对基底进行曝光。

然而，无论采用上述EUV光刻技术或是分辨率增强技术(RET)抑或是浸没式曝光技术都将极大的增加曝光设备的制作成本和复杂度，并且上述改善曝光系统分辨率的技术将一直面临半导体器件的最小尺寸的设计节点不断减小的挑战。

因此，另外一种改进两个相邻半导体图形之间的最小间距(pitch)的趋势是采用双半导体图形(double pattern)制作工艺，例如：两次光刻和两次刻蚀工艺(Litho Etch Litho Etch，LELE)工艺或者双重显影工艺(Dual-tone Development，DDT)。

LELE(Litho Etch Litho Etch)工艺是对同一待处理基底进行两次光刻和两次刻蚀，在待处理基底中形成半导体图形，使得两相邻半导体图形之间的最小间距相对于一次光刻和一次刻蚀变得更小。

图1～图7为现有采用LELE(Litho Etch Litho Etch)工艺形成双半导体图形(double pattern)的剖面结构示意图。

参考图1，提供基底100，在所述基底100上依次形成待刻蚀材料层109和第一光刻胶层101，曝光光线30通过第一掩模板20对第一光刻胶层101进行曝光，在第一光刻胶层101中形成第一曝光区102。

所述第一掩模板20包括透光部分21和不透光部分22，曝光光线30通过第一掩模板20的透光部分21对第一光刻胶层101进行曝光。