[发明专利]一种双重图形化方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路领域，特别涉及一种双重图形化方法。

背景技术

随着半导体集成电路技术的不断发展，要求将更多的电路器件集成至一个很小的芯片面积上，半导体电路器件尺寸正变得越来越小，即要求光刻工艺能够产生出更小线宽的图形尺寸。然而由于决定器件尺寸的光刻工艺中的光源的波长正在接近其所能减少的技术极限，器件尺寸已经接近曝光机台的极限分辨率而不能无限制缩小。

利用双重图形化技术方法可解决光刻工艺分辨率极限问题，来形成更小图形尺寸。此方法是利用光刻工艺分辨率的极限使得电路的集成度提高两倍，即将超出光刻机极限分辨率的设计图形分拆成光刻机能够达到的分辨率的两层图形，并利用两块光刻版，在同一衬底上顺序进行两次光刻工艺使得图形密度提高一倍。

图1A至图1F及图2A至图2E为现有技术的双重图形化方法的各步骤示意图。

请先参照图1A至图1F，首先在硅衬底101上生长需要进行图形化的膜层结构102；在膜层结构102顶部生长一层金属硬掩膜层103，然后进行第一次光刻抗反射层104以及光刻胶的涂布、曝光、显影，再对显影后的第一次光刻图形结构105进行烘烤固化，如图1A所示；然后进行第二次光刻的涂胶、曝光、显影，这样在硅衬底101上就形成了两次光刻后的光刻胶图形结构105和106，如图1B所示，此时两次光刻产生的光刻胶图形密度是一次光刻的两倍。接着如图1C和1D所示，利用等离子干法刻蚀，打开光刻胶下方的抗反射层104以及金属硬掩膜层103，将光刻胶图形转移至下方的金属硬掩膜层103上，然后如图1E所示去胶，清洗，保留金属硬掩膜103a。最后利用金属硬掩膜103a作为掩膜对其下方的膜层结构102进行干法刻蚀，将所需的图形传递到膜层结构102上，如图1F所示。

然而，在上述双重图形化方法中，如果两次光刻使用的光刻胶类型不同则可能导致刻蚀特性的不同。

请参照图2A，由于两次光刻所采用的光刻胶型号不同，显影后的第一次光刻胶图形结构205和第二次光刻胶图形结构206的高度不同，甚至其形貌也不相同。两种光刻胶的刻蚀的特性亦可能不同，因此在抗反射层204刻蚀工艺中，易导致抗反射层图形形貌差异，如图2B所示，其中第一次光刻胶图形结构205所产生的抗反射层图形结构204a与第二次光刻胶图形结构206所产生的抗反射层图形结构204b在形貌上有差异。抗反射层204打开后进行金属硬掩膜层203的刻蚀工艺。由于光刻胶图形以及抗反射层图形的差异，导致金属硬掩膜刻蚀工艺时可能产生不同的金属硬掩膜形貌和关键尺寸，如图2C所示，其中第一次光刻图形产生的金属硬掩膜203a和第二次光刻图形产生的金属硬掩膜203b在形貌上有差异。在金属硬掩膜刻蚀后进行去胶处理，清洗结果如图2D所示，留下了形貌不同的金属硬掩膜203a和203b。之后如图2E所示利用金属硬掩膜203a以及203b为掩膜进行后续的刻蚀工艺以产生所需要的图形202a及202b，由于金属硬掩膜图形203a与203b形貌的差异，导致后续介质膜层202刻蚀工艺中相邻的两个图形202a和202b在形貌上以及关键尺寸上亦产生差异。

为了消除以上因为两种光刻胶型号不同所引起的光刻胶厚度以及形貌差异，最终导致刻蚀特性的不同，需要对光刻工艺进行精细优化，这就使得光刻工艺窗口变得更小，同时也更加增大了刻蚀工艺的难度和复杂性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种双重图形化方法，克服了现有技术中双重图形化方法对后续刻蚀工艺的不良影响，使得后续刻蚀工艺的工艺窗口更大。

为达成上述目的，本发明提供一种双重图形化方法，包括如下步骤：在衬底上依次形成介质层、硬掩膜层；形成并图形化第一光刻胶层，以形成第一光刻胶图形结构；形成并图形化第二光刻胶层，以形成第二光刻胶图形结构，所述第一光刻胶层与所述第二光刻胶层的类型不同；在所述第一光刻胶图形结构和所述第二光刻胶图形结构之间形成旋涂玻璃层，且所述第一光刻胶图形结构和所述第二光刻胶图形结构的顶部外露；去除所述第一光刻胶图形结构和所述第二光刻胶图形结构；以及，以所述旋涂玻璃层为掩膜刻蚀所述硬掩膜层。

可选的，在所述第一光刻胶图形结构和所述第二光刻胶图形结构之间形成旋涂玻璃层，且所述第一光刻胶图形结构和所述第二光刻胶图形结构的顶部外露的步骤包括：在所述第一光刻胶图形结构和所述第二光刻胶图形结构之间形成所述旋涂玻璃层，所述旋涂玻璃层的高度大于或等于所述第一光刻胶图形结构和所述第二光刻胶图形结构的顶部；以及刻蚀所述旋涂玻璃层使所述第一光刻胶图形结构和所述第二光刻胶图形结构的顶部外露。