双掩膜自对准图案化的方法技术

本发明专利技术公开了一种双掩膜自对准图案化的方法，首先以图案化的光刻胶作为第一内核，于第一内核表面覆盖第一RELACS材料层，并进行第一次热交联反应，生成第一热交联反应物层；在去除部分第一热交联反应物层和图案化光刻胶后，以剩余的第一热交联反应物层为第二内核，于剩余的第一热交联反应物层表面覆盖第二RELACS材料层，并进行第二次热交联反应，生成第二热交联反应物层；最后依次去除部分第二热交联反应物层和剩余的第一热交联反应物，以剩余的第二热交联反应物层作为掩膜图案，由此实现了具有高密度线的精细图形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种双掩膜自对准图案化的方法。
技术介绍
在制造半导体器件的过程中，尤其当半导体器件的特征尺寸越来越小的情况下，对于衬底上由相间排列的线(line)和间隔(space)形成的精细图案，一般采用双图案(Double-Patterning)技术，如光刻-冻结-光刻-刻蚀工艺(LFLE，Litho-Freeze-Litho-Etch)、光刻-刻蚀-光刻-刻蚀(LELE，Litho-Etch-Litho-Etch)工艺以及自对准双图案(SADP，Self-Aligned Double Patterning)工艺等。出于经济和流程上的考虑，现有技术倾向于使用SADP工艺形成精细图案，典型的SADP工艺流程如图1a至图1d所示，包括：首先，待刻蚀基底101上形成牺牲层102，如图1a所示；参照图1b，于牺牲层102的表面形成图案化的光刻胶103，其中，图案化的光刻胶103对应精细图案的线与线之间的间隔，利用图案化的光刻胶103对牺牲层102进行刻蚀，形成内核102’，内核102’的宽度对应精细图案的线与线之间的间隔；如图1c，通过化学气相沉积覆盖内核102’的半导体层104，并进行干法刻蚀以在内核102’的两侧形成侧壁104，侧壁104的位置对应精细图案的线的位置，侧壁104的宽度对应精细图案的线的线宽；最后，参照图1d，选择性刻蚀去除内核102’，以侧壁104作为掩膜对被刻蚀目标层101进行刻蚀，其中，为了保证侧壁104在去除内核102’的刻蚀具备选择性，内核102’(牺牲层)的材料可选择氧化物，侧壁104(半导体层)的材料可选择氮化物，利用氧化物和氮化物对不同刻蚀剂呈现不同的刻蚀速率进行选择性刻蚀。由于典型的SADP工艺需要分别沉积牺牲层和半导体层以形成内核和侧壁，为了节约成本以及避免后续选择性刻蚀时影响侧壁的形貌，US20100136784提供了一种SADP工艺，以图案化的光刻胶替代牺牲层形成内核，并在内核两侧通过沉积半导体层形成对应精细图案位置的侧壁，以显影液去除内核以避免选择性刻蚀影响侧壁形貌。随着材料科学的发展，新型的组合物如RELACS(Resolution Enhancement Lithography Assisted By Chemical Shrink，分辨率增强光刻辅助化学收缩)材料被用作
光刻胶。RELACS材料主要是由水溶性的高分子与交链剂所组成，典型的，US20100279509提供了一种硅基/碳基可涂覆的RELACS材料。RELACS材料具有以下性质：可被水溶性的显影液去除；与酸性离子在一定的温度条件下可进行交链反应，生成交链反应物，而交链反应物不能被水溶性的显影液去除；应用上述RELACS材料的性质，US6383952提供了一种SADP工艺，在以图案化的光刻胶形成内核后，在内核表面涂覆一层RELACS材料层，并进行烘焙，由于光刻胶中含有酸性离子，经过曝光、显影程序后，碱性的显影液会与光刻胶图形边缘的酸性离子产生中和作用，使得图形边缘的酸性离子浓度下降，在烘焙过程中，残留在光刻胶中的酸性离子因为受热而产生扩散运动，在扩散的过程中会同时产生新的酸性离子，这些酸性离子会扩散进入RELACS材料内，使RELACS材料发生交链反应，以在图案化光刻胶形成的内核表面上形成了一层交链反应物，通过刻蚀去除图案化光刻胶可形成由交链反应物形成的、对应精细图案中线位置的侧壁。随着半导体技术的发展，半导体器件的特征线宽逐渐缩小，在制造过程中期望形成具有更高密度线的精细图形，由于光刻胶在图案化的过程中受限于曝光精度，使得作为内核的光刻胶尺寸不能无限制缩小，因此现有方法已不适用于需要高密度精细图形的情况。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提供了一种双掩膜自对准图案化的方法，以形成具有高密度线的精细图形。本专利技术采用的技术手段如下：一种双掩膜自对准图案化的方法，其特征在于，包括：提供待刻蚀的半导体基底；在所述半导体基底表面形成图案化的光刻胶；形成覆盖所述图案化的光刻胶表面的第一RELACS材料层；进行第一次热处理，以使所述第一RELACS材料层与所述图案化的光刻胶接触处发生热交联反应，形成第一热交联反应物层；去除未与所述图案化的光刻胶发生热交联反应的第一RELACS材料层；去除所述图案化的光刻胶顶端的所述第一热交联反应物层，并去除所述图案化的光刻胶；形成覆盖剩余的所述第一热交联反应物层的第二RELACS材料层；进行第二次热处理，以使所述第二RELACS材料层与剩余的所述第一热交联反应
物层接触处发生热交联反应，形成第二热交联反应物层；去除没有与剩余的所述第一热交联反应物层发生热交联反应的第二RELACS材料层；去除剩余的所述第一热交联反应物顶端的第二热交联反应物层，并去除剩余的所述第一热交联反应物；以剩余的所述第二热交联反应物层作为掩膜图案。进一步，所述第一次热处理和第二次热处理均为混合烘烤处理，烘烤温度为70℃至130℃且每次烘烤时间为20至90秒。进一步，使用去离子水清洗去除未与所述图案化的光刻胶发生热交联反应的第一RELACS材料层和没有与剩余的所述第一热交联反应物层发生热交联反应的第二RELACS材料层。进一步，使用等离子刻蚀去除所述图案化的光刻胶顶端的所述第一热交联反应物层，以暴露所述图案化的光刻胶；通过曝光显影工艺去除所述图案化的光刻胶。进一步，所述第一RELACS材料层采用硅基RELACS材料，所述第二RELACS材料层采用碳基RELACS材料；或者，所述第一RELACS材料层采用碳基RELACS材料，所述第二RELACS材料层采用硅基RELACS材料。进一步，采用等离子刻蚀去除所述图案化的光刻胶顶端的所述第一热交联反应物层。进一步，依次使用曝光、显影和去离子水清洗去除所述图案化的光刻胶。进一步，采用等离子刻蚀去除剩余的所述第一热交联反应物顶端的第二热交联反应物层，以暴露剩余的所述第一热交联反应物的顶端；采用选择性刻蚀去除剩余的所述第一热交联反应物。采用本专利技术的双掩膜自对准图案化的方法，首先以图案化的光刻胶作为第一内核，于第一内核表面覆盖第一RELACS材料层，并进行第一次热交联反应，生成第一热交联反应物层；在去除部分第一热交联反应物层和团花光刻胶后，以剩余的第一热交联反应物层为第二内核，于剩余的第一热交联反应物层表面覆盖第二RELACS材料层，并进行第二次热交联反应，生成第二热交联反应物层；最后依次去除部分第二热交联反应物层和剩余的第一热交联反应物，以剩余的第二热交联反应物层作为掩膜图案，由此实现了具有高密度线的精细图形。附图说明图1a～图1d为现有技术中自对准双图案工艺的示意图；图2为本专利技术一种双掩膜自对准图案化的方法流程图；图3a～图3i为本专利技术具体实施例的流程结构图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术提出了一种双掩膜自对准图案化的方法，如图2所示，包括：提供待刻蚀的半导体基底；在所述半导体基底表面形成图案化的光刻胶；形成覆盖所述图案化的光刻胶表面的第一RELACS材料层；进行第一次热处理，以使所述第一RELACS材料层与所述图案化的光刻胶接触处本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双掩膜自对准图案化的方法，其特征在于，包括：提供待刻蚀的半导体基底；在所述半导体基底表面形成图案化的光刻胶；形成覆盖所述图案化的光刻胶表面的第一RELACS材料层；进行第一次热处理，以使所述第一RELACS材料层与所述图案化的光刻胶接触处发生热交联反应，形成第一热交联反应物层；去除未与所述图案化的光刻胶发生热交联反应的第一RELACS材料层；去除所述图案化的光刻胶顶端的所述第一热交联反应物层，并去除所述图案化的光刻胶；形成覆盖剩余的所述第一热交联反应物层的第二RELACS材料层；进行第二次热处理，以使所述第二RELACS材料层与剩余的所述第一热交联反应物层接触处发生热交联反应，形成第二热交联反应物层；去除没有与剩余的所述第一热交联反应物层发生热交联反应的第二RELACS材料层；去除剩余的所述第一热交联反应物顶端的第二热交联反应物层，并去除剩余的所述第一热交联反应物；以剩余的所述第二热交联反应物层作为掩膜图案。

【技术特征摘要】
1.一种双掩膜自对准图案化的方法，其特征在于，包括：提供待刻蚀的半导体基底；在所述半导体基底表面形成图案化的光刻胶；形成覆盖所述图案化的光刻胶表面的第一RELACS材料层；进行第一次热处理，以使所述第一RELACS材料层与所述图案化的光刻胶接触处发生热交联反应，形成第一热交联反应物层；去除未与所述图案化的光刻胶发生热交联反应的第一RELACS材料层；去除所述图案化的光刻胶顶端的所述第一热交联反应物层，并去除所述图案化的光刻胶；形成覆盖剩余的所述第一热交联反应物层的第二RELACS材料层；进行第二次热处理，以使所述第二RELACS材料层与剩余的所述第一热交联反应物层接触处发生热交联反应，形成第二热交联反应物层；去除没有与剩余的所述第一热交联反应物层发生热交联反应的第二RELACS材料层；去除剩余的所述第一热交联反应物顶端的第二热交联反应物层，并去除剩余的所述第一热交联反应物；以剩余的所述第二热交联反应物层作为掩膜图案。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一次热处理和第二次热处理均为混合烘烤处理，烘烤温度为70℃至130℃且每次烘烤时间为20至90秒。3.根据权利要求1所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝静安，胡华勇，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31