專利名稱：雙壓印方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，特別涉及一種雙壓印(double imprint)方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展，半導(dǎo)體芯片的尺寸越來越小，因此半導(dǎo)體工藝的精度也變得更加重要。在半導(dǎo)體制造工藝中，其中一個(gè)重要的工藝就是光刻，光刻是將掩膜版上的圖案轉(zhuǎn)移為晶片上的圖案的工藝過程，因此光刻的質(zhì)量會(huì)直接影響到最終形成的芯片的性能。隨著半導(dǎo)體芯片尺寸的縮小，傳統(tǒng)的單次光刻工藝已經(jīng)不能滿足工藝需求，在這種情況下，雙光刻工藝應(yīng)運(yùn)而生。下面對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的雙光刻方法進(jìn)行介紹，圖1 圖10 為現(xiàn)有技術(shù)中雙光刻方法的過程剖面示意圖，現(xiàn)有技術(shù)中的雙光刻方法包括以下步驟步驟1001，參見圖1，在待刻蝕薄膜101上沉積一層硬掩膜102。待刻蝕薄膜101的材料視具體情況而定，例如，若欲形成金屬線，則待刻蝕薄膜 101為金屬層；若欲形成接觸孔，則待刻蝕薄膜101為介質(zhì)層；若欲形成柵極，則待刻蝕薄膜 101為多晶硅柵層。步驟1002，參見圖2，在硬掩膜102之上依次沉積第一底部抗反射涂層(BARC) 103 和第一光刻膠(PR) 104。需要說明的是，BARC也可用頂部抗反射涂層(TARC)來替代，在實(shí)際應(yīng)用中，也可省略涂覆BARC或TARC的步驟，視具體情況而定。步驟1003，參見圖3，在第一 ra 104上施加第一掩膜版(圖未示出)，并進(jìn)行曝光和顯影，從而形成第一光刻圖案105。步驟1004，參見圖4，以第一光刻圖案105作為掩膜，對(duì)第一 BARC 103和硬掩膜 102進(jìn)行刻蝕?？涛g停止于待刻蝕薄膜101的表面。步驟1005，參見圖5，將待刻蝕薄膜101表面的第一光刻圖案105和第一 BARC 103 依次剝離。步驟1006，參見圖6，在刻蝕后的硬掩膜102的表面依次沉積第二 BARC106和第二 PR 107。該步驟與步驟1002相同，此處不再贅述。步驟1007，參見圖7，在第二 I3R 107上施加第二掩膜版(圖未示出)，并進(jìn)行曝光和顯影，從而形成第二光刻圖案108。此步驟與步驟1003相同。步驟1008，參見圖8，以第二光刻圖案108作為掩膜，對(duì)第二 BARC 106進(jìn)行刻蝕。步驟1009，參見圖9，以硬掩膜102和第二光刻圖案108作為掩膜，對(duì)待刻蝕薄膜 101進(jìn)行刻蝕。步驟1010，參見圖10，依次剝離刻蝕后薄膜109表面的硬掩膜102、第二 BARC 106和第二光刻圖案108。至此，本流程結(jié)束。可見，在現(xiàn)有技術(shù)中，為了滿足半導(dǎo)體芯片的小尺寸需求，將掩膜版上的圖案轉(zhuǎn)移為晶片上的圖案是通過雙光刻來實(shí)現(xiàn)的，然而用于實(shí)施光刻的光刻機(jī)是一種比較昂貴的機(jī)臺(tái)，因此，現(xiàn)有技術(shù)中在晶片上形成圖案的成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種雙壓印方法，以降低在晶片上形成圖案的成本。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種雙壓印方法，該方法包括在待刻蝕薄膜上形成金屬硬掩膜層；采用第一模具對(duì)金屬硬掩膜層進(jìn)行壓印，壓印后的金屬硬掩膜層為第一壓印圖案；在第一壓印圖案和暴露出來的待刻蝕薄膜之上旋涂深紫外氧化物，并進(jìn)行硬性烘烤處理；采用第二模具對(duì)深紫外氧化物進(jìn)行壓印，壓印后的深紫外氧化物為第二壓印圖案；以第二壓印圖案作為掩膜，對(duì)位于其下的第一壓印圖案刻蝕，然后將第二壓印圖案去除，刻蝕后的第一壓印圖案為第三圖案；以第三圖案作為掩膜，對(duì)待刻蝕薄膜刻蝕。所述待刻蝕薄膜為依次從下至上的介質(zhì)層和保護(hù)層。所述保護(hù)層為正硅酸乙酯或低介電常數(shù)的二氧化硅；所述金屬硬掩膜層為氮化鈦或金屬鉻。所述金屬硬掩膜層的厚度為100埃至400埃；所述深紫外氧化物的上表面與第一壓印圖案的上表面的距離為300埃至1000埃。所述對(duì)待刻蝕薄膜刻蝕之后，該方法進(jìn)一步包括將第三圖案去除。所述對(duì)第一壓印圖案刻蝕的方法為采用氯氣或三氯化硼氣體對(duì)第一壓印圖案進(jìn)行干法刻蝕；所述將第三圖案去除的方法為采用氯氣或三氯化硼氣體對(duì)第三圖案進(jìn)行干法刻蝕。所述對(duì)第一壓印圖案干法刻蝕的氣體進(jìn)一步包括氦氣或氬氣；所述對(duì)第三圖案干法刻蝕的氣體進(jìn)一步包括氦氣或氬氣。在本發(fā)明所提供的一種雙壓印方法中，首先在待刻蝕薄膜上形成金屬硬掩膜層， 采用第一模具對(duì)金屬硬掩膜層進(jìn)行壓印形成第一壓印圖案，在第一壓印圖案和暴露出來的待刻蝕薄膜之上旋涂深紫外氧化物，并進(jìn)行硬性烘烤處理，然后采用第二模具對(duì)深紫外氧化物進(jìn)行壓印形成第二壓印圖案，以第二壓印圖案作為掩膜對(duì)第一壓印圖案刻蝕形成第三圖案，最后以第三圖案作為掩膜，對(duì)待刻蝕薄膜刻蝕?？梢姡景l(fā)明通過兩次壓印以及刻蝕工藝在待刻蝕薄膜上形成了預(yù)期的圖案，沒有依賴于現(xiàn)有技術(shù)中的光刻工藝，降低了在晶片上形成圖案的成本。


圖1 圖10為現(xiàn)有技術(shù)中雙光刻方法的過程剖面示意圖。圖11為本發(fā)明所提供的一種雙壓印方法的流程圖。圖12 圖20為本發(fā)明中雙壓印方法實(shí)施例的過程剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明所述方案作進(jìn)一步地詳細(xì)說明。本發(fā)明的核心思想為采用兩次壓印代替了現(xiàn)有技術(shù)中的光刻工藝，在滿足半導(dǎo)體器件較小的關(guān)鍵尺寸要求的基礎(chǔ)上，降低了在晶片上形成圖案的成本。圖11為本發(fā)明所提供的一種雙壓印方法的流程圖。該方法包括以下步驟步驟11，在待刻蝕薄膜上形成金屬硬掩膜層。步驟12，采用第一模具對(duì)金屬硬掩膜層進(jìn)行壓印，壓印后的金屬硬掩膜層為第一壓印圖案。步驟13，在第一壓印圖案和暴露出來的待刻蝕薄膜之上旋涂深紫外氧化物，并進(jìn)行硬性烘烤處理。步驟14，采用第二模具對(duì)深紫外氧化物進(jìn)行壓印，壓印后的深紫外氧化物為第二壓印圖案。步驟15，以第二壓印圖案作為掩膜，對(duì)位于其下的第一壓印圖案刻蝕，然后將第二壓印圖案去除，刻蝕后的第一壓印圖案為第三圖案。步驟16，以第三圖案作為掩膜，對(duì)待刻蝕薄膜刻蝕。至此，本流程結(jié)束。圖12 圖20為本發(fā)明中雙壓印方法實(shí)施例的過程剖面示意圖，在該實(shí)施例中，在晶片的介質(zhì)層中形成通孔圖案。在詳細(xì)介紹該實(shí)施例之前，對(duì)該實(shí)施例涉及的壓印技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。在壓印技術(shù)的原理為采用機(jī)械壓力將具有小尺寸圖案的模具，壓在可塑材料上，模具上的圖案會(huì)使得可塑材料發(fā)生變形，從而在可塑材料上形成與模具上的圖案互補(bǔ)的圖案。該實(shí)施例包括步驟2001，參見圖12，在介質(zhì)層201上依次沉積保護(hù)層202和金屬硬掩膜層203。其中，介質(zhì)層201和保護(hù)層202為待刻蝕薄膜。保護(hù)層202的主要成分為正硅酸乙酯(TEOS)或低介電常數(shù)的二氧化硅(Si02)。金屬硬掩膜層203的主要成分為氮化鈦(TiN)或金屬鉻(Cr)，金屬硬掩膜層203 的厚度約為100埃至400埃。本步驟中對(duì)介質(zhì)層201和保護(hù)層202的厚度沒有限定，介質(zhì)層201和保護(hù)層202 的厚度依據(jù)產(chǎn)品的要求而定。步驟2002，參見圖13，采用第一模具204對(duì)金屬硬掩膜層203進(jìn)行壓印。金屬硬掩膜層203為可塑材料，當(dāng)?shù)谝荒＞?04在下壓過程中，金屬硬掩膜層203 受到壓力發(fā)生變形。
步驟2003，參見圖14，撤除第一模具204。當(dāng)?shù)谝荒＞?04撤除后，金屬硬掩膜層203受到壓力發(fā)生變形而形成第一壓印圖案 205。第一壓印圖案205與第一模具204上的圖案是互補(bǔ)的，第一模具204上凸起的部分對(duì)應(yīng)于第一壓印圖案204是凹陷的部分。步驟2004，參見圖15，旋涂深紫外氧化物(De印Ultraviolet Oxide，DUO) 206，并進(jìn)行硬性烘烤處理。關(guān)于深紫外氧化物性質(zhì)、成分等的詳細(xì)介紹，可參照現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容，此處不再詳述。例如，可參見如下兩個(gè)鏈接公開的關(guān)于深紫外氧化物的相應(yīng)的資料https://www51. honeywell. com/sm/em/common/documents/msds-em-product-ap plication-documents/DU0248-BARC. pdf禾口http://www. surechem. org/index, php ？ Action = document&docld = 517209&db = USPTOA&tab = desc&lang = &db—query = 0 % 3A % 3A0 % 3A % 3A0 % 3A&markupType = all。深紫外氧化物206在進(jìn)行硬性烘烤處理之前為液態(tài)，可通過旋涂的方式使之覆蓋于第一壓印圖案205之上、以及暴露出來的保護(hù)層202之上，經(jīng)硬性烘烤處理之后，深紫外氧化物206轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。優(yōu)選地，深紫外氧化物206的上表面與第一壓印圖案205的上表面的距離d為300 埃至1000埃。步驟2005，參見圖16，采用第二模具207對(duì)深紫外氧化物206進(jìn)行壓印。深紫外氧化物206為可塑材料，當(dāng)?shù)诙＞?07在下壓過程中，深紫外氧化物206 受到壓力發(fā)生變形。步驟2006，參見圖17，撤除第二模具207。當(dāng)?shù)诙＞?07撤除后，深紫外氧化物206受到壓力發(fā)生變形而形成第二壓印圖案 208。步驟2007，參見圖18，以第二壓印圖案208作為掩膜，對(duì)位于其下的第一壓印圖案 205進(jìn)行干法刻蝕，刻蝕后的第一壓印圖案205形成第三圖案209。干法刻蝕的氣體的主要成分可為氯氣(Cl2)或三氯化硼(BCl3)等。干法刻蝕的氣體還可進(jìn)一步包括用于對(duì)上述主要?dú)怏w稀釋的惰性氣體，例如氦氣 (He)或氬氣(Ar)等。本步驟進(jìn)行干法刻蝕后，可使得圖案的關(guān)鍵尺寸(CD)偏差小于或等于50納米，關(guān)鍵尺寸偏差是指光刻后檢查關(guān)鍵尺寸(ADI CD)與刻蝕后檢查關(guān)鍵尺寸(ΑΕΙ CD)的差的絕對(duì)值。步驟2008，參見圖19，采用濕法清洗的方法去除深紫外氧化物206，從而將第二壓印圖案208去除。濕法清洗深紫外氧化物206的方法為現(xiàn)有技術(shù)中的內(nèi)容，可參考現(xiàn)有技術(shù)中的相關(guān)方法。例如，可采用產(chǎn)品“CLK888”進(jìn)行濕法清洗，關(guān)于“CLK888”的具體介紹，可參考下面幾個(gè)鏈接
http//www, mallbaker. com/micro/documents/performance/bakerclk-888 tpn.pdf、http://www, mallbaker.com/micro/documents/performance/4000 copper application Ruide.pdf、https : / / www51. honeywell. com / sm / em / common / documents/ SPIE-Advanced-Lithography-2009. pdf、和http://library, abb, com/Rlobal/scot/scot205. nsf/veritydisplay/8f498e64 2838268385256fdb00575a71/SFile/ffPAnewFlyer. pdf。將第二壓印圖案208去除后，保護(hù)層202之上為刻蝕后的第一壓印圖案205即第三圖案209。步驟2009，參見圖20，以第三圖案209作為掩膜，對(duì)介質(zhì)層201和保護(hù)層202刻蝕， 形成通孔210，然后將第三圖案209去除。其中，去除第三圖案209的方法可參考步驟2007中的相關(guān)描述，例如，采用氯氣 (Cl2)或三氯化硼(BCl3)進(jìn)行干法刻蝕。需要說明的是，本實(shí)施例之所以沒有采用第二模具207直接對(duì)第一壓印圖案205 進(jìn)行壓印，是因?yàn)榧僭O(shè)采用第二模具207直接對(duì)第一壓印圖案205進(jìn)行壓印，會(huì)使得第一壓印圖案205再次受到擠壓發(fā)生變形。本實(shí)施例在第一壓印圖案205之上形成第二壓印圖案208，然后依據(jù)第二壓印圖案208對(duì)第一壓印圖案205進(jìn)行刻蝕，從而避免了第一壓印圖案205再次受到擠壓發(fā)生變形。可見，本實(shí)施例沒有采用現(xiàn)有技術(shù)中的光刻技術(shù)，取而代之的是兩次壓印，壓印技術(shù)的成本是比較低的，因此本實(shí)施例提供的方法降低了形成圖案的成本，而且兩次壓印也可滿足較小的關(guān)鍵尺寸要求。至此，本流程結(jié)束。根據(jù)本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，首先在待刻蝕薄膜上形成金屬硬掩膜層，采用第一模具對(duì)金屬硬掩膜層進(jìn)行壓印形成第一壓印圖案，在第一壓印圖案和暴露出來的待刻蝕薄膜之上旋涂深紫外氧化物，并進(jìn)行硬性烘烤處理，然后采用第二模具對(duì)深紫外氧化物進(jìn)行壓印形成第二壓印圖案，以第二壓印圖案作為掩膜對(duì)第一壓印圖案刻蝕形成第三圖案， 最后以第三圖案作為掩膜，對(duì)待刻蝕薄膜刻蝕。可見，本發(fā)明通過兩次壓印以及刻蝕工藝在待刻蝕薄膜上形成了預(yù)期的圖案，沒有依賴于現(xiàn)有技術(shù)中的光刻工藝，降低了在晶片上形成圖案的成本。本發(fā)明所提供的雙壓印方法可應(yīng)用于通孔、溝槽的刻蝕制程，采用本發(fā)明的雙壓印方法可使得最終形成的通孔(via)或溝槽(trench)的CD為20納米至30納米，通孔或溝槽的間距(pitch)小于50納米。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙壓印方法，該方法包括 在待刻蝕薄膜上形成金屬硬掩膜層；采用第一模具對(duì)金屬硬掩膜層進(jìn)行壓印，壓印后的金屬硬掩膜層為第一壓印圖案； 在第一壓印圖案和暴露出來的待刻蝕薄膜之上旋涂深紫外氧化物，并進(jìn)行硬性烘烤處理；采用第二模具對(duì)深紫外氧化物進(jìn)行壓印，壓印后的深紫外氧化物為第二壓印圖案； 以第二壓印圖案作為掩膜，對(duì)位于其下的第一壓印圖案刻蝕，然后將第二壓印圖案去除，刻蝕后的第一壓印圖案為第三圖案；以第三圖案作為掩膜，對(duì)待刻蝕薄膜刻蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述待刻蝕薄膜為依次從下至上的介質(zhì)層和保護(hù)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述保護(hù)層為正硅酸乙酯或低介電常數(shù)的二氧化硅；所述金屬硬掩膜層為氮化鈦或金屬鉻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述金屬硬掩膜層的厚度為100埃至400埃；所述深紫外氧化物的上表面與第一壓印圖案的上表面的距離為300埃至1000埃。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述對(duì)待刻蝕薄膜刻蝕之后，該方法進(jìn)一步包括將第三圖案去除。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述對(duì)第一壓印圖案刻蝕的方法為采用氯氣或三氯化硼氣體對(duì)第一壓印圖案進(jìn)行干法刻蝕；所述將第三圖案去除的方法為采用氯氣或三氯化硼氣體對(duì)第三圖案進(jìn)行干法刻蝕。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述對(duì)第一壓印圖案干法刻蝕的氣體進(jìn)一步包括氦氣或氬氣；所述對(duì)第三圖案干法刻蝕的氣體進(jìn)一步包括氦氣或氬氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙壓印方法，該方法包括在待刻蝕薄膜上形成金屬硬掩膜層；采用第一模具對(duì)金屬硬掩膜層進(jìn)行壓印，壓印后的金屬硬掩膜層為第一壓印圖案；在第一壓印圖案和暴露出來的待刻蝕薄膜之上旋涂深紫外氧化物，并進(jìn)行硬性烘烤處理；采用第二模具對(duì)深紫外氧化物進(jìn)行壓印，壓印后的深紫外氧化物為第二壓印圖案；以第二壓印圖案作為掩膜，對(duì)位于其下的第一壓印圖案刻蝕，然后將第二壓印圖案去除，刻蝕后的第一壓印圖案為第三圖案；以第三圖案作為掩膜，對(duì)待刻蝕薄膜刻蝕。采用本發(fā)明公開的方法能夠降低在晶片上形成圖案的成本。
文檔編號(hào)G03F7/00GK102566258SQ201010612440
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者張海洋, 王新鵬 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司