技术领域
[0001] 本
发明涉及
半导体制造领域，尤其涉及半导体制造工艺中的光刻工艺，更具体地说，本发明涉及一种在集成
电路制造工艺中同时形成一维和二维光刻胶图形的方法。
背景技术
[0002] 在集成电路制造工艺的某些特殊工艺中，要求在同一次光刻过程中同时形成一维的线条/线槽(Line/Space)图形(如图1a所示的100/101)和二维的方孔图形(正方形或长方形孔)(如图1b所示的200和201)或方
块图形(正方形或长方形块)(如图1c所示的300和301)，通常的做法就是在一块掩膜版上同时设计一维的线条和二维的方孔/方块图形，经过一次曝光和显影后获得。
[0003] 但是，由于线条图形和方孔/方块图形分别具有一维和二维图形的特征，其在空间影像和光学衍射特性上的差别，使得这两种图形所需要的OPC(Optical Proximity Correction：光学临近修正)模型、曝光参数(NA/Sigma：数值孔径/相干系数)，光刻胶种类等光刻条件都有很大的区别。因此，同一次光刻就很难同时满足线条和方孔/方块图形的要求。例如，当光刻的各种条件是线条图形所需的最佳条件时，就能够使一维的线条图形获得较好的
分辨率和工艺窗口，但二维的方孔图形性能(图形分辨率和保真度)则比较差。即使当光刻的各种条件是方孔/方块图形所需的最佳条件时，但由于在曝光时二维图形在XY两个方向的相互作用，使得在4个
角处的光强度及光学模型和其他区域的不一样，导致空间影像失真，因此最终形成的光刻胶图形保真度也较差。图2就是掩膜版上的二维方孔图形经一次曝光显影后所获得光刻胶图形，很明显，本来希望获得长方形孔图形变成了椭圆形。
[0004] 针对此问题，目前业界通常采用的方法是通过特殊的OPC方法来对方孔/方块图形进行修正，例如：如图3所示，通过在方孔图形200的4个角添加增补块400(Serif)的方法来提高方孔图形的分辨率和工艺窗口，这种方法有以下几个缺点：(1)添加的增补块容易对周边的其他图形产生影响，导致OPC的准确性不是太高，甚至发生图形粘连现象；(2)针对不同的方孔/方块图形，需要添加不同尺寸的增补块，处理过程复杂，同时也会增加掩膜版的制作难度；(3)这种方法并没有改变方孔/方块图形的二维特征，其光刻所需的最佳条件仍然和一维的线条图形有区别，因此该方法对方孔/方块图形的分辨率和保真度以及工艺窗口的改善非常有限。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是针对
现有技术中存在上述
缺陷，提供一种能够在集成电路制造工艺中同时形成一维和二维光刻胶图形的方法，其中该方法不但能同时形成一维和二维的光刻胶图形，而且又能解决传统方法中二维的方孔/方块图形无法获得较好的图形分辨率和保真度以及工艺窗口的问题。
[0006] 为了实现上述技术目的，根据本发明，一种同时形成一维和二维光刻胶图形的方法，其中所述的二维光刻胶图形是通过将两块掩膜版上的一维线条图形分别
叠加曝光后再依次经过
硅烷基化和光刻胶
刻蚀而获得的。
[0007] 优选地，一种同时形成一维和二维光刻胶图形的方法包括：
[0008] 第一步骤：在第一掩膜版上设计一维图形，并且设计二维图形的第一线条图形；
[0009] 第二步骤：在第二掩膜版上设计一维图形的保护图形以及二维图形的第二线条图形；
[0010] 第三步骤：在需形成一维和二维光刻胶图形的
硅片上进行光刻胶的涂布和
烘烤；
[0011] 第四步骤：用第一步骤设计好的第一掩膜版对完成第三步骤之后的硅片进行第一次曝光；
[0012] 第五步骤：用第二步骤设计好的第二掩膜版对完成第四步骤之后的硅片进行第二次曝光；
[0013] 第六步骤：用硅烷化剂对完成第五步骤之后的硅片进行硅烷基化处理，形成硅烷基化图层；
[0014] 第七步骤：以硅烷基化图层为掩膜层，对完成第六步骤之后的硅片进行
干法刻蚀，将未发生硅烷基化反应的光刻胶去除，形成所需的一维和二维光刻胶图形。
[0015] 优选地，在第一步骤中，所述一维图形与所需的一维光刻胶图形相对应。
[0016] 优选地，所述二维图形的第一线条图形的宽度a1取决于所需的二维光刻胶图形的第一边长x，所述第一线条图形的长度b1大于所述第一线条图形的宽度a1的4倍，且所述第一线条图形的长度b1大于所需的二维光刻胶图形的第二边长y的n倍，其中n为掩膜版的放大倍率，也即需要满足：b1>4*a1且b1>n*y。
[0017] 优选地，在第二步骤中，所述一维图形的保护图形是一个不透光区域，且该不透光区域的大小能完全
覆盖第一步骤中设计的一维图形。
[0018] 优选地，所述二维图形的第二线条图形的宽度a2取决于所需的二维光刻胶图形的第二边长y，所述第二线条图形的长度b2大于所述第二线条图形的宽度a2的4倍，且所述第二线条图形的长度b2大于二维光刻胶图形的第一边长x的n倍，其中n为掩膜版的放大倍率，也即需要满足：b2>4*a2且b2>n*x。
[0019] 优选地，第一步骤中设计的所述第一线条图形和第二步骤中设计的所述第二线条图形在空间投影上相互垂直。
[0020] 优选地，第三步骤中，如果所需的二维光刻胶图形是正方形孔或/和长方形孔，则所述的光刻胶为第一光刻胶，该第一光刻胶在曝光前不含羟基和
羧酸基成分，经曝光后能生成羟基或/和羧酸基成分；如果所需的二维光刻胶图形是正方形块或/和长方形块，则所述的光刻胶为第二光刻胶，该第二光刻胶在曝光前含羟基和羧酸基成分，经曝光后羟基或/和羧酸基成分因为发生交联反应而消失。
[0021] 优选地，在第六步骤中，所述的硅烷化剂可以是六甲基二硅氮烷、四甲基二硅氮烷、二甲基甲硅烷二甲胺或N,N-二乙
氨基三甲基硅烷中的一种。
[0022] 优选地，一维光刻胶图形包括线条和线槽；二维光刻胶图形包括正方形孔、长方形孔、正方形块和长方形块。
[0023] 优选地，通过调节第一掩膜版上二维图形的第一线条图形的宽度，获得不同尺寸的二维光刻胶图形第一边长，通过调节第二掩膜版上二维图形的第二线条图形的宽度，获得不同尺寸的二维光刻胶图形第二边长。
附图说明
[0024] 结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
[0025] 图1a是一维光刻胶图形示意图。
[0026] 图1b是二维光刻胶图形(正方形孔或/和长方形孔)的一种示例的示意图。
[0027] 图1c是二维光刻胶图形(正方形块或/和长方形块)的另一示例的示意图。
[0028] 图2是二维方孔图形经一次曝光显影后所获得光刻胶图形。
[0029] 图3是现有技术采用的方孔图形添加增补块的光学临近修正示意图。
[0030] 图4示意性地示出了根据本发明优选
实施例的同时形成一维和二维光刻胶图形的方法的
流程图。
[0031] 图5a是本发明方法的步骤一完成后的第一掩膜版的版图示意图。
[0032] 图5b是本发明方法的步骤二完成后的第二掩膜版的版图示意图。
[0033] 图5c是本发明方法的步骤四完成后的光刻胶潜影示意图；图5d是本发明方法的步骤五完成后的光刻胶潜影示意图。
[0034] 图5e和图5f是本发明方法的步骤六完成后的硅烷基化图形示意图。
[0035] 图5g是本发明方法的步骤七完成后的一维光刻胶线条图形和二维光刻胶方孔图形示意图。
[0036] 图5h是本发明方法的步骤七完成后的一维光刻胶线槽图形和二维光刻胶方块图形示意图。
[0037] 图6是本发明实施例采用的硅烷基化反应的化学反应方程式。
[0038] 图中附图标记说明如下：
[0039] 100-所需的一维光刻胶线条图形；101-所需的一维线槽光刻胶图形；200-所需的二维长方形孔光刻胶图形；201-所需的二维正方形孔光刻胶图形；300-所需的二维长方形块光刻胶图形；301-所需的二维正方形块光刻胶图形；x-所需的二维光刻胶图形的第一边长；y-所需的二维光刻胶图形的第二边长；400-传统工艺中的增补块；110-第一掩膜版上的一维图形；210-第一掩膜版上的二维图形的第一线条图形；120-第一掩膜版上的一维图形的保护图形；220-第二掩膜版上的二维图形的第二线条图形；100a-光刻胶内一维图形的潜影；210a-光刻胶内二维图形的第一线条图形的潜影；220a-光刻胶内二维图形的第二线条图形的潜影；201a-光刻胶内二维图形的潜影；500-未曝光区域；100b和101b-一维图形的硅烷基化图形；201b和301b-二维图形的硅烷基化图形；510-发生硅烷基化反应区域；520-未发生硅烷基化反应区域；a1-第一掩膜版上的二维图形的第一线条图形的宽度；b1-第一掩膜版上的二维图形的第一线条图形的长度；a2-第二掩膜版上的二维图形的第二线条图形的宽度；b2-第二掩膜版上的二维图形的第二线条图形的长度。
[0040] 需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
[0041] 为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
[0042] 图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的同时形成一维和二维光刻胶图形的方法的流程图。其中，具体地，例如，一维光刻胶图形包括线条和线槽；二维光刻胶图形包括正方形孔、长方形孔、正方形块和长方形块。
[0043] 与现有技术不同的是，在根据本发明的同时形成一维和二维光刻胶图形的方法中，所述二维光刻胶图形是通过将两块掩膜版上的一维线条图形分别叠加曝光后再依次经过硅烷基化和光刻胶刻蚀获得的。
[0044] 下面将结合图4描述本发明的具体优选实施例。
[0045] 如图4所示，根据本发明优选实施例的同时形成一维和二维光刻胶图形的方法包括：
[0046] 第一步骤S1：在第一掩膜版上设计一维图形110，并且设计二维图形的第一线条图形210，如图5a所示；
[0047] 具体地，在第一步骤S1中，所述一维图形与所需的(即，将要形成的)一维光刻胶图形相对应；而且所述二维图形的第一线条图形的宽度a1取决于所需的二维光刻胶图形的第一边长x，所述第一线条图形的长度b1大于所述第一线条图形的宽度a1的4倍，且所述第一线条图形的长度b1大于所需的二维光刻胶图形的第二边长y的n倍(其中n为掩膜版的放大倍率)，也即需要满足：b1>4*a1且b1>n*y。
[0048] 而且，所述一维图形110的类型(是线条还是线槽)取决于所需的一维光刻胶图形的类型(是线条100还是线槽101)以及后续第三步骤S3中的光刻胶类型(是第一光刻胶还是第二光刻胶)。
[0049] 第二步骤S2：在第二掩膜版上设计一维图形的保护图形120以及二维图形的第二线条图形220，如图5b所示；
[0050] 具体地，在第二步骤S2中，所述一维图形的保护图形120是一个不透光区域，且该区域的大小要能完全覆盖第一步骤S1中设计的一维图形，所述二维图形的第二线条图形220的宽度a2取决于所需的二维光刻胶图形的第二边长y，所述第二线条图形的长度b2大于所述第二线条图形的宽度a2的4倍，且所述第二线条图形的长度b2大于二维光刻胶图形的第一边长x的n倍(其中n为掩膜版的放大倍率)，也即需要满足：b2>4*a2且b2>n*x。
[0051] 而且，第一步骤S1中设计的所述第一线条图形210和第二步骤S2中设计的所述第二线条图形220在空间投影上相互垂直。
[0052] 第三步骤S3：在需形成一维和二维光刻胶图形的硅片上进行光刻胶的涂布和烘烤；具体地，例如，第三步骤S3中，如果所需的二维光刻胶图形是正方形孔或/和长方形孔，则所述的光刻胶为第一光刻胶，该光刻胶在曝光前不含羟基(-OH)和羧酸基(-COOH)成分，经曝光后能生成羟基或/和羧酸基成分。如果所需的二维光刻胶图形是正方形块或/和长方形块，则所述的光刻胶为第二光刻胶，该光刻胶在曝光前含羟基和羧酸基成分，经曝光后羟基或/和羧酸基成分因为发生交联反应而消失。。
[0053] 第四步骤S4：用第一步骤S1设计好的第一掩膜版对完成第三步骤S3之后的硅片进行第一次曝光；如图5c所示，曝光后在硅片上的光刻胶内分别形成一维图形的潜影100a和二维图形的第一线条图形的潜影210a。
[0054] 第五步骤S5：用第二步骤S2设计好的第二掩膜版对完成第四步骤S4之后的硅片进行第二次曝光；
[0055] 由于在第二掩膜版上设计有一维图形的保护图形120，因此在第二次曝光时，第一次曝光时形成的一维图形的潜影100a区域不会被曝光，而在二维图形的第一线条图形的潜影210a的区域，则会有部分区域被曝光，其虚线所示的220a就是第二次曝光时形成的二维图形的第二线条图形的潜影，但由于是两次曝光叠加，导致第一线条图形的潜影210a和第二线条图形的潜影220a也会叠加，且又因为第一线条图形的潜影210a和第二线条图形的潜影220a相互垂直，因此叠加后就会形成新的二维图形的潜影201a，且该二维图形的潜影201a没有被曝光，而其他区域都被曝光。由此可知，依次经过第四步骤S4和第五步骤S5的二次曝光后，在硅片上的光刻胶内就会形成图5d所示的一维图形的潜影100a和二维图形的潜影201a，图5d中黑色区域是没被曝光的区域，而白色区域500就是被曝光的区域，如果第三步骤S3采用第一光刻胶，则没曝光的黑色区域(包括二维图形的潜影201a)不含有羟基或/和羧酸基成分，而曝光的白色区域500因为曝光而生成了羟基或/和羧酸基成分，如果第三步骤S3采用第二光刻胶，则没曝光的黑色区域(包括二维图形的潜影201a)含有羟基或/和羧酸基成分，而曝光的白色区域500因为发生了交联反应而不含有羟基或/和羧酸基成分。
[0056] 第六步骤S6：用硅烷化剂对完成第五步骤S5之后的硅片进行硅烷基化处理，形成硅烷基化图层；
[0057] 在第六步骤S6中，所述的硅烷化剂可以是六甲基二硅氮烷(HMDS)、四甲基二硅氮烷(TMDS)、二甲基甲硅烷二甲胺(DMSDMA)或N,N-二乙氨基三甲基硅烷(TMSDEA)中的一种，优选地，本实施例中采用的硅烷化剂是六甲基二硅氮烷(HMDS)。
[0058] 所述的硅烷基化处理就是将第五步骤S5所获得的具有一维图形的潜影100a和二维图形的潜影201a的光刻胶暴露于液态或气态的硅烷化剂中，使光刻胶中的羟基或/和羧酸基和硅烷化
试剂发生硅烷基化反应，形成硅烷基化图形，化学反应方程式如图6所示，优选地，其反应
温度为50-150℃，反应时间为30-300秒。
[0059] 如果第三步骤S3采用第一光刻胶，进行上述硅烷基化处理后，如图5e所示，灰色区域510因为含有羟基或/和羧酸基而发生了硅烷基化反应，而黑色区域因为不含羟基或/和羧酸基成分而没有发生硅烷基化反应，从而就形成了一维图形的硅烷基化图形100b和二维图形的硅烷基化图形201b。如果第三步骤S3采用第二光刻胶，进行上述硅烷基化处理后，如图5f所示，灰色区域因为含有羟基或/和羧酸基而发生了硅烷基化反应，而黑色区域520因为不含羟基或/和羧酸基成分而没有发生硅烷基化反应，从而就形成了一维图形的硅烷基化图形101b和二维图形的硅烷基化图形301b。
[0060] 第七步骤S7：以硅烷基化图层为掩膜层，对完成第六步骤S6之后的硅片进行干法刻蚀，将未发生硅烷基化反应的光刻胶去除，形成所需的一维和二维光刻胶图形。
[0061] 例如，在第七步骤S7中，所述干法刻蚀是以
氧气为主要刻蚀气体的
等离子体干法刻蚀，其氧气流量为50-2000标准状态的立方厘米/分钟，源射频功率为100-1500瓦，气体压
力为20-2000毫托。第六步骤S6所形成的硅烷基化图层，在以氧气为主要刻蚀气体的等离子体干法刻蚀中，对未发生硅烷基化的光刻胶具有较高的刻蚀选择比，因此可以作为所述干法刻蚀的掩膜层来刻蚀未发生硅烷基化的光刻胶。如果第三步骤S3采用第一光刻胶，进行上述干法刻蚀之后，如图5g所示，灰色区域的光刻胶因为其表面硅烷基化图层的保护而被留下，而白色区域的光刻胶因为没有硅烷基化图层的保护而被完全去除，从而可以形成一维光刻胶图形100(线条)和二维光刻胶图形201(方孔)。同理，如果第三步骤S3采用第二光刻胶，进行上述干法刻蚀之后就会形成如图5h所示的一维光刻胶图形101(线槽)和二维光刻胶图形301(方块)。在图5g和5h中，x和y分别为二维光刻胶图形201或301的第一和第二边长，通过调节第一掩膜版上二维图形的第一线条图形210的宽度a1，可以获得不同尺寸的第一边长x，通过调节第二掩膜版上二维图形的第二线条图形220的宽度a2，可以获得不同尺寸的第二边长y。
[0062] 在本发明中，可以通过调节第一掩膜版上二维图形的第一线条图形的宽度a1，获得不同尺寸的二维光刻胶图形第一边长x，而且可以通过调节第二掩膜版上二维图形的第二线条图形的宽度a2，获得不同尺寸的二维光刻胶图形第二边长y。
[0063] 由此，本发明通过两次曝光和一次显影同时获得了一维和二维的光刻胶图形，而且，通过将两种一维线条图形分别叠加曝光来形成二维图形，消除了传统方法中二维图形一次曝光时硅片上的相互垂直的第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)上的图形的相互影响，能获得很好的图形分辨率和保真度以及工艺窗口，省去了传统方法中专
门针对二维图形的复杂且特殊的OPC步骤，简化了掩膜版的制作工艺；另外，本发明采用
各向异性的干法刻蚀来刻蚀光刻胶，消除了传统方法中湿法显影去除光刻胶时由于各向同性性质而导致的横向扩散效应，提高了关键尺寸的控制
精度和图形保真度；而且，本发明只需通过简单的调节一维线条图形的宽度即可获得不同尺寸的二维光刻胶图形。
[0064] 此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则
说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
[0065] 可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或
修改为等同变化的等效实施例。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做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
