图形化方法与流程

本发明实施例涉及半导体制造领域，尤其涉及一种图形化方法。

背景技术：

1、随着半导体工艺节点的不断减小，多重图案工艺(multiple patterning)是常见的实现半导体结构定义的方法。其中广泛采用的多重光刻工艺，比如双光刻(lele即进行两次的光刻和刻蚀工艺)等，但是由于光刻层数的增加导致其成本也普标较高。自对准多重图形化(self-aligned multiple patterning，samp)方法成为受到青睐的一种图形化方法，在光刻层数不变的情况下，该方法能够成倍增加形成于衬底上的图形的密度，缩小相邻图形的间距(pitch)，从而使实现半导体技术跨代发展。

2、在众多samp方法中，自对准双重图形化(self-aligned double patterning，sadp)方法在衬底上所形成图形的密度是利用光刻工艺在衬底上所形成图形的密度的两倍，即可以获得1/2最小间距(1/2pitch)。而自对准四重图形化(self-aligned quadruplepatterning，saqp)方法在不改变目前光刻技术的前提下(即光刻窗口大小不变)，在衬底上所形成图形的密度是利用光刻工艺在衬底上所形成图形的密度的四倍，即可以获得1/4最小间距(1/4pitch)。

3、在实际应用中，跨度极大的不同尺寸和间距类型的图形组合通常很难使用简单的自对准多重技术实现。然而，将自对准多重图形化技术与多重图案光刻工艺相结合，可以解决相关问题。

4、但是，目前图形化工艺需要克服很多工艺问题，比如在不同类型图形的交界处，通常由于图形拆分到两张光掩膜版，而造成单层掩膜板上图形密度的骤变。克服图形密度带来的关键尺寸负载问题，是自对准多重图形化技术与多重图案光刻工艺结合的难点。

5、因此，目前图形化工艺的效果仍有待提高。

技术实现思路

1、本发明实施例解决的问题是提供一种图形化方法，提高图形化工艺的图形传递精度和图形化工艺的效果，改善刻蚀负载效应。

2、为解决上述问题，本发明实施例提供一种图形化方法，包括：提供用于形成目标图形的目标层；在所述目标层上形成核心材料层；在所述核心材料层上形成硬掩膜材料层，且所述硬掩膜材料层材料的化学键断裂所需的能量，高于所述核心材料层材料的化学键断裂所需的能量；图形化所述硬掩膜材料层，形成硬掩膜层；以所述硬掩膜层为掩膜，图形化所述核心材料层，形成分立的核心层；在所述核心层的侧壁上形成侧墙；去除所述核心层。

3、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

4、本发明实施例提供的图形化方法中，先图形化硬掩膜材料层以形成硬掩膜层，之后再以硬掩膜层为掩膜，图形化核心材料层以形成分立的核心层；在半导体领域中，通常采用等离子体刻蚀工艺进行图形化工艺，与直接在核心材料层上形成平坦层、以平坦层为掩膜图形化核心材料层的方案相比，所述硬掩膜材料层材料的化学键断裂所需的能量，高于所述核心材料层材料的化学键断裂所需的能量，也就是说，利用等离子体刻蚀工艺刻蚀硬掩膜材料层的过程中，所述硬掩膜材料层材料的化学键断裂所需离子轰击的能量更大，离子轰击模式在关键尺寸传递的等离子刻蚀工艺中占主导，有利于改善刻蚀负载效应，提高硬掩膜层的线宽一致性；而且，硬掩膜层的材质通常比平坦层的材质更坚硬，通过将图形传递至硬掩膜层，再以硬掩膜层为掩膜图形化核心材料层，有利于提高核心层的图形质量和改善核心层的线边缘粗糙度，相应有利于提高后续图形化工艺的图形传递精度和图形化工艺的效果。

5、此外，在半导体领域中，平坦层通常较厚，而硬掩膜层更薄，且硬掩膜层的材质通常比平坦层的材质更坚硬，通过将图形传递至较薄的硬掩膜层，再以硬掩膜层为掩膜图形化较厚的核心材料层，有利于进一步提高核心层的图形质量和改善核心层的线边缘粗糙度，相应有利于提高后续图形化工艺的图形传递精度和图形化工艺的效果。

6、可选方案中，所述目标层包括第一区域和第二区域；所述顶部侧墙形成在所述第一区域上；在形成所述顶部侧墙之后，图形化所述底部核心材料层之前，所述图形化方法还包括：在所述第二区域的底部核心材料层上形成图形层；图形化所述底部核心材料层的步骤包括：以所述顶部侧墙和图形层为掩膜，图形化所述底部核心材料层。也就是说，第一区域的图形和第二区域的图形被拆分到两张掩膜版中，即第一区域的图形和第二区域的图形分别在不同工艺步骤中定义，这造成单张掩膜版上的图形密度的骤变，本实施例通过先图形化硬掩膜材料层以形成硬掩膜层，之后再以硬掩膜层为掩膜，图形化核心材料层以形成分立的核心层，与直接在核心材料层上形成平坦层、以平坦层为掩膜图形化核心材料层的方案相比，本实施例所述硬掩膜材料层材料的化学键断裂所需离子轰击的能量更大，本实施例离子轰击模式在硬掩膜材料层的等离子刻蚀工艺中占主导，相应有利于改善刻蚀负载效应，尤其是改善在第一区域和第二区域的交界处的刻蚀负载效应，提高硬掩膜层的线宽一致性。

技术特征：

1.一种图形化方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述核心材料层用于作为顶部核心材料层；所述图形化方法还包括：在提供目标层后，且在形成所述顶部核心材料层之前，在所述目标层上形成底部核心材料层；

3.如权利要求2所述的图形化方法，其特征在于，所述目标层包括第一区域和第二区域；所述顶部侧墙形成在所述第一区域上；在形成所述顶部侧墙之后，图形化所述底部核心材料层之前，所述图形化方法还包括：在所述第二区域的底部核心材料层上形成图形层；

4.如权利要求3所述的图形化方法，其特征在于，所述图形化方法还包括：在去除顶部核心层之后，在形成所述图形层之，在所述底部核心材料层上形成底部平坦层，所述底部平坦层还覆盖所述顶部侧墙；在所述底部平坦层上形成底部防反射层。

5.如权利要求2或3所述的图形化方法，其特征在于，所述图形化方法还包括：在形成底部核心层之后，去除所述顶部侧墙；以所述底部核心层为掩膜，图形化目标层，形成目标图形。

6.如权利要求2或3所述的图形化方法，其特征在于，所述图形化方法还包括：在形成所述底部核心层之后，在所述底部核心层的侧壁上形成底部侧墙；

7.如权利要求2或3所述的图形化方法，其特征在于，所述硬掩膜材料层用于作为顶部硬掩膜材料层；在形成所述底部核心材料层之后，且在形成所述顶部核心材料层之前，所述图形化方法还包括：在所述底部核心材料层上形成底部硬掩膜材料层；

8.如权利要求7所述的图形化方法，其特征在于，以所述顶部硬掩膜层为掩膜，图形化所述顶部核心材料层，形成分立的顶部核心层的步骤中，所述顶部核心层的顶部上还保留有至少部分厚度的顶部硬掩膜层；

9.如权利要求8所述的图形化方法，其特征在于，所述底部硬掩膜材料层和顶部硬掩膜材料层的材料相同；去除所述顶部硬掩膜层的步骤包括：在相邻顶部核心层之间的底部硬掩膜材料层上形成填充层，所述填充层覆盖暴露出顶部硬掩膜层的顶部；去除所述顶部硬掩膜层；去除所述顶部硬掩膜层后，去除所述填充层。

10.如权利要求9所述的图形化方法，其特征在于，所述填充层的材料包括旋涂碳。

11.如权利要求9所述的图形化方法，其特征在于，形成所述填充层的步骤包括：在所述底部硬掩膜材料层上形成覆盖顶部核心层和顶部硬掩膜层的填充材料层；去除部分厚度的填充材料层，暴露出顶部硬掩膜层。

12.如权利要求9所述的图形化方法，其特征在于，形成填充材料层的工艺包括旋涂工艺。

13.如权利要求7所述的图形化方法，其特征在于，所述底部硬掩膜材料层材料的化学键断裂所需的能量，高于所述底部核心材料层材料的化学键断裂所需的能量。

14.如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，图形化所述硬掩膜材料层的步骤包括：形成覆盖所述硬掩膜材料层的顶部平坦化材料层；在所述顶部平坦化材料层上形成顶部防反射层；在所述顶部防反射层上形成顶部图案层；以顶部图案层为掩膜，图形化所述顶部防反射层和顶部平坦化材料层，剩余的顶部平坦化材料层用于作为顶部平坦层；以顶部平坦层为掩膜，图形化硬掩膜材料层。

15.如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，采用各向异性的等离子体刻蚀工艺，图形化所述硬掩膜材料层。

16.如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，以所述硬掩膜层为掩膜，采用各向异性的等离子体刻蚀工艺，图形化所述核心材料层。

17.如权利要求15或16所述的图形化方法，其特征在于，所述等离子体刻蚀工艺包括反应离子刻蚀工艺。

18.如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述硬掩膜材料层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氮化钛、氧化铝和氧化钛中的一种或几种；

19.如权利要求1所述的图形化方法，其特征在于，所述目标图形为鳍部、叠层结构、图形传递层、栅极结构或互连结构。

技术总结
一种图形化方法，包括：提供用于形成目标图形的目标层；在所述目标层上形成核心材料层；在所述核心材料层上形成硬掩膜材料层，且所述硬掩膜材料层材料的化学键断裂所需的能量，高于所述核心材料层材料的化学键断裂所需的能量；图形化所述硬掩膜材料层，形成硬掩膜层；以所述硬掩膜层为掩膜，图形化所述核心材料层，形成分立的核心层；在所述核心层的侧壁上形成侧墙；去除所述核心层。本发明实施例提高图形化工艺的图形传递精度和图形化工艺的效果，改善刻蚀负载效应。

技术研发人员：姜长城
受保护的技术使用者：中芯国际集成电路制造（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16