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1、(10)申请公布号 CN 102221723 A (43)申请公布日 2011.10.19 CN 102221723 A *CN102221723A* (21)申请号 201010153859.8 (22)申请日 2010.04.13 G02B 5/18(2006.01) G03F 7/00(2006.01) (71)申请人 中芯国际集成电路制造(上海)有限 公司 地址 201203 上海市浦东新区张江路 18 号 (72)发明人 胡敏达 洪中山 (74)专利代理机构 北京德琦知识产权代理有限 公司 11018 代理人 牛峥 王丽琴 (54) 发明名称 光栅的制作方法 (57) 摘要 本发明提。
2、供了一种光栅的制作方法， 采用双 沟槽刻蚀方法， 在三层薄膜图形逐层传递技术的 基础上， 进行两次曝光和刻蚀， 从而形成间距较小 的光栅。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 8 页 CN 102221734 A1/1 页 2 1. 一种光栅的制作方法， 该方法包括 ： 在半导体衬底上依次形成刻蚀终止层、 光栅层、 第二阻挡层、 第一阻挡层和第一光阻胶 层 ； 将光罩上的光栅图形转移到第一光阻胶层上， 在第一光阻胶层的表面形成图案化的第 一光阻胶层 ； 所述光罩上的光栅图形具有预定的间距、 线宽和空间宽度。
3、 ； 以图案化的第一光阻胶层为掩膜， 刻蚀第一阻挡层， 缩小第一阻挡层的开口宽度与光 栅的空间宽度相同 ； 以刻蚀后的第一阻挡层为掩膜， 依次刻蚀第二阻挡层和光栅层， 刻蚀在刻蚀终止层停 止 ； 去除第一光阻胶层、 第一阻挡层和第二阻挡层后， 在光栅层的表面依次形成第四阻挡 层、 第三阻挡层和第二光阻胶层 ； 将所述光罩在水平方向上偏移光罩光栅图形间距的一半的距离， 将光罩上的光栅图形 转移到第二光阻胶层上， 在第二光阻胶层的表面形成图案化的第二光阻胶层 ； 以图案化的第二光阻胶层为掩膜， 刻蚀第三阻挡层， 缩小第三阻挡层的开口宽度与光 栅的空间宽度相同 ； 以刻蚀后的第三阻挡层为掩膜， 依次。
4、刻蚀第四阻挡层和光栅层， 刻蚀在刻蚀终止层停 止 ； 去除第二光阻胶层、 第三阻挡层和第四阻挡层， 形成光栅。 2. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述第一阻挡层为氧化层， 刻蚀第一阻挡 层的气体包括四氟化碳 CF4和三氟甲烷 CHF3。 3. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述第三阻挡层为氧化层， 刻蚀第三阻挡 层的气体包括 CF4和 CHF3。 4. 根据权利要求 1 所述的方法， 其特征在于， 所述第二阻挡层和第四阻挡层为底部抗 反射层。 权 利 要 求 书 CN 102221723 A CN 102221734 A1/5 页 3 光栅的制作方法 技术领域。
5、 0001 本发明涉及半导体制造技术领域， 特别涉及一种光栅的制作方法。 背景技术 0002 目前， 用于半导体领域的光栅制作方法主要采用光显影技术， 将光罩上的光栅图 形转移到半导体光栅层上， 形成不同间距的光栅。 0003 现有技术中采用三层薄膜图形逐层传递技术制作光栅的方法， 包括以下步骤， 下 面结合图 1a 至图 1c 进行具体说明。 0004 步骤 11、 如图 1a 所示， 在半导体衬底 100 上沉积刻蚀终止层 101， 可以为氧化层、 氮化层等 ； 0005 接着在刻蚀终止层 101 的表面沉积光栅层 102， 可以为氧化硅层、 多晶硅层、 或者 金属层等 ； 0006 然后。
6、在光栅层 102 的表面依次形成第二阻挡层 103 和第一阻挡层 104， 其中， 第二 阻挡层 103 为涂布的底部抗反射层， 第一阻挡层 104 为沉积的氧化层 ； 0007 最后在第一阻挡层 104 的表面涂布光阻胶层 105， 利用光显影技术， 对光阻胶层 105 进行曝光显影， 将光罩上的光栅图形转移到光阻胶层 105 上， 所述光罩光栅图形具有 一定的间距、 线宽和空间宽度， 其中， 间距线宽 + 空间宽度。例如， 光罩光栅图形的间距 (pitch) 为 150 纳米， 线 (line) 宽为 70 纳米， 空间 (space) 宽为 80 纳米。 0008 其中， 三层薄膜图形逐。
7、层传递技术主要是指 ： 通过对三层薄膜的刻蚀将光罩上的 图形转移到需要形成图形的器件层上， 这里主要是指依次对光阻胶层、 第一阻挡层和第二 阻挡层的刻蚀， 将光罩上的光栅图形逐层转移到光栅层上， 形成光栅。随着光栅深度的增 加， 刻蚀光栅层的时间及其他参数也大大增加， 如果直接在光栅层上涂布光阻胶层， 以显影 后的光阻胶层为掩膜刻蚀光栅层， 很容易出现光栅还未形成， 光阻胶层已经消耗完毕， 所以 采用三层薄膜图形逐层传递技术， 将上一层薄膜作为刻蚀下一层的掩膜， 从而能够形成轮 廓较好、 较为理想的光栅。 0009 需要注意的是， 由于光阻胶特性， 以及现有曝光机台的性能限制， 现有的光显影技。
8、 术无法将光阻胶层的 space 做到很细， 也就是说无法将光罩上具有较小 space 尺寸的光栅 图形转移到光阻胶层上， 否则的话， 需要更换成本更高的曝光机台来实现光罩光栅图形的 精确转移。 一般形成在光阻胶层上的space最小为80纳米左右， 形成在光阻胶层上的pitch 最小为 150 纳米左右。 0010 步骤 12、 如图 1b 所示， 以显影后的光阻胶层 105 为掩膜， 依次刻蚀第一阻挡层 104、 第二阻挡层 103 和光栅层 102， 刻蚀在刻蚀终止层 101 停止。 0011 步骤 13、 如图 1c 所示， 去除光阻胶层 105、 第一阻挡层 104 和第二阻挡层 10。
9、3 最终 形成与光罩光栅图形相对应的具有一定间距、 线宽和空间宽度的光栅。 例如， 如果光罩光栅 图形的间距为 150 纳米， 线宽为 70 纳米， 空间宽度为 80 纳米， 则形成的光栅间距、 线宽、 空 间宽度也相应分别为 150 纳米、 70 纳米和 80 纳米。 说 明 书 CN 102221723 A CN 102221734 A2/5 页 4 0012 从上述过程可知， 现有技术所形成的光栅一般最小间距为 150nm。但是， 随着半导 体制造技术的发展， 要求光栅的精度越来越高， 光栅的间距也是越来越小。 因此围绕如何缩 小光栅间距的技术也逐渐展开。 发明内容 0013 有鉴于此，。
10、 本发明解决的技术问题是 ： 缩小光栅间距。 0014 为解决上述技术问题， 本发明的技术方案具体是这样实现的 ： 0015 本发明公开了一种光栅的制作方法， 该方法包括 ： 0016 在半导体衬底上依次形成刻蚀终止层、 光栅层、 第二阻挡层、 第一阻挡层和第一光 阻胶层 ； 0017 将光罩上的光栅图形转移到第一光阻胶层上， 在第一光阻胶层的表面形成图案化 的第一光阻胶层 ； 所述光罩上的光栅图形具有预定的间距、 线宽和空间宽度 ； 0018 以图案化的第一光阻胶层为掩膜， 刻蚀第一阻挡层， 缩小第一阻挡层的开口宽度 与光栅的空间宽度相同 ； 0019 以刻蚀后的第一阻挡层为掩膜， 依次刻蚀。
11、第二阻挡层和光栅层， 刻蚀在刻蚀终止 层停止 ； 0020 去除第一光阻胶层、 第一阻挡层和第二阻挡层后， 在光栅层的表面依次形成第四 阻挡层、 第三阻挡层和第二光阻胶层 ； 0021 将所述光罩在水平方向上偏移光罩光栅图形间距的一半的距离， 将光罩上的光栅 图形转移到第二光阻胶层上， 在第二光阻胶层的表面形成图案化的第二光阻胶层 ； 0022 以图案化的第二光阻胶层为掩膜， 刻蚀第三阻挡层， 缩小第三阻挡层的开口宽度 与光栅的空间宽度相同 ； 0023 以刻蚀后的第三阻挡层为掩膜， 依次刻蚀第四阻挡层和光栅层， 刻蚀在刻蚀终止 层停止 ； 0024 去除第二光阻胶层、 第三阻挡层和第四阻挡层。
12、， 形成光栅。 0025 所述第一阻挡层为氧化层， 刻蚀第一阻挡层的气体包括四氟化碳 CF4和三氟甲烷 CHF3。 0026 所述第三阻挡层为氧化层， 刻蚀第三阻挡层的气体包括 CF4和 CHF3。 0027 所述第二阻挡层和第四阻挡层为底部抗反射层。 0028 由上述的技术方案可见， 本发明采用双沟槽刻蚀方法， 在三层薄膜图形逐层传 递技术的基础上， 进行两次曝光和刻蚀， 通过在刻蚀时缩小阻挡层开口的尺寸， 定义光栅 space， 从而形成间距较小的光栅。 附图说明 0029 图1a至图1c为现有技术采用三层薄膜图形逐层传递技术制作光栅的具体结构示 意图。 0030 图 2 为本发明制作光栅。
13、的方法流程示意图。 0031 图 3a 至图 3h 为本发明制作光栅的具体结构示意图。 0032 图 4a 至图 4h 为本发明实施例制作光栅的具体结构示意图。 说 明 书 CN 102221723 A CN 102221734 A3/5 页 5 具体实施方式 0033 为使本发明的目的、 技术方案、 及优点更加清楚明白， 以下参照附图并举实施例， 对本发明进一步详细说明。 0034 本发明的核心思想是 ： 采用双沟槽刻蚀方法， 在三层薄膜图形逐层传递技术的基 础上， 进行两次曝光和刻蚀， 从而形成间距较小的光栅。 0035 本发明制作光栅的方法流程示意图如图 2 所示， 其包括以下步骤， 下。
14、面结合图 3a 至图 3h 进行说明。 0036 步骤 21、 如图 3a 所示， 在半导体衬底 300 上沉积刻蚀终止层 301， 可以为氧化层、 氮化层等 ； 0037 接着在刻蚀终止层 301 的表面沉积光栅层 302， 可以为氧化硅层、 多晶硅层、 或者 金属层等 ； 0038 然后在光栅层 302 的表面依次形成第二阻挡层 303 和第一阻挡层 304， 其中， 第二 阻挡层 303 为涂布的底部抗反射层， 第一阻挡层 304 为沉积的氧化层 ； 0039 最后在第一阻挡层 304 的表面涂布第一光阻胶层 305， 利用光显影技术， 对第一光 阻胶层305进行曝光显影， 将光罩上的光。
15、栅图形转移到第一光阻胶层305上， 所述光罩光栅 图形具有一定的间距、 线宽和空间宽度， 其中， 间距线宽 + 空间宽度。例如， 光罩光栅图形 的间距为 150 纳米， 线宽为 70 纳米， 空间宽度为 80 纳米。 0040 步骤 22、 如图 3b 所示， 以显影后的第一光阻胶层 305 为掩膜， 刻蚀第一阻挡层 304， 确定光栅的空间宽度。该步骤中采用气体四氟化碳 (CF4) 和三氟甲烷 (CHF3) 相结合 刻蚀第一阻挡层， CHF3产生的 polymer， 在刻蚀过程中逐渐覆盖刻蚀位置的侧壁， 从而使侧 壁倾斜， 缩小第一阻挡层上开口的宽度， CHF3的比例越大， 产生的 poly。
16、mer 越多， 所形成的 第一阻挡层的开口也就越小。由于第一阻挡层上的开口宽度决定了光栅的空间宽度， 所以 根据光栅空间宽度的尺寸， 调整 CF4和 CHF3的比例， 对第一阻挡层进行刻蚀。例如， 光罩光 栅图形的间距为 150 纳米， 线宽为 70 纳米， 空间宽度为 80 纳米， 而光栅的空间宽度为 35 纳 米， 则该步骤中刻蚀第一阻挡层所形成的开口宽度为 35 纳米。显然， 刻蚀气体并不限于 CF4 和 CHF3， 只要能够在刻蚀第一阻挡层的过程中产生 polymer， 缩小第一阻挡层开口的宽度即 可。 0041 步骤 23、 如图 3c 所示， 以刻蚀后的第一阻挡层 304 为掩膜，。
17、 依次刻蚀第二阻挡层 303 和光栅层 302， 刻蚀在刻蚀终止层 301 停止。刻蚀第二阻挡层和光栅层时， 各层的开口 宽度与第一阻挡层的开口宽度相同， 也就是说刻蚀过程中不会产生很重的 Polymer， 改变开 口的宽度。 0042 步骤 24、 如图 3d 所示， 去除第一光阻胶层 305、 第一阻挡层 304 和第二阻挡层 303 后， 在光栅层 302 的表面依次形成第四阻挡层 306、 第三阻挡层 307 ； 其中， 第四阻挡层 306 和第三阻挡层 307 分别与第二阻挡层 303 和第一阻挡层 304 相对应， 即第四阻挡层 306 为 为涂布的底部抗反射层， 第三阻挡层 30。
18、7 为沉积的氧化层。 0043 步骤 25、 如图 3e 所示， 在第四阻挡层 306 的表面涂布第二光阻胶层 308， 利用光显 影技术， 对第二光阻胶层 308 进行曝光显影， 将光罩上的光栅图形转移到第二光阻胶层 308 上。 其中两次光阻胶曝光过程中， 所采用的光罩光栅图形是相同的， 只是第一次和第二次曝 说 明 书 CN 102221723 A CN 102221734 A4/5 页 6 光时， 光罩在水平方向上偏移的尺寸为光罩光栅图形间距的一半。 例如， 光罩光栅图形的间 距为 150 纳米， 则第二次光阻胶层曝光时， 光罩在水平方向上偏移的尺寸为 75 纳米。 0044 步骤 2。
19、6、 如图 3f 所示， 以显影后的第二光阻胶层 308 为掩膜， 刻蚀第三阻挡层 307， 确定光栅的空间宽度。该步骤与步骤 22 相同， 采用能够产生 polymer 的气体刻蚀第三 阻挡层， 所形成的第三阻挡层的开口宽度决定了光栅的空间宽度。 例如， 光罩光栅图形的间 距为 150 纳米， 线宽为 70 纳米， 空间宽度为 80 纳米， 而光栅的空间宽度为 35 纳米， 则第一 阻挡层所形成的开口宽度为 35 纳米， 同样， 第三阻挡层所形成的开口宽度也为 35 纳米。 0045 步骤 27、 如图 3g 所示， 以刻蚀后的第三阻挡层 307 为掩膜， 依次刻蚀第四阻挡层 306 和光栅。
20、层 302， 刻蚀仍然在刻蚀终止层 301 停止。刻蚀第四阻挡层和光栅层时， 各层的 开口宽度与第三阻挡层的开口宽度相同， 也就是说刻蚀过程中不会产生很重的 Polymer， 改 变开口的宽度。 0046 步骤 28、 去除第二光阻胶层 308、 第三阻挡层 307 和第四阻挡层 306 后， 本发明的 光栅形成， 如图 3h 所示。本发明光栅的间距为光栅光罩图形的一半。例如， 如果光罩光栅 图形的间距为 150 纳米， 则形成的光栅间距为 75 纳米， 同时光栅线宽为 40 纳米， 光栅空间 宽度为 35 纳米。 0047 根据上述对本发明技术方案的介绍， 下面结合具体实施例进行详细说明。图。
21、 4a 至 图 4h 为本发明实施例形成光栅的具体过程的结构示意图。本发明实施例中采用的光罩光 栅图形的 pitch 150 纳米， line 70 纳米， space 80 纳米， 要形成的光栅尺寸为 pitch 75 纳米， line 35 纳米， space 40 纳米。 0048 步骤51、 如图4a所示， 在半导体衬底300上依次形成刻蚀终止层301、 光栅层302、 第二阻挡层 303、 第一阻挡层 304 和第一光阻胶层 305， 将光罩上的光栅图形转移到第一光 阻胶层 305 上， 在第一光阻胶层的表面形成图案化的第一光阻胶层。本发明实施例中采用 的光罩光栅图形的 pitch 。
22、150 纳米， line 70 纳米， space 80 纳米， 所以图案化的第 一光阻胶层 305 的 pitch 150 纳米， line 70 纳米， space 80 纳米。 0049 步骤 52、 如图 4b 所示， 以图案化的第一光阻胶层 305 为掩膜， 刻蚀第一阻挡层 304， 缩小第一阻挡层304的开口宽度为40纳米， 该步骤中CF4和CHF3的比例为14， 恰好 能够缩小第一阻挡层 304 的开口宽度至光罩光栅图形间距的一半， 达到光栅的空间宽度。 0050 步骤 53、 如图 4c 所示， 以刻蚀后的第一阻挡层 304 为掩膜， 依次刻蚀第二阻挡层 303 和光栅层 30。
23、2， 刻蚀在刻蚀终止层 301 停止。此时形成光栅的空间宽度为 40 纳米。 0051 步骤 54、 如图 4d 所示， 去除第一光阻胶层 305、 第一阻挡层 304 和第二阻挡层 303 后， 在光栅层 302 的表面依次形成第四阻挡层 306 和第三阻挡层 307。 0052 步骤 55、 如图 4e 所示， 在第四阻挡层 306 的表面涂布第二光阻胶层 308， 将上述光 罩在水平方向上偏移 75 纳米， 将光罩上的光栅图形转移到第二光阻胶层 308， 在第二光阻 胶层的表面形成图案化的第二光阻胶层。本发明实施例中采用的光罩光栅图形的 pitch 150 纳米， line 70 纳米，。
24、 space 80 纳米， 所以图案化的第二光阻胶层 308 的 pitch 150 纳米， line 70 纳米， space 80 纳米。 0053 步骤 56、 如图 4f 所示， 以图案化的第二光阻胶层 308 为掩膜， 刻蚀第三阻挡层 307， 缩小第三阻挡层307的开口宽度为40纳米， 该步骤中CF4和CHF3的比例为14， 恰好 能够缩小第三阻挡层 307 的开口宽度至光罩光栅图形间距的一半， 达到光栅的空间宽度。 说 明 书 CN 102221723 A CN 102221734 A5/5 页 7 0054 步骤 57、 如图 4g 所示， 以刻蚀后的第三阻挡层 307 为掩膜。
25、， 依次刻蚀第四阻挡层 306 和光栅层 302， 刻蚀在刻蚀终止层 301 停止。此时形成光栅的空间宽度为 40 纳米。 0055 步骤 58、 如图 4h 所示， 去除第二光阻胶层 308、 第三阻挡层 307 和第四阻挡层 306 后， 形成的光栅尺寸为 pitch 75 纳米， line 35 纳米， space 40 纳米。 0056 综上所述， 本发明采用双沟槽刻蚀， 形成光栅的方法， 克服了显影后的光阻胶层 space 不能太细的限制， 将光罩光栅图形的间距缩小了一半， 从而获得了间距较小的光栅。 0057 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的。
26、精 神和原则之内， 所做的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明保护的范围之内。 说 明 书 CN 102221723 A CN 102221734 A1/8 页 8 图 1a 图 1b 图 1c 说 明 书 附 图 CN 102221723 A CN 102221734 A2/8 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 102221723 A CN 102221734 A3/8 页 10 图 3a 图 3b 图 3c 说 明 书 附 图 CN 102221723 A CN 102221734 A4/8 页 11 图 3d 图 3e 图 3f 说 明 书 附 图 CN 102221723 A CN 102221734 A5/8 页 12 图 3g 图 3h 图 4a 说 明 书 附 图 CN 102221723 A CN 102221734 A6/8 页 13 图 4b 图 4c 说 明 书 附 图 CN 102221723 A CN 102221734 A7/8 页 14 图 4d 图 4e 图 4f 说 明 书 附 图 CN 102221723 A CN 102221734 A8/8 页 15 图 4g 图 4h 说 明 书 附 图 CN 102221723 A 。