[发明专利]微细结构的光刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，特别是涉及一种微细结构的混合光刻方法。

背景技术

极大规模集成电路发展多年，电路尺寸的不断缩小，对工艺技术，尤其是光刻技术的挑战也越来越大。基于效率的考量，目前大规模生产所采用的光刻技术主要是基于不同光源范围的紫外i线(I-LINE，水银弧光灯作为光源，发出射线为波长为365nm的i线，处于紫外波段)和深紫外(DUV，通常采用准分子激光器为光源，例如248nm波长的KrF准分子激光，193nm的ArF准分子激光)的光刻技术，最近几年开发的浸没式193光刻技术更是将光学光刻技术推向了一新的水平。

但是由于光学技术的局限，这类光刻技术在22nm及以上的典型电路尺寸器件的实现上有很大的优越性，而对于22nm以下的技术代，由于光源波长已大于所需精细器件结构的特征尺寸，在曝光期间会发生衍射使得分辨率下降、线条结构变形，因此现有的光学光刻技术很难满足微细图形的制作要求。

X射线光刻也是被考虑的精细光刻技术之一，其所用射线波长通常为2～40埃，因此衍射对于分辨率的影响只有当线宽小于20埃时才明显，也即X射线光刻适用于22nm以下的精细结构光刻。但是同步加速器的小型化、提高X射线光刻胶灵敏度等问题制约了X射线光刻技术的发展。

经过了多年发展的电子束(E-BEAM)光刻技术在制作超细图形方面的优越性，使电子束光刻技术成为未来新光刻技术的最佳候选者之一。适用于大规模制造精细结构的电子束光刻技术通常是高斯扫描系统，分辨率可达到几纳米，但是由于需要对精细线条结构(例如22nm以下宽度的栅结构)以及非精细的结构(例如面积较大的接触区、源漏区或布局走线区)都进行扫描，其主要问题是效率低；目前正在开发的多束电子束曝光又存在数据量巨大的问题，短期内难以用于大规模制造。

有鉴于此，需要一种高效的光刻技术，避免在光刻期间将时间耗费在非精细结构上，以便大幅提高光刻效率、节省时间从而降低成本。

发明内容

本发明的目的在于提高光刻效率。

为此，本发明提供了一种微细结构的光刻方法，包括：

在衬底上形成结构材料层和第一硬掩模材料层；

进行第一光刻，形成第一硬掩模图形；

在第一硬掩模图形上形成第二硬掩模材料层；

进行第二光刻，形成第二硬掩模图形。

其中，第一硬掩模材料层与第二硬掩模材料层材质不同，选自氮化硅和二氧化硅两者之一。第一硬掩模图形和第二硬掩模图形宽度不同。第一光刻和第二光刻的光源不同，选自i线水银弧光灯和电子束曝光系统两者之一。第二硬掩模材料层厚度大于第一硬掩模材料层厚度。

依照本发明的微细结构的光刻方法，将传统光学光刻技术和电子束光刻技术结合起来使用，利用电子束曝光来实现微细图形的制作，利用光学光刻来完成其他图形，这样可以既有效解决微细图形的制作问题，又不损失效率。此发明的优点是工艺简单，低成本，高光刻效率。

本发明所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申请独立权利要求的范围内得以满足。本发明的实施例限定在独立权利要求中，具体特征限定在其从属权利要求中。

附图说明

以下参照附图来详细说明本发明的技术方案，其中：

图1为依照本发明的沉积栅材料层和第一掩模层的步骤剖面图；

图2为依照本发明的形成常规栅结构掩模的步骤剖面图；

图3为依照本发明的沉积第二掩模层的步骤剖面图；

图4为依照本发明的平坦化第二掩模层的步骤剖面图；

图5为依照本发明的形成纳米栅结构掩模的步骤剖面图；以及

图6为依照本发明的形成最终栅结构的步骤剖面图。

图形的符号说明

1衬底

2结构材料层21常规结构层22纳米结构层

3第一硬掩模材料层31第一硬掩模图形

4第二硬掩模材料层41第二硬掩模图形

具体实施方式

以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本发明技术方案的特征及其技术效果。需要指出的是，类似的附图标记表示类似的结构，本申请中所用的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”、“厚”、“薄”等等可用于修饰各种器件结构。这些修饰除非特别说明并非暗示所修饰器件结构的空间、次序或层级关系。