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1、(10)申请公布号 CN 102543748 A (43)申请公布日 2012.07.04 C N 1 0 2 5 4 3 7 4 8 A *CN102543748A* (21)申请号 201010620578.9 (22)申请日 2010.12.31 H01L 21/336(2006.01) H01L 21/027(2006.01) G03F 7/00(2006.01) G03F 7/20(2006.01) (71)申请人中国科学院微电子研究所 地址 100029 北京市朝阳区北土城西路3号 (72)发明人唐波 闫江 (74)专利代理机构北京蓝智辉煌知识产权代理 事务所(普通合伙) 1134。
2、5 代理人陈红 (54) 发明名称 半导体器件的制造方法 (57) 摘要 一种半导体器件制造方法，采用普通光学曝 光和电子束曝光相结合的混合曝光方法，对包括 大线条和精细线条的同一图层进行图案化，其中， 采用普通光学曝光对大线条进行曝光，采用电子 束曝光对精细线条进行曝光，这样，在确保精细线 条的形成质量同时，减少了曝光时间，提高了产 能。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (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 4 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种半导体器件制造方法，包括： 提供衬底，以及位于所述衬底上的构图。
3、层； 采用普通光学曝光和电子束曝光相结合的混合曝光方法，对所述构图层进行图案化， 其特征在于： 根据所述普通光学曝光采用的曝光设备的曝光能力范围，对所述构图层所要形成的图 形进行分析，拆分出第一图形和第二图形，其中，所述第一图形被定义为在所述普通光学曝 光采用的曝光设备的曝光能力范围内的图形，所述第二图形被定义为超出了所述普通光学 曝光采用的曝光设备的曝光能力范围而需要采用电子束曝光的图形； 在所述构图层上涂覆第一光刻胶，采用普通光学曝光对所述第一光刻胶进行曝光，通 过显影和固胶工艺，将所述第一光刻胶图案化，图案化的所述第一光刻胶对应于所述第一 图形； 在所述构图层上涂覆第二光刻胶，采用电子束。
4、曝光对所述第二光刻胶进行曝光，通过 显影和固胶工艺，将所述第二光刻胶图案化，图案化的所述第二光刻胶对应于所述第二图 形； 以图案化的第一光刻胶和图案化的第二光刻胶为掩模，对所述构图层进行刻蚀，完成 对所述构图层的图案化。 2.如权利要求1所述的半导体器件制造方法，其特征在于，所述构图层是半导体器件 制造过程中的构图层，所述构图层同时包括所述第一图形和所述第二图形。 3.如权利要求2所述的半导体器件制造方法，其特征在于，所述构图层是硅栅极层、金 属栅极层、互连层中的一种。 4.如权利要求1所述的半导体器件制造方法，其特征在于，所述普通光学曝光为I线 365nm曝光，所述第一图形的尺寸大于350n。
5、m，所述第二图形的尺寸小于350nm。 5.如权利要求1所述的半导体器件制造方法，其特征在于，所述普通光学曝光为 DUV248nm曝光，所述第一图形的尺寸大于130nm，所述第二图形的尺寸小于130nm。 6.如权利要求1所述的半导体器件制造方法，其特征在于，所述普通光学曝光为非浸 入式准分子激光光源193nm曝光，所述第一图形的尺寸大于65nm，所述第二图形的尺寸小 于65nm。 7.如权利要求1所述的半导体器件制造方法，其特征在于，所述普通光学曝光为浸入 式准分子激光光源193nm曝光，所述第一图形的尺寸大于20nm，所述第二图形的尺寸小于 20nm。 权 利 要 求 书CN 102543。
6、748 A 1/4页 3 半导体器件的制造方法 技术领域 0001 本发明涉及一种半导体器件的制造方法，特别地，涉及一种电子束曝光与普通光 学曝光相结合的混合曝光方法。 背景技术 0002 随着半导体器件特征尺寸的不断缩小，在半导体器件的制造方法中，普通的光学 曝光的技术极限也已逐渐到来。目前，普遍采用的普通光学曝光技术中，I线光源365nm可 以对350nm及以上尺寸的线条进行曝光，准分子激光光源248nm/193nm，包括浸没式193nm， 可用于制作特征尺寸在20nm及以上半导体器件器件，而用传统的普通光学曝光技术很难 实现对20nm以下精细图形的曝光。20nm以下的精细图形通常需要采用。
7、电子束或EUV进行 曝光和光刻。关于EUV曝光，目前仍有若干关键技术需要攻克，并不成熟，相对而言，电子束 曝光技术就比较成熟。电子束曝光不需要掩膜版，但电子束曝光的时间较长，这会导致产能 低下。 0003 总体来说，普通光学曝光的优势在于曝光大线条的产能高，劣势在于无法曝光精 细图形，而电子束曝光的优势在于可以进行精细图形的曝光，但是曝光时间长、产能低。因 此，需要开发出一种新的工艺，既能对精细图形进行曝光，又不会大幅增加曝光时间、从而 影响产能。 发明内容 0004 本发明采用电子束曝光和普通光学曝光相结合的混合曝光方法，将同一层次图形 按线条大小进行拆分，大线条采用普通光学曝光，精细线条采。
8、用电子束曝光，在不影响图形 曝光质量的前提下，大幅缩减曝光时间，提高产能。 0005 本发明提供一种半导体器件的制造方法，包括： 0006 提供衬底，以及位于所述衬底上的构图层； 0007 采用普通光学曝光和电子束曝光相结合的混合曝光方法，对所述构图层进行图案 化，其中： 0008 根据所述普通光学曝光采用的曝光设备的曝光能力范围，对所述构图层所要形成 的图形进行分析，拆分出第一图形和第二图形，其中，所述第一图形被定义为在所述普通光 学曝光采用的曝光设备的曝光能力范围内的图形，所述第二图形被定义为超出了所述普通 光学曝光采用的曝光设备的曝光能力范围而需要采用电子束曝光的图形； 0009 在所述。
9、构图层上涂覆第一光刻胶，采用普通光学曝光对所述第一光刻胶进行曝 光，通过显影和固胶工艺，将所述第一光刻胶图案化，图案化的所述第一光刻胶对应于所述 第一图形； 0010 在所述构图层上涂覆第二光刻胶，采用电子束曝光对所述第二光刻胶进行曝光， 通过显影和固胶工艺，将所述第二光刻胶图案化，图案化的所述第二光刻胶对应于所述第 二图形； 说 明 书CN 102543748 A 2/4页 4 0011 以图案化的第一光刻胶和图案化的第二光刻胶为掩模，对所述构图层进行刻蚀， 完成对所述构图层的图案化。 0012 在本发明的方法中，所述构图层是半导体器件制造过程中的构图层，所述构图层 同时包括所述第一图形和所。
10、述第二图形；所述构图层是硅栅极层、金属栅极层、互连层中的 一种； 0013 在本发明的方法中，所述普通光学曝光为I线365nm曝光，所述第一图形的尺寸大 于350nm，所述第二图形的尺寸小于350nm； 0014 在本发明的方法中，所述普通光学曝光为DUV248nm曝光，所述第一图形的尺寸大 于130nm，所述第二图形的尺寸小于130nm； 0015 在本发明的方法中，所述普通光学曝光为非浸入式准分子激光光源193nm曝光， 所述第一图形的尺寸大于65nm，所述第二图形的尺寸小于65nm； 0016 在本发明的方法中，所述普通光学曝光为浸入式准分子激光光源193nm曝光，所 述第一图形的尺寸大。
11、于20nm，所述第二图形的尺寸小于20nm； 0017 本发明的优点在于：在半导体器件的制造工艺中，采用普通光学曝光和电子束曝 光相结合的混合曝光方法，对包括大线条和精细线条的同一图层进行图案化，其中，采用普 通光学曝光对大线条进行曝光，采用电子束曝光对精细线条进行曝光，这样，在确保精细线 条的形成质量同时，减少了曝光时间，提高了产能。 附图说明 0018 图1构图层中包括第一图形和第二图形； 0019 图2拆分出构图层中的第一图形； 0020 图3拆分出构图层中的第二图形； 0021 图4衬底以及位于其上的栅氧化层和多晶硅栅极层； 0022 图5涂覆第一光刻胶； 0023 图6图案化第一光刻。
12、胶； 0024 图7涂覆第二光刻胶； 0025 图8图案化第二光刻胶； 0026 图9图案化多晶硅栅极层； 具体实施方式 0027 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。 0028 首先，参见附图1，本发明所要进行图案化的构图层包括第一图形11和第二图形 12。构图层可以是半导体器件制造工艺过程中的任意一个构图层，这些构图层既包括可以 用普通光学曝光的大线条图形又有必须用电子束曝光的精细线条图形，如硅栅极层、金属 栅极层、互连层等。本发明中所称的普通光学曝光，指的是业界目前普遍采用的以光线引起 光刻胶性质改变的图形转移手段。普通光学曝光的能力范围根据其所。
13、采用的设备而有所不 同，例如：I线365nm曝光极限为350nm，DUV248nm曝光极限为130nm，非浸入式准分子激光 光源193nm曝光极限为65nm，浸入式准分子激光光源193nm曝光极限为20nm。从目前的技 说 明 书CN 102543748 A 3/4页 5 术水平来看，普通光学曝光所能曝光的最细线条尺寸为20nm。在本领域，大线条是指普通光 学曝光设备可以曝光的线条，精细线条是指普通光学曝光设备曝光能力之外的必须用电子 束曝光的线条，以上两种线条的具体线宽取决于所使用的普通光学曝光设备的曝光能力。 一般来说，普通光学曝光的优势在于曝光大线条的产能高，但由于波长限制，无法曝光精细。
14、 图形，而电子束曝光的优势在于可以对精细图形进行曝光，并且电子束曝光不需要掩膜版， 但电子束曝光的时间较长，这会导致产能低下。在本发明中，第一图形11被定义为在普通 光学曝光的能力范围内的图形，也即通常意义上的大线条图形；第二图形12被定义为超出 了普通光学曝光的能力范围而需要采用电子束曝光的图形，也即精细线条图形。 0029 在图案化工艺进行之前，根据所采用普通光学曝光设备的曝光能力，对构图层进 行分析，拆分出普通光学曝光能力范围内的第一图形11，并制成相应的光刻版用以普通光 学曝光，参见附图2。同时，将拆分剩余的图形文件，也即超出了普通光学曝光的能力范围而 需要采用电子束曝光的第二图形12。
15、，用以电子束曝光，参见附图3。 0030 接下来，以多晶硅栅极层为构图层作为示例，具体描述普通光学曝光和电子束曝 光的混合曝光工艺。参见附图4，提供衬底1，以及位于衬底1上的栅极氧化层2和多晶硅 栅极层3，而多晶硅栅极层3为所要进行图案化的构图层。将多晶硅栅极层3所要形成的图 形进行分析，提取出普通光学曝光可以曝光的第一图形11，并制成相应的光刻版。可以采用 I线365nm曝光、DUV248nm曝光、非浸入式准分子激光光源193nm曝光、浸入式准分子激光 光源193nm曝光等普通光学曝光，而依普通光学曝光设备的曝光能力不同，需要提取的图 形尺寸也不同，例如，采用DUV248nm曝光时，第一图形。
16、11的尺寸为130nm以上，而采用浸入 式准分子激光光源193nm曝光时，第一图形11的尺寸为20nm以上。将多晶硅栅极层3剩 余的必须用电子束曝光的第二图形12的图形文件准备好，用以电子束曝光。由于第二图形 12的线条都是精细线条，例如小于130nm(采用DUV248nm普通光学曝光)或小于20nm(采 用浸入式准分子激光光源193nm普通光学曝光)，这时，普通光学曝光已经无法满足。 0031 在多晶硅栅极层3上涂覆第一光刻胶4，参见附图5。第一光刻胶4为适用于普通 光学曝光的光刻胶。采用普通光学曝光和对应于第一图形11的光刻版对第一光刻胶4进 行曝光，然后通过显影和固胶工艺，将第一光刻胶4。
17、图案化，这样，图案化的第一光刻胶4对 应于第一图形11，也即图案化的第一光刻胶4仅覆盖在所要形成的第一图形11的上方，参 见附图6。 0032 接着，在形成图案化的第一光刻胶4之后，在多晶硅栅极层3上再涂覆第二光刻胶 5，参见附图7。第二光刻胶5为适用于电子束曝光的光刻胶。在电子束曝光机上，采用电子 束曝光，对第二光刻胶5进行曝光，接着通过显影和固胶工艺，使图案化的第二光刻胶5对 应于第二图形12，也即图案化的第二光刻胶5仅覆盖在所要形成的第二图形12的上方，参 见附图8。 0033 然后，以图案化的第一光刻胶4和图案化的第二光刻胶5为掩模，对多晶硅栅极层 3进行刻蚀，形成多晶硅栅极层3中的第。
18、一图形11和第二图形12，参见附图9，从而完成对 于多晶硅栅极层3的图案化工艺。 0034 在本发明所提供的混合曝光方法中，电子束曝光和普通光学曝光都只制作本身特 长的图形，在不影响精细线条质量的前提下，大幅缩减曝光时间。本方法适用于既包括普通 光学曝光的大线条图形，又包括必须用电子束曝光的精细线条图形的所有构图层，而并不 说 明 书CN 102543748 A 4/4页 6 仅限于在上面实施例中提到的多晶硅栅极层。 说 明 书CN 102543748 A 1/4页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102543748 A 2/4页 8 图3 图4 图5 说 明 书 附 图CN 102543748 A 3/4页 9 图6 图7 图8 说 明 书 附 图CN 102543748 A 4/4页 10 图9 说 明 书 附 图CN 102543748 A 10 。