CN100483261C - 光刻图形的形成方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻图形的形成方法，包括：提供一半导体基底；将所述半导体基底移入等离子体刻蚀设备对所述半导体基底表面进行等离子体灰化处理；在所述半导体基底上旋涂光刻胶；将所述带有光刻胶的半导体基底送入曝光机进行曝光；将曝光后的晶片移入显影设备进行显影。

Description

光刻图形的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种光刻图形的形成方法。

背景技术

半导体制造技术中的光刻工艺过程即通过在晶片表面旋涂光刻胶，曝光显影将掩膜板上预先制作好的图形转移到晶片上的过程。然后带有光刻胶图形的晶片被送入刻蚀或离子注入设备对晶片上未被光刻胶覆盖的区域进行离子注入或掺杂，以形成所需要的掺杂浓度或结构。从而光刻胶定义的图形的精准度会直接影响离子注入和刻蚀后的质量，特别是随着半导体制造技术的发展线宽越来越小，光刻胶图形线宽的误差及光刻图形缺陷对的芯片制造过程中电性的影响也越来越明显。如何在光刻过程中减少光刻图形缺陷是工艺人员不得不考虑问题。

在光刻中，光刻胶首先通过旋涂的方法被均匀的涂附于晶片的表面，然后通过曝光显影将掩膜板上图形转移到晶片上，并且在此过程中，需要经历一系列的烘烤例如软烤、曝光后烘烤(Post exposure bake)等过程来增加光刻胶与晶片基底的粘附性，以此来增加抗刻蚀能力。光刻过程中常常由于各种各样的问题例而产生光刻胶残留，光刻胶残留生成在本欲去除光刻胶而生成开口的地方或形成的图形的旁边。由于该残留的阻挡影响刻蚀过程及离子注入过程，进而影响器件的电性。

现有消除光刻胶残留的方法一般有选用不同浓度或组分的显影液对残留进行显影，例如专利号为200410002076的中国专利公开了一种光致抗蚀剂脱除剂，该脱除剂能够减少或去除光刻胶残留；去除光刻胶残留的方法还有多步显影或多步冲洗的方法，例如，旋涂光致抗蚀剂并曝光后，在显影槽中，首先选用一定的时间比如2～5S喷涂显影液，然后在静止状态反应10～20S，然后用去离子水进行冲洗约10～50S，冲洗过程中晶片可以选用不同的转速进行转动，以增强冲洗效果。若显影效果不太好，例如有残留光刻胶，在完成上述动作的基础上再次喷涂显影液并使其在晶片表面反应数秒，发应后再次用去离子水将反应物冲掉，通过多次喷涂显影液及冲洗的步骤去除光刻胶残留。上述去除光刻胶残留的方法是对光刻后产生的光刻胶残留来去除。对于在曝光过程中产生如曝光能量不足，显影时间过短等问题而产生的光刻胶残留有较好的效果，然而对于由于光刻胶与其下面的基底表面残留物或污染物发生反应而产生光刻胶残留，却很难用上述方法去除，且用过量的显影液冲洗该残留很容易造成过显影导致图形变形。

发明内容

本发明提供一种光刻图形的形成方法，该方法能够较为有效去除光刻胶残留。

本发明提供的光刻图形的形成方法，包括：

提供一半导体基底；

将所述半导体基底移入等离子体刻蚀设备对所述半导体基底表面进行等离子体灰化处理；

在所述半导体基底上旋涂光刻胶；

将所述带有光刻胶的半导体基底送入曝光机进行曝光；

将曝光后的晶片移入显影设备进行显影。

所述半导体基底表面材料可以是多晶硅、氧化硅、有机聚合物DUO或其组合。

所述等离子体为氧气等离子体。

所述氧气等离子体反应气体中可以包括氮气、氢气或其组合。

所述等离子体反应气体可以是一氧化氮或一氧化二氮。

所述等离子体灰化处理的时间为10～20S。

所述等离子体的射频源功率为400W～800W。

所述等离子体灰化处理的压力为7mT～20mT。

所述等离子体灰化处理的温度为15～30℃。

所述等离体刻蚀设备为圆桶式等离子体刻蚀机。

该方法进一步包括：对经过等离子体灰化处理的晶片表面进行清洗。

所述光刻胶为化学放大光刻胶。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明中通过在覆盖光刻胶前对晶片表面进行等离子体灰化处理，去除晶片表面污染物，消除或减小了光刻胶和晶片表面污染物作用产生难以去除的光刻胶残留，减少了刻蚀或离子注入后的缺陷，提高了晶片良率。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2～图10为根据本发明实施例的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

半导体制造过程是通过沉积薄膜、光刻、刻蚀、离子植入、研磨等一系列的工艺步骤来完成从裸片到形成完整的集成电路的过程。其中，光刻工艺作为关键的工艺步骤，用来定义刻蚀和离子注入的区域。半导体晶片完成薄膜沉积或研磨后，送入到光刻区域进行涂胶曝光显影以形成光刻图形。光刻后产生的光刻胶残留，通常通过对残留进行多次冲洗或多次显影的方法来去除，本发明方法通过对准备进行光刻的晶片进行表面等离子体灰化处理，以减小晶片表面的一些污染污和光刻胶反应产生难溶的化合物或混合物，以此来达到光刻后减少和去除光刻胶残留的目的。

图1是本发明方法的流程图。

如图1所示，首先提供一半导体基底(S200)，基底表面层可以是经过物理气相沉积或化学气相沉积后的介质薄膜，例如，多晶硅，氧化硅等；也可以是经过化学机械研磨后的介质表面，还可以是不同材料组成的例如介质材料和用作牺牲层的抗反射材料组成的膜层。

与现有技术不同的是，本发明对将要进行光刻工艺的基底不是直接送入光刻区域进行光刻，而是首先将其送入等离子体刻蚀设备，对其表面进行轻微的等离子体处理(S210)。所用的产生等离子体的气体可以是氧气，也可以通入氮气或氢气，以增加去除污染的能力；射频源的功率可根据不同的膜层选用400W～800W，采用氧气等离子对晶片表面进行轻微的轰击，以去除晶片表面的污染物，例如研磨后的有机残留物，沉积后在晶片表面形成的缺陷颗粒，牺牲层长时间(大于2小时)曝露于空气中吸收水分或其它含有碱性的物质等等，这些污染物可能和光刻胶作用形成难以去除的物质。通过氧气等离子的高能量去除该污染物，从源头上消除了产生光刻胶残留的可能，能够更加有效的达到防止产生光刻胶残留物。

将完成等离子灰化处理的晶片送入光刻区域的涂胶设备，通过旋涂的方法在其表面涂覆一层均匀的膜层(S220)。膜层的厚度根据不同的基底材料和需要生成的线宽来决定，对于0.18um或90nm的小线宽例如后端互连层来说，膜层的均匀性对线宽的一致性有很大的影响。

通过传送系统将涂胶后的晶片经过烘烤后送入曝光设备，进行曝光(S230)。

晶片曝光完成后，进行曝光后烘烤(PEB)，然后送入显影设备进行显影(S240)。

采用在旋涂光刻胶之前对晶片表面进行等离子灰化处理，能够减少晶片表面的污染物，从而达到了光刻后去除或减小光刻胶残留的目的。

下面结合生成双镶嵌结构沟槽的实施例对本发明方法进行详细描述。

如图2所示，首先，提供一半导体基底200，所述半导体基底200上形成有器件层，例如金属氧化物半导体(MOS)晶体管，在所述基底200上形成有介质层202，介质层202材料可以是氟硅玻璃(FSG)、磷硅玻璃(BPSG)等低介电常数材料(Low K)。

如图3所示，在所述介质层202中形成连接孔204，所述连接孔用来连接上层金属层和下层的金属层。

如图4所示在所述连接孔中及介质层202上旋涂抗反射材料DUO(DeepUltraviolet Absorbing Oxide)206，所述DUO抗反射层一方面作为形成沟槽的牺牲层，防止在后续工艺中刻蚀沟槽过程中损伤沟槽底部材料，另一方面填充在连接孔中增加该介质膜层的平整度，以形成较为垂直的沟槽光刻胶图案轮廓。

如图5所示，完成旋涂牺牲层DUO后，由于DUO表面曝露在空气中会吸收水分或空气中的其它碱性物质，例如氨气(NH₃)，若直接送入光刻设备进行涂胶曝光，DUO表面会和光刻胶反应形成难以去除的物质，从而在显影后产生残留。本发明中将完成旋涂DUO的晶片送入离子刻蚀设备，用等离子体对其表面进行灰化处理，所述形成等离子体的气体可以是氧气，氧气在高频射频源的轰击下电离产生等离子体，产生的等离子体在高能量作用下与DUO表面作用，去除DUO表面的水分或其它物质，或生成一薄保护层，阻止DUO进一步与空气中的水分或其它物质继续反应。在氧气作为等离子体产生气体中也可以通入氮气和氢气，以增加氧气等离子体去除污染的能力。当然也可以选用氧化氮或一氧化二氮作为生成氧气等离子体气源。所述氧气等离子体灰化处理的时间约为10～20S，射频源的功率约为400W～800W，等离子体灰化处理的压力为7mT～20mT，温度为15～30℃。该等离子体灰化处理过程也可以去除FSG表面的污染物。经过等离子体灰化处理的晶片表面减少了污染物，提高了表面的洁净度，能够减少光刻胶残留的生成。

如图6所示，完成表面等离子体灰化处理的晶片被送入光刻区域的涂胶设备，通过旋涂(spin coat)方式在晶片表面形成一均匀的光刻胶膜层208，光刻胶膜层208的均匀性会影响线宽的一致性，对于小于0.18um或90nm的工艺尤为如此。在旋涂光刻胶之前会通过涂覆表面活性剂(HMDS)改变表面的亲水或疏水性能，以增加光刻胶在晶片表面的附着能力。

如图7所示，将带有光刻胶膜层208的晶片送入光刻设备，例如248nm曝光源或193nm的曝光光源的曝光设备，通过对准等一系列的校准动作后，掩膜板和晶片较为准确的处于光刻设备透镜组(Lens)的物象平面，通过自动优化的曝光路线，用扫描的方式将掩膜板上的图形依次复制到晶片不同区域的光刻胶上。经过曝光的晶片需要通过曝光后烘烤(PEB)来完成光刻胶吸收的曝光能量与光刻胶的充分反应，对于应用于248nm或193nm的化学放大光刻胶来说，PEB是必需的，且曝光后到PEB的时间也不能太长，一般应小于半个小时。如果曝光后较长时间才送入PEB热板进行烘烤，晶片会吸收空气中碱性物质与曝光时在光刻胶中产生的光酸中和，严重影响线宽。将PEB后的晶片送入显影槽中首先喷洒显影液并使其布满整个晶片表面，经过数秒的反应(Puddle)后，用去离子水对晶片表面进行冲洗，冲洗过程中晶片转速可以在200rpm～3000rpm之间。冲洗后形成沟槽图案210。由于本发明方法在光刻前对DUO表面进行了等离子体灰化处理，光刻胶不会沟槽图案210底部形成残留。

如图8所示，将形成有沟槽图案210的晶片送入刻蚀设备，对其进行刻蚀，将光刻胶上沟槽图案210转移到晶片上的介质层202中形成沟槽210a。刻蚀过程中连接孔中的牺牲层材料DUO作为阻挡层阻止对刻蚀气体对连接孔204底部造成损伤。由于经过表面灰化处理的晶片不会在光刻后产生光刻胶残留，因而刻蚀后能够形成较好的沟槽210a轮廓。

如图9所示，去除所述光刻胶208及牺牲层206，露出连接孔204底部。

如图10所示，在所述沟槽210a及连接孔204中填充金属材料例如铜或铝，形成互连层210b形成。

本发明中，通过对晶片表面进行等离子体灰化处理，去除晶片表面污染物，消除或减小了光刻胶和晶片表面污染物作用产生难以去除的光刻胶残留，减少了刻蚀或离子注入后的缺陷，提高了晶片良率。

本发明的第二实施例为晶片表面多晶硅或氧化硅材料，也可以对其表面进行等离子体灰化处理，以减少其表面的污染物、缺陷颗粒等，从而达到去除光刻后残留的目的，这里不再详述。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (12)

1、一种光刻图形的形成方法，包括：

提供一半导体基底；

将所述半导体基底移入等离子体刻蚀设备对所述半导体基底表面进行等离子体灰化处理；

在所述半导体基底上旋涂光刻胶；

将所述带有光刻胶的半导体基底送入曝光机进行曝光；

将曝光后的半导体基底移入显影设备进行显影。

2、如权利要求1所述的光刻图形的形成方法，其特征在于：所述半导体基底表面材料是多晶硅、氧化硅、有机聚合物DUO或其组合。

3、如权利要求1所述的光刻图形的形成方法，其特征在于：所述等离子体为氧气等离子体。

4、如权利要求3所述的光刻图形的形成方法，其特征在于：所述氧气等离子体反应气体中包括氮气、氢气或其组合。

5、如权利要求1所述的光刻图形的形成方法，其特征在于：所述等离子体反应气体是一氧化氮或一氧化二氮。

6、如权利要求1所述的光刻图形的形成方法，其特征在于：所述等离子体灰化处理的时间为10～20S。

7、如权利要求1所述的光刻图形的形成方法，其特征在于：所述等离子体的射频源功率为400W～800W。

8、如权利要求1所述的光刻图形的形成方法，其特征在于：所述等离子体灰化处理的压力为7mT～20mT。

9、如权利要求1所述的光刻图形的形成方法，其特征在于：所述等离子体灰化处理的温度为15～30℃。

10、如权利要求1所述的光刻图形的形成方法，其特征在于：所述等离体刻蚀设备为圆桶式等离子体刻蚀机。

11、如权利要求1所述的光刻图形的形成方法，其特征在于：该方法进一步包括：对经过等离子体灰化处理的晶片表面进行清洗。

12、如权利要求1所述的光刻图形的形成方法，其特征在于：所述光刻胶为化学放大光刻胶。

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