发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种抗反射层的形成方法及其用于制造双镶嵌结构的方法,以解决现有方法形成的抗反射层表面平坦度较差的问题。
为达到上述目的,本发明提供的一种抗反射层的形成方法,包括:提供一半导体基底;向所述半导体基底喷出抗反射材料,并使所述半导体基底以第一速率旋转;使所述半导体基底以大于所述第一速率的第二速率旋转;使所述半导体基底以小于所述第二速率的第三速率旋转;使所述半导体基底以大于所述第三速率且小于第二速率的第四速率旋转;停止向所述半导体基底喷出抗反射材料;使所述半导体基底以大于所述第四速率且小于第二速率的第五速率旋转。
该方法进一步包括:在向所述半导体基底喷出抗反射材料之前使所述半导体基底旋转。
优选的,所述半导体基底旋转的速率为800至1500rpm,时间为0.1至1s。
优选的,所述第一速率为50至300rpm。
优选的,所述第二速率为1500至4000rpm。
优选的,所述第三速率为50至300rpm。
优选的,所述第四速率为350至700rpm。
优选的,所述第五速率为700至1000rpm。
优选的,所述半导体基底以所述第五速率旋转的时间为15至40s。
该方法进一步包括对所述半导体基底上的抗反射材料进行烘烤的步骤。
相应的,本发明还包括一种应用所述的抗反射层的形成方法制造双镶嵌结构的方法,包括:提供一具有介质层的半导体基底,在所述介质层中形成有第一开口;向所述介质层表面喷出抗反射材料,并使所述半导体基底以第一速率旋转;使所述半导体基底以大于所述第一速率的第二速率旋转;使所述半导体基底以小于所述第二速率的第三速率旋转;使所述半导体基底以大于所述第三速率且小于第二速率的第四速率旋转;停止向所述介质层表面喷出抗反射材料;使所述半导体基底以大于所述第四速率且小于第二速率的第五速率旋转;停止使所述半导体基底旋转;在所述抗反射材料上旋涂光刻胶层并图形化形成第二开口图案;通过刻蚀将所述第二开口图案转移到所述介质层中,形成第二开口。
优选的,所述介质层为低介电常数材料。
优选的,所述第一速率为50至300rpm。
优选的,所述第二速率为1500至4000rpm。
优选的,所述第三速率为50至300rpm。
优选的,所述第四速率为350至700rpm。
优选的,所述第五速率为700至1000rpm。
优选的,所述半导体基底以所述第五速率旋转的时间为15至40s。
该方法进一步包括对所述半导体基底上的抗反射材料进行烘烤的工艺。
该方法进一步包括在所述抗反射材料上形成牺牲层的步骤。
该方法进一步包括在所述牺牲层上形成低温氧化层的步骤。
优选的,所述第一开口为连接孔,第二开口为沟槽。
优选的,所述第一开口为沟槽,第二开口为连接孔。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
本发明方法在旋涂抗反射材料的过程中,通过调整半导体基底的旋转速率,首先使所述半导体基底以较慢的第一速率旋转,通过离心作用,喷出的液态的抗反射材料沿着所述半导体基底表面缓缓的向外移动,并布满整个半导体基底表面;
然后以较高的第二速率旋转,使得所述半导体基底表面部分区域较厚抗反射材料向较薄的区域流动,或者被甩出所述半导体基底之外,同时继续喷出抗反射材料进行补充,并使之填充至所述未填满的沟槽或连接孔;
接着降低至第三速率旋转,将所述半导体基底的旋转速率由较高的第二速率在较短的时间内下降至较低的第三速率,对所述半导体基底表面的抗反射材料进行回流,使得位于边缘的抗反射材料部分向所述半导体基底的中央方向移动,可起到平坦化作用和进一步填充沟槽或连接孔的作用,另外,所述喷嘴继续向所述半导体基底的中央喷出抗反射材料并使之慢慢向外流动,两者结合提高所述半导体基底表面的抗反射材料平坦度和对所述半导体基底表面较深的凹槽、连接孔、开口等起伏的覆盖能力;
然后在第三速率的基础上逐步增加转速并以固定的第五速率旋转,形成表面平坦度很好的抗反射材料,所述第五速率旋转较长时间,通过该步骤的旋转,一方面甩掉所述半导体基底表面多余的抗反射材料,并使保留在所述半导体基底表面的抗反射材料形成厚度均匀,表面平坦度较好的抗反射层。
将该方法应用于表面具有较大起伏的半导体基底或具有沟槽、连接孔等开口的半导体基底中,能够形成平坦度较好的抗反射层,使得后续的旋涂光刻胶后曝光工艺具有较大的工艺窗口。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
图7本发明的抗反射层的形成方法的实施例的流程图。
如图7所示,首先提供一半导体基底(S100)。所述半导体基底材质可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅、硅锗化合物、砷化镓中的一种,所述半导体基底还可以包括绝缘层上硅(SOI)结构。所述半导体基底具有起伏不平的表面,例如,在所述半导体基底中形成有沟槽、开口等结构。
将所述半导体基底传送至旋涂设备,将喷嘴移动至所述半导体基底的中间上方位置,使所述喷嘴距离所述半导体基底具有一定的距离。
使所述半导体基底以较慢的第一速率旋转,同时所述喷嘴向所述半导体基底表面喷出液态的抗反射材料(S110)。通过离心作用,喷出的液态的抗反射材料沿着所述半导体基底表面缓缓的向外移动,并布满整个半导体基底表面。本实施例中所述第一速率为50至300rpm,所述半导体基底以所述第一速率旋转0.1至1s。
所述液态的抗反射层材料的喷出速率根据喷出的总量和时间决定。例如,根据工艺的需要,所述抗反射材料需要喷出的总量为2cc,喷出时间为1s,则喷出速率为2cc/s。
在向所述半导体基底表面喷出抗反射材料之前,可先使所述半导体基底以一定的速率旋转。然后再将所述半导体基底转速调至所述的第一速率并喷出所述抗反射层材料。该旋转的作用如下:半导体基底在被送入旋涂设备时,其表面的温、湿度等状态可能和所述旋涂设备中的状态不相同,若立即进行旋涂工艺可能使得形成的抗反射层与所述半导体表面的粘附性不好,或造成其它的缺陷,通过该旋转步骤使得所述半导体基底表面和所述旋涂设备中的状态较为一致,在这种情况下进行后续的旋涂工艺,尽可能的降低外部的不确定因素可能引起的不利后果,更有助于形成高质量的抗反射层。本实施例中该步骤转速为800至1500rpm,时间为0.1至1s。
接着,继续以同样的喷出速率向所述半导体基底表面喷出抗反射材料,改变所述半导体基底的转速至第二速率,所述第二速率大于所述第一速率(S120)。经过所述第二速速率旋转,抗反射层材料至少填满所述半导体基底表面的低洼的区域,且使得所述半导体基底上的抗反射材料的表面具有凹弧形。本实施例所述第二速率为1500至4000rpm,旋转时间为0.1至1.5s。
由于所述半导体基底表面起伏不平,使得所述半导体基底表面不同区域对所述抗反射材料的阻力也不同,在以较慢的第一速率旋转时所述抗反射材料在所述半导体基底表面不同的区域的流动速率不同,导致了形成的抗反射材料各处的厚度不同,例如当所述半导体基底中具有沟槽或连接孔结构时,所述抗反射材料首先要填入所述沟槽和连接孔结构,在所述较慢的第一速率旋转时,可能出现沟槽和连接孔填不满,而其它平坦的空旷区域抗反射材料较厚的现象。在本步骤通过较高的第二速率的旋转,使得所述半导体基底表面部分区域较厚抗反射材料向较薄的区域流动,或者被甩出所述半导体基底之外,同时继续喷出抗反射材料进行补充,并使之填充至所述未填满的沟槽或连接孔。由于该第二速率较大,因而使得所述半导体基底边缘聚集较多的抗反射材料,而中央较少,所述半导体基底表面的抗反射材料表面呈凹弧形。
改变所述半导体基底的旋转速率至第三速率,所述第三速率小于所述第二速率,同时继续喷出抗反射材料(S130)。本步骤主要作用如下:通过减小旋转速率使所述半导体基底表面的抗反射材料回流;另外继续喷出抗反射材料进一步填充凹陷区域。本实施例中所述第三速率为50至300rpm,时间为0.1至1.5s。
将所述半导体基底的旋转速率由较高的第二速率在较短的时间内下降至较低的第三速率,对所述半导体基底表面的抗反射材料进行回流,使得位于边缘的抗反射材料部分向所述半导体基底的中央方向移动,可起到平坦化作用和进一步填充沟槽或连接孔的作用。另外,所述喷嘴继续向所述半导体基底的中央喷出抗反射材料并使之慢慢向外流动,两者结合提高所述半导体基底表面的抗反射材料平坦度,和对所述半导体基底表面较深的凹槽、连接孔、开口等起伏的覆盖能力。
提高所述半导体基底的旋转速率至第四速率,并继续喷出抗反射材料,所述第四速率大于所述第三速率且小于所述第二速率(S140)。进一步的对所述半导体基底表面的抗反射材料进行补充并平坦化。本实施例中所述第四速率为350至700rpm,时间为0.1至1.5s。
停止向所述半导体基底表面喷出抗反射材料(S150)。
提高所述半导体基底的旋转速率至第五速率,所述第五速率大于所述第四速率且小于所述第二速率(S160)。所述第五速率旋转较长时间,通过该步骤的旋转,一方面甩掉所述半导体基底表面多余的抗反射材料,并使保留在所述半导体基底表面的抗反射材料形成厚度均匀,表面平坦度较好的抗反射层。本实施例中所述第五速率为700至1000rpm,以所述第五速率旋转的时间为15至40s。
进一步的对所述半导体基底表面的抗反射材料执行烘烤工艺,加强所述抗反射材料和半导体基底的粘附并蒸发水分。
本发明方法在旋涂抗反射材料的过程中,通过调整半导体基底的旋转速率,首先使所述半导体基底以较慢的第一速率旋转,然后以较高的第二速率旋转,接着降低至第三速率旋转,然后在第三速率的基础上逐步增加转速并以固定的第五速率旋转,形成表面平坦度较好的抗反射材料层。特别是将该方法应用于表面具有较大起伏的半导体基底或具有沟槽、连接孔等开口的半导体基底中,能够形成平坦度较好的抗反射层,使得后续的曝光工艺具有较大的工艺窗口。
图8为所述抗反射层的形成方法应用于制造双镶嵌结构的方法的实施例的流程图。
如图8所示,提供一具有介质层的半导体基底,在所述介质层中形成有第一开口,所述第一开口可以是沟槽或连接孔(S100);
向所述介质层表面喷出抗反射材料,并使所述半导体基底以第一速率旋转(S110),本实施例中所述第一速率为50至300rpm;
使所述半导体基底以大于所述第一速率的第二速率旋转(S120),本实施例中所述第二速率为1500至4000rpm;
使所述半导体基底以小于所述第二速率的第三速率旋转(S130),本实施例中所述第三速率为50至300rpm;
使所述半导体基底以大于所述第三速率且小于第二速率的第四速率旋转(S140),本实施例中所述第四速率为350至700rpm。
停止向所述介质层表面喷出抗反射材料(S150);
使所述半导体基底以大于所述第四速率且小于第二速率的第五速率旋转(S160),本实施例中所述第五速率为700至1000rpm,持续时间为15至40s;
停止使所述半导体基底旋转(S170);
在所述抗反射材料上旋涂光刻胶层并图形化形成第二开口图案(S180);
通过刻蚀将所述第二开口图案转移到所述介质层中,形成第二开口(S190),所述第二开口图案为连接孔或沟槽。
下面结合剖面图对所述抗反射层的形成方法应用于制造双镶嵌结构的方法的实施例进行详细描述。
步骤一,如图9所示,首先提供一半导体基底200,所述半导体基底200可以是多晶硅、单晶硅、非晶硅、绝缘层上硅(SOI)、砷化稼、硅锗化合物等材料。在所述半导体基底200表面上形成有刻蚀停止层201,所述刻蚀停止层201为氧化硅、碳化硅、氮化硅、碳硅氧化合物、掺氮碳化硅中的一种或其组合,厚度为20至80nm。在所述刻蚀停止层201上形成有介质层202,所述介质层202为低介电常数,例如可以是黑钻石、氟硅玻璃、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃中的一种。在所述介质层202中形成有第一开口204,本实施例中所述第一开口204为连接孔,所述连接孔的底部露出所述刻蚀停止层201的表面。在其它的实施例中所述第一开口204也可以是沟槽。
步骤二,将所述半导体基底200传送至旋涂设备,将喷嘴移动至所述半导体基底200的中间上方位置,所述喷嘴距离所述半导体基底200具有一定的距离。使所述半导体基底200以较慢的第一速率旋转,同时所述喷嘴向所述介质层202表面喷出液态的抗反射材料。通过离心作用,喷出的液态的抗反射材料沿着所述介质层202表面缓缓的向外移动,。本实施例中所述第一速率为50至300rpm,所述半导体基底200以所述第一速率旋转0.1至1s。
所述液态的抗反射层材料的喷出速率根据喷出的总量和时间决定。例如,根据工艺的需要,所述抗反射材料需要喷出的总量为2cc,喷出时间为1s,则喷出速率为2cc/s。
在向所述介质层202表面喷出抗反射材料之前,可先使所述半导体基底200以一定的速率旋转。然后再将所述半导体基底200转速调至所述的第一速率并喷出所述抗反射层材料。该旋转的作用如下:半导体基底200在被送入旋涂设备时,所述介质层202表面的温、湿度等状态可能和所述旋涂设备中的状态不相同,若立即进行旋涂工艺可能使得形成的抗反射层与所述介质层202表面的粘附性不好,或造成其它的缺陷.通过该一旋转步骤使得所述介质层202表面和所述旋涂设备中的状态较为一致,在这种情况下进行后续的旋涂工艺,尽可能的降低外部的不确定因素可能引起的不利后果,更有助于形成高质量的抗反射层。本实施例中该步骤转速为800至1500rpm,时间为0.1至1s。
步骤三,继续以同样的喷出速率向所述介质层202表面喷出抗反射材料,改变所述半导体基底200的转速至第二速率,所述第二速率大于所述第一速率。经过所述第二速速率旋转,抗反射层材料至少填满所述介质层表面的低洼的区域,例如连接孔204,且使得所述介质层202表面的抗反射材料的表面具有凹弧形。本实施例所述第二速率为1500至4000rpm,旋转时间为0.1至1.5s。
由于所述介质层202中具有连接孔204,使表面起伏不平,使得所述介质层202表面的不同区域对所述抗反射材料的阻力也不同,在以较慢的第一速率旋转时所述抗反射材料在所述介质层202表面不同的区域的流动速率不同,导致了形成的抗反射材料各处的厚度不同,例如所述抗反射材料首先要填入所述连接孔204中,而当所述半导体基底200在所述较慢的第一速率旋转时,可能出现连接孔204填不满,而其它平坦的空旷区域抗反射材料较厚的现象。在本步骤通过较高的第二速率的旋转,使得所述介质层202表面部分区域较厚抗反射材料向较薄的区域流动,或者被甩出所述介质层202之外,同时继续喷出抗反射材料进行补充,并使之填充至所述未填满的连接孔204。由于该第二速率较大,因而使得所述介质层202表面的边缘聚集较多的抗反射材料,而中央较少,呈凹弧形。
步骤四,改变所述半导体基底200的旋转速率至第三速率,所述第三速率小于所述第二速率,同时继续喷出抗反射材料。本步骤主要作用如下:通过减小旋转速率使所述介质层202表面的抗反射材料回流;另外继续喷出抗反射材料进一步填充凹陷区域。本实施例中所述第三速率为50至300rpm,时间为0.1至1.5s。
将所述半导体基底200的旋转速率由较高的第二速率在较短的时间内下降至较低的第三速率,对所述介质层202表面的抗反射材料进行回流,使得位于边缘的抗反射材料部分向所述介质层202的中央方向移动,可起到平坦化作用和进一步填充连接孔204的作用。另外,所述喷嘴继续向所述介质层202表面的中央喷出抗反射材料并使之慢慢向外流动,两者结合提高所述介质层202表面的抗反射材料平坦度,和对连接孔204的覆盖能力。
步骤五,提高所述半导体基底200的旋转速率至第四速率,并喷出抗反射材料,所述第四速率大于所述第三速率且小于所述第二速率。进一步的对所述介质层202表面的抗反射材料进行补充并平坦化。本实施例中所述第四速率为350至700rpm,时间为0.1至1.5s。
步骤六,停止向所述介质层202表面喷出抗反射材料。
步骤七,提高所述半导体基底200的旋转速率至第五速率,所述第五速率大于所述第四速率且小于所述第二速率。所述第五速率旋转较长时间,一方面甩掉多余的抗反射材料,并使保留在所述介质层202表面的抗反射材料形成厚度均匀覆盖的抗反射层,如图10所示的206。本实施例中所述第五速率为700至1000rpm,以所述第五速率旋转的时间为15至40s。
步骤八,停止使所述半导体基底200旋转。
进一步的对所述介质层202表面的抗反射层206执行烘烤工艺,加强所述抗反射层206和介质层202的粘附并蒸发水分。
步骤九,如图11所示,在所述抗反射层206上旋涂光刻胶层201并进行曝光显影形成第二开口图案210,本实施例所述第二开口图案210为沟槽图案,在其它的实施例中所述第二开口图案210为连接孔图案。
在旋涂所述光刻胶层208之前,还可以首先形成如图12所示的牺牲层207,在所述牺牲层207上形成低温氧化层209。然后旋涂所述光刻胶层208并形成第二开口图案210。
由于在前道工艺中形成了表面平坦的抗反射层206,因而旋涂的光刻胶具有均匀的厚度和平坦的表面,使得本步骤的光刻形成第二开口图案210的工艺具有较大的工艺窗口,提高了工艺的可维护性,有助于形成侧壁轮廓较好的第二开口图案210。
步骤十,以具有所述低温氧化层209和牺牲层207的结构为例,如图13所示,刻蚀所述第二开口图案210底部的低温氧化层209和牺牲层207,将所述第二开口图案210转移到所述低温氧化层209和所述牺牲层207,形成第二开口图案210a,同时刻蚀过程去除了所述光刻胶层208。
对于图11所示的结构,通过刻蚀将所述第二开口图案210转移到所述介质层202中形成沟槽,这里不再赘述。
如图14所示,刻蚀所述第二开口图案210a底部的介质层202,在所述介质层202中形成开口211,本实施例中所述开口211为沟槽。刻蚀的同时去除了所述低温氧化层209,并使得所述牺牲层207的厚度减薄。
进一步的,如图15所示,去除所述抗反射层206,并通过刻蚀去除所述第一开口204底部的刻蚀停止层201,在所述第一开口204和第二开口211中填充金属材料212,例如铜,即形成了如图15所示的双镶嵌结构。
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。