CN101452214A - 曝光方法、光刻方法及通孔的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种曝光方法，包括在基底上形成光阻层以及通过光罩对于基底上的光阻层进行曝光，其中，在所述曝光过程中调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离以及调节透镜组内环境气压，以使所获得的相应光阻层开口具有比光罩上的掩模图形更大的面积。本发明还公开了一种光刻方法和通孔制作方法，上述方法无需对于原有的通孔掩膜图形额外进行光学邻近修正，因而工艺操作简单，并且效率提高。

Description

曝光方法、光刻方法及通孔的制作方法

技术领域

本发明涉及一种曝光方法、光刻方法及通孔的制作方法。

背景技术

在电路集成化的要求愈来愈高的情况下，整个电路元件大小的设计也朝向尺寸不停缩小的方向前进。而整个半导体制造工艺中最举足轻重的步骤之一可以说是光刻了，凡是与金属氧化半导体元件结构相关的，例如：各层薄膜的图案，及掺杂区域，都是由光刻这个步骤来决定的。

此外，整个半导体工业的元件集成度，是否能继续往更小的线宽推进，也决定于光刻制造工艺技术的发展。为了能适应这一需求，一些提高光掩膜解析度的方法被不断地提出来，例如光学邻近修正。

光学邻近修正的目的，是用以消除因邻近效应所造成的线宽偏差现象。所谓邻近效应是当光束透过光掩膜上的图案投影在晶片上时，一方面由于光束会产生散射现象而使得光束被扩大，另一方面，光束会透过晶片表面的光阻层经由晶片的半导体基底再反射回来，产生干涉的现象，因此会重复曝光，而改变再光阻层上实际的曝光量。此种现象当制造工艺的线宽愈小时愈明显，尤其当其线宽接近于光源的波长时。

最近，在诸如半导体器件和光电器件的电子器件中，布线在多层中形成以增加集成程度。在具有多层布线结构的器件中，通孔在层间绝缘膜中形成，以便通过层间绝缘膜层的布线层之间获得稳定的导电性能。而通孔的质量也成为了影响半导体器件质量的重要因素。

目前，以通孔模型为基础的光学邻近校正法是利用不同间距、不同线宽所建立的测试图案来收集数据。

图1是现有技术的一种以通孔模型为基础的光学邻近校正法的测试图案示意图。

请参照图1，测试图案100的方形通孔102的线宽104为其一边的长度；间距106则是从方形通孔102的一边到邻近方形通孔相对位置的举例。光掩膜上的方形测试图案100的通孔102的线宽为0.8um、间距为1.6um；依次类推，测试图案110的通孔112的线宽为0.84um、间距为1.68um；测试图案114的通孔116的线宽为0.88um、间距为1.76um，利用包含上述不同线宽、不同间距的测试图案100、110、114的光掩膜，在已涂布光阻层的晶片上进行曝光与显影制造工艺，并测量显影以后光阻层的线宽，此时晶片上的通孔图案因为邻近效应的关系，呈现出不同于光掩膜上方形的测试图案，而是在角落呈现圆弧形且线宽也较小的图案。将测量到的线宽与光掩膜上的线宽做比较，比较实际线宽与预定线宽之后，可以将线宽与间距的关系制作成以间距为横轴、以线宽为纵轴的关系图。

在例如申请号为01103097.6的中国专利申请中，还能够找到更多关于通孔的光学邻近校正的信息。

在一些情况下，通常需要一些方形的通孔，例如，如图2所示，在将衬底层3与多晶硅层1连接的时候，通常都是通过通孔层4的通孔将衬底层3与多晶硅层1连通。然而，常规的通孔工艺由于实际形成的通孔尺寸会小于掩膜版上通孔尺寸，因此，为了达到需要的通孔尺寸常常需要将掩膜版的通孔尺寸做大，然而这样就有可能使得通孔延及到扩散阻挡层2上，如图2中圆圈所示，导致扩散阻挡层2和多晶硅层1短路，严重影响器件性能。虽然目前可以用光学邻近修正的方法来调整通孔的掩膜版图形来避免通孔延及到扩散阻挡层2上，但对于通孔的掩膜版光学邻近修正通常比较复杂，并且对于不同大小的通孔，还需要分别进行通孔掩膜版图形的修正，因此，工艺操作上效率不高。

发明内容

本发明提供一种曝光方法、光刻方法以及通孔的制作方法，解决现有技术通孔制作方法应用光学邻近修正工艺操作效率不高的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种曝光方法，包括在基底上形成光阻层以及通过光罩对于基底上的光阻层进行曝光，其中在所述曝光过程中调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离以及调节透镜组内环境气压，以使所获得的相应光阻层开口具有比光罩上的掩模图形更大的面积。

本发明还提供了一种光刻方法，包括在基底上形成光阻层；对于光阻层进行曝光显影形成光阻层开口；以光阻层为掩膜，在光阻层开口位置对于基底进行蚀刻；去除光阻层，其中在所述曝光过程中调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离以及调节透镜组内环境气压，以使所获得的相应光阻层开口具有比光罩上的掩模图形更大的面积。

本发明还提供了一种通孔的制作方法，包括，提供具有第一金属层的基底；在第一金属层上形成阻挡层；在阻挡层上形成绝缘层；在绝缘层上形成光阻层；对于光阻层进行曝光、显影形成光阻层开口；以光阻层为掩膜，在光阻层开口位置蚀刻绝缘层至曝露出阻挡层形成通孔开口；在绝缘层上形成第二金属层，并填满通孔开口；研磨第二金属层至曝露出绝缘层，其中，在所述曝光过程中调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离以及调节透镜组内环境气压，以使所获得的相应光阻层开口具有比光罩上的掩模图形更大的面积。

所述调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离，以及调节透镜组内环境气压，是利用透镜的慧差现象。所述慧差是指倾斜于光轴的平行入射光无法完全聚焦的情况，由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出的单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，若在理想像平面处不能结成清晰点，而是结成拖着明亮尾巴的慧星形光斑，则此光学系统的成像误差称为慧差。通常光学邻近修正方法的途径之一就是为了减小慧差现象，而上述方案调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离以及气压却是为了增大慧差现象，从而使得曝光显影后形成的光阻层开口变大。

与现有技术相比，上述所公开的曝光方法、光刻方法以及通孔的制作方法具有以下优点：上述所公开的曝光方法、光刻方法以及通孔的制作方法在曝光过程中，通过调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离，以及调节透镜组内环境气压，来改变对于基底的曝光量和曝光角度，从而使所获得的相应光阻层开口具有比光罩上的掩模图形更大的面积，并最终使得所形成的通孔面积增大。所述方法无需对于原有的通孔掩膜版的额外进行光学邻近修正，因而工艺操作简单，并且效率提高。

附图说明

图1是现有技术光学邻近修正示意图；

图2是现有技术通孔示意图；

图3是本发明曝光方法的一种实施方式流程图；

图4是本发明光刻方法的一种实施方式流程图；

图5是本发明通孔制作方法的一种实施方式流程图；

图6至图10是本发明实施例光刻示意图；

图11至图18是本发明实施例通孔制作方法示意图；

图19是本发明实施例光阻层开口示意图；

图20是本发明实施例通孔示意图。

具体实施方式

本发明公开的曝光方法、光刻方法以及通孔的制作方法在曝光过程中，通过调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离，以及调节透镜组内环境气压，来改变对于基底的曝光量和曝光角度，从而使所获得的相应光阻层开口具有比光罩上的掩模图形更大的面积，并最终使得所形成的通孔面积增大。所述方法无需对于原有的通孔掩膜版的额外进行光学邻近修正，因而工艺操作简单，并且效率提高。

参照图3所示，本发明曝光方法的一种实施方式包括下列步骤，

步骤s1，在基底上形成光阻层；

步骤s2，通过光罩对于基底上的光阻层进行曝光，其中在曝光过程中，通过调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离，以及调节透镜组内环境气压来改变对于光阻层的曝光量和曝光角度。

参照图4所示，本发明光刻方法的一种实施方式包括下列步骤，

步骤s11，在基底上形成光阻层；

步骤s12，对于光阻层进行曝光显影形成光阻层开口；

步骤s13，以光阻层为掩膜，在光阻层开口位置对于基底进行蚀刻；

步骤s14，去除光阻层。

其中在曝光过程中，通过调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离，以及调节透镜组内环境气压来改变对于光阻层的曝光量和曝光角度。

参照图5所示，本发明通孔制作方法的一种实施方式包括下列步骤，

步骤s20，提供具有第一金属层的半导体衬底；

步骤s21，在第一金属层上形成阻挡层；

步骤s22，在阻挡层上形成绝缘层；

步骤s23，在绝缘层上形成光阻层；

步骤s24，对于光阻层进行曝光、显影形成光阻层开口；

步骤s25，以光阻层为掩膜，在光阻层开口位置蚀刻绝缘层至曝露出阻挡层形成通孔开口；

步骤s26，在绝缘层层上形成第二金属层，并填满通孔开口；

步骤s27，研磨第二金属层至曝露出绝缘层。

其中在曝光过程中，通过调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离，以及调节透镜组内环境气压来改变对于光阻层的曝光量和曝光角度。

下面分别对光刻和通孔制作的过程进行详细的举例说明来使得上述曝光方法、光刻方法和通孔制作方法更加清楚。

光刻实施例

结合图4和图6、图7所示，在基底上形成光阻层。所述基底通常包括半导体衬底10和半导体衬底上实施光刻工艺的材料层11，光刻其实就是在晶圆表面通过光罩上的掩膜图形在晶圆表面的材料层上建立图形的工艺。而在光刻中，参照图7所示，首先就是在基底上的材料层1上形成光阻层12，光阻层12通常都是一些感光材料层并且具有抗刻蚀特性，例如光刻胶。形成光刻胶的方法就是在基底上均匀涂抹一层光刻胶，常规涂胶的方法有刷法、旋涂方法或浸泡法等。其中，较优化的一种涂抹光刻胶的方法是动态喷洒涂胶法，在涂光刻胶之前，晶圆会被吸附在吸盘上并以较低的转速，例如500rpm低速旋转，之后，光刻胶通过传输管道不断输出并喷洒在晶圆表面。低速旋转的作用是帮助光刻胶最初的均匀扩散。在光刻胶扩展开之后，吸盘就会带动晶圆高速旋转来完成最终的光刻胶扩展，从而得到薄而且均匀的光刻胶膜。在涂完光刻胶之后，通常还会进行软烘培已使得光刻胶更好地黏附在基底上。

结合图4和图8所示，在形成了光阻层12之后，对于光阻层12进行曝光显影形成光阻层开口13。实际工艺中就是将光罩置于光阻层12的上方并精确对准，并将曝光光源置于光罩上方，来对于光阻层12进行曝光。其中，曝光的光源可选用离子束或者高压汞灯等。在曝光过程中，还通过调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离以及调节透镜组内环境气压来改变对于光阻层的曝光量和曝光角度。并且，在此过程中，曝光光源的能量维持不变。

在完成了曝光之后，利用显影剂将光阻层12的可溶部分去除就能形成光阻层开口13了。本实施例中的光阻层开口如图19所示，由于曝光时调节了各个透镜头的相对角度和相对距离以及气压，增大了慧差现象，使得光阻层的开口增大。

结合图4和图9所示，以光阻层12为掩膜，在光阻层开口13位置对于基底进行蚀刻。如前所示，光阻层12是抗刻蚀的，因此被光阻层盖住的材料层11就不会被去除，而在光阻层开口13位置通过蚀刻就能够将半导体衬底10上未被光阻层12盖住的材料层11去除。所述的蚀刻方法根据材料层11的不同而选用相适应的方法，目前，蚀刻工艺有两大类：湿法蚀刻和干法蚀刻。其中湿法蚀刻有硅湿法蚀刻、二氧化硅湿法蚀刻、铝膜湿法蚀刻、淀积氧化物湿法蚀刻、氮化硅湿法蚀刻、湿法喷射蚀刻以及蒸汽蚀刻等方法。而干法蚀刻有等离子体蚀刻、离子束蚀刻以及反应离子蚀刻等方法。而在完成了蚀刻之后，光罩上的掩膜图形就转移到了材料层11上了。

结合图4和图10所示，在完成蚀刻之后，作为蚀刻阻挡层的光阻层12就不再需要了，因此需要去除。去除光阻层12较常见的方法是用湿法化学工艺将其去除。当然，也可以使用干法+湿法的化学工艺去除。

通孔制作方法实施例

结合图5和图11所示，首先提供具有第一金属层110的半导体衬底100。

结合图5和图12所示，在所述第一金属层110上形成阻挡层120，阻挡层的作用是用以防止金属扩散。形成阻挡层12的方法可采用物理气相沉积法。阻挡层12的材料可以为钛或氮化钛。

结合图5和图13所示，在所述阻挡层120上形成绝缘层130，所述绝缘层130通常为氧化硅，形成氧化硅的方法可采用物理气相沉积的方法。

结合图5和图14所示，在所述绝缘层130上形成光阻层140，光阻层140通常都是一些感光材料层并且具有抗刻蚀特性，例如光刻胶。形成光刻胶的方法就是在绝缘层上均匀涂抹一层光刻胶，常规涂胶的方法有刷法、旋涂方法和浸泡法等。其中，较优化的一种涂抹光刻胶的方法是动态喷洒涂胶法，在涂光刻胶之前，晶圆会被吸附在吸盘上并以较低的转速，例如500rpm低速旋转，之后，光刻胶通过传输管道不断输出并喷洒在晶圆表面。低速旋转的作用是帮助光刻胶最初的均匀扩散。在光刻胶扩展开之后，吸盘就会带动晶圆高速旋转来完成最终的光刻胶扩展，从而得到薄而且均匀的光刻胶膜。在涂完光刻胶之后，通常还会进行软烘培已使得光刻胶更好地黏附在基底上。

结合图5和图15所示，对于光阻层140进行曝光、显影形成光阻层开口，就是将光罩置于光阻层140的上方并精确对准，并将曝光光源置于光罩上方，来对于光阻层140进行曝光。其中，曝光的光源可选用离子束或者高压汞灯等。在曝光过程中，还通过调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离以及调节透镜组内环境气压来改变对于光阻层的曝光量和曝光角度。在此过程中，曝光光源的能量维持不变。在完成了曝光之后，利用显影剂将光阻层140的可溶部分去除就能形成光阻层开口了。本实施例中的光阻层开口如图18所示，由于曝光时调节了各个透镜头的相对角度和相对距离以及气压，增大了慧差现象，使得光阻层的开口增大。

结合图5和图16所示，以光阻层140为掩膜，在光阻层开口位置蚀刻绝缘层130至曝露出阻挡层120形成通孔开口。由于光阻层140是抗刻蚀的，因此被光阻层盖住的绝缘层130就不会被去除，而在光阻层开口位置通过蚀刻就能够将未被光阻层140盖住的绝缘层130去除。所述的蚀刻方法可采用等离子体蚀刻方法。并且，在蚀刻完成之后，去除光阻层140。

结合图5和图17所示，在绝缘层130上形成第二金属层150，并填满通孔开口。形成第二金属层150的方法可采用化学气相沉积的方法。所述第二金属层150的材料通常为钨，钨填满通孔后形成通孔钨塞。

结合图5和图18所示，研磨第二金属层150至曝露出绝缘层130。研磨第二金属层150的方法通常采用化学机械抛光的方法。

本实施例通孔制作方法，由于在曝光时增大了慧差现象，因而增大了曝光显影后光阻层开口的大小，因而最终形成的通孔的开口如图20中圆圈所示的那样增大，并且无需对于光罩上的掩膜图形进行调整，因而工艺简单。

综上所述，上述方案公开的曝光方法、光刻方法以及通孔的制作方法在曝光过程中，通过调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离，以及调节透镜组内环境气压，来改变对于基底的曝光量和曝光角度，从而使所获得的相应光阻层开口具有比光罩上的掩模图形更大的面积，并最终使得所形成的通孔面积增大。所述方法无需对于原有的通孔掩膜版的额外进行光学邻近修正，因而工艺操作简单，并且效率提高。

虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种曝光方法，包括在基底上形成光阻层以及通过光罩对于基底上的光阻层进行曝光，其特征在于，在所述曝光过程中调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离以及调节透镜组内环境气压，以使所获得的相应光阻层开口具有比光罩上的掩模图形更大的面积。

2.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述形成光阻层的方法包括刷法、旋涂法或浸泡法。

3.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于，所述曝光光源为离子束或高压汞灯。

4.一种光刻方法，包括下列步骤，

在基底上形成光阻层；

对于光阻层进行曝光显影形成光阻层开口；

以光阻层为掩膜，在光阻层开口位置对于基底进行蚀刻；

去除光阻层，

其特征在于，在所述曝光过程中调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离以及调节透镜组内环境气压，以使所获得的相应光阻层开口具有比光罩上的掩模图形更大的面积。

5.如权利要求4所述的光刻方法，其特征在于，所述形成光阻层的方法包括刷法、旋涂法或浸泡法。

6.如权利要求4所述的光刻方法，其特征在于，所述曝光光源为离子束或高压汞灯。

7.一种通孔的制作方法，其特征在于，包括下列步骤，

提供具有第一金属层的半导体衬底；

在第一金属层上形成阻挡层；

在阻挡层上形成绝缘层；

在绝缘层上形成光阻层；

对于光阻层进行曝光、显影形成光阻层开口；

以光阻层为掩膜，在光阻层开口位置蚀刻绝缘层至曝露出阻挡层形成通孔开口；

在绝缘层上形成第二金属层，并填满通孔开口；

研磨第二金属层至曝露出绝缘层，

其中，在所述曝光过程中调节曝光光源中的各个透镜头的相对角度和相对距离以及调节透镜组内环境气压，以使所获得的相应光阻层开口具有比光罩上的掩模图形更大的面积。

8.如权利要求7所述的通孔的制作方法，其特征在于，所述阻挡层为钛或氮化钛。

9.如权利要求7所述的通孔的制作方法，其特征在于，所述绝缘层为氧化硅。

10.如权利要求7所述的通孔的制作方法，其特征在于，所述第二金属层为钨。

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