CN102445838A - 重新形成光刻胶图形的方法 - Google Patents

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本发明提供了一种重新形成光刻胶图形的方法，该方法包括：通过光刻胶层重做工序去除已形成的光刻胶图形；通过沉积工序在硬掩膜层上形成一个具有粗糙表面的沉积层；通过刻蚀工序去除所述沉积层，实现对硬掩膜层表面的粗糙化；通过光刻胶层重新涂覆工序在粗糙化后的硬掩膜层上重新涂覆光刻胶层；对光刻胶层依次执行曝光、显影、清洗工序，重新形成新的光刻胶图形。通过使用上述的方法，可有效地消除图形剥离现象，提高所形成的半导体元器件的电学性能，并大大降低生产成本。

Description

重新形成光刻胶图形的方法
技术领域
本发明涉及半导体元器件的制造技术，尤其是指一种重新形成光刻胶图形的方法。
背景技术
在半导体元器件的制造过程中，经常需要在晶圆衬底上制作出极细微尺寸的电路结构图形(pattern)，以形成各种类型的复杂的半导体元器件，完成相应的电子功能。随着芯片的集成度的迅速提高，半导体元器件的尺寸也越来越小，制造工业也越来越精细。
在现有技术中，当半导体工艺进入65nm之后，为了在晶片上形成精细的图形，通常会通过使用三层掩膜技术(Tri-layer scheme)在晶圆表面形成硬掩膜层并配合光刻胶形成掩膜图形。
图1为现有技术中使用三层技术形成光刻胶图形的方法流程图。图2为现有技术中使用三层掩膜技术形成光刻胶图形的示意图。如图1所示并结合图2，现有技术中使用三层掩膜技术形成光刻胶图形的方法包括如下所述的步骤：
步骤101，在基底材料上形成介质层。
如图2所示，在本步骤中，可通过多种方法，例如，化学气相沉积(CVD，Chemical Vapor Deposition)等方法进行沉积，从而在基底材料200上形成待蚀刻的介质层201。
步骤102，在介质层上形成底部抗反射涂层(BARC)。
如图2所示，在本步骤中，将在介质层201上通过常用的沉积等方法形成BARC层202。
步骤103，在BARC层上形成硬掩膜(HM，hard mask)层。
如图所示，在本步骤中，将在BARC层202上通过常用的沉积等方法形成HM层203。其中，所述HM层通常是利用CVD方法在低温下形成的低温氧化物(LTO，Low Temperture Oxide)层。
步骤104，在HM层上形成光刻胶(PR)层，并对PR层依次执行曝光、显影(Development)、清洗工序，形成光刻胶图形。
如图2所示，在本步骤中，首先可以通过旋涂等方法在HM层203上覆盖上一层PR层204；然后，依次通过曝光、显影、清洗等工序，在PR层上形成相应的掩膜图形，该掩膜图形可称为光刻胶图形或光掩膜。
然而，在现有技术中的印刷(Litho)工艺中，由于各种客观条件(例如，环境条件的变化等)或主观条件(例如，操作失误等)的影响，上述步骤104在执行过程中有可能会出现一些异常情况，导致在PR层上形成一些不需要的或非正常的光刻胶图形，从而对后续的操作容易造成不良的影响。因此，在现有的三层掩膜技术中，在上述光刻胶图形形成之后，如果在PR层上所形成的光刻胶图形出现异常，则需要通过如下所述的重新形成光刻胶图形的方法，重新生成新的光刻胶图形。
图3为现有技术中重新形成光刻胶图形的方法流程图。图4(a)～图4(c)为现有技术中重新形成光刻胶图形的示意图。如图3所示并结合图4(a)～图4(c)，现有技术中重新形成光刻胶图形的方法包括如下所述的步骤：
步骤301，执行光刻胶层重做(PR re-work)工序。
本步骤中的PR re-work工序是针对上述Litho工艺中所出现的异常情况而采取的光刻胶层返工工序，目的是将不正常的光刻胶图形去掉。通常情况下，在进行PR re-work工序时，将使用含氧的气体(例如，O2、CO2或CO等)对PR层进行等离子体刻蚀，从而去除上述HM层上的光刻胶图形，如图4(a)所示，其中，虚线部分表示被去除的光刻胶图形。因此，该工序与现有技术中常用的灰化(Ashing)工序比较类似。
步骤302，执行光刻胶层重新涂覆(PR re-coating)工序。
在完成上述的PR re-work工序后，将执行PR re-coating工序，从而在去除PR层之后的HM层203上重新涂覆PR层204，如图4(b)所示。
步骤303，对PR层依次执行曝光、显影、清洗工序，重新形成新的光刻胶图形。
在本步骤中，可通过常用的光刻技术(例如，包括曝光、显影、清洗等工序)对PR层进行图案化处理，将已曝光的光刻胶去除，并留下未曝光的光刻胶，从而在PR层内重新形成所需的光刻胶图形，如图4(c)所示。
通过上述步骤101～104以及步骤301～303所形成的光刻胶图形均可作为光掩膜进行后续的操作。例如，可根据该光掩膜对HM层和BARC层进行刻蚀，然后去除暴露在外的HM层和BARC层；接着再以所述光掩膜、HM层和BARC层为掩膜，对介质层进行刻蚀以去除暴露在外的介质层，从而形成所需的微结构或半导体元器件。
通过上述的三层掩膜技术和重新形成光刻胶图形的方法，即可在晶圆表面形成所需的掩膜图形(即光刻胶图形)。但是，由于在上述重新形成光刻胶图形的方法中，执行PR层重做工序之后所暴露出来的LTO(即HM层)表面上，光刻胶材料的粘附性一般都比较差，从而在后续的显影工序中将出现严重的图形剥离(pattern peeling)现象，进而影响所生产的半导体元器件的电学性能。
为了尽量消除上述的图形剥离现象，在现有技术中通常使用的方法是：如果出现光刻胶图形异常的情况，则不再使用上述重新形成光刻胶图形的方法，而是去除整个的三层掩膜，即完全去除PR、HM、和BARC层，然后再在基底材料上重新依次形成BARC、HM、和PR层。然而，使用该方法无疑将大大增加生成的成本，并且还很容易对基底材料造成损伤。
由此可知，如何消除上述的图形剥离现象，从而提高所形成的半导体元器件的电学性能，并大大降低生产成本，是本领域中一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种重新形成光刻胶图形的方法，从而可有效地消除图形剥离现象。
为达到上述目的，本发明中的技术方案是这样实现的：
一种重新形成光刻胶图形的方法，该方法包括：
通过光刻胶层重做工序去除已形成的光刻胶图形；
在蚀刻机台中通过沉积工序在硬掩膜层上形成一个沉积层；
通过刻蚀工序去除所述沉积层，实现对所述硬掩膜层表面的粗糙化；
通过光刻胶层重新涂覆工序在粗糙化后的硬掩膜层上重新涂覆光刻胶层；
对所述光刻胶层依次执行曝光、显影、清洗工序，重新形成新的光刻胶图形。
在所述通过光刻胶层重做工序去除已形成的光刻胶图形之前，该方法还进一步包括：
在基底材料上依次分别形成介质层、底部抗反射涂层、硬掩膜层和光刻胶层；
对所述光刻胶层依次执行曝光、显影、清洗工序，形成光刻胶图形。
在进行光刻胶层重做工序时，所使用的气体为含氧的刻蚀气体。
所述含氧的刻蚀气体为氧气、二氧化碳或一氧化碳。
所述在蚀刻机台中通过沉积工序在硬掩膜层上形成一个沉积层包括：
在蚀刻机台中使用预设成份的用于沉积的气体进行沉积，从而在所述硬掩膜层上形成一个具有粗糙表面的沉积层；
其中，所述预设成份的用于沉积的气体为碳氢含量高而氟含量低的气体。
所述碳氢含量高而氟含量低的气体包括：CH4、CH3F、CH2F2和/或CHF3。
在进行所述沉积工序时所使用的气体包括：CH2F2和H2；
其中，所述CH2F2的流量为70～100标准毫升/分钟；所述H2的流量为50～70标准毫升/分钟；气压为50～70毫托；源功率为300～500瓦；所述沉积工序的持续时间为6～10秒。
所述刻蚀工序中所使用的刻蚀气体是具有氧化性的非氟气体。
所述具有氧化性的非氟气体包括：氧气、二氧化碳、一氧化碳、氮气或氨气。
在进行所述刻蚀工序时所使用的气体包括：氧气；
其中，氧气的流量为900～1100标准毫升/分钟；气压为100～300毫托；源功率为200～400瓦；偏置功率为100～300瓦；所述刻蚀工序的持续时间为11～15秒。
综上可知，本发明中提供了一种重新形成光刻胶图形的方法。在所述重新形成光刻胶图形的方法中，由于在光刻胶层重做工序和光刻胶层重新涂覆工序之间加入了沉积工序和刻蚀工序，对HM层的表面进行粗糙化，增加了在HM层表面上形成的PR层的粘附性，从而可有效地消除图形剥离现象，提高所形成的半导体元器件的电学性能，并大大降低生产成本。
附图说明
图1为现有技术中使用三层掩膜技术形成光刻胶图形的方法流程图。
图2为现有技术中使用三层掩膜技术形成光刻胶图形的示意图。
图3为现有技术中重新形成光刻胶图形的方法流程图。
图4(a)～图4(c)为现有技术中重新形成光刻胶图形的示意图。
图5为本发明中的重新形成光刻胶图形的方法的流程图。
图6(a)～图6(e)为本发明中重新形成光刻胶图形的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点表达得更加清楚明白，下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
本发明提供了一种重新形成光刻胶图形的方法，在该方法中，由于在光刻胶层重做工序和光刻胶层重新涂覆工序之间加入了沉积工序和刻蚀工序，对HM层的表面进行粗糙化，增加了在HM表面上形成的PR层的粘附性，从而可有效地消除图形剥离现象，提高所形成的半导体元器件的电学性能，并大大降低生产成本。
在本发明的实施例中，在使用本发明中的重新形成光刻胶图形的方法之前，可以使用常用的形成光刻胶图形的方法形成光刻胶图形。例如，在本发明的实施例中可通过如下所述的步骤形成光刻胶图形：
步骤1，在基底材料上依次分别形成介质层、BARC层和HM层和PR层。
在本发明的具体实施例中，可通过多种方法，例如，CVD或物理气相淀积(PVD)等方法，先在基底材料上沉积并形成待刻蚀的介质层201，如图2所示。其中，所述介质层201可以是黑钻石(BD，Black Diamond)材料层，也可以是其它的材料层，例如，掺氟(F)的氧化硅层等。
然后，在本发明的具体实施例中，将在上述介质层201上通过常用的沉积等方法形成BARC层202，以使得在通过后续显影步骤后所形成的光刻胶图形更加清晰。
接着，还将在所述BARC层202上形成HM层203。其中，所述HM层203通常是利用CVD方法在低温下形成的LTO层，在本发明的具体实施例中，上述LTO层可以是低温氧化硅层。
在形成HM层203后，还将在所述HM层上形成PR层204。例如，在本发明的具体实施例中，可以通过旋涂等方法在HM层203上均匀地涂敷一定厚度的光刻胶，从而在HM层203之上形成PR层204。
步骤2，对PR层依次执行曝光、显影、清洗工序，形成光刻胶图形。
如图2所示，在本步骤中，将依次执行曝光、显影、清洗等工序，从而在PR层204上形成相应的光刻胶图形。
当通过上述步骤1和步骤2形成上述光刻胶图形之后，由于实际应用情况的需要，可能需要去除上述已形成的光刻胶图形，而重新形成新的光刻胶图形。例如，由于各种原因(环境条件的变化或操作失误等)而导致上述在PR层上所形成的光刻胶图形不是所需要的光刻胶图形时；或者，在进行对新产品测试时(例如，需要通过试验对各种不同的光刻胶图形进行检测，从而得到最佳的曝光条件时)，都可能需要去除已形成的光刻胶图形并重新形成新的光刻胶图形。因此，在本发明的实施例中，提出了一种重新形成光刻胶图形的方法。
图5为本发明中的重新形成光刻胶图形的方法的流程图。图6(a)～图6(e)为本发明中重新形成光刻胶图形的示意图。如图5所示并结合图6(a)～图6(e)，在本发明中的重新形成光刻胶图形的方法中，主要包括如下所述的步骤：
步骤501，通过PR re-work工序去除已形成的光刻胶图形。
在本步骤中，当需要去除已形成的光刻胶图形，而重新形成新的光刻胶图形时，则可通过PR re-work工序对上述所形成的PR层进行等离子体刻蚀，去除相应的PR层，从而去除上述已形成的光刻胶图形，如图6(a)所示，其中，虚线部分表示被去除的光刻胶图形。
另外，在本发明的具体实施例中，在进行PR re-work工序时，所使用的气体为含氧的刻蚀气体，例如，氧气(O2)、二氧化碳(CO2)或一氧化碳(CO)等气体。
步骤502，通过沉积(Deposition)工序在HM层上形成一个具有粗糙表面的沉积层。
在本步骤中，将在HM层203(例如，LTO层)上沉积一层聚合物(例如，所述聚合物为主要由CH2或者CHF基团所形成的长链聚合物)，从而在HM层203上形成一个由聚合物组成的具有粗糙表面的沉积层601。
具体来说，在本发明的具体实施例中，可以使用多种沉积方法在所述HM层上形成一个具有粗糙表面的沉积层601。例如，其中的一种沉积方法为：在蚀刻机台中使用预设成份的用于沉积的气体进行沉积，从而在所述HM层上形成一个具有粗糙表面的沉积层601。其中，所述预设成份的用于沉积的气体为碳氢含量高而氟含量低的气体，例如，CH4、CH3F、CH2F2和/或CHF3等。此外，在上述沉积工序中还可以使用一些辅助气体，例如，氢气(H2)等气体。
由于上述预设成份的用于沉积的气体中的氟含量低而碳氢含量高，因此上述气体对于HM层的沉积效果将远远大于该沉积气体对HM层的蚀刻效果，从而在整体上将表现为沉积作用，并在HM层上沉积出所需的沉积层。
另外，由于蚀刻机台一般是用于对半导体元器件进行蚀刻的装置，而并不是用于沉积的专用沉积设备，因此，在进行上述沉积工序时，与专用沉积设备相比，蚀刻机台中沉积气体的沉积方向并不一致，上述用于沉积的气体将从不同的方向或从不同的角度进行沉积，使得上述沉积层在不同的位置具有不同的厚度，从而形成一个具有粗糙表面的沉积层601，如图6(b)所示。
在本发明的具体实施例中，在进行上述沉积工序时所使用的气体可以包括：CH2F2和H2。其中，CH2F2的流量为70～100标准毫升/分钟(sccm，Standard CubicCentimeter per Minute)，较佳的为90sccm；H2的流量为50～70sccm，较佳的为60sccm；气压为50～70毫托(mTorr)，较佳的为60mTorr；源功率为300～500瓦(W)，较佳的为400W，该沉积工序的持续时间为6～10秒，较佳的为8秒。
此外，根据与上述具体实施方式中相同或相类似的原理，在本发明的具体实施例中还可以使用其它的沉积方法，例如，与等离子体增强型化学气相淀积(PECVD)工艺等相类似的其它沉积方法，在所述HM层上形成一个具有粗糙表面的沉积层，具体的实现方法在此不再赘述。
步骤503，通过刻蚀(Etch)工序去除上述的沉积层，实现对HM层表面的粗糙化。
在本步骤中，将通过刻蚀的方法完全去除上述的沉积层601，从而实现对HM层表面的粗糙化。由于上述沉积层601各处的厚度不一，表面比较粗糙，因此，在完全去除上述的沉积层601之后，将在HM层203(例如，LTO层)上形成一个粗糙的表面，如图6(c)所示，从而实现了对HM层表面的粗糙化，大大增加了后续在HM层表面上所形成的PR层的粘附性，使得PR层在后续的曝光、显影过程中不容易从HM层上剥离，因而可有效地消除图形剥离现象。
另外，在本发明的实施例中，上述刻蚀(Etch)工序中所使用的刻蚀气体是具有氧化性的非氟(F)气体，例如，O2、CO2、CO、氮气(N2)或氨气(NH3)等气体，用于去除聚合物，从而在刻蚀的过程中可以有效地去除沉积层601，但却不会对HM层203造成太大的损伤，以形成一个具有粗糙表面的HM层。
在本发明的具体实施例中，上述刻蚀工序中所使用的气体包括：O2。其中，O2的流量为900～1100sccm，较佳的为1000sccm；气压为100～300mTorr，较佳的为200mTorr；源功率为200～400W，较佳的为300W，偏置功率为100～300W，较佳的为200W，该刻蚀工序的持续时间为11～15秒，较佳的为13秒。
步骤504，通过PR层重新涂覆工序在粗糙化后的HM层上重新涂覆PR层。
在完成上述步骤305中的刻蚀工序后，将执行PR层重新涂覆工序，从而在粗糙化后的HM层203之上重新涂覆PR层204，如图6(d)所示。
由于此时的HM层203(例如，LTO层)具有一个粗糙的表面，因此，在该HM层表面上所形成的PR层204的粘附性大大提高，使得该PR层204在后续的曝光、显影过程中难以从上述HM层上剥离，从而有效地避免了图形剥离现象的出现。
步骤505，对PR层依次执行曝光、显影、清洗工序，重新形成新的光刻胶图形。
在本步骤中，可通过常用的光刻技术(例如，包括曝光、显影、清洗等工序)对PR层204进行图案化处理，将已曝光的光刻胶去除，并留下未曝光的光刻胶，从而在PR层内重新形成新的光刻胶图形，如图6(e)所示，该光刻胶图形可称为掩膜图形或光掩膜。
另外，在本发明的实施例中，通过上述步骤501～505而重新形成的光刻胶图形可作为光掩膜进行后续的操作。例如，可先根据该光掩膜对HM层和BARC层进行刻蚀，然后去除暴露在外的HM层和BARC层；接着再以所述光掩膜、HM层和BARC层为掩膜，对介质层进行刻蚀以去除暴露在外的介质层，从而形成所需的微结构或半导体元器件。
综上可知，在本发明的实施例中提出了上述的重新形成光刻胶图形的方法。在上述重新形成光刻胶图形的方法中，由于在光刻胶层重做工序和光刻胶层重新涂覆工序之间加入了沉积工序和刻蚀工序，对HM层的表面进行粗糙化，从而在几乎不损失基底的情况下实现HM层表面的粗糙化，大大提高了在HM层表面上所形成的PR层的粘附性，有效地消除了图形剥离现象，进而提高了所形成的半导体元器件的电学性能，并大大降低了生产成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种重新形成光刻胶图形的方法，其特征在于，该方法包括：
通过光刻胶层重做工序去除已形成的光刻胶图形；
在蚀刻机台中通过沉积工序在硬掩膜层上形成一个沉积层；
通过刻蚀工序去除所述沉积层，实现对所述硬掩膜层表面的粗糙化；
通过光刻胶层重新涂覆工序在粗糙化后的硬掩膜层上重新涂覆光刻胶层；
对所述光刻胶层依次执行曝光、显影、清洗工序，重新形成新的光刻胶图形。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过光刻胶层重做工序去除已形成的光刻胶图形之前，该方法还进一步包括：
在基底材料上依次分别形成介质层、底部抗反射涂层、硬掩膜层和光刻胶层；
对所述光刻胶层依次执行曝光、显影、清洗工序，形成光刻胶图形。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
在进行光刻胶层重做工序时，所使用的气体为含氧的刻蚀气体。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述含氧的刻蚀气体为氧气、二氧化碳或一氧化碳。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述在蚀刻机台中通过沉积工序在硬掩膜层上形成一个沉积层包括：
在蚀刻机台中使用预设成份的用于沉积的气体进行沉积，从而在所述硬掩膜层上形成一个具有粗糙表面的沉积层；
其中，所述预设成份的用于沉积的气体为碳氢含量高而氟含量低的气体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述碳氢含量高而氟含量低的气体包括：CH4、CH3F、CH2F2和/或CHF3。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
在进行所述沉积工序时所使用的气体包括：CH2F2和H2；
其中，所述CH2F2的流量为70～100标准毫升/分钟；所述H2的流量为50～70标准毫升/分钟；气压为50～70毫托；源功率为300～500瓦；所述沉积工序的持续时间为6～10秒。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述刻蚀工序中所使用的刻蚀气体是具有氧化性的非氟气体。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述具有氧化性的非氟气体包括：氧气、二氧化碳、一氧化碳、氮气或氨气。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
在进行所述刻蚀工序时所使用的气体包括：氧气；
其中，氧气的流量为900～1100标准毫升/分钟；气压为100～300毫托；源功率为200～400瓦；偏置功率为100～300瓦；所述刻蚀工序的持续时间为11～15秒。
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