CN102955364A

CN102955364A - 具有台阶的衬底的光刻方法

Info

Publication number: CN102955364A
Application number: CN2011102407644A
Authority: CN
Inventors: 王雷
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2031-08-22
Also published as: CN102955364B

Abstract

本发明公开了一种具有台阶的衬底的光刻方法，其包括如下步骤：步骤一，在衬底表面涂光刻胶，将曝光机的焦点设置在台阶底部位置，而后采用光刻掩膜版进行曝光；步骤二，在步骤一中的光刻胶上再涂一光刻胶层，之后将所述曝光机的焦点设置在所述光刻胶层表面，进行全面曝光；步骤三，对所述衬底进行加热处理，使形成的光酸扩散均匀，所述加热处理的温度小于所述光刻胶分解的温度；步骤四，对衬底进行显影，形成最终图形。采用本发明的光刻方法，使最终光刻胶形貌更接近于设计需求。

Description

具有台阶的衬底的光刻方法

技术领域

本发明涉及一种光刻方法，特别涉及一种具有台阶的衬底的光刻方法。

背景技术

具有台阶衬底的光刻工艺是一种比较常见的光刻工艺，通常在注入层比较多见，比如栅极形成以后的源漏注入；另外在具有多层膜的结构中形成不同台阶的图形也经常使用。

和传统的平面光刻工艺相比，当台阶存在时，其边界成为一个反光面，导致光刻时的光强分布和普通的平面相比，沿垂直方向衰减很快，因此台阶底部无法得到有效的光强形成足够光酸，因此通常在台阶边缘的底部很容易形成光刻胶残留。图1为一个具有台阶衬底的光刻示意图，其中图1a中的01c为台阶，相应于版图中有源区(即AA区)，10为光刻胶，版图中的NBL为N型埋层区域。曝光显影后形貌如图1b所示，台阶底部有光刻胶残留。

为了解决台阶边缘底部的光刻胶残留的这个问题，业界通常使用三种方法：

1、放大光刻图形与台阶之间的距离；

2、使用抗反射层以降低台阶处的光反射率；

3、使用掺杂染料的光刻胶来增强光的吸收以降低对光强的需求。

上述第一种方法，对器件面积影响很大，只适用于较大设计尺寸的器件。第二种方法则引入了额外的抗反射层，需要增加刻蚀抗反射层来打开图形窗口，以及光刻后的抗反射层去除工艺，制作流程的复杂度大大提高。对于注入层来讲，为了避免对有源区造成等离子体诱致损伤(PID-Plasma Induced Damage)，无法引入抗反射层的刻蚀工艺，因此第二种方法的适用面很狭窄。第三种方法，染料的添加是一把双刃剑，它可通过光的吸收增强来降低对光强的需求，而吸收增强也会造成光透射率下降，因此同时会造成光强沿垂直方向衰减，因此对底部光强的改善并没有多少实质的帮助。

如果将光刻时聚焦点下移，可以增强台阶底部的光强。但是由于台阶反射面的存在，效果很差，如果为了底部有足够光强，必须使光照机的景深(DOF)很小，使光强集中于焦点处。但这样做会大大削弱表面光强，因此单纯将聚焦点下移，则会引起表面的光强不足，导致表面的光刻胶粘连。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光刻工艺，其适用于具有台阶衬底的光刻。

为解决上述技术问题，本发明的具有台阶的衬底的光刻方法，其包括如下步骤：

步骤一，在衬底表面涂光刻胶，将曝光机的焦点设置在台阶底部位置，而后采用光刻掩膜版进行曝光；

步骤二，在步骤一中的光刻胶上再涂一光刻胶层，之后将所述曝光机的焦点设置在所述光刻胶层表面，进行全面曝光；

步骤三，对所述衬底进行加热处理，使形成的光酸扩散均匀，所述加热处理的温度小于所述光刻胶分解的温度；

步骤四，对衬底进行显影，形成最终图形。

本发明的有益效果在于：通过两次曝光的方法，第一次先将曝光机的焦点下移至台阶底部，在台阶底部产生足够的光酸，而通过在硅片表面再旋涂一层光刻胶，然后全面曝光，在光刻胶表面产生足量的光酸，然后通过热扩散使表面的光酸向下扩散，从而解决光刻胶表面光酸不足的问题，使最终光刻胶形貌更接近于设计需求。

如权利要求1所述的光刻方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二中所述的光刻胶为正性光刻胶。

优选的，所述步骤一中曝光机的焦点设置在台阶高度的-200％～30％范围之间，所述步骤二中曝光机的焦点设置在台阶高度的70％～200％之间，其中定义衬底平面为0点，且衬底平面以下为正。

优选的，所述步骤一中曝光机的景深设为台阶高度的30％～200％之间，所述步骤二中曝光机的景深设为台阶高度的30％～200％之间，其中定义衬底平面为0点，且衬底平面以下为正。

优选的，所述步骤二中曝光能量设为光刻胶阈值的100％～300％之间。

优选的，所述步骤三中加热处理的温度设为50℃～250℃之间，加热处理的时间设为5～300秒。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为现有的具有台阶的衬底光刻显影后的结构示意图；

图2为本发明的光刻方法流程图；

图3为采用本发明的光刻方法后形成的形貌示意图；

图4为本发明的光强、光酸强度与位置的关系示意图。

具体实施方式

本发明的光刻方法，适用于具有台阶的衬底上，其包括如下步骤(见图2)：

步骤一，在衬底表面涂光刻胶，而后将曝光机的焦点设置在台阶底部位置，采用光刻掩膜版进行曝光；

步骤二，在步骤一中的光刻胶上再涂一光刻胶层，之后将曝光机的焦点设置在光刻胶层表面，进行全面曝光；

步骤三，对衬底进行加热处理，使形成的光酸扩散均匀，其中加热处理的温度小于所述光刻胶分解的温度；

步骤四，对衬底进行显影，形成最终光刻图形(见图3)。

上述方法中，步骤一和步骤二中的光刻胶为正性光刻胶。步骤一中的曝光机的聚焦点深度为台阶高度的-200％～30％范围之间，优选为-50％～10％；曝光机的景深设为台阶深度的30％～200％，优选为50％～70％。

步骤二中的光刻胶曝光时曝光能量为E0(光刻胶的阈值能量)的100％～300％，优选为120％～180％。步骤二中的曝光机聚焦点深度为台阶高度的70％～200％，优选为90％～150％；曝光机的景深为台阶深度的30％～200％，优选为50％～70％。步骤三中的加热温度设为50℃～250℃，优选为140℃～170℃，其原则为不高于光刻胶的分解温度；加热的时间为5～300秒，优选为60～180秒。

在一个具体的0.13μm的工艺节点中，如图1所示的衬底图形为具体实施例，其为需要进行埋层注入的图形。具体的，有源区(AA)尺寸为0.4μm，所要形成的埋层注入图形到AA尺寸为0.3μm，台阶高度为4000埃左右，台阶侧面的倾斜度为75～85°。第一次旋涂光刻胶，厚度可为6000～22000埃，该光刻胶的厚度可根据注入条件进行调整，通常可比常规的光刻中的要厚些，以补偿第二次全面曝光后光刻胶的损失量。

之后对曝光机的参数进行优化后采用光刻掩膜版进行曝光，设置时使曝光机的焦点在台阶底部，曝光机的焦点设在最佳焦点(Best Focus)设在台阶深度的-200％～30％，以衬底表面为0点，定义焦点在0点以下为正，则设置为(1-(-200％))*4000～(1-30％)*4000埃之间，即0.28μm～1.2μm；优选为0.36μm～0.6μm。曝光机的其他参数可设为：景深(DOF)为台阶高度的30％～500％，即0.12～2μm，优选为50％～70％，即0.2～0.28μm，如果DOF过小，超过设备所能控制的精度，则可适当放宽至设备所能接受的最低值；数值孔径为0.52～1.33，优选的为0.68～0.75；相干系数设为0.3～0.9，优选为0.7～0.9。曝光能量以可以形成正常设计图形尺寸为佳。

而后直接将硅片取出，旋涂第二层光刻胶，此层光刻胶只是用来提供额外的光酸，因此对光刻胶厚度无特别需求，如图4所示，只要产生的光酸总量足够可以扩散到a处(a即第一次曝光在靠近表面处光酸发生量低于阈值)即可，同时为了避免产生的光酸量过多，扩散后造成底部设计尺寸过大不符合需求，可以根据形成后的形貌采用实验方式逐步增加厚度来确定最终厚度范围。

采用曝光机进行全面曝光，该次曝光中，曝光机的参数可设为：景深为台阶高度的30％～500％，优选为50％～70％，计算方式与具体条件如前所示。曝光能量设为E0(光刻胶阈值)的100％～300％，优选为120％～180％。最佳焦点设置为台阶高度的70％～500％，优选为90％～200％。计算方法同上，即0.12μm～-1.6μm，优选为0.04μm～-0.4μm。

曝光完成后进行曝光后加热处理，使上层光刻胶全面曝光形成的光酸充分向垂直方向扩散。加热温度不高于其分解温度。与传统PEB工艺不同，热处理温度设为50℃～250℃，优选为140℃～170℃；处理时间设为5～300秒，优选为60～180秒。

最后显影，最终形成即中间最大，两头较小，垂直方向为碗状的图形。

本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims

1.一种具有台阶的衬底的光刻方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤四，对衬底进行显影，形成最终图形。

2.如权利要求1所述的光刻方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二中所述的光刻胶为正性光刻胶。

3.如权利要求1或2所述的光刻方法，其特征在于：所述步骤一中曝光机的焦点设置在台阶高度的-200％～30％范围之间，所述步骤二中曝光机的焦点设置在台阶高度的70％～200％之间，其中定义衬底平面为0点，且衬底平面以下为正。

4.如权利要求1或2所述的光刻方法，其特征在于：所述步骤一中曝光机的景深设为台阶高度的30％～200％之间，所述步骤二中曝光机的景深设为台阶高度的30％～200％之间，其中定义衬底平面为0点，且衬底平面以下为正。

5.如权利要求1或2所述的光刻方法，其特征在于：所述步骤二中曝光能量设为光刻胶阈值的100％～300％之间。

6.如权利要求3所述的光刻方法，其特征在于：所述步骤二中曝光能量设为光刻胶阈值的100％～300％之间。

7.如权利要求4所述的光刻方法，其特征在于：所述步骤二中曝光能量设为光刻胶阈值的100％～300％之间。

8.如权利要求1或2所述的光刻方法，其特征在于：所述步骤三中加热处理的温度设为50℃～250℃之间，加热处理的时间设为5～300秒。

9.如权利要求3所述的光刻方法，其特征在于：所述步骤三中加热处理的温度设为50℃～250℃之间，加热处理的时间设为5～300秒。

10.如权利要求4所述的光刻方法，其特征在于：所述步骤三中加热处理的温度设为50℃～250℃之间，加热处理的时间设为5～300秒。