CN103065946B

CN103065946B - 一种光刻方法

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Publication number: CN103065946B
Application number: CN201110316103.5A
Authority: CN
Inventors: 沈满华
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2031-10-18
Also published as: CN103065946A

Abstract

本发明提供了一种光刻方法，该方法在沉积的介质层上进行光刻形成光刻图案后，采用对光刻图案掺杂后再进行等离子体处理或超紫外线加工的方法，在光刻图案表面形成平滑层，从而在不降低光刻胶分辨率和敏感度的前提下，改善光刻图案的线宽粗糙现象，从而控制以具有所述平滑层的光刻图案为掩膜刻蚀所述介质层形成的半导体器件的特征尺寸。

Description

一种光刻方法

技术领域

本发明涉及一种半导体制造方法，特别涉及光刻方法。

背景技术

随着半导体制造技术的进步，半导体器件尺寸不断缩小的同时，要求半导体器件的特征尺寸(CD)也越来越小。众所周知，半导体制造技术的工艺流程中，包括两个很重要的步骤：光刻和刻蚀；其中，刻蚀步骤往往以光刻步骤中形成的光刻图案为掩膜，将光刻图案转移到晶片上，对CD控制起到重要作用的光刻工艺受到了前所未有的挑战。光刻后形成光刻图案的边缘之间的距离称为线宽(LineWidth)，衡量线宽的一个重要指标就线宽粗糙(LineEdgeRoughness，LER或LineWidthRoughness，LWR)，LWR一定程度上决定CD的线宽，所以LWR控制的重要性日益显露。许多研究显示，在逐渐缩小线宽的过程中，LWR造成的问题将超过半导体制造中的CD具备的容许误差，从而影响半导体器件的性能，降低半导体器件的良率。如图1所示现有技术中光刻后形成光刻图案的剖面示意图，包括：介质层101和介质层101上形成的光刻图案102，光刻图案102侧壁LWR现象严重。

研究表明，光刻的分辨率(Resolution)，LWR，和光刻胶的敏感度(resistSensitivity)三者之间是是彼此关联互相依赖的，如公式RLSConstant*：(Resolution)3*(LWR)2*Sensitivity所示，分辨率的三次方、LWR的平方和敏感度三者的乘积是一个定值，该定值称为RLS常数。

在半导体制造中，分辨率和敏感度也是光刻步骤中的重要参数，一方面希望提高光刻的分辨率，另一方面也需要避免光刻胶的敏感度的下降，而从RLS常数的计算公式所表示的分辨率、LWR和敏感度三者之间的关系可知，想要改善LWR，必然要求降低光刻过程中的分辨率和/或敏感度，因此，改善LWR与保持光刻胶分辨率和敏感度之间的矛盾一直未能解决。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是：改善LWR与保持光刻胶分辨率和敏感度之间的矛盾。

为解决上述问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种光刻方法，提供具有光刻图案的晶片，其特征在于，该方法包括：

所述光刻图案进行离子掺杂；

离子掺杂后的光刻图案进行等离子体处理或者紫外线加工，在所述光刻图案表面形成平滑层。

所述离子掺杂的元素是碳、氟、硼或氩元素。

所述离子掺杂是浅注入，所述浅注入剂量范围是E10～E15原子每平方厘米；注入能量范围是1～10电子伏特。

所述等离子体处理在微波灰化反应腔中进行；所述微波灰化反应腔中的压强范围是300毫托到2000毫托。

所述等离子体处理的等离子体反应的时间范围是20到100秒；所述等离子体处理的等离子体反应功率范围是500瓦到3000瓦；所述等离子体处理的等离子体反应温度范围是200摄氏度到300摄氏度。

所述等离子体处理中通入氧气的流量范围是2000标况毫升每分钟到8000标况毫升每分钟；通入氮气或者氢气的流量范围是：500标况毫升每分钟到1000标况毫升每分钟。

所述紫外线加工采用的紫外线的波长是400纳米。

所述紫外线加工分为两步：第一步、所述紫外线加工所用的紫外线发射管旋转照射所述离子掺杂后的光刻图案，所述紫外线发射管在0到180度范围内旋转，所述紫外线发射管的旋转速率范围是：6转每秒到10转每秒，第一次照射时间范围是60秒到120秒，所述紫外线发射管的功率范围是：50瓦到200瓦；

第二步、所述紫外线发射管在90到270度范围内旋转，所述紫外线发射管的旋转速率范围是：6转每秒到10转每秒，第一次照射时间范围是60秒到120秒，所述紫外线发射管的功率范围是：50瓦到200瓦。

所述平滑层的厚度范围是1到10纳米。

由上述的技术方案可见，本发明提供了一种光刻方法，该方法在沉积的介质层上进行光刻形成光刻图案后，采用对光刻图案掺杂后再进行等离子体处理或超紫外线加工的方法，在光刻图案表面形成平滑层，从而在不降低光刻胶分辨率和敏感度的前提下，改善光刻图案的线宽粗糙现象，从而控制以具有所述平滑层的光刻图案为掩膜刻蚀所述介质层形成的半导体器件的特征尺寸。

附图说明

图1为现有技术中光刻后形成光刻图案的剖面示意图；

图2为本发明光刻和刻蚀方法步骤流程图；

图3～7为本发明提出的光刻和刻蚀方法的结构简化剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

具体实施例一

本发明提出的光刻方法，该方法在不降低光刻胶分辨率和敏感度的前提下，有效改善光刻图案的线宽粗糙(LWR)现象，从而更好地控制刻蚀介质层形成半导体器件的CD。

下面结合图3～7所示的本发明提出的光刻和刻蚀方法的结构简化剖面示意图，详细说明如图2所示的本发明提出的光刻和刻蚀方法步骤流程图。

步骤201、图3为本发明提出的刻蚀方法的步骤201的剖面结构示意图，如图3所示，在提供的晶片器件面沉积介质层301后，在介质层301表面涂覆光刻胶302；

本步骤中，所述介质层301将在后续步骤中被刻蚀；所述光刻胶302下方还可以涂覆一层抗反射层(BARC)(图中未画出)，用于减少光刻中d光反射，该步骤为现有技术，不再赘述。

步骤202、图4为本发明提出的刻蚀方法的步骤202的剖面结构示意图，如图4所示，光刻胶302光刻形成光刻图案403；

本步骤中，光刻过程包括曝光和显影等步骤，其中，在显影步骤之后，还有光刻胶坚膜等步骤，光刻形成光刻图案403的具体方法与现有技术相同，不再赘述。

需要注意的是，本发明提出的刻蚀方法中对光刻胶302进行光刻形成的光刻图案403表面虽然出现LWR现象，但是光刻图案403的外轮廓基本定义了最终刻蚀介质层形成的半导体器件结构。

步骤203、图5为本发明提出的刻蚀方法的步骤203的剖面结构示意图，如图5所示，对光刻图案403进行离子掺杂504；

本步骤中，离子掺杂504掺杂的元素是碳(C)、氟(F)、硼(B)或氩(Ar)；离子掺杂504采用浅注入(shallowimplant)方法，浅注入的注入剂量范围是E10～E15原子每平方厘米，例如，E10原子每平方厘米、E12原子每平方厘米或者E15原子每平方厘米；注入能量范围是1～10电子伏特(Kev)，例如，1Kev，5Kev或者10Kev。

离子掺杂504之后，光刻图案403中掺杂的离子505的分布是杂乱无章的，至少全部覆盖光刻图案403表面。

步骤204、图6为本发明提出的刻蚀方法的步骤204的剖面结构示意图，如图6所示，对离子掺杂504后的光刻图案406进行等离子体处理(plasmaTreatment)或者紫外线加工(UVcuring)，在光刻图案403表面形成平滑层606；

本步骤中，等离子体处理具体是感应耦合等离子刻蚀(ICPetch)：将晶片放入微波灰化反应腔(microwaveashingprocesschamber)中进行处理；微波灰化反应腔中的压强范围是：300毫托(mTorr)～2000mTorr，例如，300mTorr、1000mTorr或2000mTorr；其中的等离子体反应(RF)时间范围是：20～100秒，例如，20秒、50秒或100秒；RF功率范围是：500瓦(W)～3000W，例如，500W、1000W或3000W；温度范围是：200摄氏度～300摄氏度，例如，200摄氏度、250摄氏度或300摄氏度；

通入氧气(O2)的流量范围是：2000～8000标况毫升每分钟(sccm)，例如，2000sccm、5000sccm或8000sccm；通入氮气(N₂)或者氢气(H₂)的流量范围是：500～1000sccm，例如，500sccm、800sccm或1000sccm。

紫外线加工(UVcuring)的具体方法如下：将晶片放置于UV射线管(UVlamp/tube)下用紫外线照射，其中，UVcuring采用的紫外线波长是400纳米(nm)；整个UVcuring分为两步：第一步、UVlamp旋转照射晶片器件面的光刻图案406，在0～180度的范围内旋转，旋转速率范围是：6～10转每秒(rpm)，例如，6rpm、8rmp或10rmp，第一次照射时间范围是：60～120s，例如，60s、100s或120s，紫外线照射的功率范围是：50～200w，例如，50w、100w或200w；第二步、UVlamp旋转照射晶片器件面的离子掺杂之后的光刻图案406，在90～270度的范围内旋转，旋转速率范围是：6～10转每秒(rpm)，例如，6rpm、8rmp或10rmp，第二次照射时间范围是：60～120s，例如，60s、100s或120s，紫外线发射管照射的功率范围是：50～200w，例如，50w、100w或200w。

平滑层606的形成过程如下：由等离子体处理或者超紫外线加工为步骤203中掺杂的离子提供能量，将掺杂的离子激活，使其在光刻图案403表面重新排列并形成排列规则的平滑层606，平滑层的厚度范围是1到10纳米，例如1纳米、5纳米或10纳米。

本步骤中，平滑层606是光刻图案403的一部分，没有改变光刻图案403的图形，仅仅改善了光刻图案403的表面粗糙度，即降低LWR，而且由于是在光刻过程的曝光、显影形成光刻图案403之后，通过对光刻图案403的表面进行处理，达到降低LWR的目的，所以并不会造成光刻胶的分辨率降低和敏感度下降。

步骤205、图7为本发明提出的刻蚀方法的步骤205的剖面结构示意图，如图7所示，以具有平滑层606的光刻图案403为掩膜刻蚀介质层301，形成半导体器件707。

本步骤中，刻蚀介质层301采用干法刻蚀，具体方法为现有技术，不再赘述，与现有技术不同的是，由于光刻图案403的表面平滑层606的存在，LWR得到改善，以改善了LWR的具有平滑层606的光刻图案403为掩膜，刻蚀介质层301形成的半导体器件707的CD也得到了良好的控制。

此外，刻蚀之后还有剥离光刻图案403的步骤，具体来说，主要采用两种方法剥离光刻图案403也就是去除PR，第一，采用氧气(O₂)进行干法刻蚀，氧气与PR发生化学反应，可将PR去除；第二，还可采用湿法去胶法，例如，采用硫酸和双氧水的混合溶液可将PR去除。

由具体实施例一的描述可知、本发明提出的刻蚀方法，在沉积的介质层301上进行光刻形成光刻图案403后，采用对光刻图案403掺杂后再进行等离子体处理或超紫外线加工的方法，在光刻图案403表面形成平滑层606，从而在不降低光刻胶302分辨率和敏感度的前提下，改善光刻图案403的线宽粗糙现象，从而控制以具有所述平滑层606的光刻图案403为掩膜刻蚀所述介质层301形成的半导体器件707的特征尺寸。

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

1.一种光刻方法，提供具有光刻图案的晶片，其特征在于，该方法包括：

所述光刻图案进行离子掺杂；所述离子掺杂的元素是碳、氟、硼或氩元素；所述离子掺杂是浅注入，所述浅注入剂量范围是E10～E15原子每平方厘米；注入能量范围是1～10电子伏特；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体处理在微波灰化反应腔中进行；所述微波灰化反应腔中的压强范围是300毫托到2000毫托。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体处理的等离子体反应的时间范围是20到100秒；所述等离子体处理的等离子体反应功率范围是500瓦到3000瓦；所述等离子体处理的等离子体反应温度范围是200摄氏度到300摄氏度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等离子体处理中通入氧气的流量范围是2000标况毫升每分钟到8000标况毫升每分钟；通入氮气或者氢气的流量范围是：500标况毫升每分钟到1000标况毫升每分钟。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紫外线加工采用的紫外线的波长是400纳米。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述紫外线加工分为两步：第一步、所述紫外线加工所用的紫外线发射管旋转照射所述离子掺杂后的光刻图案，所述紫外线发射管在0到180度范围内旋转，所述紫外线发射管的旋转速率范围是：6转每秒到10转每秒，第一次照射时间范围是60秒到120秒，所述紫外线发射管的功率范围是：50瓦到200瓦；

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平滑层的厚度范围是1到10纳米。