CN110850677B - 光刻层掩膜版的制备方法、离子注入方法 - Google Patents

光刻层掩膜版的制备方法、离子注入方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光刻层掩膜版的制备方法、离子注入方法，本发明通过在有源区上方的光刻层掩膜版中增加辅助图形，改变了有源区上方需要降低光透过率区域及其周围的光强分布，从而减小光刻层掩膜的透过率，减弱反射光强度，使光刻的图形少受或不受杂光的影响，有效的保护了光刻的图形，使光刻工艺窗口得到有效增加。

Description

光刻层掩膜版的制备方法、离子注入方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种降低光刻掩膜透过率的光刻层掩膜版的制备方法及离子注入方法。
背景技术
随着集成电路制造业的发展进入到45nm，28nm节点以后，对光刻领域的要求也是随之增加，同时随着设计尺寸的减小，硅片衬底的立体图形结结构等正在成为减小光刻工艺窗口的关键因素。
硅片衬底的立体图形影响主要来自有源区和隔离区的差别。隔离区一般为氧化硅材料，对248nm或者193nm的激光都是透明的。激光进入隔离区以后，在有源区底部和侧壁形成反射和散射，导致光刻图形失真，产生产品良率降低或器件漏电等品质问题。
传统的做法一般是在硅片上面增加底部抗反射层，如一些有机化合物，或者氮化硅，氮氧化硅等吸光材料，使激光不能进入隔离区形成反射(或是很少量的光进入到隔离区)，添加底部抗反射层的层次，一般要经过一道刻蚀工序，将底部抗反射层打开，再继续进行下一步工艺。在离子注入层工艺中，如果添加了底部抗反射层，一是增加刻蚀工序，对于相对多的离子注入层来说是一笔很大的支出，影响产品的利率；二是有源区表面会因为刻蚀造成表面的不平整性，影响器件性能；三是增加抗反射层以后，在经过抗反射层的刻蚀以后，必须有足够的光阻厚度用来抵挡离子注入，这样整体图形的高宽比增加，对光刻工艺来说也是不利的。如图1所示，为在硅片上失真的注入层图形示意图；从图1中看到，箭头L所指的注入层图形中间位置的线宽变窄，注入层图形边界变得弯曲并且边界模糊不规则，表现出失真缺陷。请参阅图2，为对有源区进行离子注入的衬底结构示意图，图2中，底部有源区101和其上方的倒梯形有源区102，具有注入层图形的光阻104位于由透明氧化硅材料形成的隔离区103上，注入层掩膜版106氧化硅玻璃位于光阻104上；其中，非离子注入区图形105经光刻形成于光阻104中，非离子注入区图形105下方的半导体衬底区域不离子注入，同样，在注入层掩膜版106对应于非离子注入区图形105的位置也有铬金属图案107，注入层掩膜版106中的铬金属图案107用于阻挡铬金属图案107所在位置的入射光线，从而经曝光后，在光阻104中形成离子注入区图案。从图2中可以看到，在曝光时，当光线透过注入层掩膜版106后，进入到隔离区103，由于隔离区103为透明氧化硅材料，光线可以入射到隔离区103侧壁并且进一步被反射到光阻104中非离子注入区图形105所在位置，这样，会造成光刻图案的失真，使得光刻后的非离子注入区图形变窄，而离子注入区图形变宽，并且，这种光反射将导致所形成的非离子注入区域边界不光滑、弯曲以及非离子注入区域宽窄不一致的弊端。从而导致离子注入图案失真，影响期间性能。
现在普遍的做法是利用光学临近修正手段，对离子注入层版图做一系列的放大处理，但是在实际应用中，我们也发现并不是所有的图形都可以利用单纯的放大来处理。不同的有源区尺寸和距离，对离子注入层图形的影响是不一致的，这就导致很难通过单纯的规则式OPC修正手段来处理离子注入层版图信息来帮助增加光刻工艺窗口。
在光学临近修正中，散射条(scattering bar)是光学临近修正的常用手段之一，通过在半孤立和孤立图形周围添加亚分辨率辅助图形，改善其光强分布，提高其成像质量。本发明借鉴了散射条的定义，利用在有源区周围增加一系列的辅助图形手段，改变离子注入层光罩在有源区附近的光强分布，减小其光透过率，减少激光进入隔离区以后在有源区侧壁和底部形成反射和散射，削弱反射光对离子注入层图形的影响，增加了光刻工艺窗口。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种光刻层掩膜版的制备方法及离子注入方法，减小光刻层掩膜版的光透过率，减少对光刻层图形的光反射效应。
为了达到上述目的，本发明提供了一种降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法，其包括以下步骤：
步骤01：建立一组包含有源区图形和光刻层图形的测试图形；
步骤02：根据测试图形制作测试图形版图，从而收集用于添加辅助图形的光刻层版图信息和有源区版图信息；
步骤03：根据所述光刻层版图信息和有源区版图信息，得到有源区图形线宽和有源区图形到光刻层图形的距离对光刻层图形的线宽的影响曲线；
步骤04：根据所述影响曲线选择所述步骤01中的测试图形，并且在所选择的测试图形中的所述光刻层图形中添加初始辅助图形；所述初始辅助图形位于所述光刻层图形中需要降低光透过率的区域；
步骤05：根据完成所述步骤04的所述测试图形制备测试掩膜版，对一衬底曝光后得到衬底中实际的测试图形数据信息，并且据此确定辅助图形的目标尺寸，以建立关于辅助图形的测试图形模型；
步骤06：根据所述步骤05中的测试图形模型及其中的数据信息，采用OPC修正技术将确定了目标尺寸的所述辅助图形添加到所选择的测试图形中的所述光刻层图形中；
步骤07：以所述步骤06中所添加的辅助图形作为参考图形，对所述步骤06中所选择的所述光刻层图形进行OPC修正；
步骤08：将所述步骤07中经OPC修正后的所述光刻层图形与所述步骤06中所添加的辅助图形合并来制备光刻层掩膜版；所述步骤06中所添加的辅助图形位于所述光刻层掩膜版中需要降低光透过率的区域。
优选地，所述步骤01中，所述测试图形包括光刻层图形以及在光刻层图形两边对称分布的有源区图形。
优选地，所述步骤02中，用于添加辅助图形的光刻层版图信息和有源区版图信息包括光刻层图形的线宽和长度、有源区图形的线宽和长度、以及有源区图形到光刻层图形的距离。
优选地，所述步骤04中，所述辅助图形由与有源区图形平行的奇数根线条组成，位于奇数根线条中心位置的一条线条与有源区边缘重合。
优选地，所述辅助图形中的线条的根数由有源区图形到光刻层图形的距离决定。
优选地，当所述有源区图形到光刻层图形的距离小于200nm时，所述线条的根数为一根；当所述有源区图形到光刻层图形的距离大于200nm且小于400nm时，所述线条的根数为三根；当有源区图形到光刻层图形的距离大于400nm时，所述线条的根数为五根。
优选地，所述辅助图形的目标尺寸包括辅助图形中的线条线宽和线条的间距。
优选地，所述辅助图形的线条线宽为20～100nm，所述辅助图形的线条间距为50～180nm。
优选地，在所述步骤01之前，还包括：根据微影曝光条件得到初始的辅助图形。
优选地，所述光刻层图形为注入层图形。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种根据上述的降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法进行的离子注入方法，包括：首先，采用权利要求10所述的降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法制备得到光刻层掩膜版，并且制备对应于所述注入层图形的有源区图形掩膜版；然后，采用有源区图形掩膜版在半导体衬底中制备有源区和隔离区；其次，在具有隔离区和有源区的半导体衬底上涂覆光阻；接着，利用所述注入层图形掩膜版进行光刻工艺，在所述光阻中形成注入层图形；最后，以具有所述注入层图形的所述光阻为掩膜，对所述有源区进行离子注入工艺。
优选地，所述注入层图形掩膜版的材料包括透明的石英材料和覆盖在部分所述透明的石英材料上的不透光材料，其中，透明的石英材料上覆盖有不透光材料的区域为所述注入层图形掩膜版中的非离子注入区，没有覆盖不透光材料的透明的石英材料区域为所述注入层图形掩膜版中的离子注入区。
本发明通过在有源区上方的光刻层掩膜版中增加辅助图形，改变了有源区上方需要降低光透过率区域及其周围的光强分布，减小有源区上方的光刻层掩膜的透过率，减弱反射光强度，使光刻的图形少受或不受杂光的影响，有效的保护了光刻的图形，使其光刻工艺窗口得到有效增加。
附图说明
图1为在硅片上失真的注入层图形示意图
图2为现有的利用注入层掩膜版对衬底上的光阻进行曝光时的结构示意图
图3为本发明的一个较佳实施例的降低光透过率的光刻层掩膜制备方法的流程示意图
图4a为本发明中的一个较佳实施例的测试图形示意图
图4b为本发明的一个较佳实施例得到在测试图形上添加了初始辅助定位图形的示意图
图5为本发明中的一个较佳实施例的离子注入层线宽Lw随着有源区图形到注入区图形之间的距离变化的曲线图
图6为本发明的一个较佳实施例的利用添加了辅助图形后的注入层掩膜版对衬底上的光阻进行曝光时的结构示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
以下结合附图3-6和具体实施例对本发明的在有源区上方的光刻层掩膜版中增加辅助图形及离子注入方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请参阅图3，本实施例中，以光刻层掩膜版中的图形为离子注入层图形为例来进行说明，但这不用于限制本发明的范围。本实施例的降低光透过率的光刻层掩膜制备方法，包括以下步骤：
步骤01：建立一组包含有源区图形和光刻层图形的测试图形；
具体的，建立一系列包含注入层图形和位于注入层图形两侧对称设置的有源区图形的测试图形。如图4a所示，为本发明中的一个较佳实施例的测试图形示意图；这里，注入层图形201的线宽Lw范围为150～300nm，长度为10μm。有源区图形202与注入层图形201距离D1的范围为100～1000nm，有源区图形202的线宽Aw的范围为100～1000nm，长度Ll为300～3000nm。
步骤02：根据测试图形制作测试图形版图，从而收集用于添加辅助图形的光刻层版图信息和有源区版图信息；
具体的，根据上述测试图形的信息来收集用于添加辅助图形的注入层版图信息和有源区版图信息，用于添加辅助图形的注入层版图信息包括：用于添加辅助图形的注入层版图信息和有源区版图信息包括注入层图形201的线宽Lw和长度、有源区图形202的线宽Aw和长度Ll、以及有源区图形202到注入层图形201的距离D1。
步骤03：根据上述光刻层版图信息和有源区版图信息，得到有源区图形线宽和有源区图形到光刻层图形的距离对光刻层图形的线宽的影响曲线；
具体的，由于有源区侧壁的光反射效应对光刻层线宽的影响，从而可以得到光刻层图形的线宽随着有源区图形线宽和有源区图形到光刻层图形的距离的变化曲线；本实施例中，得到有源区图形线宽Aw和有源区图形到注入层图形的距离D1对注入层图形的线宽Lw的影响曲线；例如，如图5所示的本发明中的一个较佳实施例的离子注入层线宽Lw随着有源区图形到注入区图形之间的距离D1变化的曲线图；
步骤04：根据影响曲线选择步骤01中的测试图形，并且在所选择的测试图形中的光刻层图形中添加初始辅助图形；
具体的，如图5所示，选择影响曲线上的一点所对应的测试图形，例如，影响曲线上的一点纵坐标所对应的数据找到有源区图形，然后在与该有源区图形相对应的光刻层图形中添加初始辅助图形，初始辅助图形位于光刻层图形中需要降低光透过率的区域，本实施例中，需要降低光透过率的区域位于有源区侧壁上方和部分底部上方；辅助图形由与有源区图形平行的奇数根线条组成，位于奇数根线条中心位置的一条线条与有源区边缘重合；如图4b中所示，图4b为本发明的一个较佳实施例得到在测试图形上添加了初始辅助定位图形的示意图；辅助图形203中的线条的根数由有源区图形202到注入层图形201的距离决定；较佳的，当有源区图形202到注入层图形201的距离D1小于200nm时，线条的根数为一根；当有源区图形202到注入层图形201的距离D1大于200nm且小于400nm时，线条的根数为三根；当有源区图形202到光刻层图形201的距离D1大于400nm时，线条的根数为五根；辅助图形203的目标尺寸包括辅助图形203中的线条线宽B和线条间距C；辅助图形203的线条线宽B可以为20～100nm，辅助图形203的线条间距C可以为50～180nm；
步骤05：根据完成步骤04的测试图形制备测试掩膜版，对一衬底曝光后得到衬底中实际的测试图形数据信息，并且据此确定辅助图形的目标尺寸，以建立关于辅助图形的测试图形模型；
具体的，通过对衬底曝光使得测试图形在硅片上形成实际测试图形，从而可以得到随不同的D1变化的辅助图形的线条线宽B和辅助图形的线条间距C的数据，用这些数据建立完整有效的测试图形模型；
步骤06：根据所述步骤05中的测试图形模型及其中的数据信息，采用OPC修正技术将确定了目标尺寸的辅助图形添加到所选择的测试图形中的光刻层图形中；
具体的，利用软件得到需要添加辅助图形的注入层图形信息和有源区图形信息，采用常规OPC光学临近修正技术对完成步骤04的测试图形进行处理，利用上述的测试图形模型中数据信息把确定了目标尺寸的辅助图形添加到所选择的所选择的测试图形中的光刻层图形中，从而形成辅助层；
步骤07：以步骤06中所添加的辅助图形作为参考图形，对步骤06中所选择的光刻层图形进行OPC修正；
具体的，以上述辅助层作为参考层次，对注入层图形进行常规的OPC修正运算以得到修正后的注入层图形。
步骤08：将步骤07中经OPC修正后的光刻层图形与步骤06中所添加的辅助图形合并来制备光刻层掩膜版。
具体的，将OPC修正后的注入层图形和步骤06中所添加的辅助图形合并得到最终的版图信息，并以此制备注入层掩膜版。所添加的辅助图形位于注入层掩膜版中需要降低光透过率的区域，这里辅助图形位于隔离区侧壁(有源区斜坡)和底部上方。较佳的，注入层图形掩膜版中，离子注入区图形采用透明的石英材料，非离子注入区图形采用不透光材料，例如铬。
请查阅图6，为本发明的一个较佳实施例的利用添加了辅助图形后的注入层掩膜版对衬底上的光阻进行曝光时的结构示意图；衬底301上具有有源区302，虚线表示光透过率降低，辅助图形308的中心的一根线条与隔离区303侧壁底边(有源区302底部边缘)对齐，并且，辅助图形308在铬图形307两边对称设置，位于铬图形307一侧的辅助图形308宽度大于下方的隔离区303侧壁的水平宽度，铬图形307一侧的辅助图形308的远离铬图形307的边界超过隔离区303侧壁的顶端点所在竖直线，从而使可能入射到隔离区303侧壁的光都照射到辅助图形308所对应的光刻层掩膜版306上，在添加了辅助图形308后，在曝光时，由于辅助图形308改变了其上方对应的光刻层掩膜版306的光强分布，从而减小了辅助图形308上方所对应的光刻层掩膜版306区域的光透过率，进一步减少了激光进入隔离区303以后在隔离区303侧壁和底部形成反射和散射，削弱了反射光对光刻层304中的非离子注入区图形305的影响，增加了光刻工艺窗口。
此外，本实施例中还提供了一种利用降低光透过率的光刻层掩膜制备方法进行的离子注入方法，包括：采用步骤08中得到的注入层图形掩膜版和与注入层图形对应的有源区图形掩膜版，在一半导体衬底中依次制备有源区、隔离区、以及位于隔离区上的具有注入层图形的光阻；然后以具有注入层图形的光阻为掩膜对有源区进行离子注入。例如，可以包括：首先，采用上述的降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法制备得到光刻层掩膜版，并且制备对应于注入层图形的有源区图形掩膜版；然后，采用有源区图形掩膜版在半导体衬底中制备有源区和隔离区；其次，在具有隔离区和有源区的半导体衬底上涂覆光阻；接着，利用注入层图形掩膜版进行光刻工艺，在光阻中形成注入层图形；最后以具有注入层图形的光阻为掩膜对有源区进行离子注入。较佳的，注入层图形掩膜版的材料包括透明的石英材料和覆盖在部分透明的石英材料上的不透光材料，透明的石英材料上覆盖有不透光材料的区域为注入层图形掩膜版中的非离子注入区，没有覆盖不透光材料的透明的石英材料区域为注入层图形掩膜版中的离子注入区，不透光材料可以为铬等。
综上所述，本发明通过在有源区上方的光刻层掩膜版中增加辅助图形，改变了有源区上方需要降低光透过率区域的光强分布，减小有源区上方的光刻层掩膜的透过率，使反射光强度减弱，使光刻的图形少受或不受杂光的影响，有效的保护了光刻的图形，使其光刻工艺窗口得到有效增加。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (12)

1.一种降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤01：建立一组包含有源区图形和光刻层图形的测试图形；
步骤02：根据测试图形制作测试图形版图，从而收集用于添加辅助图形的光刻层版图信息和有源区版图信息；
步骤03：根据所述光刻层版图信息和有源区版图信息，得到有源区图形线宽和有源区图形到光刻层图形的距离对光刻层图形的线宽的影响曲线；
步骤04：根据所述影响曲线选择所述步骤01中的测试图形，并且在所选择的测试图形中的所述光刻层图形中添加初始辅助图形；所述初始辅助图形位于所述光刻层图形中需要降低光透过率的区域；
步骤05：根据完成所述步骤04的所述测试图形制备测试掩膜版，对一衬底曝光后得到衬底中实际的测试图形数据信息，并且据此确定辅助图形的目标尺寸，以建立关于辅助图形的测试图形模型；
步骤06：根据所述步骤05中的测试图形模型及其中的数据信息，采用OPC修正技术将确定了目标尺寸的所述辅助图形添加到所选择的测试图形中的所述光刻层图形中；
步骤07：以所述步骤06中所添加的辅助图形作为参考图形，对所述步骤06中所选择的所述光刻层图形进行OPC修正；
步骤08：将所述步骤07中经OPC修正后的所述光刻层图形与所述步骤06中所添加的辅助图形合并来制备光刻层掩膜版；所述步骤06中所添加的辅助图形位于所述光刻层掩膜版中需要降低光透过率的区域。
2.根据权利要求1所述的降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法，其特征在于，所述步骤01中，所述测试图形包括光刻层图形以及在光刻层图形两边对称分布的有源区图形。
3.根据权利要求1所述的降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法，其特征在于，所述步骤02中，用于添加辅助图形的光刻层版图信息和有源区版图信息包括光刻层图形的线宽和长度、有源区图形的线宽和长度、以及有源区图形到光刻层图形的距离。
4.根据权利要求1所述的降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法，其特征在于，所述步骤04中，所述辅助图形由与有源区图形平行的奇数根线条组成，位于奇数根线条中心位置的一条线条与有源区边缘重合。
5.根据权利要求4所述的降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法，其特征在于，所述辅助图形中的线条的根数由有源区图形到光刻层图形的距离决定。
6.根据权利要求5所述的降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法，其特征在于，当所述有源区图形到光刻层图形的距离小于200nm时，所述线条的根数为一根；当所述有源区图形到光刻层图形的距离大于200nm且小于400nm时，所述线条的根数为三根；当有源区图形到光刻层图形的距离大于400nm时，所述线条的根数为五根。
7.根据权利要求4所述的降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法，其特征在于，所述辅助图形的目标尺寸包括辅助图形中的线条线宽和线条的间距。
8.根据权利要求7所述的降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法，其特征在于，所述辅助图形的线条线宽为20～100nm，所述辅助图形的线条间距为50～180nm。
9.根据权利要求1所述的降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法，其特征在于，在所述步骤01之前，还包括：根据微影曝光条件得到初始的辅助图形。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法，其特征在于，所述光刻层图形为注入层图形。
11.一种根据权利要求10所述的降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法进行的离子注入方法，其特征在于，包括：首先，采用权利要求10所述的降低光透过率的光刻层掩膜版制备方法制备得到光刻层掩膜版，并且制备对应于所述注入层图形的有源区图形掩膜版；然后，采用有源区图形掩膜版在半导体衬底中制备有源区和隔离区；其次，在具有隔离区和有源区的半导体衬底上涂覆光阻；接着，利用所述注入层图形掩膜版进行光刻工艺，在所述光阻中形成注入层图形；最后，以具有所述注入层图形的所述光阻为掩膜，对所述有源区进行离子注入工艺。
12.根据权利要求11所述的离子注入方法，其特征在于，所述注入层图形掩膜版的材料包括透明的石英材料和覆盖在部分所述透明的石英材料上的不透光材料，其中，透明的石英材料上覆盖有不透光材料的区域为所述注入层图形掩膜版中的非离子注入区，没有覆盖不透光材料的透明的石英材料区域为所述注入层图形掩膜版中的离子注入区。
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