CN1175788A - 在半导体晶片上形成光刻胶图形的方法 - Google Patents

在半导体晶片上形成光刻胶图形的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用远紫外辐射在半导体晶片上形成光刻胶图形、以防止光刻胶图形在构图过程中烧毁的更有效的方法,该方法包括以下步骤:用远紫外辐射对光刻胶图形进行充分的曝光,以控制光刻胶的热流动量;在较高温度下烘烤光刻胶图形,以固化光刻胶图形。即使随后在很高的温度下用光刻胶图形作掩模进行刻蚀工艺,但由于在烘烤前用远紫外辐射对光刻胶图形进行了充分曝光,所以可以防止光刻胶图形的烧毁。

Description

在半导体晶片上形成 光刻胶图形的方法
本发明涉及形成精细光刻胶图形的方法，特别涉及用远紫外辐射在半导体晶片上形成光刻胶图形的更有效的方法。
近来随着半导体器件集成度的增加，需要选择性更好的刻蚀技术，以在深台阶上得到精细微小的接触。此时，由于刻蚀腔的温度很高，会产生光刻胶经常烧毁的严重问题。而且，在刻蚀工艺中，还有刻蚀选择性降低的问题，或者刻蚀腔的工艺条件受到严重的限制的问题。
因此，为了解决这些问题，提出多层光刻胶形成技术，其中包括在约300℃烘烤底层光刻胶；在比烘烤温度低的温度下于底层光刻胶上淀积内部氧化层，在内部氧化层上形成光刻胶图形，随后用光刻胶层作掩模刻蚀内部氧化层和底层光刻胶层。而且，这种多层光刻胶形成技术需要在随后将刻蚀的层上额外地形成掩模层、在掩模层上形成图形、有选择性地去除掩模层以形成掩模、灰化并剥离光刻胶图形、用掩模层刻蚀下面层。由于这种技术很复杂，从而降低了半导体器件的生产率。
另一方面，为了防止在掩模版图上残留宽的光刻胶图形，应该在正胶工艺中用光束曝光宽光刻胶图形。这样，在半导体器件上形成部分台阶。这又会产生新问题，即在形成光刻胶图形时DOF(聚焦深度)的范围减小。还有，由于置于晶片上器件区域外面的光刻胶层没有曝光，所以需要对该光刻胶层进行附加的曝光工艺。这同样会降低半导体器件的生产率。
本发明旨在解决上述问题，目的是在没有附加工艺的情况下，提供能在远紫外辐射和烘烤中防止其烧坏的光刻胶图形的形成方法。
根据本发明的一个方面，在半导体晶片上形成光刻胶图形的方法包括：用远紫外辐射充分曝光光刻胶图形，以控制光刻胶热流动量；在较高温度下烘烤光刻胶图形，以固化光刻胶图形。
在该实施例中，光刻胶图形由含远紫外吸收剂的光刻胶层构成。远紫外辐射具有约248nm的波长。在约165℃下进行光刻胶图形的烘烤。
参照下面附图，本发明领域的技术人员能更明白本发明及其目的；
图1A到图1E是用顺序的剖面图表示新型光刻胶图形形成方法的工艺步骤的流程图；
图2A到2D是显示未进行或进行了远紫外辐射的光刻胶图形剖面的扫描电镜图，以此来说明光刻胶图形的热流动量随远紫外辐射强度的变化；
图3A到3D是展示未进行或进行了远紫外辐射的光刻胶图形顶视图的扫描电镜图，以此来说明光刻胶图形在烘烤工艺中的烧毁或正常形成。
下面根据示于附图中的实施例具体说明本发明。
图1D和1E中，根据本发明的形成光刻胶图形的新方法包括：在半导体衬底上形成精细光刻胶图形后，将光刻胶图形在远紫外辐射中充分曝光，以控制光刻胶的热流动量，并防止光刻胶图形在如刻蚀等的随后工艺中烧毁。即使用光刻胶图形作掩模的刻蚀工艺在非常高的温度下进行，通过在烘烤前用远紫外充分曝光，光刻胶图形也不会烧坏。而且，因为根据远紫外辐射强度可以控制光刻胶的热流动量，所以可以得到精确的精细光刻胶图形。
下面，参照附图说明本发明实施例的形成光刻胶图形的工艺步骤。
参照图1A到1C，在半导体衬底10上淀积光刻胶层12，并用已知的光刻技术将它有选择性地曝光于光束14。由此，精细图形就复制或转移到光刻胶层12上。为了得到精确的精细图形，应该用G线或I线进行高清晰度曝光。准分子激光光刻、相移技术等可以用于对需要更精细结构的半导体器件形成精细图形。接着，如图1C所示，将半导体衬底10进行显影工艺，由此形成显影的光刻胶图形12。
在该实施例中，光刻胶图形由含远紫外吸收剂的光刻胶层构成，如远紫外正胶(Positive tone resist)。
随后如图1D所示，将光刻胶图形12用远紫外辐射16充分曝光，以控制其热流动量。该远紫外辐射16有约248nm的波长。
最后如图1E所示，将具有光刻胶图形12的半导体衬底10在约165温度下烘烤，以固化光刻胶图形12。该半导体衬底10可以直接进行高温工艺步骤，如高温退火、干法刻蚀等。这是因为光刻胶层12用远紫外辐射16进行了充分的曝光，并在高温烘烤了的缘故。
另一方面，如图2A所示，如果将没有进行远紫外辐射曝光的带有显影光刻胶图形的半导体衬底直接进行高温烘烤工艺，则由于显影的光刻胶图形的热稳定性很差，则在高温烘烤工艺中，热流动量会导致图形图像变形。因此很难形成高精度的光刻胶图形。
因此，为了解决本实施例中图像变形的问题，进行远紫外辐射处理，在高温烘烤工艺前，用远紫外辐射曝光半导体衬底上的光刻胶图形，由此可以控制热流动量。而且，由于远紫外辐射，可以防止在随后的如干法刻蚀工艺等高温工艺步骤中光刻胶图形的烧毁。
图2A到2D是展示光刻胶图形12剖面图的扫描电镜图。从图2A中可以看出，在未对光刻胶图形进行远紫外辐射曝光时，光刻胶图形的热流动量很大。但从图2B到2D可以看出，根据远紫外辐射的强度，光刻胶图形的热流动量减小。如图2B所示，在应用于光刻胶图形的远紫外辐射约为20mJ时，与图2A的图形相比，光刻胶图形的热流动量有一点减小。当所应用的远紫外辐射约为60mJ时，与图2A的图形相比，光刻胶图形的热流动量显著减小。因此，随着应用于光刻胶图形的远紫外辐射强度的逐渐增加，光刻胶图形的热流动量逐渐减小，因此用高强度的远紫外辐射可以得到更高精度的光刻胶图形。
图3A到3D是展示在未进行或进行了远紫外辐射工艺后刻蚀得到的光刻胶图形顶视图的扫描电镜图。
从图3A可以看出，在刻蚀工艺前没有对光刻胶图形应用远紫外辐射的情况下，在刻蚀工艺中产生了严重的光刻胶图形烧毁。但从图3B可以看出，在刻蚀工艺前对光刻胶图形应用了远紫外辐射曝光的情况下，在刻蚀工艺中只产生轻微的光刻胶图形烧毁。
如图3C所示，当应用于光刻胶图形的远紫外辐射为约300mJ时，图形没有烧毁。另外，如图3D所示，当应用于光刻胶图形的远紫外辐射为约300mJ并进行高温烘烤工艺时，光刻胶图形没有烧毁。
如上所述，根据本发明的新方法，即使在对光刻胶图形进行远紫外辐射后、或者在远紫外辐射和光刻胶图形烘烤后进行高温刻蚀工艺，由于在刻蚀工艺前对光刻胶图形进行了充分的远紫外辐射曝光，因此可以防止光刻胶图形的烧毁。

Claims (5)

1.在半导体晶片上形成光刻胶图形的方法，包括以下步骤：
用远紫外辐射对光刻胶图形进行充分的曝光，以控制光刻胶的热流动量；以及
在较高温度下烘烤光刻胶图形，以固化光刻胶图形。
2.如权利要求1所述的方法，其中：所述远紫外辐射在约20到300mJ的范围内。
3.如权利要求1所述的方法，其中：所述光刻胶图形由含远紫外吸收剂的光刻胶层构成。
4.如权利要求1所述的方法，其中：所述远紫外辐射有约248nm的波长，且在约165℃温度下烘烤光刻胶图形。
5.如权利要求1所述的方法，其中：所述光刻胶图形的烘烤步骤在约300℃下进行。
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