專利名稱：光刻膠圖形的優化方法和接觸孔的形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件的制造領域，尤其涉及光刻膠圖形的優化方法和接觸孔的形成方法。
背景技術：
隨著半導體器件制作技術的飛速發展，半導體器件已經具有深亞微米結構。由于集成電路中所含器件的數量不斷增加，器件的尺寸也因集成度的提升而不斷地縮小。為了提高集成度，降低制造成本，元件的關鍵尺寸不斷變小，芯片單位面積內的元件數量不斷增加，平面布線已難以滿足元件高密度分布的要求，只能采用多層布線技術，利用芯片的垂直空間，進一步提高器件的集成密度，在各層布線之間利用接觸孔進行電連接。現有制作接觸孔的工藝可以參考圖1至圖4。如圖1所示，在包含晶體管、金屬連線或驅動電路等結構的半導體襯底100上形成布線層102，其中布線層102的材料可以為鋁、銅、鋁銅合金或多晶硅；在布線層102上形成介電層104，用于膜層間的隔離；在介電層 104表面形成抗反射層106，用于后續曝光工藝中保護下面的膜層免受光的影響；在抗反射層106上旋涂光刻膠層108。如圖2所示，將光掩模版110上的接觸孔圖形通過光刻技術轉移至光刻膠層108 上，形成接觸孔開口圖形112。如圖3所示，以光刻膠層108為掩模，用干法刻蝕法沿接觸孔開口圖形112刻蝕抗反射層106和介質層104至露出布線層102，形成接觸孔114。如圖4所示，用灰化法去除光刻膠層108，然后再用濕法刻蝕法去除殘留的光刻膠層108和抗反射層106。在申請號20031012^60. 7的中國專利申請文獻中，還可以發現更多與上述技術方案相關的在布線層間形成接觸孔的信息。隨著半導體制造工藝的精細化，設計準則逐步減少，要求光刻膠接觸孔的臨界尺寸也越來越小。尤其是在60納米、45納米工藝以下，由于制作光掩模版和光刻工藝的限制， 因此，要得到細微的線路圖案和細微的圖案節距變得非常困難，在60納米、45納米以下工藝中采用現有技術形成接觸孔時，由于不能很好地控制光刻膠在曝光過程中的酸擴散的均一性，致使接觸孔開口圖形以及最終形成的目標接觸孔的不規整。現以接觸孔開口圖像為例，如圖如所示，所述接觸孔開口圖形中的邊沿呈凹凸不平；而如圖恥所示，例如原本應該是呈圓形的接觸孔開口圖形的開口變成了橢圓形或其他不規則形狀。不規整的接觸孔開口圖形使得最終形成的目標接觸孔規整度也較差，由此可能造成連接結構的橋接，漏電流或器件性能的漂移甚至損壞等問題。
發明內容
本發明解決的問題是提供一種光刻膠圖形的優化方法，避免在精細化工藝尺寸下因不能很好地控制用于形成接觸孔開口圖形的光刻膠的均一性而致使接觸孔開口圖形以及與接觸孔開口圖形對應的目標接觸孔的規整度較差、影響半導體器件性能的問題。為解決上述問題，本發明提供一種光刻膠圖形的優化方法，包括通過曝光顯影將掩模版上的接觸孔圖形轉移至光刻膠層上，形成接觸孔開口圖形；在臨近光刻膠的玻璃化溫度下對所述接觸孔開口圖形進行烘烤，軟化所述光刻膠層以使所述接觸孔開口圖形得到規整化。可選地，所述掩模版上的接觸孔圖形的臨界尺寸為60納米至200納米。可選地，所述烘烤溫度比所述光刻膠的玻璃化溫度低5°C至10°C，烘烤時間為25 秒至35秒。可選地，所述光刻膠的玻璃化溫度為160°C至200°C。本發明在另一方面還提供一種接觸孔的形成方法，包括提供半導體襯底，所述半導體襯底表面依序形成有布線層、介質層、阻擋層和抗反射層；在所述抗反射層上形成光刻膠層，所述光刻膠層中的光刻膠具有玻璃化溫度；通過曝光顯影將掩模版上的接觸孔圖形轉移至所述光刻膠層上，形成接觸孔開口圖形；在臨近所述光刻膠的玻璃化溫度下對所述接觸孔開口圖形進行烘烤，軟化所述光刻膠層以使所述接觸孔開口圖形得到規整化；以所述光刻膠層為掩模，沿所述接觸孔開口圖形刻蝕所述抗反射層；以所述抗反射層為掩模，刻蝕所述阻擋層至顯露出所述介質層，以形成目標接觸孔開口 ；以所述阻擋層為掩模，沿所述目標接觸孔開口刻蝕所述介質層至顯露出所述布線層，形成目標接觸孔。可選地，所述介質層的材料為低k材料。可選地，所述介質層的厚度為2000埃至12000埃。可選地，所述阻擋層的材料為含碳化合物。可選地，所述阻擋層的厚度為1500埃至2500埃。可選地，所述抗反射層的材料為有機高分子溶劑。可選地，所述抗反射層的材料為含硅的有機高分子溶劑。可選地，所述抗反射層的厚度為200埃至1000埃。可選地，所述烘烤溫度比所述光刻膠的玻璃化溫度低5°C至10°C，烘烤時間為25 秒至35秒。可選地，所述光刻膠的玻璃化溫度為160°C至200°C。可選地，所述掩模版上的接觸孔圖形的臨界尺寸為60納米至200納米。與現有技術相比，本發明具有以下優點在臨近所述光刻膠的玻璃化溫度下對所述接觸孔開口圖形進行烘烤，軟化光刻膠，利用光刻膠的表面張力，使得接觸孔開口圖形得到規整化，制作出規整度較好的目標接觸孔，提高半導體器件的性能。
圖1至圖4為現有工藝形成接觸孔開口圖形的示意圖；圖fe和圖恥為現有工藝中形成的規整度較差的接觸孔開口圖形的示意圖；圖6為本發明光刻膠圖形的優化方法的具體實施方式
流程圖；圖7為本發明形成接觸孔的具體實施方式
流程圖；圖8至圖15為本發明形成接觸孔的實施例示意圖。
具體實施例方式現有形成接觸孔開口圖形的工藝，隨著半導體制造工藝的細微化，要求光刻膠接觸孔的臨界尺寸也越來越小，在光刻過程中不能很好地控制光刻膠在曝光過程中的酸擴散的均一性，致使形成接觸孔開口圖形的開口不規整，影響半導體器件的性能。本發明通過實驗對工藝進行了改進，提供了一種光刻膠圖形的優化方法。圖6即示出了光刻膠圖形的優化方法的流程示意圖，如圖6所示，步驟S101，通過曝光顯影將掩模版上的接觸孔圖形轉移至光刻膠層上，形成接觸孔開口圖形；步驟S103，在臨近光刻膠的玻璃化溫度下對所述接觸孔開口圖形進行烘烤，軟化所述光刻膠層以使所述接觸孔開口圖形得到規整化。另外，本發明的發明人基于上述光刻膠圖形的優化方法，另提供了一種接觸孔的形成方法，圖7為本發明形成接觸孔的具體實施方式
流程圖，如圖7所示，執行步驟S201， 提供半導體襯底，所述半導體襯底表面依序形成有布線層、介質層、阻擋層和抗反射層；步驟S203，在所述抗反射層上形成光刻膠層，所述光刻膠層中的光刻膠具有玻璃化溫度；步驟S205，通過曝光顯影將掩模版上的接觸孔圖形轉移至所述光刻膠層上，形成接觸孔開口圖形；步驟S207，在臨近所述光刻膠的玻璃化溫度下對所述接觸孔開口圖形進行烘烤，軟化所述光刻膠層以使所述接觸孔開口圖形得到規整化；步驟S209，以所述光刻膠層為掩模，沿所述接觸孔開口圖形刻蝕所述抗反射層；步驟S211，以所述抗反射層為掩模，刻蝕所述阻擋層至顯露出所述介質層，以形成目標接觸孔開口 ；步驟S213，以所述阻擋層為掩模， 沿所述目標接觸孔開口刻蝕所述介質層至顯露出所述布線層，形成規整度較好的目標接觸孔。下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。圖8至圖15是本發明形成目標接觸孔的實施例示意圖。如圖8所示，提供半導體襯底200，所述半導體襯底200上已包含有晶體管或存儲器或金屬連線等結構。在半導體襯底200上形成布線層202，其中布線層202的材料可以為鋁、銅、鋁銅合金或多晶硅，如果布線層202的材料為鋁、銅或鋁銅合金的話，則形成方法為濺射法或電鍍法等；如果布線層202的材料為多晶硅，則形成方法為化學氣相沉積法(CVD) 或等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)等。繼續參考圖8，用化學氣相沉積法或物理氣相沉積法在布線層202上形成厚度為 2000埃至12000埃的介電層204，介電層204的材料為氧化硅或氮氧化硅等，其作用為使接觸孔之間互相絕緣；用化學氣相沉積法或物理氣相沉積法在介電層204上形成厚度為1500 埃至2500埃的阻擋層206，阻擋層206的材料為含碳化合物等，其作用為在刻蝕過程中作為接觸孔圖形的硬掩模，其作用為在刻蝕過程中保護其下方的布線層不被影響；利用旋涂法在阻擋層206上形成厚度為200埃至1000埃的抗反射層(BARC) 208，抗反射層208的材料為有機高分子溶劑或含硅的有機高分子溶劑，其作用為于后續曝光工藝中保護下面的膜層免受光的影響，減少曝光過程中光在后續形成的光刻膠層的上下表面的反射，以使曝光的大部分能量都被光刻膠層吸收。如圖9所示，利用旋涂法在抗反射層208上形成光刻膠層210，光刻膠層210中的光刻膠具有玻璃化溫度。具體來講，在發生玻璃化轉變時，所述光刻膠的許多物理性能(特別是力學性能)會發生急劇的變化，在以所述玻璃化溫度為中心的前后相差幾攝氏度的區間范圍內，會使所述光刻膠的材料從堅硬的固體或類固體，突然變成柔軟的彈性體或膠體。 需說明的是，所述玻璃化溫度可以根據所述光刻膠的材料特性而具有不同的具體溫度值。如圖10所示，通過曝光顯影將掩模版212上的接觸孔圖形轉移至光刻膠層210 上，形成接觸孔開口圖形214。光刻膠是一種感光材料，受光照后會發生化學反應，從而將光掩模版上的光學圖案轉移至晶片表面。在接觸孔開口圖形214形成過程中，由于對解析度要求較高，因此，一般采用正光刻膠。該類光刻膠通常是通過感光劑而交聯的酚醛樹脂 (Novolac)。曝光時，光子引發光刻膠中光敏產酸物(PAG)發生光化學反應產生質子H+(光酸)，此質子會與光刻膠反應導致其交聯鍵斷裂而解交聯，使得曝光部分的光刻膠可被顯影劑所溶解，從而得到光刻膠圖形。另外，所述掩模版上的接觸孔圖形的臨界尺寸為60納米至200納米。如圖10所示，在形成光刻膠圖形后，在臨近所述光刻膠的玻璃化溫度下對所述接觸孔開口圖形進行烘烤。在一實施例中，所述烘烤處理具體可以包括對承載平臺(例如載板)進行加熱，使其溫度臨近所述光刻膠的玻璃化溫度；再將所述形成光刻膠層210的半導體襯底200置放于所述承載平臺，以對所述晶片上光刻膠層的光刻膠進行烘烤，并在所述烘烤溫度下保持一定的烘烤時間；之后，再將所述承載平臺移除或將所述半導體襯底轉移出去，使得所述具有光刻膠層210的半導體襯底200在常溫(20°C左右)下自然冷卻。通過上述烘烤處理，可以使得光刻膠層210中的光刻膠發生軟化，變成膠體，減少了光刻膠的粘合性，允許光刻膠在一定范圍內流動或塌陷，在表面張力的作用下，接觸孔開口圖形214得到重新修整，其開口得以規整化。在實際應用中，所述臨近所述光刻膠的玻璃化溫度具體指所述烘烤處理中的烘烤溫度比所述光刻膠的玻璃化溫度要低5°C至10°C，烘烤時間為25秒至35秒。另外，所述玻璃化溫度可以根據所述光刻膠的材料特性而具有不同的具體溫度值，一般而言，所述光刻膠的玻璃化溫度的范圍大致為160°C至200°C。舉例來講，假設某一光刻膠的玻璃化溫度為190°C，則所述烘烤溫度可以設為188°C，烘烤時間為30秒。另外，需說明的是，所述烘烤時間并不限于上述的范圍，一般情況下，烘烤時間越長，烘烤效果相對就更好一些。但現在， 我們選取的烘烤時間為30秒左右，是在烘烤效果和生產制作效率的情況下綜合考慮的結果，并非用于限定本發明的保護范圍。請參閱圖Ila和圖11b，其分別示出了經過烘烤后的接觸孔開口圖形的截面圖和正視圖。如圖Ila所示，接觸孔開口圖形214的頂部的開口邊緣得到圓化，其邊沿平整光滑。 如圖lib所示，接觸孔開口圖形214的形狀得到規整化，呈現出規則或較為規則的圓形。經實驗證明，經過烘烤處理后的接觸孔開口圖形的規整度要比現有技術中未經烘烤處理的接觸孔開口圖形的規整度改善至少30%。另外，需特別說明的是，由于在發明中，對接觸孔開口圖形214進行烘烤處理，因此，在加溫條件下對接觸孔開口圖形214下的膜層(特別是抗反射層208)提出了更高的要求。因此，抗反射層208的材料對于后續接觸孔開口圖形214的形成質量發揮著重要的作用。經大量實驗證明，抗反射層208的材料若選取的是普通的有機高分子，則抗反射層208 在烘烤處理過程中的高溫下產生不穩定的變化(例如發生軟化)，由于抗反射層208及其上的光刻膠層210中的光刻膠都出現了軟化，這樣易造成接觸孔開口圖形214中與抗反射層208相交接的底部不干凈，會殘留有浮渣(Scum)，影響后續接觸孔的形成，具體如圖1 所示。相應地，抗反射層208的材料若選取的是含硅的有機高分子，由于含硅的有機高分子具有較高的穩定性，在烘烤處理過程中的高溫下不易出現不穩定，這樣就可以使得光刻膠層210中的光刻膠軟化后在表面張力的作用下使得接觸孔開口圖形214得以規整化，避免在其底部出現浮渣，具體如圖12b所示。如圖13所示，以光刻膠層210為掩模，沿接觸孔開口圖形214刻蝕抗反射層208， 在抗反射層208上形成與后續接觸孔對應的開口 216。在本實施例中，所述刻蝕形成開口 216的方法可以采用干法刻蝕工藝或濕法刻蝕工藝，優選地，為干法刻蝕工藝。如圖14所示，去除光刻膠層210 ；以抗反射層208為掩模，刻蝕阻擋層206至顯露出介質層204，以形成目標接觸孔開口 218。在本實施例中，所述去除光刻膠210的方法可以采用灰化法。刻蝕阻擋層206以形成目標接觸孔開口 218的方法可以采用干法刻蝕工藝或濕法刻蝕工藝，優選地，為干法刻蝕工藝。如圖15所示，去除抗反射層208，以阻擋層206為掩模，沿目標接觸孔開口 218刻蝕介質層204至顯露出布線層202，形成目標接觸孔220。在本實施例中，去除抗反射層208 的方法可以采用的等離子干法刻蝕工藝。刻蝕介質層204以形成目標接觸孔220的方法可以采用干法刻蝕工藝或濕法刻蝕工藝，優選地，為干法刻蝕工藝。由于通過額外的烘烤處理，使得作為目標接觸孔220基礎的接觸孔開口圖形214得以規整化，這樣，在后續形成的目標接觸孔220的規整度勢必要好得多，降低了出現連接結構的橋接、漏電流或器件性能的漂移甚至損壞等缺陷的可能，提高了半導體器件的性能。本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍內，都可以做出可能的變動修改，因此本發明的保護范圍應當以本發明權利要求所界定的范圍為準。
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權利要求
1.一種光刻膠圖形的優化方法，其特征在于，包括通過曝光顯影將掩模版上的接觸孔圖形轉移至光刻膠層上，形成接觸孔開口圖形； 在臨近光刻膠的玻璃化溫度下對所述接觸孔開口圖形進行烘烤，軟化所述光刻膠層以使所述接觸孔開口圖形得到規整化。
2.根據權利要求1所述光刻膠圖形的優化方法，其特征在于，所述掩模版上的接觸孔圖形的臨界尺寸為60納米至200納米。
3.根據權利要求1所述光刻膠圖形的優化方法，其特征在于，所述烘烤溫度比所述光刻膠的玻璃化溫度低5°C至10°C，烘烤時間為25秒至35秒。
4.根據權利要求1所述光刻膠圖形的優化方法，其特征在于，所述光刻膠的玻璃化溫度為 1600C M 2000C ο
5.一種接觸孔的形成方法，其特征在于，包括提供半導體襯底，所述半導體襯底表面依序形成有布線層、介質層、阻擋層和抗反射層；在所述抗反射層上形成光刻膠層；通過曝光顯影將掩模版上的接觸孔圖形轉移至所述光刻膠層上，形成接觸孔開口圖形；在臨近所述光刻膠的玻璃化溫度下對所述接觸孔開口圖形進行烘烤，軟化所述光刻膠層以使所述接觸孔開口圖形得到規整化；以所述光刻膠層為掩模，沿所述接觸孔開口圖形刻蝕所述抗反射層； 以所述抗反射層為掩模，刻蝕所述阻擋層至顯露出所述介質層，以形成目標接觸孔開Π ；以所述阻擋層為掩模，沿所述目標接觸孔開口刻蝕所述介質層至顯露出所述布線層， 形成目標接觸孔。
6.根據權利要求5所述接觸孔的形成方法，其特征在于，所述介質層的材料為低k材料。
7.根據權利要求6所述接觸孔的形成方法，其特征在于，所述介質層的厚度為2000埃至12000埃。
8.根據權利要求5所述接觸孔的形成方法，其特征在于，所述阻擋層的材料為含碳化合物。
9.根據權利要求8所述接觸孔的形成方法，其特征在于，所述阻擋層的厚度為1500埃至2500埃。
10.根據權利要求5所述接觸孔的形成方法，其特征在于，所述抗反射層的材料為有機高分子溶劑。
11.根據權利要求5所述接觸孔的形成方法，其特征在于，所述抗反射層的材料為含硅的有機高分子溶劑。
12.根據權利要求10或11所述接觸孔的形成方法，其特征在于，所述抗反射層的厚度為200埃至1000埃。
13.根據權利要求5所述接觸孔的形成方法，其特征在于，所述烘烤溫度比所述光刻膠的玻璃化溫度低5°C至10°C，烘烤時間為25秒至35秒。
14.根據權利要求5所述接觸孔的形成方法，其特征在于，所述光刻膠的玻璃化溫度為 160 0C M 200 0C ο
15.根據權利要求5所述接觸孔的形成方法，其特征在于，所述掩模版上的接觸孔圖形的臨界尺寸為60納米至200納米。
全文摘要
一種光刻膠圖形的優化方法和接觸孔的形成方法，所述光刻膠圖形的優化方法包括提供半導體襯底，所述半導體襯底表面依序形成有布線層、介質層、阻擋層和抗反射層；在所述抗反射層上形成光刻膠層，所述光刻膠層中的光刻膠具有玻璃化溫度；通過曝光顯影將掩模版上的接觸孔圖形轉移至所述光刻膠層上，形成接觸孔開口圖形；在臨近所述光刻膠的玻璃化溫度下對所述接觸孔開口圖形進行烘烤，軟化所述光刻膠層以使所述接觸孔開口圖形得到規整化。本發明通過在臨近所述光刻膠的玻璃化溫度下對接觸孔開口圖形的烘烤處理，使得接觸孔開口圖形得到規整化，制作出規整度較好的目標接觸孔，提高了半導體器件的性能。
文檔編號H01L21/768GK102262356SQ201010192860
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月27日 優先權日2010年5月27日
發明者任亞然, 林益世, 黃宜斌 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司