專利名稱：光刻圖形的形成方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種光刻圖形的形成方法。
技術背景半導體制造技術中的光刻工藝過程即通過在晶片表面旋涂光刻膠，曝光顯影將掩膜板上預先制作好的圖形轉移到晶片上的過程。然后帶有光刻膠圖 形的晶片被送入刻蝕或離子注入設備對晶片上未被光刻膠覆蓋的區域進行離 子注入或摻雜，以形成所需要的摻雜濃度或結構。從而光刻膠定義的圖形的 精準度會直接影響離子注入和刻蝕后的質量，特別是隨著半導體制造技術的 發展線寬越來越小，光刻膠圖形線寬的誤差及光刻圖形缺陷對的芯片制造過 程中電性的影響也越來越明顯。如何在光刻過程中減少光刻圖形缺陷是工藝 人員不得不考慮問題。在光刻中，光刻膠首先通過旋涂的方法被均勻的涂附于晶片的表面，然 后通過曝光顯影將掩膜板上圖形轉移到晶片上，并且在此過程中，需要經歷一系列的烘烤例如軟烤、曝光后烘烤(Post exposure bake)等過程來增加光刻 膠與晶片基底的粘附性，以此來增加抗刻蝕能力。光刻過程中常常由于各種 各樣的問題例而產生光刻膠殘留，光刻膠殘留生成在本欲去除光刻膠而生成 開口的地方或形成的圖形的旁邊。由于該殘留的阻擋影響刻蝕過程及離子注 入過程，進而影響器件的電性。現有消除光刻膠殘留的方法一般有選用不同濃度或組分的顯影液對殘留 進行顯影，例如專利號為200410002076的中國專利公開了 一種光致抗蝕劑脫 除劑，該脫除劑能夠減少或去除光刻膠殘留；去除光刻膠殘留的方法還有多 步顯影或多步沖洗的方法，例如，旋涂光致抗蝕劑并曝光后，在顯影槽中， 首先選用 一定的時間比如2 ~ 5S噴涂顯影液，然后在靜止狀態反應10 ~ 20S，然 后用去離子水進行沖洗約10 ~ 50S ，沖洗過程中晶片可以選用不同的轉速進行 轉動，以增強沖洗效果。若顯影效果不太好，例如有殘留光刻膠，在完成上 述動作的基礎上再次噴涂顯影液并使其在晶片表面反應數秒，發應后再次用 去離子水將反應物沖掉，通過多次噴涂顯影液及沖洗的步驟去除光刻膠殘留。 上述去除光刻膠殘留的方法是對光刻后產生的光刻膠殘留來去除。對于在曝
光過程中產生如曝光能量不足，顯影時間過短等問題而產生的光刻膠殘留有 較好的效果，然而對于由于光刻膠與其下面的基底表面殘留物或污染物發生 反應而產生光刻膠殘留，卻很難用上述方法去除，且用過量的顯影液沖洗該 殘留很容易造成過顯影導致圖形變形。 發明內容本發明提供一種光刻圖形的形成方法，該方法能夠較為有效去除光刻膠殘留。本發明提供的光刻圖形的形成方法，包括 提供一半導體基底；將所述半導體基底移入等離子體刻蝕設備對所述半導體基底表面進行等 離子體灰化處理；在所述半導體基底上旋涂光刻膠； 將所述帶有光刻膠的半導體基底送入曝光機進行曝光； 將曝光后的晶片移入顯影設備進行顯影。所述半導體基底表面材料可以是多晶硅、氧化硅、有機聚合物DU0或其 組合。所述等離子體為氧氣等離子體。所述氧氣等離子體反應氣體中可以包括氮氣、氫氣或其組合。 所述等離子體反應氣體可以是一氧化氮或一氧化二氮。 所述等離子體灰化處理的時間為10~20S。 所述等離子體的射頻源功率為400W 800W。 所述等離子體灰化處理的壓力為7mT 20mT。 所述等離子體灰化處理的溫度為15 ~ 30°C。 所述等離體刻蝕設備為圓桶式等離子體刻蝕機。 該方法進一步包括對經過等離子體灰化處理的晶片表面進行清洗。 所述光刻膠為化學放大光刻膠。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明中通過在覆蓋光刻膠前 對晶片表面進行等離子體灰化處理，去除晶片表面污染物，消除或減小了光 刻膠和晶片表面污染物作用產生難以去除的光刻膠殘留，減少了刻蝕或離子 注入后的缺陷，提高了晶片良率。
圖1為本發明方法的流程圖；圖2~圖IO為根據本發明實施例的剖面示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。半導體制造過程是通過沉積薄膜、光刻、刻蝕、離子植入、研磨等一系 列的工藝步驟來完成從棵片到形成完整的集成電路的過程。其中，光刻工藝 作為關鍵的工藝步驟，用來定義刻蝕和離子注入的區域。半導體晶片完成薄 膜沉積或研磨后，送入到光刻區域進行涂膠曝光顯影以形成光刻圖形。光刻 后產生的光刻膠殘留，通常通過對殘留進行多次沖洗或多次顯影的方法來去 除，本發明方法通過對準備進行光刻的晶片進行表面等離子體灰化處理，以 減小晶片表面的一些污染污和光刻膠反應產生難溶的化合物或混合物，以此 來達到光刻后減少和去除光刻膠殘留的目的。圖1是本發明方法的流程圖。如圖1所示，首先提供一半導體基底(S200),基底表面層可以是經過物 理氣相沉積或化學氣相沉積后的介質薄膜，例如，多晶硅，氧化硅等；也可 以是經過化學機械研磨后的介質表面，還可以是不同材料組成的例如介質材 料和用作犧牲層的抗反射材料組成的膜層。與現有技術不同的是，本發明對將要進行光刻工藝的基底不是直接送入 光刻區域進行光刻，而是首先將其送入等離子體刻蝕設備，對其表面進行輕 微的等離子體處理(S210)。所用的產生等離子體的氣體可以是氧氣，也可以 通入氮氣或氫氣，以增加去除污染的能力；射頻源的功率可根據不同的膜層 選用400W 800W,采用氧氣等離子對晶片表面進行輕微的轟擊，以去除晶片 表面的污染物，例如研磨后的有機殘留物，沉積后在晶片表面形成的缺陷顆 粒，犧牲層長時間(大于2小時)曝露于空氣中吸收水分或其它含有堿性的 物質等等，這些污染物可能和光刻膠作用形成難以去除的物質。通過氧氣等 離子的高能量去除該污染物，從源頭上消除了產生光刻膠殘留的可能，能夠 更加有效的達到防止產生光刻膠殘留物。將完成等離子灰化處理的晶片送入光刻區域的涂膠設備，通過旋涂的方 法在其表面涂覆一層均勻的膜層(S220)。膜層的厚度根據不同的基底材料和 需要生成的線寬來決定，對于0.18um或90nm的小線寬例如后端互連層來說， 膜層的均勻性對線寬的 一致性有很大的影響。通過傳送系統將涂膠后的晶片經過烘烤后送入曝光設備，進行曝光 (S230 )。晶片曝光完成后，進行曝光后烘烤(PEB),然后送入顯影設備進行顯影 (S240 )。采用在旋涂光刻膠之前對晶片表面進行等離子灰化處理，能夠減少晶片 表面的污染物，從而達到了光刻后去除或減小光刻膠殘留的目的。下面結合生成雙鑲嵌結構溝槽的實施例對本發明方法進行詳細描述。如圖2所示，首先，提供一半導體基底200，所述半導體基底200上形成 有器件層，例如金屬氧化物半導體(MOS)晶體管，在所述基底200上形成 有介質層202,介質層202材料可以是氟硅玻璃(FSG )、磷硅玻璃(BPSG) 等低介電常數材料(LowK)。如圖3所示，在所述介質層202中形成連接孔204,所述連接孔用來連接 上層金屬層和下層的金屬層。Ultraviolet Absorbing Oxide ) 206，所述DUO抗反射層一方面作為形成溝槽的 犧牲層，防止在后續工藝中刻蝕溝槽過程中損傷溝槽底部材料，另一方面填 充在連接孔中增加該介質膜層的平整度，以形成較為垂直的溝槽光刻膠圖案輪廓。如圖5所示，完成旋涂犧牲層DUO后，由于DUO表面曝露在空氣中會 吸收水分或空氣中的其它堿性物質，例如氨氣(NH3),若直接送入光刻設備進 行涂膠曝光，DUO表面會和光刻膠反應形成難以去除的物質，從而在顯影后 產生殘留。本發明中將完成旋涂DUO的晶片送入離子刻蝕設備，用等離子體 對其表面進行灰化處理，所述形成等離子體的氣體可以是氧氣，氧氣在高頻 射頻源的轟擊下電離產生等離子體，產生的等離子體在高能量作用下與DUO 表面作用，去除DUO表面的水分或其它物質，或生成一薄保護層，阻止DUO進一步與空氣中的水分或其它物質繼續反應。在氧氣作為等離子體產生氣體 中也可以通入氮氣和氫氣，以增加氧氣等離子體去除污染的能力。當然也可 以選用氧化氮或一氧化二氮作為生成氧氣等離子體氣源。所述氧氣等離子體 灰化處理的時間約為10~20S,射頻源的功率約為400W- 800W,等離子體 灰化處理的壓力為7mT 20mT,溫度為15~30°C。該等離子體灰化處理過程 也可以去除FSG表面的污染物。經過等離子體灰化處理的晶片表面減少了污 染物，提高了表面的潔凈度，能夠減少光刻膠殘留的生成。如圖6所示，完成表面等離子體灰化處理的晶片被送入光刻區域的涂膠 設備，通過旋涂(spin coat)方式在晶片表面形成一均勻的光刻膠膜層208， 光刻膠膜層208的均勻性會影響線寬的一致性，對于小于0.18um或卯nm的 工藝尤為如此。在旋涂光刻膠之前會通過涂覆表面活性劑(HMDS)改變表 面的親水或疏水性能，以增加光刻膠在晶片表面的附著能力。如圖7所示，將帶有光刻膠膜層208的晶片送入光刻設備，例如248nm 曝光源或193nm的曝光光源的曝光設備，通過對準等一系列的校準動作后， 掩膜板和晶片較為準確的處于光刻設備透鏡組(Lens)的物象平面，通過自 動優化的曝光路線，用掃描的方式將掩膜板上的圖形依次復制到晶片不同區 域的光刻膠上。經過曝光的晶片需要通過曝光后烘烤(PEB)來完成光刻膠吸 收的曝光能量與光刻膠的充分反應，對于應用于248nm或193nm的化學放大 光刻膠來說，PEB是必需的，且曝光后到PEB的時間也不能太長， 一般應小 于半個小時。如果曝光后較長時間才送入PEB熱板進行烘烤，晶片會吸收空 氣中堿性物質與曝光時在光刻膠中產生的光酸中和，嚴重影響線寬。將PEB 后的晶片送入顯影槽中首先噴灑顯影液并使其布滿整個晶片表面，經過數秒 的反應(Puddle)后，用去離子水對晶片表面進行沖洗，沖洗過程中晶片轉速 可以在200rpm 3 OOOrpm之間。沖洗后形成溝槽圖案210 。由于本發明方法在 光刻前對DUO表面進行了等離子體灰化處理，光刻膠不會溝槽圖案210底部 形成殘留。如圖8所示，將形成有溝槽圖案210的晶片送入刻蝕設備，對其進行刻 蝕，將光刻膠上溝槽圖案210轉移到晶片上的介質層202中形成溝槽210a。 刻蝕過程中連接孔中的犧牲層材料DUO作為阻擋層阻止對刻蝕氣體對連接 孔204底部造成損傷。由于經過表面灰化處理的晶片不會在光刻后產生光刻 膠殘留，因而刻蝕后能夠形成較好的溝槽210a輪廓。如圖9所示，去除所述光刻膠208及犧牲層206,露出連接孔204底部。 如圖10所示，在所述溝槽210a及連接孔204中填充金屬材料例如銅或
鋁，形成互連層210b形成。本發明中，通過對晶片表面進行等離子體灰化處理，去除晶片表面污染 物，消除或減小了光刻膠和晶片表面污染物作用產生難以去除的光刻膠殘留， 減少了刻蝕或離子注入后的缺陷，提高了晶片良率。本發明的第二實施例為晶片表面多晶硅或氧化硅材料，也可以對其表面 進行等離子體灰化處理，以減少其表面的污染物、缺陷顆粒等，從而達到去 除光刻后殘留的目的，這里不再詳述。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和 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。
權利要求
1、 一種光刻圖形的形成方法，包括 提供一半導體基底；將所述半導體基底移入等離子體刻蝕設備對所述半導體基底表面進行等 離子體灰化處理；在所述半導體基底上旋涂光刻膠； 將所述帶有光刻膠的半導體基底送入曝光機進行曝光； 將曝光后的晶片移入顯影設備進行顯影。
2、 如權利要求1所述的光刻圖形的形成方法，其特征在于所述半導體 基底表面材料可以是多晶硅、氧化硅、有機聚合物DUO或其組合。
3、 如權利要求1所述的光刻圖形的形成方法，其特征在于所述等離子 體為氧氣等離子體。
4、 如權利要求3所述的光刻圖形的形成方法，其特征在于所述氧氣等離子體反應氣體中可以包括氮氣、氬氣或其組合。
5、 如權利要求1所述的光刻圖形的形成方法，其特征在于所述等離子 體反應氣體可以是一 氧化氮或 一氧化二氮。
6、 如權利要求1所述的光刻圖形的形成方法，其特征在于所述等離子 體灰化處理的時間為10 ~ 2 OS 。
7、 如權利要求1所述的光刻圖形的形成方法，其特征在于所述等離子 體的射頻源功率為400W 800W。
8、 如權利要求1所述的光刻圖形的形成方法，其特征在于所述等離子 體灰化處理的壓力為7mT 20mT。
9、 如權利要求1所述的光刻圖形的形成方法，其特征在于所述等離子 體灰化處理的溫度為15 ~ 3(TC。
10、 如權利要求1所述的光刻圖形的形成方法，其特征在于所述等離 體刻蝕設備為圓桶式等離子體刻蝕機。
11、 如權利要求1所述的光刻圖形的形成方法，其特征在于該方法進 一步包括對經過等離子體灰化處理的晶片表面進行清洗。
12、 如權利要求1所述的光刻圖形的形成方法，其特征在于所述光刻 膠為化學放大光刻膠。
全文摘要
一種光刻圖形的形成方法，包括提供一半導體基底；將所述半導體基底移入等離子體刻蝕設備對所述半導體基底表面進行等離子體灰化處理；在所述半導體基底上旋涂光刻膠；將所述帶有光刻膠的半導體基底送入曝光機進行曝光；將曝光后的晶片移入顯影設備進行顯影。
文檔編號H01L21/02GK101122749SQ20061002992
公開日2008年2月13日 申請日期2006年8月10日 優先權日2006年8月10日
發明者宋銘峰, 李建茹, 鄭蓮晃 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司