用一次光刻产生t形栅的移相掩模光刻方法

专利名称：用一次光刻产生t形栅的移相掩模光刻方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件制造领域中用一次光刻产生T形栅的移相掩模光刻的微光刻方法，特别适用于各种化合物半导体器件和集成电路等器件的T形栅的生产制造。
背景技术：
目前制造T形栅的方法有各自的弱点。例如，用电子束光刻的方法，需使用2～3层光刻胶和不同比例剂量曝光，经过1～2次显影，方能产生T形栅光刻胶结构，工艺复杂。电子束曝光的效率很低，不适应生产要求；第二种使用版上现场斜照明的二元铬掩模的光刻方法(BIM＋DDM技术)，由于未使用移相掩模技术，曝光产生的光强分布不陡峭，导致T形栅剖面不够陡，同时T一形栅的头部(以下简称Gh)较宽，对短沟道器件和IC制造不利。同时，由于需要另外制造一块特定的透射位相光栅，增加了加工复杂性，成本也相应增加；第三种是利用移相掩模技术(常用PEL技术)的两次光刻法，第一次光刻用PEL掩模和负胶工艺形成T形栅的足部(以下简称Gf)，再于其上涂第二层正性光刻胶，经第二层掩模套刻曝光和第二次显影，形成Gh，即需要使用两层掩模，涂两次(两种)光刻胶，经两次曝光、显影，才能产生T形栅所需光刻胶剖面结构。其工艺复杂，周期长，必然导致各种工艺缺陷增加，成本也相应增加。

发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种仅用一块由三个光学位相差为180°的透明窗口构成的T形栅移相掩模(简称M-PEL掩模)，只需单层正性光刻胶，仅用一次曝光、显影，即可产生T形栅光刻胶剖面结构的光刻方法，且本发明方法还具有制造工艺简单，生产周期短，生产效率高，性能好，成本低，便于规模生产应用等特点。
本发明所要解决的技术问题由下列技术方案实现，它包括的步骤a.用计算机对T形栅移相掩模的图形尺寸、光刻工艺进行工艺模拟和优化设计把投影光刻机的光源波长、数值孔径、相干因子、离焦值各参数输入计算机，将T形栅图形窗口尺寸及移相掩模版图的单元布图输入计算机，启动计算机模拟程序，选择曝光、显影剂量，得到符合T形栅要求的一维光强分布、二维和三维光刻胶显影剖面分布结构。
b.制作T形栅移相掩模按照计算机模拟和优化设计的T形栅掩模尺寸，在图形发生器上制作石英15铬17掩模版1、玻璃16铬17掩模版2，石英铬掩模版1上制作有组成每个T形栅单元图形的两个亮条图形窗口6，玻璃铬掩模版2上制作有铬层掩蔽的套刻用透光窗口8，用干法反应离子刻蚀机将石英络掩模板1两个亮条图形窗口6的石英15衬底表面刻蚀到一定深度，用湿法化学抛光处理被刻蚀的石英15衬底表面，干法刻蚀和化学抛光后，石英衬底被刻蚀到设定深度5，得到石英铬掩模版3，在石英铬掩模版3上涂光刻胶，用玻璃铬掩模版2作套刻掩模，用透光窗口8套刻除去石英铬掩模版3上中心区的铬层7，得到由光学位相差互为180°的透光窗口9、10、11构成的T形栅移相掩模版4。
c.制作半导体T形栅的光刻胶结构在投影光刻机上使用T形栅移相掩模版4，对涂有单层正性光刻胶19的半导体晶片进行光刻，得到半导体T形栅光刻胶剖面结构18。
本发明方法T形栅移相掩模版4上制作有三个互为180°光学位相差的透光窗口9、11、10，三个透光窗口9、11、10之间无铬图形，以180°光学位相边为窗口边界，透光窗口9与透光窗口11和相邻铬层17之间、透光窗口10与透光窗口11和相邻铬层17之间有180°的光学位相差。
本发明相比背景技术具有如下优点1.本发明仅用一块移相掩模，只需单层正性光刻胶，仅用一次光刻就能产生T形栅的光刻胶剖面结构，并能用于制造性能优良的半导体T形栅，因此制造工艺简单，生产周期短，生产效率高。
2.本发明制造的M-PEL掩模基本单元是由三个互为180°光学位相差的透明窗口9、11、10构成，其外围是铬层17阻光区，当该M-PEL掩模在投影光刻成像时，能产生陡峭且具有特殊形态的光强分布，用以获得性能优良的半导体T形栅光刻胶剖面结构。
3.本发明能用普通的半导体制造工艺设备和工艺材料制造M-PEL掩模，因此成本低，便于规模生产应用，特别适用于亚微米、深亚微米量级的化合物半导体和集成电路器件的生产制造。


图1是本发明M-PEL掩模结构示意图。
图2是本发明光刻胶19显影后的半导体T形栅三维立体结构示意图。
具体实施例方式
参照图1、图2，本发明产生T形栅的移相掩模光刻方法步骤如下，首先用计算机对T形栅移相掩模的图形尺寸、光刻工艺进行工艺模拟和优化设计，实施例是使用由英国卢瑟福国家实验室微结构研究中心崔铮博士提供的全光刻工艺模拟软件“COMPARE”，进行光刻工艺模拟和M-PEL掩模的优化设计。把所用投影光刻机的光学参数波长(λ)、数值孔径(NA)、相干因子(σ)、离焦值(DOF)输入计算机，实施例所用光刻机的光学参数为λ＝436nm、NA＝0.28，σ＝0.7，DOF＝0，光刻胶为AZ1350J，厚度10650，将上列各参数输入计算机，同时将T形栅图形窗口尺寸及移相掩模版图的单元布图输入计算机，启动计算机模拟程序COMPARE软件，选择曝光、显影剂量，得到符合T形栅要求的一维光强分布、二维和三维光刻胶显影剖面分布结构。如所得的结果与器件T形栅几何尺寸要求有偏离，可反复修改设计，直到获得最佳结果为止。
本发明的T形栅M-PEL掩模制造方法如下按照计算机模拟和优化设计所得到的T形栅掩模图形尺寸，在图形发生器上制作石英15铬17掩模板1、玻璃16铬17掩模版2，石英铬掩模版1上制作有组成每个T形栅单元图形的两个亮条图形窗口6，玻璃铬掩模版2上制作有铬层掩蔽的的套刻用透光窗口8，实施例石英铬掩模版1制作成由两条相距800nm、宽度各为560nm(均指换算到半导体晶片上的尺寸数值)的平行亮窗口6组成的石英铬版，石英铬掩模版1在其阻光区铬层掩蔽下用干法刻蚀在ME-3A型磁增强反应离子刻蚀机中，用四氟化碳气体/氧气(CF4/O2)刻蚀石英掩模板1两个亮条图形窗口6的石英15衬底表面到一定深度，用湿法化学抛光处理被刻蚀石英15衬底，干法刻蚀和化学抛光后，石英15衬底被刻蚀到设定的深度5，得到石英铬掩模版3上亮条窗口6的石英15衬底深度5为h，则h值应满足下式h＝Kλ/2(n-1)(1)式(1)中K为奇数，λ为所用投影光刻机的光源波长，n为掩模衬底材料在光源波长λ处的折射率。
实施例h＝4666×K，K＝1，则h＝4666。在ME-3A型干法刻蚀机上用CF4/O2(25/2.5sccm)刻蚀宽度为560nm的两条平行亮窗口6的石英衬底21分钟，经清洗、干燥，即可达到石英衬底刻蚀的一定深度。湿法化学抛光的目的是消除由于干法刻蚀造成的表面微粗糙化对光的散射效应，使180°位相差的相邻部分的透光率尽量一致，方能产生最大相消干涉，实施例湿法化学抛光是采用充分缓冲的SiO2腐蚀液，例如氟化氨45.4克加氢氟酸(40％)18毫升、加去离子水65.4毫升，化学抛光的时间在40到60秒之间选择，一般化学抛光时间为50秒。这样干法刻蚀和化学抛光后即可达到石英15衬底表面刻蚀总深度5的h值为4666。
本发明对石英铬掩模版3套刻去铬的光刻方法如下石英铬掩模版3涂上一层AZ1350型正性光刻胶，厚度为6000，前烘90℃、25分钟。用玻璃铬掩模版2作套刻掩模，用透光窗口8套准石英铬掩模3上中心区的铬层7，进行光刻曝光，经0.25N、TMAH/H2O显影60秒，并用硝酸铈铵酸性腐蚀液进行腐蚀，即可去掉石英铬掩模版3上中心区的铬层7，经去胶、清洗、干燥后，即最终制成本发明使用的由光学位相差互为180°的透光窗口9、11、10构成的T形栅移相掩模版4。
本发明实施例用M-PEL掩模版4制作半导体T形栅光刻胶结构时，将M-PEL掩模版4放在GCA3696精缩机上，对涂有AZ1350J型正性光刻胶19的半导体晶片进行光刻，实施例涂光刻胶厚度为10650，曝光后经0.25N、TMAH/H2O显影60秒，清洗、干燥后，即可获得栅长为Lg＝0.50μm的T形栅制造用的如图2中18图形所示的三维光刻胶剖面结构。为了防止光学邻近效应对亚半微米、深亚微米量级T形栅光刻结果的不良影响，在M-PEL掩模设计制造时，应进行光学邻近校正，本发明使用在栅条图形的根部和端部加辅助图形的方法，可有效的防止栅条根部变窄和端部缩短等问题。辅助图形的形状和尺寸、位置等，均由光刻工艺模拟确定。
本发明T形栅移相掩模版4上制作有三个互为180°光学位相差的透光窗口9、11、10，三个透光窗口9、11、10之间无铬图形，以180°光学位相边为窗口边界，透光窗口9与透光窗口11和相邻铬层17之间、透光窗口10与透光窗口11和相邻铬层17之间有180°的光学位相差。
实施例移相掩模版4在投影光刻机光源的照明下，由于光对透光窗口9、11、10照射时，它们之间光程差由深度5决定，深度5满足公式(1) 要求时，即产生180°光学位相差，透光窗口9、10与透光窗口11以及与铬层17之间均有180°光学位相差，只要经本发明所述计算机工艺模拟和优化设计的具有合适尺寸比例的三个透光窗口9、11、10，即可光刻产生T形栅所需要的光刻胶剖面结构18。
权利要求
1.一种用一次光刻产生T形栅的移相掩模光刻方法，其特征在于包括步骤a.用计算机对T形栅移相掩模的图形尺寸、光刻工艺进行工艺模拟和优化设计把投影光刻机的光源波长、数值孔径、相干因子、离焦值各参数输入计算机，将T形栅移相掩模的图形窗口尺寸及移相掩模版图的单元布图输入计算机，启动计算机模拟程序，选择曝光、显影剂量，得到符合T形栅要求的一维光强分布、二维和三维光刻胶显影剖面分布结构；b.制作T形栅移相掩模按照计算机模拟和优化设计的T形栅掩模尺寸，在图形发生器上制作石英(15)铬(17)掩模版(1)、玻璃(16)铬(17)掩模版(2)，石英铬掩模版(1)上制作有组成每个T形栅单元图形的两个亮条图形窗口(6)，玻璃铬掩模版(2)上制作有铬层掩蔽的套刻用透光窗口(8)，用干法反应离子刻蚀机将石英铬掩模板(1)两个亮条图形窗口(6)的石英(15)衬底表面刻蚀到一定深度，用湿法化学抛光处理被刻蚀的石英(15)衬底表面，干法刻蚀和化学抛光后，石英(15)衬底被刻蚀到设定深度(5)，得到石英铬掩模版(3)，在石英铬掩模版(3)上涂光刻胶，用玻璃铬掩模版(2)作套刻掩模，用透光窗口(8)套刻除去石英铬掩模版(3)上中心区的铬层(7)，得到由光学位相差互为180°的透光窗口(9)、(11)、(10)构成的T形栅移相掩模版(4)；c.制作半导体T形栅的光刻胶结构在投影光刻机上使用T形栅移相掩模版(4)，对涂有单层正性光刻胶(19)的半导体晶片进行光刻，得到半导体T形栅光刻胶剖面结构(18)。
2.根据权利要求1所述的用一次光刻产生T形栅的移相掩模光刻方法，其特征在于T形栅移相掩模版(4)上制作有三个互为180°光学位相差的透光窗口(9)、(11)、(10)，三个透光窗口(9)、(11)、(10)之间无铬图形，以180°光学位相边为窗口边界，透光窗口(9)与透光窗口(11)和相邻铬层(17)之间、透光窗口(10)与透光窗口(11)和相邻铬层(17)之间有180°的光学位相差。
全文摘要
本发明公开了一种用一次光刻产生T形栅的移相掩模光刻方法,它涉及半导体器件中的微光刻方法。它采用计算机对移相掩模的图形尺寸,进行光刻工艺模拟和优化设计,仅用一块由三个光学位相差互为180°的透明窗口构成的T形栅移相掩模,只需单层正性光刻胶,仅用一次曝光、显影即可产生T形栅光刻胶剖面结构。本发明方法可以大大简化T形栅的制造工艺,因此具有制造工艺简单、周期短,生产效率高,成本低、性能好等特点,特别适用于各种亚微米、深亚微米量级的化合物半导体和集成电路器件的生产制造。
文档编号H01L21/28GK1337600SQ0114211
公开日2002年2月27日 申请日期2001年9月13日 优先权日2001年9月13日
发明者韩安云, 张倩, 王维军, 王育中, 田振文, 樊照田 申请人:信息产业部电子第十三研究所