专利名称：光刻掩膜以及光刻方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种光刻掩膜以及光刻方法。
背景技术：
光刻技术是半导体制造工艺中的基本制程，广泛应用于刻蚀以及图形化工序。基 本目的在于将掩膜版上的光刻图形转移至掩膜层，通常包括如下步骤在半导体晶片上形 成光刻胶层，对所述光刻胶层进行选择性曝光，并通过显影步骤使得曝光后的光刻胶层进 一步形成光刻胶图案；以所述图案化后的光刻胶层位掩膜，对所述半导体晶片进行刻蚀，在 完成刻蚀之后采用后烘、灰化等工艺去胶。光刻胶的形成方式通常为喷涂或者旋涂，喷涂/旋涂装置将流质的光刻胶喷出， 均勻涂布在旋转的半导体晶片上，从而形成厚度一致的光刻胶。在光刻技术中，当形成 的光刻胶的厚度大于10000 A，在曝光显影后，光刻胶的表面将极易出现卫星斑点缺陷 (satellite defect) 0如图1所示，即光刻胶的表面出现类似于卫星状的突起或者泡沫状 浮渣等斑点，通常粘附于光刻胶表面的卫星斑点缺陷并无多大影响，然而如果上述斑点残 留在去胶之后的半导体晶片表面，将对后续的刻蚀、注入等工艺制程造成阻碍，则后果较为 严重。卫星斑点缺陷的成因较为复杂，通常是由于光刻胶涂层材料在显影和清洗步骤中 再沉积在图形化后的光刻胶表面上而形成，具体过程如图2至图5所示。参考图2，通常在待刻蚀的半导体晶片100，涂覆有光刻胶200，假设所述光刻胶 200为正胶。厚度在10000 A以上。参考图3，对所述光刻胶200进行曝光，将掩膜版上的图形转移至光刻胶200上， 图3中光刻胶200的斜线部分为被曝光的区域，在受到光照后，材质性质发生变化，将在显 影后被去除。参考图4，使用显影液300对光刻胶200进行显影，通常对于常用的浸没式光刻技 术，显影液300浸没于光刻胶200的表面，光刻胶200中被曝光的部分将溶于显影液300，而 被去除。由于光刻胶200的厚度较厚，即使是曝光部分，其底部的曝光程度要小于表面，因 此在显影过程中，对显影液300的溶解性也有差异。参考图5，采用清洗去除显影液300，溶于显影液300的光刻胶曝光部分也一并去 除，此时将发生未充分溶解的光刻胶涂料再沉积现象，附着于剩余的光刻胶未曝光部分的 表面，而产生卫星斑点缺陷400。为了减少卫星斑点缺陷，现有的方法通常是改变后烘温度、修正显影剂成分，增加 清洗时间等等。然而上述措施无法从根本上避免卫星斑点缺陷的产生机制，因此效果有限。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种光刻掩膜以及采用上述光刻掩膜的光刻方法，改善 光刻后产生附着于光刻胶表面的卫星斑点缺陷问题。
本发明提供的一种光刻掩膜，形成于半导体晶片的表面，包括位于半导体晶片表面的有机底部抗反射层；形成于所述有机底部抗反射层表面的光刻胶；形成于光刻胶表面的顶部涂层，所述顶部涂层可溶于显影液。可选的，所述顶部涂层为可溶于显影液的有机抗反射材料。厚度范围为500 A 1500 Ao可选的，所述顶部涂层为感光性材料；且感光性质与所述光刻胶相同。所述光刻胶 的厚度范围为5000 A 10 μ m。基于上述光刻掩膜，本发明所述的光刻掩膜的形成方法，基本步骤包括提供半导体晶片；在半导体晶片表面形成有机底部抗反射层；在所述有机底部抗反射层的表面形成光刻胶； 在所述光刻胶层的表面形成顶部涂层，所述顶部涂层可溶于显影液；采用光刻掩膜版对上述光刻胶进行曝光；采用显影液进行显影；清洗去除残留的显影液以及光刻胶残渣，形成图形化的光刻胶。可选的，所述顶部涂层为可溶于显影液的有机抗反射材料。厚度范围为500 A 1500 Ao可选的，所述顶部涂层为感光性材料；且感光性质与所述光刻胶相同；所述顶部 涂层旋涂或喷涂于光刻胶的表面。所述光刻胶的厚度范围为5000 A 10 μ m。本发明在光刻胶的表面形成一层可溶于显影液的顶部涂层，通常光刻胶在显影液 中的溶解速度大于顶部涂层，使其可以在曝光后的显影以及清洗过程中，附着于图形化后 被保留的光刻胶表面，而阻止曝光区域中未充分溶解的光刻胶残渣再沉积，从而降低卫星 斑点缺陷的影响。
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其他目 的、特征和优势将更加清晰。附图中与现有技术相同的部件使用了相同的附图标记。附图 并未按比例绘制，重点在于示出本发明的主旨。在附图中为清楚起见，放大了层和区域的尺 寸。图1是光刻胶表面卫星斑点缺陷的电镜图；图2至图5是现有的光刻方法中卫星斑点缺陷产生机制的示意图；图6是本发明所述光刻掩膜的结构示意图；图7是本发明所述光刻方法的流程示意图；图8至图14是本发明所述光刻方法具体实施例示意图；图15是本发明所述光刻方法光刻胶表面的电镜图。
具体实施例方式现有的光刻方法中，产生卫星斑点缺陷的重要因素是过厚的光刻胶层，导致曝光不彻底，使得光刻胶在显影清洗过程中，未溶于显影液的光刻胶残留发生再沉积，而附着于 图形化后被保留的光刻胶表面。为解决上述卫星斑点缺陷所引入的不良影响，本发明首先提供了的一种光刻掩 膜，形成于半导体晶片的表面，如图6所示，其基本结构包括位于半导体晶片100表面的有机底部抗反射层101 ；形成于所述有机底部抗反射层101表面的光刻胶200 ；形成于光刻胶200表面的顶部涂层201，所述顶部涂层201可溶于显影液。可选的，所述顶部涂层201为可溶于显影液的有机抗反射材料。厚度范围为500 A 1500 A。可选的，所述顶部涂层201为感光性材料；且感光性质与所述光刻胶200相同。所 述光刻胶200的厚度范围为5000 A 10 μ m。基于上述光刻掩膜，本发明还提供了一种光刻方法，如图7所示，基本步骤包括Si、提供半导体晶片；其中半导体晶片作为待刻蚀的部分，最终光刻掩膜版的图形将转移至半导体晶片 上。因此本发明所述的半导体晶片并不仅仅局限于半导体硅晶片，还应当包括各种需要图 形化的半导体层、区、器件乃至结构。S2、在半导体晶片表面形成有机底部抗反射层；所述有机底部抗反射层用于提高光刻精度，消除驻波、衍射等光学效应对光刻套 刻精度的影响。S3、在所述有机底部抗反射层的表面形成光刻胶；所述光刻胶可选为正胶或者反胶材料，均勻涂抹于有机底部抗反射层上，本发明 适用于大厚度光刻胶的光刻工艺，所述光刻胶的厚度范围通常在5000 A 10 μ m。采用喷 涂或者旋涂工艺，涂覆至形成有底部抗反射层的半导体晶片上。S4、在所述光刻胶层的表面形成顶部涂层，所述顶部涂层可溶于显影液；其中所述顶部涂层，采用可溶于显影液的有机抗反射材料。厚度范围为500 A 1500人。还可以选择具有感光性或负性感光性，且感光性质与光刻胶相同的材料。可以采 用旋涂或喷涂工艺，涂覆至光刻胶的表面。S5、采用光刻掩膜版对上述光刻胶进行曝光；所述曝光不但对光刻胶产生作用，同样可能作用至采用了感光性材料的顶部涂 层。初步将光刻掩膜版的图形转移至光刻胶。S6、采用显影液进行显影；所述显影液能够溶解被曝光或者未曝光部分的光刻胶。此外需要指出的是，如果 顶部涂层选用的是非感光材料，显影后所有的顶部涂层均将溶解于显影液，在后续清洗过 程中可以一并去除；如果顶部涂层选用的是具有感光性，且感光性质与光刻胶相同的材料， 显影清洗后只会去除一部分顶部涂层，而剩余的顶部涂层将在对半导体晶片的刻蚀过程结 束后的灰化去胶步骤中去除。S7、清洗去除残留显影液以及光刻胶残渣，形成图形化的光刻胶。由于光刻胶表面具有顶部涂层的保护，因此在显影清洗过程中，能够阻止未溶解 的光刻胶再沉积现象，进而有效地降低卫星斑点缺陷，图形化的光刻胶形成后，其表面附着的残留浮渣将大大减少。在光刻结束后，便可以以图形化的光刻胶为掩膜对半导体晶片进行刻蚀或者离子 注入等工艺；并在刻蚀或离子注入结束后采用灰化等方法去除半导体晶片表面的有机底部 抗反射层以及光刻胶。下面结合具体的实施例，对本发明作进一步的介绍，虽然其中阐述了很多具体细 节以便于充分理解本发明，但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本 领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的 具体实施的限制。图8至图14是本发明所述光刻方法具体实施例示意图。为完整阐述以及揭示本 发明，本实施例在形成图形化光刻胶后还包括了刻蚀灰化等步骤。首先如图8所示，提供待刻蚀或者离子注入的半导体晶片100。所述半导体晶片100，包括半导体衬底以及基于半导体衬底上的半导体层、区、器 件等各种结构，并不局限于图示所示结构。本发明适用于各种光刻场合，因此本发明领域技 术人员容易推得本发明更广泛之应用。为便于说明，本实施例中，所述光刻方法应用于刻蚀 步骤，定义所述半导体晶片100包括刻蚀阻挡层110以及位于刻蚀阻挡层110上的介质层 120，将在介质层120中刻蚀形成通孔，而停止于刻蚀阻挡层110上。如图9所示，在半导体晶片100的表面依次逐层形成有机底部抗反射层101、光刻 胶200、顶部涂层201。其中，有机底部抗反射层101用于防止光线通过后续形成的光刻胶后在晶片界面 发生反射，使得光刻胶均勻曝光，提高光刻的精度。所述有机底部抗反射层101的材料为 C-H-O化合物，形成有机底部抗反射层101的方法可以喷涂或者旋涂工艺。本实施例中，采 用旋涂工艺将有机底部抗反射层101涂覆于半导体晶片100中介质层120的表面，且使得 机底部抗反射层101的表面平整，以便于后续光刻胶200的均勻涂覆。所述光刻胶200可以为正胶也可以为负胶，也可以采用喷涂或者旋涂方法形成。 本发明所述光刻方法，能够广泛适用于大厚度光刻胶的光刻场合，以解决大厚度光刻胶的 卫星斑点缺陷。所述大厚度的光刻胶厚度范围通常为5000 A 10 μ m。本实施例中，所述 光刻胶200为正胶，采用旋涂方法均勻地涂覆于旋转的半导体晶圆100上，具体的，涂覆于 有机底部抗反射层101的表面，厚度为10000 A。所述顶部涂层201，用于保护光刻胶200表面，在后续的显影清洗过程中，组织未 溶解于显影液的光刻胶残留的再沉积。所述顶部涂层201应当可溶于显影液。此外，顶部涂 层201还可以选用具有正性或负性感光性质的材料，且感光性质与光刻胶200相同，而配合 使用，一般厚度在500 A 1500 A。本实施例中，所述顶部涂层201采用不具有感光性质， 但可溶解于显影液的有机抗反射材料(Developer-soluble BARC，DBARC)，可以采用喷涂或 者旋涂方法形成于光刻胶200表面，厚度为900 A。在形成上述各层后，通常还包括前烘的步骤，在真空条件下，以85摄氏度 120摄 氏度的温度，加热30秒 60秒，可以挥发去除残留上述各喷涂/旋涂方法中使用的有机溶 剂，增强各层之间的粘附性以及释放光刻胶的内应力等。如图10所示，使用光刻掩膜版对光刻胶200进行曝光，初步对光刻胶200进行图 形化。
图中光刻胶200上的斜线填充部分为受到曝光的部分，由于本实施例中，光刻胶 200为正胶，因此该区域将在后续的显影清洗过程中被去除。此外本实施例中，顶部涂层 201为非感光性的DBARC材料，厚度远小于光刻胶200的厚度，因此并不会对曝光的光线产 生阻挡作用。在曝光结束后，通常还包括后烘的步骤，在真空条件下，以110摄氏度 130摄氏 度的温度，加热30秒 60秒，可以减少驻波效应。如图11所示，采用显影液进行显影。本实施例中，采用浸没式光刻，将所述半导体 晶片100及其表面的各层掩膜，浸没于显影液300中，所述应用于正胶的显影液，可以为四 甲基氢氧化铵(TMAH)。其中顶部涂层201以及光刻胶200受到曝光的部分将被溶解。相 对而言，光刻胶200在显影液中的溶解速度大于DBARC材料的顶部涂层201，因此顶部涂层 201对光刻胶200中未曝光部分的表面在显影以及后续的清洗过程起到一定的保护作用， 能够防止光刻胶200曝光部分中未彻底溶解的光刻胶残渣再沉积至光刻胶200其余部分的 表面。如图12所示，从显影液300中取出半导体晶片100，然后使用去离子水清洗去除 残留的显影液300以及光刻胶200表面的各种泡沫残渣等。由于顶部涂层201以及受到曝 光的光刻胶200部分已溶解至显影液中，再进一步通过去离子水清洗，光刻胶200完成图形 化，形成开口，所述开口即后续刻蚀工艺的起始位置。在清洗结束后，还可以辅以硬烘步骤，蒸发光刻胶200上的残留有机溶剂，同时起 到坚膜以及进一步减少驻波效应等作用。在上述显影以及清洗步骤中，顶部涂层201有效的阻止了未彻底溶解的光刻胶残 渣再沉积现象，在较大程度上消除图形化后的光刻胶200表面上所存在的卫星斑点缺陷。如图13所示，以图形化的光刻胶200为掩膜依次刻蚀有机底部抗反射层101以及 半导体晶片100中的介质层120，直至刻蚀停止层110。所述刻蚀工艺可以为等离子刻蚀， 也可以为化学腐蚀等。该步骤最终将光刻掩膜版的图形转移至半导体晶片100上。如图14所示，采用灰化法去除半导体晶片100表面的有机底部抗反射层101以及 光刻胶200。上述实施例仅以应用于刻蚀工艺的光刻方法为例，本发明所述光刻方法同样可以 应用于离子注入等工艺。图15为采用本发明所述光刻方法进行光刻时，图形化的光刻胶表 面的电镜图，光滑平整几乎没有斑点或者残渣等杂质，本发明对解决光刻胶表面的卫星斑 点缺陷，具有非常优良的效果。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的 保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种光刻掩膜，形成于半导体晶片的表面，其特征在于，包括 位于半导体晶片表面的有机底部抗反射层；形成于所述有机底部抗反射层表面的光刻胶；形成于光刻胶表面的顶部涂层，所述顶部涂层可溶于显影液。
2.如权利要求1所述的光刻掩膜，其特征在于，所述顶部涂层为可溶于显影液的有机 抗反射材料。
3.如权利要求2所述的光刻掩膜，其特征在于，所述顶部涂层的厚度范围为 500A 1500 A。
4.如权利要求1所述的光刻掩膜，其特征在于，所述顶部涂层为感光性材料。
5.如权利要求4所述的光刻掩膜，所述顶部涂层的感光性质与所述光刻胶相同。
6.如权利要求1所述的光刻掩膜，所述光刻胶的厚度范围为5000人 ΙΟμιη。
7.一种光刻方法，其特征在于，基本步骤包括 提供半导体晶片；在半导体晶片表面形成有机底部抗反射层； 在所述有机底部抗反射层的表面形成光刻胶； 在所述光刻胶层的表面形成顶部涂层，所述顶部涂层可溶于显影液； 采用光刻掩膜版对上述光刻胶进行曝光； 采用显影液进行显影；清洗去除残留的显影液以及光刻胶残渣，形成图形化的光刻胶。
8.如权利要求7所述的光刻方法，其特征在于，所述顶部涂层为可溶于显影液的有机 抗反射材料。
9.如权利要求8所述的光刻方法，其特征在于，所述顶部涂层的厚度范围为 500Α 1500 Α。
10.如权利要求7所述的光刻方法，其特征在于，所述顶部涂层为感光性材料。
11.如权利要求 ο所述的光刻方法，所述顶部涂层的感光性质与所述光刻胶相同。
12.如权利要求7所述的光刻方法，其特征在于，所述顶部涂层旋涂或喷涂于光刻胶的表面。
13.如权利要求7所述的光刻方法，其特征在于，所述光刻胶的厚度范围为 5000Α~10μηι。
全文摘要
本发明提供了一种光刻掩膜以及采用上述光刻掩膜的光刻方法，其中所述光刻掩膜包括位于半导体晶片表面的有机底部抗反射层；形成于所述有机底部抗反射层的光刻胶；形成于光刻胶表面的顶部涂层，所述顶部涂层可溶于显影液。本发明所述的顶部涂层，可以在曝光后的显影以及清洗过程中，附着于图形化后被保留的光刻胶表面，阻止曝光区域中未充分溶解的光刻胶残渣再沉积，从而降低卫星斑点缺陷的影响。
文档编号G03F1/14GK102129167SQ20101002271
公开日2011年7月20日 申请日期2010年1月12日 优先权日2010年1月12日
发明者安辉, 黄宜斌 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司