专利名称：光刻胶图形的优化方法和接触孔的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及光刻胶图形的优化方法和接触孔的形成方法。
背景技术：
随着半导体器件制作技术的飞速发展，半导体器件已经具有深亚微米结构。由于集成电路中所含器件的数量不断增加，器件的尺寸也因集成度的提升而不断地缩小。为了提高集成度，降低制造成本，元件的关键尺寸不断变小，芯片单位面积内的元件数量不断增加，平面布线已难以满足元件高密度分布的要求，只能采用多层布线技术，利用芯片的垂直空间，进一步提高器件的集成密度，在各层布线之间利用接触孔进行电连接。现有制作接触孔的工艺可以参考图1至图4。如图1所示，在包含晶体管、金属连线或驱动电路等结构的半导体衬底100上形成布线层102，其中布线层102的材料可以为铝、铜、铝铜合金或多晶硅；在布线层102上形成介电层104，用于膜层间的隔离；在介电层 104表面形成抗反射层106，用于后续曝光工艺中保护下面的膜层免受光的影响；在抗反射层106上旋涂光刻胶层108。如图2所示，将光掩模版110上的接触孔图形通过光刻技术转移至光刻胶层108 上，形成接触孔开口图形112。如图3所示，以光刻胶层108为掩模，用干法刻蚀法沿接触孔开口图形112刻蚀抗反射层106和介质层104至露出布线层102，形成接触孔114。如图4所示，用灰化法去除光刻胶层108，然后再用湿法刻蚀法去除残留的光刻胶层108和抗反射层106。在申请号20031012^60. 7的中国专利申请文献中，还可以发现更多与上述技术方案相关的在布线层间形成接触孔的信息。随着半导体制造工艺的精细化，设计准则逐步减少，要求光刻胶接触孔的临界尺寸也越来越小。尤其是在60纳米、45纳米工艺以下，由于制作光掩模版和光刻工艺的限制， 因此，要得到细微的线路图案和细微的图案节距变得非常困难，在60纳米、45纳米以下工艺中采用现有技术形成接触孔时，由于不能很好地控制光刻胶在曝光过程中的酸扩散的均一性，致使接触孔开口图形以及最终形成的目标接触孔的不规整。现以接触孔开口图像为例，如图如所示，所述接触孔开口图形中的边沿呈凹凸不平；而如图恥所示，例如原本应该是呈圆形的接触孔开口图形的开口变成了椭圆形或其他不规则形状。不规整的接触孔开口图形使得最终形成的目标接触孔规整度也较差，由此可能造成连接结构的桥接，漏电流或器件性能的漂移甚至损坏等问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种光刻胶图形的优化方法，避免在精细化工艺尺寸下因不能很好地控制用于形成接触孔开口图形的光刻胶的均一性而致使接触孔开口图形以及与接触孔开口图形对应的目标接触孔的规整度较差、影响半导体器件性能的问题。为解决上述问题，本发明提供一种光刻胶图形的优化方法，包括通过曝光显影将掩模版上的接触孔图形转移至光刻胶层上，形成接触孔开口图形；在临近光刻胶的玻璃化温度下对所述接触孔开口图形进行烘烤，软化所述光刻胶层以使所述接触孔开口图形得到规整化。可选地，所述掩模版上的接触孔图形的临界尺寸为60纳米至200纳米。可选地，所述烘烤温度比所述光刻胶的玻璃化温度低5°C至10°C，烘烤时间为25 秒至35秒。可选地，所述光刻胶的玻璃化温度为160°C至200°C。本发明在另一方面还提供一种接触孔的形成方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底表面依序形成有布线层、介质层、阻挡层和抗反射层；在所述抗反射层上形成光刻胶层，所述光刻胶层中的光刻胶具有玻璃化温度；通过曝光显影将掩模版上的接触孔图形转移至所述光刻胶层上，形成接触孔开口图形；在临近所述光刻胶的玻璃化温度下对所述接触孔开口图形进行烘烤，软化所述光刻胶层以使所述接触孔开口图形得到规整化；以所述光刻胶层为掩模，沿所述接触孔开口图形刻蚀所述抗反射层；以所述抗反射层为掩模，刻蚀所述阻挡层至显露出所述介质层，以形成目标接触孔开口 ；以所述阻挡层为掩模，沿所述目标接触孔开口刻蚀所述介质层至显露出所述布线层，形成目标接触孔。可选地，所述介质层的材料为低k材料。可选地，所述介质层的厚度为2000埃至12000埃。可选地，所述阻挡层的材料为含碳化合物。可选地，所述阻挡层的厚度为1500埃至2500埃。可选地，所述抗反射层的材料为有机高分子溶剂。可选地，所述抗反射层的材料为含硅的有机高分子溶剂。可选地，所述抗反射层的厚度为200埃至1000埃。可选地，所述烘烤温度比所述光刻胶的玻璃化温度低5°C至10°C，烘烤时间为25 秒至35秒。可选地，所述光刻胶的玻璃化温度为160°C至200°C。可选地，所述掩模版上的接触孔图形的临界尺寸为60纳米至200纳米。与现有技术相比，本发明具有以下优点在临近所述光刻胶的玻璃化温度下对所述接触孔开口图形进行烘烤，软化光刻胶，利用光刻胶的表面张力，使得接触孔开口图形得到规整化，制作出规整度较好的目标接触孔，提高半导体器件的性能。
图1至图4为现有工艺形成接触孔开口图形的示意图；图fe和图恥为现有工艺中形成的规整度较差的接触孔开口图形的示意图；图6为本发明光刻胶图形的优化方法的具体实施方式
流程图；图7为本发明形成接触孔的具体实施方式
流程图；图8至图15为本发明形成接触孔的实施例示意图。
具体实施例方式现有形成接触孔开口图形的工艺，随着半导体制造工艺的细微化，要求光刻胶接触孔的临界尺寸也越来越小，在光刻过程中不能很好地控制光刻胶在曝光过程中的酸扩散的均一性，致使形成接触孔开口图形的开口不规整，影响半导体器件的性能。本发明通过实验对工艺进行了改进，提供了一种光刻胶图形的优化方法。图6即示出了光刻胶图形的优化方法的流程示意图，如图6所示，步骤S101，通过曝光显影将掩模版上的接触孔图形转移至光刻胶层上，形成接触孔开口图形；步骤S103，在临近光刻胶的玻璃化温度下对所述接触孔开口图形进行烘烤，软化所述光刻胶层以使所述接触孔开口图形得到规整化。另外，本发明的发明人基于上述光刻胶图形的优化方法，另提供了一种接触孔的形成方法，图7为本发明形成接触孔的具体实施方式
流程图，如图7所示，执行步骤S201， 提供半导体衬底，所述半导体衬底表面依序形成有布线层、介质层、阻挡层和抗反射层；步骤S203，在所述抗反射层上形成光刻胶层，所述光刻胶层中的光刻胶具有玻璃化温度；步骤S205，通过曝光显影将掩模版上的接触孔图形转移至所述光刻胶层上，形成接触孔开口图形；步骤S207，在临近所述光刻胶的玻璃化温度下对所述接触孔开口图形进行烘烤，软化所述光刻胶层以使所述接触孔开口图形得到规整化；步骤S209，以所述光刻胶层为掩模，沿所述接触孔开口图形刻蚀所述抗反射层；步骤S211，以所述抗反射层为掩模，刻蚀所述阻挡层至显露出所述介质层，以形成目标接触孔开口 ；步骤S213，以所述阻挡层为掩模， 沿所述目标接触孔开口刻蚀所述介质层至显露出所述布线层，形成规整度较好的目标接触孔。下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。图8至图15是本发明形成目标接触孔的实施例示意图。如图8所示，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200上已包含有晶体管或存储器或金属连线等结构。在半导体衬底200上形成布线层202，其中布线层202的材料可以为铝、铜、铝铜合金或多晶硅，如果布线层202的材料为铝、铜或铝铜合金的话，则形成方法为溅射法或电镀法等；如果布线层202的材料为多晶硅，则形成方法为化学气相沉积法(CVD) 或等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)等。继续参考图8，用化学气相沉积法或物理气相沉积法在布线层202上形成厚度为 2000埃至12000埃的介电层204，介电层204的材料为氧化硅或氮氧化硅等，其作用为使接触孔之间互相绝缘；用化学气相沉积法或物理气相沉积法在介电层204上形成厚度为1500 埃至2500埃的阻挡层206，阻挡层206的材料为含碳化合物等，其作用为在刻蚀过程中作为接触孔图形的硬掩模，其作用为在刻蚀过程中保护其下方的布线层不被影响；利用旋涂法在阻挡层206上形成厚度为200埃至1000埃的抗反射层(BARC) 208，抗反射层208的材料为有机高分子溶剂或含硅的有机高分子溶剂，其作用为于后续曝光工艺中保护下面的膜层免受光的影响，减少曝光过程中光在后续形成的光刻胶层的上下表面的反射，以使曝光的大部分能量都被光刻胶层吸收。如图9所示，利用旋涂法在抗反射层208上形成光刻胶层210，光刻胶层210中的光刻胶具有玻璃化温度。具体来讲，在发生玻璃化转变时，所述光刻胶的许多物理性能(特别是力学性能)会发生急剧的变化，在以所述玻璃化温度为中心的前后相差几摄氏度的区间范围内，会使所述光刻胶的材料从坚硬的固体或类固体，突然变成柔软的弹性体或胶体。 需说明的是，所述玻璃化温度可以根据所述光刻胶的材料特性而具有不同的具体温度值。如图10所示，通过曝光显影将掩模版212上的接触孔图形转移至光刻胶层210 上，形成接触孔开口图形214。光刻胶是一种感光材料，受光照后会发生化学反应，从而将光掩模版上的光学图案转移至晶片表面。在接触孔开口图形214形成过程中，由于对解析度要求较高，因此，一般采用正光刻胶。该类光刻胶通常是通过感光剂而交联的酚醛树脂 (Novolac)。曝光时，光子引发光刻胶中光敏产酸物(PAG)发生光化学反应产生质子H+(光酸)，此质子会与光刻胶反应导致其交联键断裂而解交联，使得曝光部分的光刻胶可被显影剂所溶解，从而得到光刻胶图形。另外，所述掩模版上的接触孔图形的临界尺寸为60纳米至200纳米。如图10所示，在形成光刻胶图形后，在临近所述光刻胶的玻璃化温度下对所述接触孔开口图形进行烘烤。在一实施例中，所述烘烤处理具体可以包括对承载平台(例如载板)进行加热，使其温度临近所述光刻胶的玻璃化温度；再将所述形成光刻胶层210的半导体衬底200置放于所述承载平台，以对所述晶片上光刻胶层的光刻胶进行烘烤，并在所述烘烤温度下保持一定的烘烤时间；之后，再将所述承载平台移除或将所述半导体衬底转移出去，使得所述具有光刻胶层210的半导体衬底200在常温(20°C左右)下自然冷却。通过上述烘烤处理，可以使得光刻胶层210中的光刻胶发生软化，变成胶体，减少了光刻胶的粘合性，允许光刻胶在一定范围内流动或塌陷，在表面张力的作用下，接触孔开口图形214得到重新修整，其开口得以规整化。在实际应用中，所述临近所述光刻胶的玻璃化温度具体指所述烘烤处理中的烘烤温度比所述光刻胶的玻璃化温度要低5°C至10°C，烘烤时间为25秒至35秒。另外，所述玻璃化温度可以根据所述光刻胶的材料特性而具有不同的具体温度值，一般而言，所述光刻胶的玻璃化温度的范围大致为160°C至200°C。举例来讲，假设某一光刻胶的玻璃化温度为190°C，则所述烘烤温度可以设为188°C，烘烤时间为30秒。另外，需说明的是，所述烘烤时间并不限于上述的范围，一般情况下，烘烤时间越长，烘烤效果相对就更好一些。但现在， 我们选取的烘烤时间为30秒左右，是在烘烤效果和生产制作效率的情况下综合考虑的结果，并非用于限定本发明的保护范围。请参阅图Ila和图11b，其分别示出了经过烘烤后的接触孔开口图形的截面图和正视图。如图Ila所示，接触孔开口图形214的顶部的开口边缘得到圆化，其边沿平整光滑。 如图lib所示，接触孔开口图形214的形状得到规整化，呈现出规则或较为规则的圆形。经实验证明，经过烘烤处理后的接触孔开口图形的规整度要比现有技术中未经烘烤处理的接触孔开口图形的规整度改善至少30%。另外，需特别说明的是，由于在发明中，对接触孔开口图形214进行烘烤处理，因此，在加温条件下对接触孔开口图形214下的膜层(特别是抗反射层208)提出了更高的要求。因此，抗反射层208的材料对于后续接触孔开口图形214的形成质量发挥着重要的作用。经大量实验证明，抗反射层208的材料若选取的是普通的有机高分子，则抗反射层208 在烘烤处理过程中的高温下产生不稳定的变化(例如发生软化)，由于抗反射层208及其上的光刻胶层210中的光刻胶都出现了软化，这样易造成接触孔开口图形214中与抗反射层208相交接的底部不干净，会残留有浮渣(Scum)，影响后续接触孔的形成，具体如图1 所示。相应地，抗反射层208的材料若选取的是含硅的有机高分子，由于含硅的有机高分子具有较高的稳定性，在烘烤处理过程中的高温下不易出现不稳定，这样就可以使得光刻胶层210中的光刻胶软化后在表面张力的作用下使得接触孔开口图形214得以规整化，避免在其底部出现浮渣，具体如图12b所示。如图13所示，以光刻胶层210为掩模，沿接触孔开口图形214刻蚀抗反射层208， 在抗反射层208上形成与后续接触孔对应的开口 216。在本实施例中，所述刻蚀形成开口 216的方法可以采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺，优选地，为干法刻蚀工艺。如图14所示，去除光刻胶层210 ；以抗反射层208为掩模，刻蚀阻挡层206至显露出介质层204，以形成目标接触孔开口 218。在本实施例中，所述去除光刻胶210的方法可以采用灰化法。刻蚀阻挡层206以形成目标接触孔开口 218的方法可以采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺，优选地，为干法刻蚀工艺。如图15所示，去除抗反射层208，以阻挡层206为掩模，沿目标接触孔开口 218刻蚀介质层204至显露出布线层202，形成目标接触孔220。在本实施例中，去除抗反射层208 的方法可以采用的等离子干法刻蚀工艺。刻蚀介质层204以形成目标接触孔220的方法可以采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺，优选地，为干法刻蚀工艺。由于通过额外的烘烤处理，使得作为目标接触孔220基础的接触孔开口图形214得以规整化，这样，在后续形成的目标接触孔220的规整度势必要好得多，降低了出现连接结构的桥接、漏电流或器件性能的漂移甚至损坏等缺陷的可能，提高了半导体器件的性能。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，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。
8
权利要求
1.一种光刻胶图形的优化方法，其特征在于，包括通过曝光显影将掩模版上的接触孔图形转移至光刻胶层上，形成接触孔开口图形； 在临近光刻胶的玻璃化温度下对所述接触孔开口图形进行烘烤，软化所述光刻胶层以使所述接触孔开口图形得到规整化。
2.根据权利要求1所述光刻胶图形的优化方法，其特征在于，所述掩模版上的接触孔图形的临界尺寸为60纳米至200纳米。
3.根据权利要求1所述光刻胶图形的优化方法，其特征在于，所述烘烤温度比所述光刻胶的玻璃化温度低5°C至10°C，烘烤时间为25秒至35秒。
4.根据权利要求1所述光刻胶图形的优化方法，其特征在于，所述光刻胶的玻璃化温度为 1600C M 2000C ο
5.一种接触孔的形成方法，其特征在于，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底表面依序形成有布线层、介质层、阻挡层和抗反射层；在所述抗反射层上形成光刻胶层；通过曝光显影将掩模版上的接触孔图形转移至所述光刻胶层上，形成接触孔开口图形；在临近所述光刻胶的玻璃化温度下对所述接触孔开口图形进行烘烤，软化所述光刻胶层以使所述接触孔开口图形得到规整化；以所述光刻胶层为掩模，沿所述接触孔开口图形刻蚀所述抗反射层； 以所述抗反射层为掩模，刻蚀所述阻挡层至显露出所述介质层，以形成目标接触孔开Π ；以所述阻挡层为掩模，沿所述目标接触孔开口刻蚀所述介质层至显露出所述布线层， 形成目标接触孔。
6.根据权利要求5所述接触孔的形成方法，其特征在于，所述介质层的材料为低k材料。
7.根据权利要求6所述接触孔的形成方法，其特征在于，所述介质层的厚度为2000埃至12000埃。
8.根据权利要求5所述接触孔的形成方法，其特征在于，所述阻挡层的材料为含碳化合物。
9.根据权利要求8所述接触孔的形成方法，其特征在于，所述阻挡层的厚度为1500埃至2500埃。
10.根据权利要求5所述接触孔的形成方法，其特征在于，所述抗反射层的材料为有机高分子溶剂。
11.根据权利要求5所述接触孔的形成方法，其特征在于，所述抗反射层的材料为含硅的有机高分子溶剂。
12.根据权利要求10或11所述接触孔的形成方法，其特征在于，所述抗反射层的厚度为200埃至1000埃。
13.根据权利要求5所述接触孔的形成方法，其特征在于，所述烘烤温度比所述光刻胶的玻璃化温度低5°C至10°C，烘烤时间为25秒至35秒。
14.根据权利要求5所述接触孔的形成方法，其特征在于，所述光刻胶的玻璃化温度为 160 0C M 200 0C ο
15.根据权利要求5所述接触孔的形成方法，其特征在于，所述掩模版上的接触孔图形的临界尺寸为60纳米至200纳米。
全文摘要
一种光刻胶图形的优化方法和接触孔的形成方法，所述光刻胶图形的优化方法包括提供半导体衬底，所述半导体衬底表面依序形成有布线层、介质层、阻挡层和抗反射层；在所述抗反射层上形成光刻胶层，所述光刻胶层中的光刻胶具有玻璃化温度；通过曝光显影将掩模版上的接触孔图形转移至所述光刻胶层上，形成接触孔开口图形；在临近所述光刻胶的玻璃化温度下对所述接触孔开口图形进行烘烤，软化所述光刻胶层以使所述接触孔开口图形得到规整化。本发明通过在临近所述光刻胶的玻璃化温度下对接触孔开口图形的烘烤处理，使得接触孔开口图形得到规整化，制作出规整度较好的目标接触孔，提高了半导体器件的性能。
文档编号H01L21/768GK102262356SQ201010192860
公开日2011年11月30日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者任亚然, 林益世, 黄宜斌 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司