光刻方法及其应用工艺与流程

本申请涉及半导体制造技术领域，具体而言，涉及一种光刻方法、自对准硅化物工艺、接触孔制作工艺和有源区反刻工艺。

背景技术：

在半导体制造工艺过程中，晶片边缘与硅衬底直接接触的SiO_X层常被刻蚀掉，硅衬底直接暴露出，当这部暴露出的硅衬底表面设置Ti层、TiN层、Si₃N₄层或含Ti的硅化物层等与硅的热膨胀系数严重不匹配的结构层时，在热处理过程中，硅衬底与这些结构层之间存在较大的应力，此应力使得晶片边缘的这些结构层成为剥落缺陷源头掉入晶片的内部，影响器件的性能，造成器件的良率降低。

现有技术中为了改善上述的边缘剥落缺陷，常采用启动刷或者在关键层的刻蚀完成后会增加倾斜刻蚀。启动刷对上述的晶片边缘剥落缺陷的改善作用很小。倾斜刻蚀可以改善一部分的边缘剥落缺陷，不能彻底改善边缘剥落缺陷，并且此方法增加的倾斜刻蚀需要专门的设备，这将增加工艺成本，增加晶片生产周期，另外此工艺步骤的增加也增加了晶片边缘等离子损伤的风险。

由此可见，亟需一种能够有效改善晶片边缘剥落缺陷的光刻方法。

技术实现要素：

本申请旨在提供一种光刻方法、自对准硅化物工艺、接触孔制作工艺和有源区反刻工艺，以解决现有技术中晶片边缘剥落缺陷的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种光刻方法，该光刻方法包括：步骤S1，在晶片表面的介质层上设置主光刻胶层，上述介质层至少包括SiO_X层，且上述SiO_X层直接设置在上述晶片的硅衬底表面上；步骤S2，对上述主光刻胶层进行曝光；步骤S3，在曝光后的上述主光刻胶层的边缘区域设置副光刻胶层；步骤S4，对曝光后的上述主光刻胶层和上述副光刻胶层进行显影，形成光刻胶掩膜层；以及步骤S5，在上述光刻胶掩膜层的保护下，对上述介质层进行刻蚀。

进一步地，上述边缘区域为从晶圆外边缘向内延伸1～3mm的区域。

进一步地，上述副光刻胶的厚度为上述主光刻胶层的厚度的0.5～1倍。

进一步地，设置上述副光刻胶层时光刻机的转速为设置上述主光刻胶层时上述光刻机转速的0.25～0.5倍。

进一步地，上述光刻机设置上述副光刻胶层的时间为设置上述主光刻胶层的时间的0.5～2倍。

根据本申请的另一个方面，提供了一种自对准硅化物工艺，该自对准硅化物工艺包括光刻过程，上述光刻过程采用上述光刻方法实施。

进一步地，上述自对准硅化物工艺包括：步骤S10，实施上述光刻过程在晶片上形成凹槽；步骤S20，在上述晶片的表面上与上述凹槽内设置金属层；以及步骤S30，对具有上述金属层的晶片进行热处理，形成金属硅化物。

根据本申请的另一个方面，提供了一种接触孔制备工艺，该接触孔制备工艺包括光刻过程，该光刻过程采用上述光刻方法实施。

进一步地，上述接触孔制备工艺包括：步骤S10’，实施上述光刻过程在晶片上形成凹槽；步骤S20’，在上述介质层上、上述凹槽中依次设置粘合层和金属层；以及步骤S30’，去除上述介质层表面以上的上述粘合层和上述金属层，形成接触孔。

根据本申请的另一个方面，提供了一种有源区反刻工艺，该有源区反刻工艺包括光刻过程，该光刻过程采用上述光刻方法实施。

应用本申请的光刻方法，在对上述主光刻胶层进行曝光后，又在主光刻胶层的边缘区域设置副光刻胶层，未经过曝光的副光刻胶层在后续的显影中仍然保留，在步骤S5的刻蚀过程中，由于晶片边缘区域的副光刻胶层的存在，使得晶片边缘区域的介质层得以保留，使得介质层中的与硅衬底直接接触的SiO_X层得以保留下来，进而使得后续设置的结构层未与晶片的衬底硅直接接触，进而避免了热处理过程中二者之间的较大应力导致的剥落缺陷的产生，提高了器件的良率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请一种优选实施方式中的光刻方法的工艺流程示意图；

图2示出了在晶片上设置介质层后形成的晶片剖面结构示意图；

图3示出了在图2所示的结构上设置光刻胶层后的晶片的剖面结构示意图；

图4示出了对图3所示的结构进行曝光后在边缘区域设置副光刻胶层后的晶片的剖面结构示意图；

图5示出了对图4所示的结构进行显影后的晶片的剖面结构示意图；

图6示出了对图5所示的结构进行刻蚀形成凹槽后的晶片的剖面结构示意图；

图7示出了在图6所示的结构上沉积粘合层后形成的晶片的剖面结构示意图；

图8示出了在图7所示的结构上沉积金属层后形成的晶片的剖面结构示意图；以及

图9示出了去除图8所示的凹槽以外的金属层与粘合层后形成接触孔的晶片剖面结构示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

正如背景技术所介绍的，现有技术中清除晶片边缘剥落缺陷的方法比较复杂，成本较高，并且不能有效、彻底改善晶片边缘的剥落缺陷，为了解决上述问题，本申请提出了一种光刻方法。

本申请一种优选的实施方式中，提供了一种光刻方法，如图1所示，该光刻方法包括：步骤S1，在晶片表面的介质层上设置主光刻胶层，该介质层至少包括SiO_X层，且SiO_X层直接设置在上述晶片的硅衬底的表面上；步骤S2，对上述主光刻胶层进行曝光；步骤S3，在曝光后的上述主光刻胶层的边缘区域设置副光刻胶层；步骤S4，对曝光后的上述主光刻胶层和上述副光刻胶层进行显影，形成光刻胶掩膜层；以及S5，在上述光刻胶掩膜层的保护下，对上述介质层进行刻蚀。本申请中的介质层是指下一步工艺之前硅衬底表面上的所有层的组合层，有时只包括SiO_X层，有时包括SiO_X层、Si₃N₄层与SiO_X层的组合层，对于不同的工艺制 程，介质层代表不同的组合层，但是无论介质层是怎样的组合层，都包含与硅衬底直接接触的SiO_X层。

上述的光刻方法中，在对主光刻胶层进行曝光后，又在主光刻胶层的边缘区域设置副光刻胶层，未经过曝光的副光刻胶层在后续的显影中仍然保留，在步骤S5的刻蚀过程中，由于晶片边缘区域的副光刻胶层的存在，使得晶片边缘区域的介质层得以保留，最终使得介质层中的与硅衬底直接接触的SiO_X层得以保留下来，进而使得后续设置的结构层未与晶片的衬底硅直接接触，避免了热处理过程中二者之间的较大应力导致的剥落缺陷的产生，提高了器件的良率。

为了进一步保证晶片边缘较大区域的介质层不被刻蚀掉，且不影响其他区域介质层的刻蚀，本申请优选上述边缘区域为晶圆外边缘向内延伸1～3mm的区域。

为了避免副光刻胶层的设置过程对主光刻胶层造成影响，同时为了保证副光刻胶层不被破坏，从而使得其可以掩蔽边缘区域的介质层不被刻蚀掉，本申请优选副光刻胶层的厚度为主光刻胶层的厚度的0.5～1倍。

本申请的又一种优选的实施方式中，设置副光刻胶层时光刻机的转速为设置主光刻胶层时光刻机转速的0.25～0.5倍，这样的设置方式使得光刻胶在旋转甩干的过程中保留在边缘区域，不会转移到边缘区域以外的其它区域，本领域技术人员可以根据副光刻胶层的厚度与晶片的大小等因素确定设置副光刻胶层时光刻机的转速。

为了更好地控制副光刻胶层的厚度，同时避免其流动到其他区域中，本申请优选上述光刻机设置上述副光刻胶层的时间为设置上述主光刻胶层的时间的0.5～2倍。

本申请的光刻方法可以应用于目前本领域中所有的光刻实施过程中，为了使得本申请光刻方法针对性地解决容易出现晶片边缘缺陷的问题，优选将本申请的光刻方法应用于自对准硅化物工艺、接触孔制作工艺与有源区反刻工艺，以下将针对三种工艺分别进行说明。

当器件的关键尺寸缩小到1μm以下时，器件的串联扩散电阻和接触电阻对器件的性能影响越发突显，这时，自对准硅化物工艺应运而生，该工艺在源、漏和栅上形成硅化物，通过金属与裸露的硅衬底反应达到自对准。该工艺通过在源漏覆盖高电导率的硅化物降低了器件的扩散电阻与接触电阻。

当将本申请的光刻方法应用到自对准硅化物工艺中时，该自对准硅化物工艺使得晶片边缘与硅衬底直接接触的SiO_X层没有被刻蚀掉，在后续的工艺中，SiO_X层会被刻蚀掉一部分，但是仍然会保留一部分，这样避免了后续设置的金属层与硅衬底直接接触，使得在热处理过程中，二者之间不会由于热膨胀系数严重不匹配而导致应力过大产生剥落缺陷。避免了自对准硅化物工艺产生剥落缺陷，进而影响器件的性能与产品的良率。

本申请的又一种优选的实施方式中，优选上述自对准硅化物工艺包括：步骤S10，实施上述光刻过程在晶片上形成凹槽，为了更好地形成凹槽，该步骤中是先采用干法刻蚀去除部分裸露的SiO_X介质层，形成浅凹槽，然后将主光刻胶层与副光刻胶层去除，再利用湿法刻蚀去 除浅凹槽中的剩余SiO_X，形成凹槽，同时晶片边缘的SiO_X层的部分被去除，剩余大部分的SiO_X层；步骤S20，在上述晶片的表面上与凹槽内设置金属层，一般优选金属层为镍(Ni)与钴(Co)；以及步骤S30，对具有上述金属层的晶片进行热处理，使得金属与硅衬底反应，形成金属硅化物。

当将本申请的光刻方法应用到接触孔制作工艺中时，在对上述主光刻胶层进行曝光后，又在主光刻胶层的边缘区域设置副光刻胶层，未经过曝光的副光刻胶层在后续的显影中仍然保留，在刻蚀过程中，由于晶片边缘区域的副光刻胶层的存在，使得晶片边缘区域的介质层得以保留，进而使得介质层中与硅衬底直接接触的SiO_X层得以保留下来，从而使后续在介质层上设置的粘结层未与晶片的衬底硅直接接触，进而避免了热处理过程中，由于硅衬底与Ti层、TiN层或含Ti的硅化物层的热膨胀系数差异较大使得二者之间的应力较大导致的剥落缺陷的产生，进而提高了器件的良率。

为了采用简单高效的方式制备接触孔，本申请优选上述接触孔制备工艺包括：步骤S10’，实施上述光刻过程在晶片上形成凹槽；步骤S20’，在介质层上、凹槽中设置粘合层和金属层；以及步骤S30’，去除上述介质层表面以上的上述粘合层和上述金属层，形成接触孔。

此外，现有技术中在STI(浅槽隔离)填充SiO_X后，需要对晶片的表面进行平坦化，由于有源区有效面积不同，不同的有效面积导致其表面上SiO_X层的面积不同，这样在化学机械研磨(Chemical Mechanical Polish，简称CMP)时，不同的有源区上的SiO_X层的研磨速率不同，不能同步达研磨到相同的高度，为了避免此现象的发生，保证能够更加均匀地将不同有源区表面的SiO_X层刻蚀掉，常采用有源区反刻工艺，先刻蚀有源区表面上的SiO_X层，然后再采用CMP工艺将有源区表面的SiO_X层研磨去除。但是该工艺中晶片边缘区域填充的SiO_X层也会被刻蚀去除，后续经过去除Si₃N₄、淀积多晶硅与刻蚀多晶硅等工艺后，晶片边缘区域的与硅衬底直接接触的SiO_X层也会被去除，导致硅衬底裸露，这样后续设置的结构层如Ti层、TiN层、Si₃N₄层或含Ti的硅化物层就与硅衬底直接接触，热处理过程中，由于二者的热膨胀系数严重不匹配，使二者之间的应力较大，产生剥落缺陷。

因此，当将本申请的光刻方法应用到有源区反刻工艺中时，晶片边缘的与硅衬底直接接触的SiO_X层不会被完全刻蚀掉，进而避免了后续设置的结构层与硅衬底直接接触，避免了热处理过程产生剥落缺陷，提高了器件的性能和良率。

为了使本领域技术人员能够更好地理解本申请中的光刻方法，以下以其应用于钨接触孔的制作方法为例，详细说明本申请的技术方案。

采用热氧化在具有有源区与隔离区的晶片100上淀积SiO₂层200，形成图2所示的结构；

采用常规的设置方式在图2所示的结构的SiO₂层200的表面上设置光刻胶，形成主光刻胶层300，如图3所示，主光刻胶层300的厚度大约为0.3μm，形成主光刻胶层300时光刻机的转速为2000r/min，时间为20s。

对图3所示的主光刻胶层300进行曝光，然后在曝光后的主光刻胶层300的表面的边缘区域上设置如图4所示的副光刻胶层400，设置时的转速为1000r/min，时间为15s，形成的副 光刻胶层400的厚度为0.2μm。

对图4所示的结构进行显影，将经过曝光的光刻胶去除，形成光刻胶掩膜层，如图5所示。采用RIE干法刻蚀对图5中的SiO₂层200进行刻蚀，形成图6所示的凹槽201，刻蚀完成后去除光刻胶掩膜层，在刻蚀的过程中，晶片边缘的SiO₂层由于被光刻胶掩膜层中的副光刻胶层保护而保留下来，进而使得图6中的边缘区域的SiO₂层200未被刻蚀掉，此例中介质层就是SiO₂层。

在图6所示的结构上淀积TiN粘合层500，形成图7所示的结构。

对图7所示的TiN粘合层500远离上述SiO₂层200的表面上溅射钨金属层600，形成图8所示的结构。如图8所示金属钨充满凹槽201。

对图8所示的结构进行化学机械研磨，去除凹槽以外的粘合层500与钨金属层600，形成图9所示的接触孔202。

上述形成接触孔的方法，在主光刻胶层300曝光后的边缘区域设置副光刻胶层400，使得在刻蚀的过程中，SiO₂层200在副光刻胶层400的掩蔽下未被刻蚀掉，进而使得边缘区域的TiN粘合层500与衬底100中的硅未直接接触，避免了在粘合层淀积过程中，TiN粘合层500与衬底100之间的较大的应力使得边缘区域的TiN粘合层500剥落成为剥落缺陷。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施方式实现了如下技术效果：

本申请的光刻方法中，在对上述主光刻胶层进行曝光后，又在主光刻胶层的边缘区域设置副光刻胶层，未经过曝光的副光刻胶层在后续的显影中仍然保留，在步骤S5的刻蚀过程中，由于晶片边缘区域的副光刻胶层的存在，使得晶片边缘区域的介质层得以保留，进而使得介质层中的与硅衬底直接接触的SiO_X层得以保留下来，从而使后续设置的结构层未与晶片的衬底硅直接接触，进而避免了热处理过程中，由于二者之间的较大应力导致的剥落缺陷的产生，提高了器件的良率。

以上所述仅为本申请的优选实施方式而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。