光刻胶关键尺寸摆线的制作方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种光刻胶关键尺寸摆线的制作方法。


背景技术：

2.在集成电路制造技术中，光刻工艺是其中的关键步骤，无论是刻蚀步骤，还是离子注入步骤，首先都需要在晶圆表面准确位置形成精确的光刻图形，并且光刻图形的尺寸决定了半导体工艺所能达到的最小尺寸。随着半导体技术的发展，光刻关键尺寸(cd，critical dimension)要求越来越小，对于关键尺寸的控制，包括晶圆面内均一性控制要求有了极大的提高。如何能够控制关键尺寸，包括晶圆内不同曝光区域、同一个曝光区域以及硅片与硅片之间的尺寸控制，能够满足量产稳定性要求，是光刻工艺开发首先要关注和解决的关键问题之一。
3.光刻工艺的图形形成过程，包含光刻胶旋涂、软烘、对准和曝光、曝光后烘焙、显影、关键尺寸和套刻检查等步骤。在曝光步骤中，光刻胶的厚度会对关键尺寸的形成产生极大影响。以相同的曝光剂量对不同厚度的光刻胶曝光，会引起关键尺寸的误差，即摆线效应(swing curve effect)。在光刻工艺开发时，为了确定光刻胶厚度，除了按照刻蚀步骤和离子注入步骤的要求，还需要考虑摆线效应，通常要求选择在摆线曲线(图1正弦曲线)的最高点或者最低点对应的膜厚为工艺确定膜厚，这样可以避免因涂胶不均等因素引起的光刻胶厚度误差造成的光刻关键尺寸偏差。
4.为了确定摆线，现在通常的做法是使用10～20片硅片，分别建立对应的10～20个光刻胶涂布程序，获得按照一定厚度间隔渐变的光刻胶厚度硅片，然后采用相同的曝光剂量进行曝光，通过关键尺寸sem机台测定每一片硅片的关键尺寸值，从而获得光刻胶厚度硅片及与之对应的光刻关键尺寸，建立关键尺寸摆线，最终确定光刻胶厚度。此做法，由于单个硅片只能确定一个厚度和关键尺寸，为了采集到所需的光刻胶厚度及对应关键尺寸，需要建立数十个涂胶程序以及硅片涂布和测量，需要大量的物质和人力资源，并且某些厚度尺寸受限于光刻涂布机台转速限定，不能够在很宽泛的范围内选择，尤其是遇到不能覆盖一个完成摆线正弦周期的时候，对于确定光刻胶厚度造成影响。
5.为解决上述问题，需要提出一种新型的光刻胶关键尺寸摆线的制作方法。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光刻胶关键尺寸摆线的制作方法，用于解决现有技术中单个硅片只能确定一个厚度和关键尺寸，为了采集到所需的光刻胶厚度及对应关键尺寸，需要建立数十个涂胶程序以及硅片涂布和测量，需要大量的物质和人力资源，并且某些厚度尺寸受限于光刻涂布机台转速限定，不能够在很宽泛的范围内选择，尤其是遇到不能覆盖一个完成摆线正弦周期的时候，对于确定光刻胶厚度造成影响的问题。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光刻胶关键尺寸摆线的制作方
法，包括：
8.步骤一、提供光罩，所述光罩包括多个依次设置的曝光区域，所述曝光区域间的透光率不同；
9.步骤二、提供半导体结构，在所述半导体结构上形成第一光刻胶层，利用所述光罩图形化所述第一光刻胶层，在所述第一光刻胶层上形成深度不同的沟槽；
10.步骤三、在所述第一光刻胶层上形成覆盖所述沟槽的隔离层；
11.步骤四、在所述隔离层上形成填充所述沟槽的第二光刻胶层，使得不同深度所述沟槽上的所述第二光刻胶层厚度不同；
12.步骤五、对不同厚度的所述第二光刻胶层进行曝光、显影，之后进行显影后量测；
13.步骤六、根据不同厚度的所述第二光刻胶层对应的显影后量测的关键尺寸获取光刻胶目标厚度。
14.优选地，步骤一中的所述曝光区域为n个呈矩阵设置的曝光区域。
15.优选地，步骤一中的所述曝光区域通过设置不同的透光材质，使得所述曝光区域间的透光率不同。
16.优选地，步骤一中的所述曝光区域通过设置不同的图形尺寸和/或密度，使得所述曝光区域间的透光率不同。
17.优选地，步骤一中利用仿真获取每个曝光区域的所述透光率。
18.优选地，步骤二中的所述半导体结构形成于衬底上。
19.优选地，步骤二中的所述衬底包括块状半导体衬底或绝缘体上硅(soi)衬底。
20.优选地，步骤二中的所述半导体结构为形成于所述衬底上的有源区、栅极、接触孔区域、金属互连层中的任意一种。
21.优选地，步骤三中的所述隔离层为抗反射涂层。
22.优选地，步骤五中利用扫描电子显微镜对所述第二光刻胶层进行显影后量测。
23.优选地，步骤六中所述根据不同厚度的所述第二光刻胶层对应的显影后量测的关键尺寸获取光刻胶目标厚度的方法包括：根据不同厚度的所述第二光刻胶层对应的显影后量测的关键尺寸分别为横、纵坐标，之后获取其曲线图，根据所述曲线图的最高点或最低点对应的所述第二光刻胶层的厚度作为所述光刻胶目标厚度。
24.如上所述，本发明的光刻胶关键尺寸摆线的制作方法，具有以下有益效果：
25.本发明可在单个硅片采集到多个的光刻胶厚度及对应关键尺寸，避免了需要建立数十个涂胶程序以及硅片涂布和测量，节约了大量的物质和人力资源，并且避免了某些厚度尺寸受限于光刻涂布机台转速限定，不能够在很宽泛的范围内选择，尤其是遇到不能覆盖一个完成摆线正弦周期的时候，对于确定光刻胶厚度造成影响的问题。
附图说明
26.图1显示为本发明的光刻胶膜厚对应的关键尺寸示意图；
27.图2显示为本发明的工艺流程示意图；
28.图3显示为本发明的用于第一光刻胶层的光罩结构示意图；
29.图4显示为图3a处的结构放大示意图；
30.图5显示为本发明的第一光刻胶层曝光后的俯视结构示意图；
31.图6显示为本发明的第一光刻胶层曝光后的剖面结构视示意图；
32.图7显示为本发明的形成隔离层示意图；
33.图8显示为本发明的形成第二光刻胶层示意图；
34.图9显示为本发明的特殊灰度光罩设计曝光光强分布的俯视图示意图；
35.图10显示为本发明的光刻胶形貌仿真结果的俯视图示意图；
36.图11显示为本发明的特殊灰度光罩设计曝光光强分布的剖面示意图；
37.图12显示为本发明的光刻胶形貌仿真结果的剖面示意图。
具体实施方式
38.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
39.请参阅图1，本发明提供一种光刻胶关键尺寸摆线的制作方法，包括：
40.步骤一、提供光罩101，光罩101包括多个依次设置的曝光区域1011，曝光区域1011间的透光率不同，曝光区域1011区域大小可调整，根据摆线曲线所需点数可调整，不同区域放置不同的图形，使得不同区域透光率排布有差异由于曝光区域1011间的透光率不同，在利用该光罩101对光刻胶进行曝光时，各曝光区域1011对应的光刻胶层曝光程度不同，在之后显影、竖膜、烘焙等步骤后，能够去除的光刻胶层厚度也随之不同，可在光刻胶层上形成深度不同的沟槽；
41.在一种可选的实施方式中，请参阅图3，步骤一中的曝光区域1011为n个呈矩阵设置的曝光区域1011，曝光区域1011只需要曝光区域面积满足之后的光刻胶涂布、曝光、测量即可，大小和形状不限定。。
42.在一种可选的实施方式中，步骤一中的曝光区域1011通过设置不同的透光材质，使得曝光区域1011间的透光率不同。
43.在一种可选的实施方式中，步骤一中的曝光区域1011通过设置不同的图形尺寸和/或密度，使得曝光区域1011间的透光率不同。示例性地，请参阅图4，在一正方形的曝光区域1011中，由多个小正方形10111组成，通过改变小正方形10111的尺寸和/或密度，即可改变该曝光区域1011的透光率。
44.优选地，步骤一中利用仿真获取每个曝光区域的透光率。示例性地，图9显示为本发明的特殊灰度光罩设计曝光光强分布的俯视图示意图；图10显示为本发明的光刻胶形貌仿真结果的俯视图示意图；图11显示为本发明的特殊灰度光罩设计曝光光强分布的剖面示意图；图12显示为本发明的光刻胶形貌仿真结果的剖面示意图，可通过仿真获取所需的透光率。
45.步骤二、请参阅图5和图6，提供半导体结构201，在半导体结构201上形成第一光刻胶层202，第一层光刻机涂布厚度可调，根据第二层光刻胶关键尺寸摆线要求的厚度调整，要求覆盖到第二层光刻胶一个完成的摆线范围，一般要求600a以上。利用光罩101图形化第一光刻胶层202，在第一光刻胶层202上形成深度不同的沟槽；
46.在一种可选的实施方式中，步骤二中的半导体结构201形成于衬底上。
47.在一种可选的实施方式中，步骤二中的衬底包括块状半导体衬底或绝缘体上硅(soi)衬底。soi衬底包括位于作为soi衬底的有源层的薄半导体层下方的绝缘体层。有源层的半导体和块状半导体通常包括晶体半导体材料硅，但也可以包括一种或多种其他半导体材料，诸如锗、硅锗合金、化合物半导体(例如，gaas、alas、inas、gan、aln等)或其合金(例如，gaxal1-xas、gaxal1-xn、inxga1-xas等)、氧化物半导体(例如，zno、sno2、tio2、ga2o3等)或其组合。半导体材料可以是掺杂的或未掺杂的。可以使用的其他衬底包括多层衬底、梯度衬底或混合取向衬底。
48.在一种可选的实施方式中，图示仅显示了有源区上制作摆线的情况，在实际应用中还可能是半导体不同工艺阶段，例如步骤二中的半导体结构201为形成于衬底上的有源区、栅极、接触孔区域(例如需要形成接触孔的层间介质层)、金属互连层中的任意一种，此处的半导体结构也可以是其他需做摆线的工艺阶段，此处不作具体限定。
49.步骤三、请参阅图7，在第一光刻胶层202上形成覆盖沟槽的隔离层203，该隔离层203的厚度相对于第一光刻胶层202较薄，该涂层用于隔绝第一、二光刻胶层相互交融等影响以及用于第二光刻胶层204曝光时消除第一光刻胶层202的影响，同时有利于第二光刻胶层204的涂布和厚度量测，该涂层厚度可调，但需要保证沟槽深度满足第二光刻胶层204摆线制作的厚度要求；
50.在一种可选的实施方式中，步骤三中的隔离层203为抗反射涂层。抗反射涂层(anti-reflection coating,arc)是旋涂于光刻胶与si衬底201界面处以吸收光刻反射光的物质。抗反射涂层主要包括：底部抗反射涂层、顶部抗反射涂层、可以显影的底部抗反射涂层、旋涂的含si抗反射涂层、碳涂层等。
51.步骤四、在隔离层203上形成填充沟槽的第二光刻胶层204，使得不同深度沟槽上的第二光刻胶层204厚度不同；
52.步骤五、对不同厚度的第二光刻胶层204以相同曝光剂量进行曝光、显影，之后进行显影后量测，该步骤光罩101曝光最小单元尺寸设定与步骤一相同，图形大小可调，使得曝光后图形能落在第一光刻胶层202沟槽内，便于第二光刻胶层204膜厚测量和关键尺寸测定；
53.在一种可选的实施方式中，步骤五中利用扫描电子显微镜对第二光刻胶层204进行显影后量测，可获得第二光刻胶层204曝光后膜厚测量和关键尺寸。
54.步骤六、根据不同厚度的第二光刻胶层204对应的显影后量测的关键尺寸获取光刻胶目标厚度。
55.在一种可选的实施方式中，步骤六中根据不同厚度的第二光刻胶层204对应的显影后量测的关键尺寸获取光刻胶目标厚度的方法包括：根据不同厚度的第二光刻胶层204对应的显影后量测的关键尺寸分别为横、纵坐标，之后获取其曲线图，根据曲线图的最高点或最低点对应的第二光刻胶层204的厚度作为光刻胶目标厚度。
56.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
57.综上所述，本发明可在单个硅片采集到多个的光刻胶厚度及对应关键尺寸，避免
了需要建立数十个涂胶程序以及硅片涂布和测量，节约了大量的物质和人力资源，并且避免了某些厚度尺寸受限于光刻涂布机台转速限定，不能够在很宽泛的范围内选择，尤其是遇到不能覆盖一个完成摆线正弦周期的时候，对于确定光刻胶厚度造成影响的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
58.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种光刻胶关键尺寸摆线的制作方法，其特征在于，至少包括：步骤一、提供光罩，所述光罩包括多个依次设置的曝光区域，所述曝光区域间的透光率不同；步骤二、提供半导体结构，在所述半导体结构上形成第一光刻胶层，利用所述光罩图形化所述第一光刻胶层，在所述第一光刻胶层上形成深度不同的沟槽；步骤三、在所述第一光刻胶层上形成覆盖所述沟槽的隔离层；步骤四、在所述隔离层上形成填充所述沟槽的第二光刻胶层，使得不同深度所述沟槽上的所述第二光刻胶层厚度不同；步骤五、对不同厚度的所述第二光刻胶层进行曝光、显影，之后进行显影后量测；步骤六、根据不同厚度的所述第二光刻胶层对应的显影后量测的关键尺寸获取光刻胶目标厚度。2.根据权利要求1所述的光刻胶关键尺寸摆线的制作方法，其特征在于：步骤一中的所述曝光区域为n个呈矩阵设置的曝光区域。3.根据权利要求1所述的光刻胶关键尺寸摆线的制作方法，其特征在于：步骤一中的所述曝光区域通过设置不同的透光材质，使得所述曝光区域间的透光率不同。4.根据权利要求1所述的光刻胶关键尺寸摆线的制作方法，其特征在于：步骤一中的所述曝光区域通过设置不同的图形尺寸和/或密度，使得所述曝光区域间的透光率不同。5.根据权利要求1所述的光刻胶关键尺寸摆线的制作方法，其特征在于：步骤一中利用仿真获取每个曝光区域的所述透光率。6.根据权利要求1所述的光刻胶关键尺寸摆线的制作方法，其特征在于：步骤二中的所述半导体结构形成于衬底上。7.根据权利要求6所述的光刻胶关键尺寸摆线的制作方法，其特征在于：步骤二中的所述衬底包括块状半导体衬底或绝缘体上硅(soi)衬底。8.根据权利要求6所述的光刻胶关键尺寸摆线的制作方法，其特征在于：步骤二中的所述半导体结构为形成于所述衬底上的有源区、栅极、接触孔区域、金属互连层中的任意一种。9.根据权利要求1所述的光刻胶关键尺寸摆线的制作方法，其特征在于：步骤三中的所述隔离层为抗反射涂层。10.根据权利要求1所述的光刻胶关键尺寸摆线的制作方法，其特征在于：步骤五中利用扫描电子显微镜对所述第二光刻胶层进行显影后量测。11.根据权利要求1所述的光刻胶关键尺寸摆线的制作方法，其特征在于：步骤六中所述根据不同厚度的所述第二光刻胶层对应的显影后量测的关键尺寸获取光刻胶目标厚度的方法包括：根据不同厚度的所述第二光刻胶层对应的显影后量测的关键尺寸分别为横、纵坐标，之后获取其曲线图，根据所述曲线图的最高点或最低点对应的所述第二光刻胶层的厚度作为所述光刻胶目标厚度。

技术总结
本发明提供一种光刻胶关键尺寸摆线的制作方法，提供光罩，光罩包括多个依次设置的曝光区域，曝光区域间的透光率不同；提供半导体结构，在半导体结构上形成第一光刻胶层，利用光罩图形化第一光刻胶层，在第一光刻胶层上形成深度不同的沟槽；在第一光刻胶层上形成覆盖沟槽的隔离层；在隔离层上形成填充沟槽的第二光刻胶层，使得不同深度沟槽上的第二光刻胶层厚度不同；对不同厚度的第二光刻胶层进行曝光、显影，之后进行显影后量测；根据不同厚度的第二光刻胶层对应的显影后量测的关键尺寸获取光刻胶目标厚度。本发明可在单个硅片采集到多个的光刻胶厚度及对应关键尺寸，避免了需要建立数十个涂胶程序以及硅片涂布和测量，节约了物质和人力资源。了物质和人力资源。了物质和人力资源。


技术研发人员：王辉
受保护的技术使用者：上海华虹宏力半导体制造有限公司
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/7/19