專利名稱：光刻膠層的形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體工藝領域，尤其涉及光刻膠層的形成方法。
背景技術：
光刻工藝是芯片制造技術中用得最頻繁、最關鍵的技術之一，凡是半導體器件、光電器件等，都需要用光刻工藝將所需器件的基本組成單元和線路的光掩模圖形轉移到半導體襯底表面的光刻膠圖形上。通常光刻的基本工藝包括涂膠、曝光和顯影等三大步驟；具體以正光刻膠為例，先于晶圓上涂覆光刻膠層；然后，對光刻膠層進行曝光，將曝光后的光刻膠高溫烘烤，以使曝光部分的高分子為主的物質產(chǎn)生裂解；接著將裂解的高分子光刻膠移到顯影槽，因曝光的高分子可溶于顯影液，所以可借此去除曝光的高分子物質；如此，可在晶圓的頂層表面得到圖案化的光刻膠層。在申請?zhí)?1122126. 7的中國專利申請文獻中提供了一種對光刻膠進行處理形成器件圖形工藝。目前的光刻技術的主流為紫外線光源的曝光技術，而采用的光刻膠有紫外線光刻膠、i-line(i線)光刻膠?，F(xiàn)有光刻膠層在經(jīng)過烘烤及固膠后，由于溫度的影響，導致光刻膠邊緣產(chǎn)生收縮 (如圖I所示)。尤其在厚膠工藝中，所采用的光刻膠相對黏度系數(shù)均大于普通的光刻膠， 且厚膠的張力大；對于大面積的厚光刻膠溶劑揮發(fā)的均勻性較差，導致厚光刻膠兩邊和中間的線寬會有較大差異，縮膠的現(xiàn)象越明顯?？s膠現(xiàn)象的產(chǎn)生造成顯影后圖形失真，得到的器件關鍵尺寸(CD)與目標尺寸發(fā)生差異，使半導體器件尺寸無法滿足要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題是一種改善光刻膠層縮膠的方法，防止光刻膠層發(fā)生縮膠現(xiàn)象。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種光刻膠層的形成方法，包括下列步驟在晶圓上涂覆光刻膠層；對光刻膠層進行軟烘烤，優(yōu)化軟烘烤溫度和時間；對光刻膠層進行固膠處理，優(yōu)化固膠溫度和時間，使軟烘烤及固膠后光刻膠層的縮膠量最小。優(yōu)選的，所述優(yōu)化后的烘烤溫度為118°C 122°C，烘烤時間為85s 95s。優(yōu)選的，所述優(yōu)化后的烘烤溫度為120°C，烘烤時間為90s。優(yōu)選的，所述固膠分為第一階段和第二階段，優(yōu)化固膠第二階段的溫度和時間。優(yōu)選的，所述優(yōu)化后固膠第二階段的溫度是135°C 145°C，烘烤時間為65s 75s0優(yōu)選的，所述優(yōu)化后固膠第二階段的溫度是140°C，烘烤時間為70s。優(yōu)選的，所述固膠第一階段的溫度是100°C 110°C，烘烤時間為25s 35s。優(yōu)選的，所述固膠第一階段的溫度是105°C，烘烤時間為30s。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點對光刻膠層的軟烘烤及固膠的參數(shù)進行調節(jié)，分別找出最佳的參數(shù)進行光刻膠層制作，兩個步驟結合優(yōu)化，使縮膠量達到最小，進而使后續(xù)形成的半導體器件關鍵尺寸與目標尺寸接近一致，防止了降低半導體器件可靠性及電性能的缺陷。另外，無需增加額外的成本，不會使生產(chǎn)效率降低，而結果是最大化的滿足了工藝要求。進一步，當軟烘烤溫度為118°C 122°C，烘烤時間為85s 95s時，光刻膠層收縮無明顯的改變，經(jīng)過顯影后光刻膠的收縮量同樣也沒有明顯的改變。當固膠第二階段的溫度135°C 145°C，烘烤時間為65s 75s時，光刻膠的收縮量最小，使后續(xù)形成的半導體器件關鍵尺寸與目標尺寸接近一致，防止了降低半導體器件可靠性及電性能的缺陷。


圖I是現(xiàn)有技術形成光刻膠層時產(chǎn)生縮膠的效果圖；圖2是本發(fā)明形成光刻膠層的具體實施方式
流程圖；圖3是本發(fā)明形成光刻膠層時軟烘烤參數(shù)的設置與縮膠量的關系圖；圖4是本發(fā)明形成光刻膠層時在不同曝光條件下軟烘烤參數(shù)與縮膠量的關系圖；圖5是本發(fā)明形成光刻膠層時固膠第一階段凝固參數(shù)與縮膠量的關系圖；圖6是本發(fā)明形成光刻膠層時固膠第二階段凝固參數(shù)與縮膠量的關系圖；圖7是采用現(xiàn)有軟烘烤和固膠參數(shù)與本發(fā)明軟烘烤和固膠的優(yōu)化參數(shù)形成不同厚度光刻膠層的縮膠量比較圖。
具體實施例方式發(fā)明人在現(xiàn)有光刻膠層涂膠過程中發(fā)現(xiàn)由于光刻膠是一種光敏材料，它受到光照后特性會發(fā)生改變，如經(jīng)過曝光后光刻膠層會發(fā)生劇烈鉸鏈反應，使后續(xù)光刻膠經(jīng)過烘烤及固膠后，在溫度的進一步影響下，導致光刻膠邊緣產(chǎn)生收縮(如圖I所示)，尤其在厚膠工藝中，所采用的光刻膠相對黏度系數(shù)均大于普通的光刻膠，且厚膠的張力大；對于大面積的厚光刻膠溶劑揮發(fā)的均勻性較差，導致厚光刻膠兩邊和中間的線寬會有較大差異，縮膠的現(xiàn)象越明顯。縮膠現(xiàn)象的產(chǎn)生造成顯影后圖形失真，得到的器件關鍵尺寸(⑶)與目標尺寸發(fā)生差異，使半導體器件尺寸無法滿足要求?？s膠使半導體器件關鍵尺寸小于目標尺寸，進而會出現(xiàn)諸如制作焊盤時出現(xiàn)焊盤不能將導電插塞包裹住，導致漏電，圖形或器件無法很好的套準；制作柵極時，柵極關鍵尺寸小于目標尺寸，這于特征尺寸達到32納米及以下的工藝中，會造成柵極關鍵尺寸過小，導致短溝道效應的發(fā)生，產(chǎn)生漏電現(xiàn)象；而在制作深寬比大的通孔時，會使通孔的深寬比進一步加大，導致通孔不能被刻蝕完全，產(chǎn)生短路的情況。為解決現(xiàn)有技術的問題，發(fā)明人經(jīng)過仔細研究，通過對光刻膠層的軟烘烤及固膠的參數(shù)都進行調節(jié)，分別找出最佳的參數(shù)進行光刻膠層制作，兩個步驟結合優(yōu)化，使縮膠量達到最小，進而使后續(xù)形成的半導體器件關鍵尺寸與目標尺寸接近一致，防止了降低半導體器件可靠性及電性能的缺陷。另外，無需增加額外的成本，不會使生產(chǎn)效率降低，而結果是最大化的滿足了工藝要求。發(fā)明人提出的形成光刻膠層的具體流程如圖2所示，執(zhí)行步驟S11，在晶圓上涂覆光刻膠層；采用旋涂的方式在晶圓上形成光刻膠層。
執(zhí)行步驟S12，對光刻膠層進行軟烘烤，優(yōu)化軟烘烤溫度和時間；在對光刻膠層進行曝光顯影之前，需要對光刻膠層進行烘烤，去除光刻膠中的水汽及其他溶劑，增強光刻膠層的粘附性。本實施方式中，所述優(yōu)化后的軟烘烤溫度為118°C 122 °C，烘烤時間為85s 95s。如圖3所示，經(jīng)過多次調節(jié)軟烘烤的溫度及烘烤時間，并測量在相應參數(shù)下的縮膠量。在測試過程中發(fā)現(xiàn)在溫度為90°C，烘烤時間為90s時，光刻膠層的收縮量最大為O. 43 μ m;而在溫度為90°C，烘烤時間為120s時，光刻膠層的收縮量為O. 27 μ m;溫度為90°C，烘烤時間為60s時，光刻膠層的收縮量為O. 24 μ m ;溫度為110°C，烘烤時間為90s 時，光刻膠層的收縮量為O. 13 μ m;溫度為110°C，烘烤時間為120s時，光刻膠層的收縮量為O. 15μπι;溫度為110°C，烘烤時間為60s時，光刻膠層的收縮量為O. 14μπι;溫度為 120°C，烘烤時間為90s時，光刻膠層的收縮量為O. 04 μ m;溫度為120°C，烘烤時間為120s 時，光刻膠層的收縮量為O. Ilym;溫度為120°C，烘烤時間為60s時，光刻膠層的收縮量為
O.09 μ m;溫度為130°C，烘烤時間為90s時，光刻膠層的收縮量為O. 05 μ m ;溫度為130°C， 烘烤時間為120s時，光刻膠層的收縮量為O. 05 μ m ;溫度為130°C，烘烤時間為60s時，光刻膠層的收縮量為0.07 μ m。從中可以看出在軟烘烤溫度為120°C，烘烤時間為90s時，光刻膠層的收縮量最小。
因此，作為一個優(yōu)選實施例，軟烘烤溫度為120°C，烘烤時間為90s可作為在光刻膠層形成工藝中最佳軟烘烤的參數(shù)。另外，如圖4所示，采用溫度為120°C，烘烤時間為90s的軟烘烤參數(shù)進行烘烤形成的厚度為24000埃光刻膠層，隨著焦距的變化，核心區(qū)域的形成半導體器件時光刻膠層的縮膠量受影響度相對較小。執(zhí)行步驟S13，對光刻膠層進行固膠處理，優(yōu)化固膠溫度和時間，使軟烘烤及固膠后光刻膠層的縮膠量最小。所述固膠處理為紫外線(UV)固膠，用紫外線固膠的作用是提高光刻膠的保型性， 為了獲得更好的腐蝕后的圖形。通常固膠處理分為第一階段和第二階段，所述第一階段固膠的作用是將光刻膠以及表面水氣快速去除；第二階段固膠的作用是通過UV將光刻膠進行固化或硬化。第一階段至第二階段有一個升溫的過程。本實施例中，所述固膠第一階段的溫度是100°C 110°C，烘烤時間為25s 35s。如圖5所示，在固膠時間設定為30s的情況下，經(jīng)過多次調節(jié)固膠第一階段的溫度，并測量在相應參數(shù)下的光刻膠層收縮量。從中可發(fā)現(xiàn)一個優(yōu)化的選擇，在溫度為105°C， 經(jīng)過第一階段固膠后，縮膠量可達到最小，為O. 15 μ m。本實施例中，固膠第二階段優(yōu)化溫度的135°C 145°C，烘烤時間為65s 75s。如圖6所示，經(jīng)過多次調節(jié)固膠第二階段的溫度及固膠時間，并測量在相應參數(shù)下的縮膠量。其中，在溫度為120°C，固膠時間為130s時，光刻膠層的收縮量為0.02μπι; 而在溫度為120°C，固膠時間為IOOs時，光刻膠層的收縮量為O. Olym;溫度為120°C，固膠時間為70s時，光刻膠層的收縮量為0.04 μ m。溫度為160°C，固膠時間為IOOs時，光刻膠層的收縮量為O. 04 μ m;溫度為160°C，固膠時間為70s時，光刻膠層的收縮量為O. 14ym； 溫度為160°C，固膠時間為50s時，光刻膠層的收縮量為O. 16 μ m;溫度為160°C，固膠時間為30s時，光刻膠層的收縮量為O. 22 μ m。溫度為180°C，固膠時間為70s時，光刻膠層的收縮量為O. 22 μ m ;溫度為180°C，固膠時間為50s時，光刻膠層的收縮量為O. 20 μ m ;溫度為 180°C，固膠時間為30s時，光刻膠層的收縮量最大，為O. 38 μ m。溫度為140°C，固膠時間為 130s時，光刻膠層的收縮量為O. Olym;溫度為140°C，固膠時間為IOOs時，光刻膠層的收縮量為O. 03 μ m;溫度為140°C，固膠時間為70s時，光刻膠層的收縮量最小，為O. 005 μ m ； 溫度為140°C，固膠時間為50s時，光刻膠層的收縮量為O. 04 μ m;溫度為140°C，固膠時間為30s時，光刻膠層的收縮量為0.06 μ m。從中可以看出在固膠溫度為140°C，固膠時間為 70s時，光刻膠層的收縮量最小。因此，作為一個優(yōu)選實施例，固膠第二階段溫度為140°C，固膠時間為70s可作為在光刻膠層形成工藝中最佳固膠第二階段的參數(shù)。圖7是采用現(xiàn)有軟烘烤和固膠參數(shù)與本發(fā)明軟烘烤和固膠的優(yōu)化參數(shù)形成不同厚度光刻膠層的縮膠量比較圖。如圖7所示，在形成厚度為14000埃 19000埃的光刻膠層時，采用優(yōu)化后的軟烘烤溫度是120°C，軟烘烤時間是90s ;紫外線固膠第一階段的固膠溫度為105°C，固膠時間是30s ;紫外線固膠第二階段的固膠溫度為140°C，固膠時間是70s ； 形成后的光刻膠層的收縮量為小于O. I μ m。而采用現(xiàn)有技術的軟烘烤溫度是90°C，軟烘烤時間是60s ;紫外線固膠第一階段的固膠溫度為105°C，固膠時間是30s ;紫外線固膠第二階段的固膠溫度為180°C，固膠時間是70s ;形成后的光刻膠層的收縮量為O. 3 μ m O. 5 μ m。繼續(xù)參考圖7，在形成厚度為22000埃 26000埃的光刻膠層時，采用優(yōu)化后的軟烘烤溫度是120°C，軟烘烤時間是90s ;紫外線固膠第一階段的固膠溫度為105°C，固膠時間是30s ;紫外線固膠第二階段的固膠溫度為140°C，固膠時間是70s ;形成后的光刻膠層的收縮量為小于O. I μ m埃。而采用現(xiàn)有技術的軟烘烤溫度是90°C，軟烘烤時間是60s ;紫外線固膠第一階段的固膠溫度為105°C，固膠時間是30s ;紫外線固膠第二階段的固膠溫度為 1800C，固膠時間是70s ;形成后的光刻膠層的收縮量為O. 3 μ m O. 5 μ m埃。雖然本發(fā)明己以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
1.一種光刻膠層的形成方法，其特征在于，包括下列步驟在晶圓上涂覆光刻膠層；對光刻膠層進行軟烘烤，優(yōu)化軟烘烤溫度和時間；對光刻膠層進行固膠處理，優(yōu)化固膠溫度和時間，使軟烘烤及固膠后光刻膠層的縮膠量最小。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述優(yōu)化后的烘烤溫度為118°C 122°C，烘烤時間為85s 95s。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述優(yōu)化后的烘烤溫度為120°C，烘烤時間為 90s。
4.如權利要求I所述的方法，其特征在于，所述固膠分為第一階段和第二階段，優(yōu)化固膠第二階段的溫度和時間。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述優(yōu)化后固膠第二階段的溫度是135°C 145°C，烘烤時間為65s 75s。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述優(yōu)化后固膠第二階段的溫度是140°C， 烘烤時間為70s。
7.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述固膠第一階段的溫度是100°C 110°C， 烘烤時間為25s 35s。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述固膠第一階段的溫度是105°C，烘烤時間為30s。
全文摘要
一種光刻膠層的形成方法，其特征在于，包括下列步驟在晶圓上涂覆光刻膠層；對光刻膠層進行軟烘烤，優(yōu)化軟烘烤溫度和時間；對光刻膠層進行固膠處理，優(yōu)化固膠溫度和時間，使軟烘烤及固膠后光刻膠層的縮膠量最小。本發(fā)明使縮膠量達到最小，進而使后續(xù)形成的半導體器件關鍵尺寸與目標尺寸接近一致，防止了降低半導體器件可靠性及電性能的缺陷。
文檔編號H01L21/027GK102610498SQ20111002560
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權日2011年1月24日
發(fā)明者唐蓉, 錢志浩 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司