專利名稱：一種制造半導(dǎo)體器件的光刻工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，具體而言涉及一種制造半導(dǎo)體器件的過程中所使用的光刻工藝方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路的芯片集成度越來越高，半導(dǎo)體器件的設(shè)計規(guī)則從65nm縮小到45nm,目前已向32nm甚至更小尺寸的工藝進行挑戰(zhàn)。在縮小工藝尺寸的過程中，光刻工藝是最重要的步驟之一。在超大規(guī)模集成電路中，器件的關(guān)鍵尺寸(Critical Dimension, CD)的均勻性決定了器件整體的性能。特別是，柵電極的CD是否均勻會影響半導(dǎo)體器件的閾值電壓分布以及總的良率。而柵電極尺寸特征的線寬粗糙度(LWR)是衡量柵電極關(guān)鍵尺寸的一個重要指標。線寬粗糙度定義為線寬變化的3倍標準偏差σ。當3 σ LWR大于晶體管的柵極關(guān)鍵尺寸(CD)的10%時，晶體管的性能會受到影響。這是由于沿著柵極的尺寸方向，當CD越大，開啟電流ION就會減小，而當CD越小，截止電流IOFF就會增大。因此，如果線寬粗糙度變大，就會引發(fā)器件性能的不一致，造成電路的穩(wěn)定性變差。線寬粗糙度(LWR)來自于圖形刻化過程的各個工藝步驟條件及所使用的材料，例如光刻工藝中的曝光能量的微小漲落(shot noise)，光刻膠的光酸擴散長度(PAGdiffusion length),以及蝕刻工藝中不同等離子體對光刻膠的轟擊等等。在現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝技術(shù)中，已經(jīng)有多種方法用來降低柵電極的線寬粗糙度，比如通過蒸汽平滑法、臭氧氧化法、采用HBr或Ar氣作為蝕刻氣體進行蝕刻、硬烘焙(Hardbake)、顯影后的特殊沖洗等方法來降低柵電極的線寬粗糙度。但是效果均不是十分理想。圖1B示出了通過現(xiàn)有方法對柵電極進行光刻后的SEM照片圖。由圖中可見，柵電極的線寬粗糙度3 σ達到9.5nm，在深亞微米量級的半導(dǎo)體器件制造中，該線寬粗糙度是無法容忍的。因此，需要一種改進的光刻工藝方法能夠降低光刻工藝過程中引起的高線寬粗糙度，保證器件的性能和一致性。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的光刻工藝方法。所述方法包括下列步驟:a)在要制作半導(dǎo)體器件的硅片表面涂覆光刻膠；b)對所述硅片實施對準工藝；c)對所述涂覆光刻膠的硅片進行曝光和顯影；和(1)用含有增塑劑的溶液對所述硅片的表面進行沖洗。優(yōu)選地，在所述步驟d)之后還包括對所述硅片進行硬烘焙。優(yōu)選地，所述硬烘焙的溫度在50_150°C，硬烘焙過程的時間為30-240秒。優(yōu)選地，所述含有增塑劑的溶液為水溶液，其中增塑劑的濃度范圍為0.01%至 1%。優(yōu)選地，所述增塑劑為含有一個或多于一個的酯基、酰胺基、醚基或羥基的化合物。優(yōu)選地，所述增塑劑為含有4-20個碳原子的基于C-H或C-F的有機化合物。優(yōu)選地，所述步驟d)的沖洗溫度為22-23度。優(yōu)選地，所述步驟d)的沖洗時間為5-50秒，沖洗量為20_100ml。更優(yōu)選地，沖洗時間10-20秒，沖洗量50-80ml。優(yōu)選地，所述增塑劑溶液的化合物選自苯二甲酸酯類、脂肪族二元酸酯類、磷酸酯類、多元醇酯類、苯多酸酯類、檸檬酸酯類、聚酯類、環(huán)氧類、含氯類、和反應(yīng)性增塑劑中的一種或多種。根據(jù)本發(fā)明的光刻工藝方法能夠降低光刻工藝過程中引起的高線寬粗糙度，保證器件的性能和一致性。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。附圖中:圖1示出了通過現(xiàn)有方法對柵電極進行光刻后的SEM照片圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的光刻工藝方法的流程圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的光刻工藝方法對柵電極進行光刻后的SEM照片圖。
具體實施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進行描述。為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的步驟，以便闡釋本發(fā)明如何調(diào)整工藝步驟用于降低柵電極關(guān)鍵尺寸的線寬粗糙度。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。應(yīng)當理解的是，當在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。下面，參照圖2來描述本發(fā)明提出的用于降低柵電極關(guān)鍵尺寸的線寬粗糙度的光刻工藝方法的詳細步驟。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的光刻工藝方法包括如下步驟:首先，在步驟201，對要制作半導(dǎo)體器件的硅片表面進行清洗烘干，即預(yù)烘焙步驟。該清洗步驟通常采取濕法清洗，并輔以去離子水沖洗。預(yù)烘焙工藝通常為脫水烘焙，采用熱板烘焙1-2分鐘，溫度在大約150 250°C，并用氮氣對硅片進行保護。這一步驟的目的可以除去表面的污染物，例如顆粒、有機物、前一工藝步驟的殘余物等，還可以除去水蒸氣，使硅片基底表面由親水性變?yōu)槭杷?，增強表面對光刻膠的黏附性?？蛇x地，在步驟202，可以對要涂覆光刻膠的半導(dǎo)體硅片表面進行涂底。可采用氣相淀積或旋轉(zhuǎn)涂底的方式，使硅片表面具有疏水性，增強基底表面與光刻膠的黏附性。接著，在步驟203，對要進行光刻的硅片表面進行旋轉(zhuǎn)涂覆光刻膠的工藝步驟?？刹捎帽绢I(lǐng)域常用的靜態(tài)涂膠或動態(tài)涂膠的方法。接下來，在步驟204，進行軟烘焙(Soft Baking)的步驟?？刹捎帽绢I(lǐng)域常用的熱板烘焙的方法，溫度控制在70 120°C，時間大約為30 90秒。軟烘焙步驟可以除去溶齊U，增強黏附性，釋放光刻膠膜內(nèi)的應(yīng)力，并防止光刻膠污染設(shè)備。接著，在步驟205，去除邊緣的光刻膠，即EBR(Edge Bead Removal)步驟。在光刻膠涂覆后，在硅片邊緣的正反兩面都會有光刻膠的堆積。邊緣的光刻膠一般涂布不均勻，不能得到很好的圖形，而且容易發(fā)生剝離而影響其它部分的圖形，所以需要去除。通?？刹捎没瘜W(xué)方法或光學(xué)方法進行去除。接著,在步驟206,進行對準(Alignment)步驟,使光刻模板與娃片上已經(jīng)存在的圖形之間對準。接著，在步驟207，曝光工序步驟?？梢圆捎帽绢I(lǐng)域常用的接觸式曝光、接近式曝光或投影式曝光等方法。接下來，在步驟208，進行曝光后烘焙(PEB)步驟。所述后烘焙步驟可采用熱板在80 140°C的溫度下持續(xù)約60秒。后烘焙可以減少駐波效應(yīng)并激發(fā)化學(xué)增強光刻膠的PAG產(chǎn)生的酸與光刻膠上的保護基團發(fā)生反應(yīng)并移除基團使之能溶解于顯影液。然后，在步驟209進行顯影步驟。優(yōu)選地，采用單次旋覆顯影液，例如，涂覆顯影液后保持10 60秒。然后，在步驟210進行第一清洗步驟，用去離子水對硅片的表面進行沖洗。再在步驟211進行第二清洗步驟，用含有增塑劑的溶液對硅片的表面進行沖洗?？蛇x的，可省去步驟210，直接進行步驟211，即直接用含有增塑劑的溶液取代去離子水對硅片的表面進行沖洗，最后對晶圓進行高速甩干。所述含有增塑劑的溶液一般為水溶液，其中增塑劑的濃度范圍為0.01%至I %。所述增塑劑為含有一個或多于一個的酯基、酰胺基、醚基或羥基的化合物，從而能夠與部分脫保護的抗性-COOH基團形成氫鍵。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述增塑劑為含有4-20個碳原子的基于C-H或C-F的有機化合物。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，使用低分子量的酯或酰胺作為光刻膠(PR)聚合物的表面增塑分子，它們可以在光刻膠的圖案表面(pattern surface)與部分脫保護的-COOH基團形成氫鍵形成溶脹區(qū)域。由于較小的分子可以在圖案面上降低光阻聚合物的Tg，這有利于在隨后的硬烘焙步驟中光刻膠表面的聚合物分子發(fā)生重排收縮從而改進光刻膠圖形的LWR，而不影響圖形的尺寸。使用增塑劑溶液沖洗的溫度為22-23度，沖洗時間為5-50秒，沖洗的量為20-100ml，優(yōu)選的范圍是沖洗時間10-20秒，沖洗量50_80ml。 優(yōu)選地，所述增塑劑溶液所使用的化合物選自下列化合物中的一種或多種:(I)苯二甲酸酯類(包括鄰苯、對苯、間苯二甲酸酯)。(2)脂肪族二元酸酯類(包括己二酸酯、壬二酸酯、癸二酸酯)。
(3)磷酸酯類(包括磷酸脂肪醇酯、磷酸酚酯和含氯磷酸酯)。(4)多元醇酯類(包括甘油三醋酸酯、一縮二乙二醇苯甲酸酯等)。(5)苯多酸酯類(包括偏苯三酸三辛酯、偏苯三酸三己酯、均苯四酸四酯)。(6)檸檬酸酯類[包括檸檬酸三乙酯、乙酰檸檬酸三乙酯、檸檬酸三丁酯、乙酰檸檬酸三(2-乙基已)酯等]。(7)聚酯類(包括己二酸丙二醇聚酯、癸二酸丙二醇聚酯、鄰苯二甲酸聚酯等)。(8)環(huán)氧類(包括環(huán)氧大豆油、環(huán)氧亞麻子油、環(huán)氧油酸丁酯、環(huán)氧硬脂酸辛酯、環(huán)氧化甘油三酸酯、環(huán)氧四氫鄰苯二甲酸二辛酯等)。(9)含氯類(包括氯化石蠟、五氯硬脂酸甲酯)。(10)反應(yīng)性增塑劑(包括順丁烯二酸二丁酯、馬來酸二辛酯、丙烯酸/甲基丙烯酸多元醇酯、富馬酸酯、衣康酸酯、不飽和聚酯樹脂等)。)在上述含增塑劑溶液清洗步驟后，對硅片進行硬烘焙的步驟。所述硬烘焙的溫度大約在50-150°C，這一溫度要低于樹脂的玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg。所述樹脂的Tg通常為150-180°C。硬烘焙過程的時間為30-240秒。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，在使用增塑劑溶液處理之后再在步驟212進行硬烘焙處理。硬烘焙除了能夠把殘余的溶劑從光阻中去除，改善蝕刻的抵抗力，以及光阻的附著力，更為主要的目的是使光刻膠表面的含有增塑劑的樹脂在一個相對光刻膠樹脂更低的Tg溫度烘烤條件下進行聚合物的分子重排，從而降低器件的線寬粗糙度。通過本發(fā)明的半導(dǎo)體器件光刻工藝方法，可以提高半導(dǎo)體器件的LWR高達20%。如圖3示出了利用本發(fā)明的光刻工藝方法對柵電極進行光刻后的SEM照片圖。由圖中可見，柵電極的線寬粗糙度3 σ降低為7.5nm。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應(yīng)當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的光刻工藝方法，包括下列步驟: a)在要制作半導(dǎo)體器件的硅片表面涂覆光刻膠； b)對所述硅片實施對準工藝； c)對所述涂覆光刻膠的硅片進行曝光和顯影；和 d)用含有增塑劑的溶液對所述硅片的表面進行沖洗。
2.如權(quán)利要求1所述的光刻工藝方法，在所述步驟d)之后還包括對所述硅片進行硬烘小立m。
3.如權(quán)利要求2所述的光刻工藝方法，其中所述硬烘焙的溫度在50-150°C，硬烘焙過程的時間為30-240秒。
4.如權(quán)利要求1所述的光刻工藝方法，其中所述含有增塑劑的溶液為水溶液，其中增塑劑的濃度范圍為0.01%至1%。
5.如權(quán)利要求1所述的光刻工藝方法，其中所述增塑劑為含有一個或多于一個的酯基、酰胺基、醚基或羥基的化合物。
6.如權(quán)利要求1或5所述的光刻工藝方法，其中所述增塑劑為含有4-20個碳原子的基于C-H或C-F的有機化合物。
7.如權(quán)利要求1所述的光刻工藝方法，其中所述步驟d)的沖洗溫度為22-23度。
8.如權(quán)利要求1或7所述的光刻工藝方法，其中所述步驟d)的沖洗時間為5-50秒，沖洗量為20-100ml。
9.如權(quán)利要求8所述的光刻工藝方法，其中所述步驟d)的沖洗時間10-20秒，沖洗量50_80ml。
10.如權(quán)利要求1所述的光刻工藝方法，其中所述增塑劑溶液的化合物選自苯二甲酸酯類、脂肪族二元酸酯類、磷酸酯類、多元醇酯類、苯多酸酯類、檸檬酸酯類、聚酯類、環(huán)氧類、含氯類、和反應(yīng)性增塑劑中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的光刻工藝方法，包括下列步驟a)在要制作半導(dǎo)體器件的硅片表面涂覆光刻膠；b)對所述硅片實施對準工藝；c)對所述涂覆光刻膠的硅片進行曝光和顯影；和d)用含有增塑劑的溶液對所述硅片的表面進行沖洗。根據(jù)本發(fā)明的光刻工藝方法能夠降低光刻工藝過程中引起的高線寬粗糙度，保證器件的性能和一致性。
文檔編號G03F7/20GK103186037SQ20111045524
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者胡華勇, 丁麗華, 林益世 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司