專利名稱：具有臺階的襯底的光刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光刻方法，特別涉及一種具有臺階的襯底的光刻方法。
背景技術(shù)：
具有臺階襯底的光刻工藝是一種比較常見的光刻工藝，通常在注入層比較多見，比如柵極形成以后的源漏注入；另外在具有多層膜的結(jié)構(gòu)中形成不同臺階的圖形也經(jīng)常使用。和傳統(tǒng)的平面光刻工藝相比，當(dāng)臺階存在時，其邊界成為一個反光面，導(dǎo)致光刻時的光強(qiáng)分布和普通的平面相比，沿垂直方向衰減很快，因此臺階底部無法得到有效的光強(qiáng)形成足夠光酸，因此通常在臺階邊緣的底部很容易形成光刻膠殘留。圖I為一個具有臺階 襯底的光刻示意圖，其中圖Ia中的Olc為臺階，相應(yīng)于版圖中有源區(qū)(即AA區(qū))，10為光刻膠，版圖中的NBL為N型埋層區(qū)域。曝光顯影后形貌如圖Ib所示，臺階底部有光刻膠殘
甶°為了解決臺階邊緣底部的光刻膠殘留的這個問題，業(yè)界通常使用三種方法I、放大光刻圖形與臺階之間的距離；2、使用抗反射層以降低臺階處的光反射率；3、使用摻雜染料的光刻膠來增強(qiáng)光的吸收以降低對光強(qiáng)的需求。上述第一種方法，對器件面積影響很大，只適用于較大設(shè)計(jì)尺寸的器件。第二種方法則引入了額外的抗反射層，需要增加刻蝕抗反射層來打開圖形窗口，以及光刻后的抗反射層去除工藝，制作流程的復(fù)雜度大大提高。對于注入層來講，為了避免對有源區(qū)造成等離子體誘致?lián)p傷(PID-Plasma Induced Damage),無法引入抗反射層的刻蝕工藝，因此第二種方法的適用面很狹窄。第三種方法，染料的添加是一把雙刃劍，它可通過光的吸收增強(qiáng)來降低對光強(qiáng)的需求，而吸收增強(qiáng)也會造成光透射率下降，因此同時會造成光強(qiáng)沿垂直方向衰減，因此對底部光強(qiáng)的改善并沒有多少實(shí)質(zhì)的幫助。如果將光刻時聚焦點(diǎn)下移，可以增強(qiáng)臺階底部的光強(qiáng)。但是由于臺階反射面的存在，效果很差，如果為了底部有足夠光強(qiáng)，必須使光照機(jī)的景深(DOF)很小，使光強(qiáng)集中于焦點(diǎn)處。但這樣做會大大削弱表面光強(qiáng)，因此單純將聚焦點(diǎn)下移，則會引起表面的光強(qiáng)不足，導(dǎo)致表面的光刻膠粘連。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種光刻工藝，其適用于具有臺階襯底的光刻。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的具有臺階的襯底的光刻方法，其包括如下步驟步驟一，在襯底表面涂光刻膠，將曝光機(jī)的焦點(diǎn)設(shè)置在臺階底部位置，而后采用光刻掩膜版進(jìn)行曝光；步驟二，在步驟一中的光刻膠上再涂一光刻膠層，之后將所述曝光機(jī)的焦點(diǎn)設(shè)置在所述光刻膠層表面，進(jìn)行全面曝光；
步驟三，對所述襯底進(jìn)行加熱處理，使形成的光酸擴(kuò)散均勻，所述加熱處理的溫度小于所述光刻膠分解的溫度；步驟四，對襯底進(jìn)行顯影，形成最終圖形。本發(fā)明的有益效果在于通過兩次曝光的方法，第一次先將曝光機(jī)的焦點(diǎn)下移至臺階底部，在臺階底部產(chǎn)生足夠的光酸，而通過在硅片表面再旋涂一層光刻膠，然后全面曝光，在光刻膠表面產(chǎn)生足量的光酸，然后通過熱擴(kuò)散使表面的光酸向下擴(kuò)散，從而解決光刻膠表面光酸不足的問題，使最終光刻膠形貌更接近于設(shè)計(jì)需求。如權(quán)利要求I所述的光刻方法，其特征在于所述步驟一和步驟二中所述的光刻膠為正性光刻膠。優(yōu)選的，所述步驟一中曝光機(jī)的焦點(diǎn)設(shè)置在臺階高度的-200 % 30 %范圍之間，所述步驟二中曝光機(jī)的焦點(diǎn)設(shè)置在臺階高度的70% 200%之間，其中定義襯底平面為O點(diǎn)，且襯底平面以下為正。
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優(yōu)選的，所述步驟一中曝光機(jī)的景深設(shè)為臺階高度的30% 200%之間，所述步驟二中曝光機(jī)的景深設(shè)為臺階高度的30% 200%之間，其中定義襯底平面為O點(diǎn)，且襯底平面以下為正。優(yōu)選的，所述步驟二中曝光能量設(shè)為光刻膠閾值的100% 300%之間。優(yōu)選的，所述步驟二中曝光能量設(shè)為光刻膠閾值的100% 300%之間。優(yōu)選的，所述步驟二中曝光能量設(shè)為光刻膠閾值的100% 300%之間。優(yōu)選的，所述步驟三中加熱處理的溫度設(shè)為50°C 250°C之間，加熱處理的時間設(shè)為5 300秒。優(yōu)選的，所述步驟三中加熱處理的溫度設(shè)為50°C 250°C之間，加熱處理的時間設(shè)為5 300秒。優(yōu)選的，所述步驟三中加熱處理的溫度設(shè)為50°C 250°C之間，加熱處理的時間設(shè)為5 300秒。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明圖I為現(xiàn)有的具有臺階的襯底光刻顯影后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的光刻方法流程圖；圖3為采用本發(fā)明的光刻方法后形成的形貌示意圖；圖4為本發(fā)明的光強(qiáng)、光酸強(qiáng)度與位置的關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的光刻方法，適用于具有臺階的襯底上，其包括如下步驟(見圖2):步驟一，在襯底表面涂光刻膠，而后將曝光機(jī)的焦點(diǎn)設(shè)置在臺階底部位置，采用光刻掩膜版進(jìn)行曝光；步驟二，在步驟一中的光刻膠上再涂一光刻膠層，之后將曝光機(jī)的焦點(diǎn)設(shè)置在光刻膠層表面，進(jìn)行全面曝光；步驟三，對襯底進(jìn)行加熱處理，使形成的光酸擴(kuò)散均勻，其中加熱處理的溫度小于所述光刻膠分解的溫度；步驟四，對襯底進(jìn)行顯影，形成最終光刻圖形(見圖3)。上述方法中，步驟一和步驟二中的光刻膠為正性光刻膠。步驟一中的曝光機(jī)的聚焦點(diǎn)深度為臺階高度的-200% 30%范圍之間，優(yōu)選為-50% 10% ;曝光機(jī)的景深設(shè)為臺階深度的30% 200%，優(yōu)選為50% 70%。步驟二中的光刻膠曝光時曝光能量為EO (光刻膠的閾值能量)的100% 300%，優(yōu)選為120% 180%。步驟二中的曝光機(jī)聚焦點(diǎn)深度為臺階高度的70% 200%，優(yōu)選為90% 150% ;曝光機(jī)的景深為臺階深度的30% 200%，優(yōu)選為50% 70%。步驟三中的加熱溫度設(shè)為50°C 250°C，優(yōu)選為140°C 170°C，其原則為不高于光刻膠的分解溫度；加熱的時間為5 300秒，優(yōu)選為60 180秒。在一個具體的O. 13 μ m的工藝節(jié)點(diǎn)中，如圖I所示的襯底圖形為具體實(shí)施例，其為 需要進(jìn)行埋層注入的圖形。具體的，有源區(qū)(AA)尺寸為0.4μπι，所要形成的埋層注入圖形到AA尺寸為O. 3 μ m，臺階高度為4000埃左右，臺階側(cè)面的傾斜度為75 85°。第一次旋涂光刻膠，厚度可為6000 22000埃，該光刻膠的厚度可根據(jù)注入條件進(jìn)行調(diào)整，通常可比常規(guī)的光刻中的要厚些，以補(bǔ)償?shù)诙稳嫫毓夂蠊饪棠z的損失量。之后對曝光機(jī)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后采用光刻掩膜版進(jìn)行曝光，設(shè)置時使曝光機(jī)的焦點(diǎn)在臺階底部，曝光機(jī)的焦點(diǎn)設(shè)在最佳焦點(diǎn)(Best Focus)設(shè)在臺階深度的_200 % 30%,以襯底表面為O點(diǎn)，定義焦點(diǎn)在O點(diǎn)以下為正，則設(shè)置為(1-(-200% ))*4000 (1-30% ) *4000埃之間，即0·28μπι I. 2 μ m ;優(yōu)選為O. 36 μ m O. 6 μ m。曝光機(jī)的其他參數(shù)可設(shè)為景深(DOF)為臺階高度的30% 500%，S卩O. 12 2 μ m，優(yōu)選為50% 70%，即O. 2 O. 28 μ m,如果DOF過小，超過設(shè)備所能控制的精度，則可適當(dāng)放寬至設(shè)備所能接受的最低值；數(shù)值孔徑為O. 52 I. 33，優(yōu)選的為O. 68 O. 75 ;相干系數(shù)設(shè)為O. 3 O. 9，優(yōu)選為O. 7 O. 9。曝光能量以可以形成正常設(shè)計(jì)圖形尺寸為佳。而后直接將硅片取出，旋涂第二層光刻膠，此層光刻膠只是用來提供額外的光酸，因此對光刻膠厚度無特別需求，如圖4所示，只要產(chǎn)生的光酸總量足夠可以擴(kuò)散到a處(a即第一次曝光在靠近表面處光酸發(fā)生量低于閾值)即可，同時為了避免產(chǎn)生的光酸量過多，擴(kuò)散后造成底部設(shè)計(jì)尺寸過大不符合需求，可以根據(jù)形成后的形貌采用實(shí)驗(yàn)方式逐步增加厚度來確定最終厚度范圍。采用曝光機(jī)進(jìn)行全面曝光，該次曝光中，曝光機(jī)的參數(shù)可設(shè)為景深為臺階高度的30 % 500%，優(yōu)選為50 % 70%，計(jì)算方式與具體條件如前所示。曝光能量設(shè)為EO(光刻膠閾值)的100% 300%，優(yōu)選為120% 180%。最佳焦點(diǎn)設(shè)置為臺階高度的70 % 500%，優(yōu)選為90 % 200%。計(jì)算方法同上，即O. 12 μ m -I. 6 μ m，優(yōu)選為
O.04 μ m —O. 4 μ m。曝光完成后進(jìn)行曝光后加熱處理，使上層光刻膠全面曝光形成的光酸充分向垂直方向擴(kuò)散。加熱溫度不高于其分解溫度。與傳統(tǒng)PEB工藝不同，熱處理溫度設(shè)為50°C 250°C，優(yōu)選為140°C 170°C ;處理時間設(shè)為5 300秒，優(yōu)選為60 180秒。最后顯影,最終形成即中間最大,兩頭較小,垂直方向?yàn)橥霠畹膱D形。本發(fā)明并不限于上文討論的實(shí)施方式。以上對具體實(shí)施方式
的描述旨在于為了描述和說明本發(fā)明涉及的技術(shù)方案。基于本發(fā)明啟示的顯而易見的變換或替代也應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。以上的具體實(shí) 施方式用來揭示本發(fā)明的最佳實(shí)施方法，以使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠應(yīng)用本發(fā)明的多種實(shí)施方式以及多種替代方式來達(dá)到本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種具有臺階的襯底的光刻方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一，在襯底表面涂光刻膠，將曝光機(jī)的焦點(diǎn)設(shè)置在臺階底部位置，而后采用光刻掩膜版進(jìn)行曝光； 步驟二，在步驟一中的光刻膠上再涂一光刻膠層，之后將所述曝光機(jī)的焦點(diǎn)設(shè)置在所述光刻膠層表面，進(jìn)行全面曝光； 步驟三，對所述襯底進(jìn)行加熱處理，使形成的光酸擴(kuò)散均勻，所述加熱處理的溫度小于所述光刻膠分解的溫度； 步驟四，對襯底進(jìn)行顯影，形成最終圖形。
2.如權(quán)利要求I所述的光刻方法，其特征在于所述步驟一和步驟二中所述的光刻膠為正性光刻膠。
3.如權(quán)利要求I或2所述的光刻方法，其特征在于所述步驟一中曝光機(jī)的焦點(diǎn)設(shè)置在臺階高度的-200 % 30 %范圍之間，所述步驟二中曝光機(jī)的焦點(diǎn)設(shè)置在臺階高度的70% 200%之間，其中定義襯底平面為O點(diǎn)，且襯底平面以下為正。
4.如權(quán)利要求I或2所述的光刻方法，其特征在于所述步驟一中曝光機(jī)的景深設(shè)為臺階高度的30% 200%之間，所述步驟二中曝光機(jī)的景深設(shè)為臺階高度的30% 200%之間，其中定義襯底平面為O點(diǎn)，且襯底平面以下為正。
5.如權(quán)利要求I或2所述的光刻方法，其特征在于所述步驟二中曝光能量設(shè)為光刻膠閾值的100% 300%之間。
6.如權(quán)利要求3所述的光刻方法，其特征在于所述步驟二中曝光能量設(shè)為光刻膠閾值的100% 300%之間。
7.如權(quán)利要求4所述的光刻方法，其特征在于所述步驟二中曝光能量設(shè)為光刻膠閾值的100% 300%之間。
8.如權(quán)利要求I或2所述的光刻方法，其特征在于所述步驟三中加熱處理的溫度設(shè)為50°C 250°C之間，加熱處理的時間設(shè)為5 300秒。
9.如權(quán)利要求3所述的光刻方法，其特征在于所述步驟三中加熱處理的溫度設(shè)為50°C 250°C之間，加熱處理的時間設(shè)為5 300秒。
10.如權(quán)利要求4所述的光刻方法，其特征在于所述步驟三中加熱處理的溫度設(shè)為50°C 250°C之間，加熱處理的時間設(shè)為5 300秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有臺階的襯底的光刻方法，其包括如下步驟步驟一，在襯底表面涂光刻膠，將曝光機(jī)的焦點(diǎn)設(shè)置在臺階底部位置，而后采用光刻掩膜版進(jìn)行曝光；步驟二，在步驟一中的光刻膠上再涂一光刻膠層，之后將所述曝光機(jī)的焦點(diǎn)設(shè)置在所述光刻膠層表面，進(jìn)行全面曝光；步驟三，對所述襯底進(jìn)行加熱處理，使形成的光酸擴(kuò)散均勻，所述加熱處理的溫度小于所述光刻膠分解的溫度；步驟四，對襯底進(jìn)行顯影，形成最終圖形。采用本發(fā)明的光刻方法，使最終光刻膠形貌更接近于設(shè)計(jì)需求。
文檔編號G03F7/20GK102955364SQ20111024076
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者王雷 申請人:上海華虹Nec電子有限公司