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1、(10)申请公布号 CN 102610498 A (43)申请公布日 2012.07.25 C N 1 0 2 6 1 0 4 9 8 A *CN102610498A* (21)申请号 201110025603.3 (22)申请日 2011.01.24 H01L 21/027(2006.01) G03F 7/00(2006.01) G03F 7/38(2006.01) G03F 7/40(2006.01) (71)申请人无锡华润上华半导体有限公司 地址 214028 江苏省无锡市国家高新技术产 业开发区汉江路5号 申请人无锡华润上华科技有限公司 (72)发明人唐蓉 钱志浩 (74)专利代理机构。
2、北京集佳知识产权代理有限 公司 11227 代理人骆苏华 (54) 发明名称 光刻胶层的形成方法 (57) 摘要 一种光刻胶层的形成方法，其特征在于，包括 下列步骤：在晶圆上涂覆光刻胶层；对光刻胶层 进行软烘烤，优化软烘烤温度和时间；对光刻胶 层进行固胶处理，优化固胶温度和时间，使软烘烤 及固胶后光刻胶层的缩胶量最小。本发明使缩胶 量达到最小，进而使后续形成的半导体器件关键 尺寸与目标尺寸接近一致，防止了降低半导体器 件可靠性及电性能的缺陷。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4。
3、 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种光刻胶层的形成方法，其特征在于，包括下列步骤： 在晶圆上涂覆光刻胶层； 对光刻胶层进行软烘烤，优化软烘烤温度和时间； 对光刻胶层进行固胶处理，优化固胶温度和时间，使软烘烤及固胶后光刻胶层的缩胶 量最小。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化后的烘烤温度为118122，烘 烤时间为85s95s。 3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述优化后的烘烤温度为120，烘烤时间 为90s。 4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固胶分为第一阶段和第二阶段，优化固 胶第二阶段的温度和时间。 5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述优化后固。
4、胶第二阶段的温度是135 145，烘烤时间为65s75s。 6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述优化后固胶第二阶段的温度是140， 烘烤时间为70s。 7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述固胶第一阶段的温度是100110， 烘烤时间为25s35s。 8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述固胶第一阶段的温度是105，烘烤时 间为30s。 权 利 要 求 书CN 102610498 A 1/4页 3 光刻胶层的形成方法 技术领域 0001 本发明涉及半导体工艺领域，尤其涉及光刻胶层的形成方法。 背景技术 0002 光刻工艺是芯片制造技术中用得最频繁、最关键的技术之一，凡是半导。
5、体器件、光 电器件等，都需要用光刻工艺将所需器件的基本组成单元和线路的光掩模图形转移到半导 体衬底表面的光刻胶图形上。通常光刻的基本工艺包括涂胶、曝光和显影等三大步骤；具体 以正光刻胶为例，先于晶圆上涂覆光刻胶层；然后，对光刻胶层进行曝光，将曝光后的光刻 胶高温烘烤，以使曝光部分的高分子为主的物质产生裂解；接着将裂解的高分子光刻胶移 到显影槽，因曝光的高分子可溶于显影液，所以可借此去除曝光的高分子物质；如此，可在 晶圆的顶层表面得到图案化的光刻胶层。在申请号01122126.7的中国专利申请文献中提 供了一种对光刻胶进行处理形成器件图形工艺。 0003 目前的光刻技术的主流为紫外线光源的曝光技。
6、术，而采用的光刻胶有紫外线光刻 胶、i-line(i线)光刻胶。 0004 现有光刻胶层在经过烘烤及固胶后，由于温度的影响，导致光刻胶边缘产生收缩 (如图1所示)。尤其在厚胶工艺中，所采用的光刻胶相对黏度系数均大于普通的光刻胶， 且厚胶的张力大；对于大面积的厚光刻胶溶剂挥发的均匀性较差，导致厚光刻胶两边和中 间的线宽会有较大差异，缩胶的现象越明显。缩胶现象的产生造成显影后图形失真，得到的 器件关键尺寸(CD)与目标尺寸发生差异，使半导体器件尺寸无法满足要求。 发明内容 0005 本发明解决的问题是一种改善光刻胶层缩胶的方法，防止光刻胶层发生缩胶现 象。 0006 为解决上述问题，本发明提供一种。
7、光刻胶层的形成方法，包括下列步骤：在晶圆上 涂覆光刻胶层；对光刻胶层进行软烘烤，优化软烘烤温度和时间；对光刻胶层进行固胶处 理，优化固胶温度和时间，使软烘烤及固胶后光刻胶层的缩胶量最小。 0007 优选的，所述优化后的烘烤温度为118122，烘烤时间为85s95s。 0008 优选的，所述优化后的烘烤温度为120，烘烤时间为90s。 0009 优选的，所述固胶分为第一阶段和第二阶段，优化固胶第二阶段的温度和时间。 0010 优选的，所述优化后固胶第二阶段的温度是135145，烘烤时间为65s 75s。 0011 优选的，所述优化后固胶第二阶段的温度是140，烘烤时间为70s。 0012 优选的。
8、，所述固胶第一阶段的温度是100110，烘烤时间为25s35s。 0013 优选的，所述固胶第一阶段的温度是105，烘烤时间为30s。 0014 与现有技术相比，本发明具有以下优点：对光刻胶层的软烘烤及固胶的参数进行 调节，分别找出最佳的参数进行光刻胶层制作，两个步骤结合优化，使缩胶量达到最小，进 说 明 书CN 102610498 A 2/4页 4 而使后续形成的半导体器件关键尺寸与目标尺寸接近一致，防止了降低半导体器件可靠性 及电性能的缺陷。另外，无需增加额外的成本，不会使生产效率降低，而结果是最大化的满 足了工艺要求。 0015 进一步，当软烘烤温度为118122，烘烤时间为85s95s。
9、时，光刻胶层收缩 无明显的改变，经过显影后光刻胶的收缩量同样也没有明显的改变。当固胶第二阶段的温 度135145，烘烤时间为65s75s时，光刻胶的收缩量最小，使后续形成的半导体器 件关键尺寸与目标尺寸接近一致，防止了降低半导体器件可靠性及电性能的缺陷。 附图说明 0016 图1是现有技术形成光刻胶层时产生缩胶的效果图； 0017 图2是本发明形成光刻胶层的具体实施方式流程图； 0018 图3是本发明形成光刻胶层时软烘烤参数的设置与缩胶量的关系图； 0019 图4是本发明形成光刻胶层时在不同曝光条件下软烘烤参数与缩胶量的关系图； 0020 图5是本发明形成光刻胶层时固胶第一阶段凝固参数与缩胶量。
10、的关系图； 0021 图6是本发明形成光刻胶层时固胶第二阶段凝固参数与缩胶量的关系图； 0022 图7是采用现有软烘烤和固胶参数与本发明软烘烤和固胶的优化参数形成不同 厚度光刻胶层的缩胶量比较图。 具体实施方式 0023 发明人在现有光刻胶层涂胶过程中发现由于光刻胶是一种光敏材料，它受到光照 后特性会发生改变，如经过曝光后光刻胶层会发生剧烈铰链反应，使后续光刻胶经过烘烤 及固胶后，在温度的进一步影响下，导致光刻胶边缘产生收缩(如图1所示)，尤其在厚胶工 艺中，所采用的光刻胶相对黏度系数均大于普通的光刻胶，且厚胶的张力大；对于大面积的 厚光刻胶溶剂挥发的均匀性较差，导致厚光刻胶两边和中间的线宽会。
11、有较大差异，缩胶的 现象越明显。缩胶现象的产生造成显影后图形失真，得到的器件关键尺寸(CD)与目标尺寸 发生差异，使半导体器件尺寸无法满足要求。 0024 缩胶使半导体器件关键尺寸小于目标尺寸，进而会出现诸如：制作焊盘时出现焊 盘不能将导电插塞包裹住，导致漏电，图形或器件无法很好的套准；制作栅极时，栅极关键 尺寸小于目标尺寸，这于特征尺寸达到32纳米及以下的工艺中，会造成栅极关键尺寸过 小，导致短沟道效应的发生，产生漏电现象；而在制作深宽比大的通孔时，会使通孔的深宽 比进一步加大，导致通孔不能被刻蚀完全，产生短路的情况。 0025 为解决现有技术的问题，发明人经过仔细研究，通过对光刻胶层的软烘。
12、烤及固胶 的参数都进行调节，分别找出最佳的参数进行光刻胶层制作，两个步骤结合优化，使缩胶量 达到最小，进而使后续形成的半导体器件关键尺寸与目标尺寸接近一致，防止了降低半导 体器件可靠性及电性能的缺陷。另外，无需增加额外的成本，不会使生产效率降低，而结果 是最大化的满足了工艺要求。 0026 发明人提出的形成光刻胶层的具体流程如图2所示，执行步骤S11，在晶圆上涂覆 光刻胶层； 0027 采用旋涂的方式在晶圆上形成光刻胶层。 说 明 书CN 102610498 A 3/4页 5 0028 执行步骤S12，对光刻胶层进行软烘烤，优化软烘烤温度和时间； 0029 在对光刻胶层进行曝光显影之前，需要对。
13、光刻胶层进行烘烤，去除光刻胶中的水 汽及其他溶剂，增强光刻胶层的粘附性。 0030 本实施方式中，所述优化后的软烘烤温度为118122，烘烤时间为85s 95s。 0031 如图3所示，经过多次调节软烘烤的温度及烘烤时间，并测量在相应参数下的 缩胶量。在测试过程中发现在温度为90，烘烤时间为90s时，光刻胶层的收缩量最大 为0.43m；而在温度为90，烘烤时间为120s时，光刻胶层的收缩量为0.27m；温度 为90，烘烤时间为60s时，光刻胶层的收缩量为0.24m；温度为110，烘烤时间为90s 时，光刻胶层的收缩量为0.13m；温度为110，烘烤时间为120s时，光刻胶层的收缩 量为0.15。
14、m；温度为110，烘烤时间为60s时，光刻胶层的收缩量为0.14m；温度为 120，烘烤时间为90s时，光刻胶层的收缩量为0.04m；温度为120，烘烤时间为120s 时，光刻胶层的收缩量为0.11m；温度为120，烘烤时间为60s时，光刻胶层的收缩量为 0.09m；温度为130，烘烤时间为90s时，光刻胶层的收缩量为0.05m；温度为130， 烘烤时间为120s时，光刻胶层的收缩量为0.05m；温度为130，烘烤时间为60s时，光刻 胶层的收缩量为0.07m。从中可以看出在软烘烤温度为120，烘烤时间为90s时，光刻 胶层的收缩量最小。 0032 因此，作为一个优选实施例，软烘烤温度为120。
15、，烘烤时间为90s可作为在光刻 胶层形成工艺中最佳软烘烤的参数。 0033 另外，如图4所示，采用温度为120，烘烤时间为90s的软烘烤参数进行烘烤形成 的厚度为24000埃光刻胶层，随着焦距的变化，核心区域的形成半导体器件时光刻胶层的 缩胶量受影响度相对较小。 0034 执行步骤S13，对光刻胶层进行固胶处理，优化固胶温度和时间，使软烘烤及固胶 后光刻胶层的缩胶量最小。 0035 所述固胶处理为紫外线(UV)固胶，用紫外线固胶的作用是提高光刻胶的保型性， 为了获得更好的腐蚀后的图形。通常固胶处理分为第一阶段和第二阶段，所述第一阶段固 胶的作用是将光刻胶以及表面水气快速去除；第二阶段固胶的作用。
16、是通过UV将光刻胶进 行固化或硬化。第一阶段至第二阶段有一个升温的过程。 0036 本实施例中，所述固胶第一阶段的温度是100110，烘烤时间为25s35s。 0037 如图5所示，在固胶时间设定为30s的情况下，经过多次调节固胶第一阶段的温 度，并测量在相应参数下的光刻胶层收缩量。从中可发现一个优化的选择，在温度为105， 经过第一阶段固胶后，缩胶量可达到最小，为0.15m。 0038 本实施例中，固胶第二阶段优化温度的135145，烘烤时间为65s75s。 0039 如图6所示，经过多次调节固胶第二阶段的温度及固胶时间，并测量在相应参数 下的缩胶量。其中，在温度为120，固胶时间为130s。
17、时，光刻胶层的收缩量为0.02m； 而在温度为120，固胶时间为100s时，光刻胶层的收缩量为0.01m；温度为120，固胶 时间为70s时，光刻胶层的收缩量为0.04m。温度为160，固胶时间为100s时，光刻胶 层的收缩量为0.04m；温度为160，固胶时间为70s时，光刻胶层的收缩量为0.14m； 温度为160，固胶时间为50s时，光刻胶层的收缩量为0.16m；温度为160，固胶时间 说 明 书CN 102610498 A 4/4页 6 为30s时，光刻胶层的收缩量为0.22m。温度为180，固胶时间为70s时，光刻胶层的收 缩量为0.22m；温度为180，固胶时间为50s时，光刻胶层的。
18、收缩量为0.20m；温度为 180，固胶时间为30s时，光刻胶层的收缩量最大，为0.38m。温度为140，固胶时间为 130s时，光刻胶层的收缩量为0.01m；温度为140，固胶时间为100s时，光刻胶层的收 缩量为0.03m；温度为140，固胶时间为70s时，光刻胶层的收缩量最小，为0.005m； 温度为140，固胶时间为50s时，光刻胶层的收缩量为0.04m；温度为140，固胶时间 为30s时，光刻胶层的收缩量为0.06m。从中可以看出在固胶温度为140，固胶时间为 70s时，光刻胶层的收缩量最小。 0040 因此，作为一个优选实施例，固胶第二阶段温度为140，固胶时间为70s可作为 在光。
19、刻胶层形成工艺中最佳固胶第二阶段的参数。 0041 图7是采用现有软烘烤和固胶参数与本发明软烘烤和固胶的优化参数形成不同 厚度光刻胶层的缩胶量比较图。如图7所示，在形成厚度为14000埃19000埃的光刻胶 层时，采用优化后的软烘烤温度是120，软烘烤时间是90s；紫外线固胶第一阶段的固胶 温度为105，固胶时间是30s；紫外线固胶第二阶段的固胶温度为140，固胶时间是70s； 形成后的光刻胶层的收缩量为小于0.1m。而采用现有技术的软烘烤温度是90，软烘烤 时间是60s；紫外线固胶第一阶段的固胶温度为105，固胶时间是30s；紫外线固胶第二阶 段的固胶温度为180，固胶时间是70s；形成后的。
20、光刻胶层的收缩量为0.3m0.5m。 0042 继续参考图7，在形成厚度为22000埃26000埃的光刻胶层时，采用优化后的软 烘烤温度是120，软烘烤时间是90s；紫外线固胶第一阶段的固胶温度为105，固胶时间 是30s；紫外线固胶第二阶段的固胶温度为140，固胶时间是70s；形成后的光刻胶层的 收缩量为小于0.1m埃。而采用现有技术的软烘烤温度是90，软烘烤时间是60s；紫外 线固胶第一阶段的固胶温度为105，固胶时间是30s；紫外线固胶第二阶段的固胶温度为 180，固胶时间是70s；形成后的光刻胶层的收缩量为0.3m0.5m埃。 0043 虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。 说 明 书CN 102610498 A 1/4页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102610498 A 2/4页 8 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102610498 A 3/4页 9 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102610498 A 4/4页 10 图7 说 明 书 附 图CN 102610498 A 10 。