專利名稱：用一次光刻產(chǎn)生t形柵的移相掩模光刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域中用一次光刻產(chǎn)生T形柵的移相掩模光刻的微光刻方法，特別適用于各種化合物半導(dǎo)體器件和集成電路等器件的T形柵的生產(chǎn)制造。
背景技術(shù)：
目前制造T形柵的方法有各自的弱點。例如，用電子束光刻的方法，需使用2～3層光刻膠和不同比例劑量曝光，經(jīng)過1～2次顯影，方能產(chǎn)生T形柵光刻膠結(jié)構(gòu)，工藝復(fù)雜。電子束曝光的效率很低，不適應(yīng)生產(chǎn)要求；第二種使用版上現(xiàn)場斜照明的二元鉻掩模的光刻方法(BIM＋DDM技術(shù))，由于未使用移相掩模技術(shù)，曝光產(chǎn)生的光強分布不陡峭，導(dǎo)致T形柵剖面不夠陡，同時T一形柵的頭部(以下簡稱Gh)較寬，對短溝道器件和IC制造不利。同時，由于需要另外制造一塊特定的透射位相光柵，增加了加工復(fù)雜性，成本也相應(yīng)增加；第三種是利用移相掩模技術(shù)(常用PEL技術(shù))的兩次光刻法，第一次光刻用PEL掩模和負膠工藝形成T形柵的足部(以下簡稱Gf)，再于其上涂第二層正性光刻膠，經(jīng)第二層掩模套刻曝光和第二次顯影，形成Gh，即需要使用兩層掩模，涂兩次(兩種)光刻膠，經(jīng)兩次曝光、顯影，才能產(chǎn)生T形柵所需光刻膠剖面結(jié)構(gòu)。其工藝復(fù)雜，周期長，必然導(dǎo)致各種工藝缺陷增加，成本也相應(yīng)增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種僅用一塊由三個光學(xué)位相差為180°的透明窗口構(gòu)成的T形柵移相掩模(簡稱M-PEL掩模)，只需單層正性光刻膠，僅用一次曝光、顯影，即可產(chǎn)生T形柵光刻膠剖面結(jié)構(gòu)的光刻方法，且本發(fā)明方法還具有制造工藝簡單，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高，性能好，成本低，便于規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用等特點。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題由下列技術(shù)方案實現(xiàn)，它包括的步驟a.用計算機對T形柵移相掩模的圖形尺寸、光刻工藝進行工藝模擬和優(yōu)化設(shè)計把投影光刻機的光源波長、數(shù)值孔徑、相干因子、離焦值各參數(shù)輸入計算機，將T形柵圖形窗口尺寸及移相掩模版圖的單元布圖輸入計算機，啟動計算機模擬程序，選擇曝光、顯影劑量，得到符合T形柵要求的一維光強分布、二維和三維光刻膠顯影剖面分布結(jié)構(gòu)。
b.制作T形柵移相掩模按照計算機模擬和優(yōu)化設(shè)計的T形柵掩模尺寸，在圖形發(fā)生器上制作石英15鉻17掩模版1、玻璃16鉻17掩模版2，石英鉻掩模版1上制作有組成每個T形柵單元圖形的兩個亮條圖形窗口6，玻璃鉻掩模版2上制作有鉻層掩蔽的套刻用透光窗口8，用干法反應(yīng)離子刻蝕機將石英絡(luò)掩模板1兩個亮條圖形窗口6的石英15襯底表面刻蝕到一定深度，用濕法化學(xué)拋光處理被刻蝕的石英15襯底表面，干法刻蝕和化學(xué)拋光后，石英襯底被刻蝕到設(shè)定深度5，得到石英鉻掩模版3，在石英鉻掩模版3上涂光刻膠，用玻璃鉻掩模版2作套刻掩模，用透光窗口8套刻除去石英鉻掩模版3上中心區(qū)的鉻層7，得到由光學(xué)位相差互為180°的透光窗口9、10、11構(gòu)成的T形柵移相掩模版4。
c.制作半導(dǎo)體T形柵的光刻膠結(jié)構(gòu)在投影光刻機上使用T形柵移相掩模版4，對涂有單層正性光刻膠19的半導(dǎo)體晶片進行光刻，得到半導(dǎo)體T形柵光刻膠剖面結(jié)構(gòu)18。
本發(fā)明方法T形柵移相掩模版4上制作有三個互為180°光學(xué)位相差的透光窗口9、11、10，三個透光窗口9、11、10之間無鉻圖形，以180°光學(xué)位相邊為窗口邊界，透光窗口9與透光窗口11和相鄰鉻層17之間、透光窗口10與透光窗口11和相鄰鉻層17之間有180°的光學(xué)位相差。
本發(fā)明相比背景技術(shù)具有如下優(yōu)點1.本發(fā)明僅用一塊移相掩模，只需單層正性光刻膠，僅用一次光刻就能產(chǎn)生T形柵的光刻膠剖面結(jié)構(gòu)，并能用于制造性能優(yōu)良的半導(dǎo)體T形柵，因此制造工藝簡單，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高。
2.本發(fā)明制造的M-PEL掩?；締卧怯扇齻€互為180°光學(xué)位相差的透明窗口9、11、10構(gòu)成，其外圍是鉻層17阻光區(qū)，當該M-PEL掩模在投影光刻成像時，能產(chǎn)生陡峭且具有特殊形態(tài)的光強分布，用以獲得性能優(yōu)良的半導(dǎo)體T形柵光刻膠剖面結(jié)構(gòu)。
3.本發(fā)明能用普通的半導(dǎo)體制造工藝設(shè)備和工藝材料制造M-PEL掩模，因此成本低，便于規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，特別適用于亞微米、深亞微米量級的化合物半導(dǎo)體和集成電路器件的生產(chǎn)制造。


圖1是本發(fā)明M-PEL掩模結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明光刻膠19顯影后的半導(dǎo)體T形柵三維立體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
參照圖1、圖2，本發(fā)明產(chǎn)生T形柵的移相掩模光刻方法步驟如下，首先用計算機對T形柵移相掩模的圖形尺寸、光刻工藝進行工藝模擬和優(yōu)化設(shè)計，實施例是使用由英國盧瑟福國家實驗室微結(jié)構(gòu)研究中心崔錚博士提供的全光刻工藝模擬軟件“COMPARE”，進行光刻工藝模擬和M-PEL掩模的優(yōu)化設(shè)計。把所用投影光刻機的光學(xué)參數(shù)波長(λ)、數(shù)值孔徑(NA)、相干因子(σ)、離焦值(DOF)輸入計算機，實施例所用光刻機的光學(xué)參數(shù)為λ＝436nm、NA＝0.28，σ＝0.7，DOF＝0，光刻膠為AZ1350J，厚度10650，將上列各參數(shù)輸入計算機，同時將T形柵圖形窗口尺寸及移相掩模版圖的單元布圖輸入計算機，啟動計算機模擬程序COMPARE軟件，選擇曝光、顯影劑量，得到符合T形柵要求的一維光強分布、二維和三維光刻膠顯影剖面分布結(jié)構(gòu)。如所得的結(jié)果與器件T形柵幾何尺寸要求有偏離，可反復(fù)修改設(shè)計，直到獲得最佳結(jié)果為止。
本發(fā)明的T形柵M-PEL掩模制造方法如下按照計算機模擬和優(yōu)化設(shè)計所得到的T形柵掩模圖形尺寸，在圖形發(fā)生器上制作石英15鉻17掩模板1、玻璃16鉻17掩模版2，石英鉻掩模版1上制作有組成每個T形柵單元圖形的兩個亮條圖形窗口6，玻璃鉻掩模版2上制作有鉻層掩蔽的的套刻用透光窗口8，實施例石英鉻掩模版1制作成由兩條相距800nm、寬度各為560nm(均指換算到半導(dǎo)體晶片上的尺寸數(shù)值)的平行亮窗口6組成的石英鉻版，石英鉻掩模版1在其阻光區(qū)鉻層掩蔽下用干法刻蝕在ME-3A型磁增強反應(yīng)離子刻蝕機中，用四氟化碳氣體/氧氣(CF4/O2)刻蝕石英掩模板1兩個亮條圖形窗口6的石英15襯底表面到一定深度，用濕法化學(xué)拋光處理被刻蝕石英15襯底，干法刻蝕和化學(xué)拋光后，石英15襯底被刻蝕到設(shè)定的深度5，得到石英鉻掩模版3上亮條窗口6的石英15襯底深度5為h，則h值應(yīng)滿足下式h＝Kλ/2(n-1)(1)式(1)中K為奇數(shù)，λ為所用投影光刻機的光源波長，n為掩模襯底材料在光源波長λ處的折射率。
實施例h＝4666?！罧，K＝1，則h＝4666。在ME-3A型干法刻蝕機上用CF4/O2(25/2.5sccm)刻蝕寬度為560nm的兩條平行亮窗口6的石英襯底21分鐘，經(jīng)清洗、干燥，即可達到石英襯底刻蝕的一定深度。濕法化學(xué)拋光的目的是消除由于干法刻蝕造成的表面微粗糙化對光的散射效應(yīng)，使180°位相差的相鄰部分的透光率盡量一致，方能產(chǎn)生最大相消干涉，實施例濕法化學(xué)拋光是采用充分緩沖的SiO2腐蝕液，例如氟化氨45.4克加氫氟酸(40％)18毫升、加去離子水65.4毫升，化學(xué)拋光的時間在40到60秒之間選擇，一般化學(xué)拋光時間為50秒。這樣干法刻蝕和化學(xué)拋光后即可達到石英15襯底表面刻蝕總深度5的h值為4666。
本發(fā)明對石英鉻掩模版3套刻去鉻的光刻方法如下石英鉻掩模版3涂上一層AZ1350型正性光刻膠，厚度為6000，前烘90℃、25分鐘。用玻璃鉻掩模版2作套刻掩模，用透光窗口8套準石英鉻掩模3上中心區(qū)的鉻層7，進行光刻曝光，經(jīng)0.25N、TMAH/H2O顯影60秒，并用硝酸鈰銨酸性腐蝕液進行腐蝕，即可去掉石英鉻掩模版3上中心區(qū)的鉻層7，經(jīng)去膠、清洗、干燥后，即最終制成本發(fā)明使用的由光學(xué)位相差互為180°的透光窗口9、11、10構(gòu)成的T形柵移相掩模版4。
本發(fā)明實施例用M-PEL掩模版4制作半導(dǎo)體T形柵光刻膠結(jié)構(gòu)時，將M-PEL掩模版4放在GCA3696精縮機上，對涂有AZ1350J型正性光刻膠19的半導(dǎo)體晶片進行光刻，實施例涂光刻膠厚度為10650，曝光后經(jīng)0.25N、TMAH/H2O顯影60秒，清洗、干燥后，即可獲得柵長為Lg＝0.50μm的T形柵制造用的如圖2中18圖形所示的三維光刻膠剖面結(jié)構(gòu)。為了防止光學(xué)鄰近效應(yīng)對亞半微米、深亞微米量級T形柵光刻結(jié)果的不良影響，在M-PEL掩模設(shè)計制造時，應(yīng)進行光學(xué)鄰近校正，本發(fā)明使用在柵條圖形的根部和端部加輔助圖形的方法，可有效的防止柵條根部變窄和端部縮短等問題。輔助圖形的形狀和尺寸、位置等，均由光刻工藝模擬確定。
本發(fā)明T形柵移相掩模版4上制作有三個互為180°光學(xué)位相差的透光窗口9、11、10，三個透光窗口9、11、10之間無鉻圖形，以180°光學(xué)位相邊為窗口邊界，透光窗口9與透光窗口11和相鄰鉻層17之間、透光窗口10與透光窗口11和相鄰鉻層17之間有180°的光學(xué)位相差。
實施例移相掩模版4在投影光刻機光源的照明下，由于光對透光窗口9、11、10照射時，它們之間光程差由深度5決定，深度5滿足公式(1) 要求時，即產(chǎn)生180°光學(xué)位相差，透光窗口9、10與透光窗口11以及與鉻層17之間均有180°光學(xué)位相差，只要經(jīng)本發(fā)明所述計算機工藝模擬和優(yōu)化設(shè)計的具有合適尺寸比例的三個透光窗口9、11、10，即可光刻產(chǎn)生T形柵所需要的光刻膠剖面結(jié)構(gòu)18。
權(quán)利要求
1.一種用一次光刻產(chǎn)生T形柵的移相掩模光刻方法，其特征在于包括步驟a.用計算機對T形柵移相掩模的圖形尺寸、光刻工藝進行工藝模擬和優(yōu)化設(shè)計把投影光刻機的光源波長、數(shù)值孔徑、相干因子、離焦值各參數(shù)輸入計算機，將T形柵移相掩模的圖形窗口尺寸及移相掩模版圖的單元布圖輸入計算機，啟動計算機模擬程序，選擇曝光、顯影劑量，得到符合T形柵要求的一維光強分布、二維和三維光刻膠顯影剖面分布結(jié)構(gòu)；b.制作T形柵移相掩模按照計算機模擬和優(yōu)化設(shè)計的T形柵掩模尺寸，在圖形發(fā)生器上制作石英(15)鉻(17)掩模版(1)、玻璃(16)鉻(17)掩模版(2)，石英鉻掩模版(1)上制作有組成每個T形柵單元圖形的兩個亮條圖形窗口(6)，玻璃鉻掩模版(2)上制作有鉻層掩蔽的套刻用透光窗口(8)，用干法反應(yīng)離子刻蝕機將石英鉻掩模板(1)兩個亮條圖形窗口(6)的石英(15)襯底表面刻蝕到一定深度，用濕法化學(xué)拋光處理被刻蝕的石英(15)襯底表面，干法刻蝕和化學(xué)拋光后，石英(15)襯底被刻蝕到設(shè)定深度(5)，得到石英鉻掩模版(3)，在石英鉻掩模版(3)上涂光刻膠，用玻璃鉻掩模版(2)作套刻掩模，用透光窗口(8)套刻除去石英鉻掩模版(3)上中心區(qū)的鉻層(7)，得到由光學(xué)位相差互為180°的透光窗口(9)、(11)、(10)構(gòu)成的T形柵移相掩模版(4)；c.制作半導(dǎo)體T形柵的光刻膠結(jié)構(gòu)在投影光刻機上使用T形柵移相掩模版(4)，對涂有單層正性光刻膠(19)的半導(dǎo)體晶片進行光刻，得到半導(dǎo)體T形柵光刻膠剖面結(jié)構(gòu)(18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用一次光刻產(chǎn)生T形柵的移相掩模光刻方法，其特征在于T形柵移相掩模版(4)上制作有三個互為180°光學(xué)位相差的透光窗口(9)、(11)、(10)，三個透光窗口(9)、(11)、(10)之間無鉻圖形，以180°光學(xué)位相邊為窗口邊界，透光窗口(9)與透光窗口(11)和相鄰鉻層(17)之間、透光窗口(10)與透光窗口(11)和相鄰鉻層(17)之間有180°的光學(xué)位相差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用一次光刻產(chǎn)生T形柵的移相掩模光刻方法,它涉及半導(dǎo)體器件中的微光刻方法。它采用計算機對移相掩模的圖形尺寸,進行光刻工藝模擬和優(yōu)化設(shè)計,僅用一塊由三個光學(xué)位相差互為180°的透明窗口構(gòu)成的T形柵移相掩模,只需單層正性光刻膠,僅用一次曝光、顯影即可產(chǎn)生T形柵光刻膠剖面結(jié)構(gòu)。本發(fā)明方法可以大大簡化T形柵的制造工藝,因此具有制造工藝簡單、周期短,生產(chǎn)效率高,成本低、性能好等特點,特別適用于各種亞微米、深亞微米量級的化合物半導(dǎo)體和集成電路器件的生產(chǎn)制造。
文檔編號H01L21/28GK1337600SQ0114211
公開日2002年2月27日 申請日期2001年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月13日
發(fā)明者韓安云, 張倩, 王維軍, 王育中, 田振文, 樊照田 申請人:信息產(chǎn)業(yè)部電子第十三研究所