專利名稱：形成圖形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成圖形的方法，更具體地說，涉及以簡單的制造工藝形成圖形的方法，而改善了所提供圖形在高臺階部位的圖形輪廓。
與一系列高集成度與高性能半導(dǎo)體器件相適應(yīng)，已導(dǎo)致一種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。因此，很需要在半導(dǎo)體襯底上能形成微細圖形的工藝技術(shù)。大家都清楚這樣的半導(dǎo)體器件圖形是通過光刻的方法形成的。
通過光刻法來形成圖形的方法如下首先在待形成圖形的襯底的上表面，諸如絕緣層、導(dǎo)電層或半導(dǎo)體圓片上，形成其溶解度隨光照，例如紫外光或X射線而改變的光刻膠層。用刻有圖形的掩模，選擇性地將預(yù)定部位曝光，光就有選擇地照射到膠層上。然后，顯影受過光照的膠層，除去具有高溶解度(正膠情況下是曝光部位)的光刻膠部位而留下低溶解度的光刻膠部位，這樣就形成一種光刻圖形?？涛g去掉了光刻膠的襯底的部位，就形成圖形。在完成了襯底刻蝕之后，除去所留下的光刻膠，就能獲得用于有關(guān)布線、電極，等等所需的圖形。
雖然，用這種高分辨率光刻法能夠形成微細圖形，但更微細的圖形產(chǎn)生還需要改進相關(guān)的工藝。
這就是，在光刻膠曝光與顯影曝過光的光刻膠之后所獲得的微細圖形，要按光掩模圖形的線寬同樣的比率來形成圖形的線寬。然而，因光刻中存在各種操作過程，就很難保持恒定的圖形線寬。這種線寬的偏差是由于不同厚度的光刻膠捕集到的能量劑量的差別，以及由于在臺階處因衍射和反射造成光散射產(chǎn)生的(參見“SiliconProcessingfortheVSLIEra”byS.WolfandR.N.Tauber，Vol.1，P439，1986)。


圖1是按照常規(guī)單層光刻膠法的圖形形成工藝的流程圖。參照圖1，下面將更詳細地描述這樣的圖形形成過程。
當(dāng)襯底以100至1000rpm.的速度旋轉(zhuǎn)時，將光敏材料涂敷在襯底的上表面。然后，若襯底以高速，例如2000到6000rpm.旋轉(zhuǎn)，該光敏材料在離心力作用下會迅速鋪開，并在整個襯底上形成厚度均勻的膠層。
圖3A和3B分別表示按照常規(guī)的單膠層法，在臺階處形成圖形時，光刻膠厚度的變化，以及顯影后在臺階處的圖形形狀。如圖3A和3B所示，因已經(jīng)在襯底上形成圖形，在有臺階的情況下，會局部地改變膠層的厚度。這就是如圖3A所示，襯底1上部的臺階處形成了較厚的膠層2。特別是，由于高集成度器件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的發(fā)展，更增加了許多臺階。如果所形成的臺階部位的膠層因這樣的復(fù)雜臺階，在光刻膠涂敷之際要比其他部位厚得多，那末，在形成光刻膠圖形時就會導(dǎo)致圖形橋接或殘膠等等之處增加。
圖3B表示將如圖3A所示的形成的膠層曝光與顯影，而獲得的光刻膠圖形3。參看圖3B，該臺階底部的光刻膠，即，相對應(yīng)于光刻膠厚度特別厚的部位，沒有全被除去。因此，可以看到，光刻膠留在光刻圖形3之間，并用標(biāo)號4指明。
造成這種不希望有的現(xiàn)象是由于下列情況。為形成優(yōu)良的光刻膠圖形，進行曝光時，光的焦距應(yīng)與光刻膠厚度的中心線相適應(yīng)。即，因相對于焦點在光刻膠的表面曝光區(qū)與光刻膠下表面的曝光區(qū)是對稱的，當(dāng)焦點與光刻膠厚度中心符合時，光刻膠表面和下部的曝光區(qū)彼此是一樣的，因此，具有陡峭的光強分布。然而，在有臺階的圓片上形成光刻膠層，該層的厚度隨襯底區(qū)的不同而不固定，所以不太可能使整個膠層的厚度中心線與光的焦點相配合。這就是，例如，由于在有相當(dāng)厚光刻膠的臺階處，光的聚焦線位于光刻膠厚中心線的上部，所以，光刻膠下曝光范圍變成寬于上曝光范圍。這意味著光刻膠下部的曝光能量劑量相對欠缺，即，曝光不足。曝光不足會發(fā)生不希望的線寬改變、橋接、殘膠層等等。因此，該光刻膠圖形的輪廓變壞，以致不能刻蝕襯底。
為解決常規(guī)單層膠(SLR)方法的上述問題，而已經(jīng)開發(fā)了一種多膠層(MLR)的方法。
按照MLR法，圖形形成工藝的流程圖示于圖2中。圖4表示按MLR法形成圖形時的夾層結(jié)構(gòu)。參照圖2和4，下面將更詳細地描述MLR的方法。
首先，在襯底1的上部涂敷比襯底臺階厚很多的用于平面化的下光刻膠11，然后烘焙。在下光刻膠11的上部涂敷中間絕緣層12之后，涂敷用以曝光的上光刻膠13，于是形成多層膠層。在曝光與顯影上光刻膠之后，再用干法刻蝕該中間絕緣層。此后，用氧氣(O2)等離子干法刻蝕下平面化光刻膠，以形成光刻膠圖形。然后，利用該光刻膠圖形來刻蝕襯底，再除去留下的光刻膠，就獲得圖形。MLR法能產(chǎn)生高分辨率，小于或等于0.5μm的圖形。
在日本披露的特許公開昭51-107775中已揭示了MLR法的一種應(yīng)用。上述的日本公開中，在襯底存在不平整部位或臺階的襯底上部之上厚厚地涂敷上一層有機物層(下層)，使襯底的上部平面化，然后，在襯底的頂部形成由旋涂玻璃(SOG)、磷硅玻璃(PSG)或SiO2組成的中間層。于是，按照常規(guī)光刻工藝，曝光與顯影該頂層，再刻蝕中間層，從而將中間層制成預(yù)定的形狀。又用中間層作掩模，干法刻蝕除去厚厚下層的露出部位。此后，通過刻成圖形的下層，干法刻蝕要制作的層的露出部位，從而形成預(yù)定的圖形。
還有，韓國專利公開號89-3903揭示了一種用來改善MLR法圖形分辨率的方法。為做到這一點，通過減小中間層對光的折射率和上層與下層對光的折射率之間的差值而使上層與中間層，以及中間層與下層之間的每個界面都減小光反射。同時，防止了由于下層層厚度的不同所產(chǎn)生的在層內(nèi)的光干涉，當(dāng)圖形形成時可以遏制尺寸的改變。上述韓國專利公開中所描述的方法包括連續(xù)的淀積待制作層的各工序，下層由有機聚合復(fù)合物組成、中間層由具有比在襯底上的下層與光敏的上層更大的耐干法刻蝕的性能的材料制造，通過選擇性對上層的預(yù)定部位曝光和使曝了光的部位顯影，形成有預(yù)定形狀的上層圖形，除去露出的下層部位，以及經(jīng)過除去襯底的露出部位而形成襯底圖形，其中中間層的光折射率與上層或下層的光折射率之差都小于或等于12%。
用MLR法能夠獲得高分辨率的微細圖形。但是，因為工藝復(fù)雜，又要通過許多工序，所以，生產(chǎn)率低、不合格產(chǎn)品的數(shù)量增加以及制造半導(dǎo)體工藝的全部成本增大了。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能獲得有良好分辨率的圖形的圖形形成方法，其中由于采用了單層光刻膠的方法，不必經(jīng)過像多層光刻膠法那樣復(fù)雜的工藝，從而簡化了工藝、節(jié)省了費用、以及容易使在臺階部位變厚的光刻膠顯影。
為了完成本發(fā)明的上述目的，提供一種用來形成圖形的方法，包括下列步驟在襯底上形成光刻膠層的步驟;
首先，用第1掩模給光刻膠層曝光;
其次，用第2掩模給由于臺階而所說光刻膠層相當(dāng)厚的部位曝光;以及使曝過光的光刻膠層顯影。
參照附圖，通過對本發(fā)明的優(yōu)選的實施例的詳細描述，本發(fā)明的上述目的和其他優(yōu)點將變得更加明顯。
圖1是按照常規(guī)單層光刻膠(SLR)法的圖形形成工藝的流程圖;
圖2是按照常規(guī)多層光刻膠(MLR)法的圖形形成工藝的流程圖;
圖3A和3B分別表示出按照常規(guī)單層光刻膠法圖形形成時，在臺階處光刻膠厚度的變化，以及顯影后在臺階處的圖形形狀;
圖4是按照常規(guī)MLR法形成圖形時，夾層的剖面圖;
圖5是按照本發(fā)明的形成圖形工藝的流程圖;
圖6A是有一臺階的光刻膠層剖面圖;
圖6B和6C表示在圖6A光刻膠層的上部位，用于本發(fā)明為第2掩模所設(shè)計的條形柵圖形的排列布圖;
圖6D表示在圖6A的光刻膠層上部位，用于本發(fā)明中為第2掩模所設(shè)計的一種方格圖形的排列布圖;
圖7A至7C表示按照本發(fā)明的圖形形成法的工藝流程而形成圖形的過程;
圖8A和8B分別表示出按照常規(guī)的SLR法形成圖形時在臺階處光刻膠的剖面以及顯影后臺階處的圖形形狀。
按本發(fā)明的優(yōu)選實施例，將光刻膠曝光，而后，用第2塊掩模讓光刻膠較厚的部位再次曝光。尤其有必要，在曝光機中用第1塊掩模和第2塊掩模連續(xù)地讓該光刻膠層曝光。亦即，需要制造第2掩模圖形，以便沿臺階部位有0.5μm至400μm的尺寸。最好是，所制造的第2掩模圖形能按光刻膠的厚度和臺階深度調(diào)正第2掩模圖形的尺寸。
圖5是按照本發(fā)明的形成圖形工藝的流程圖。為形成本發(fā)明有臺階的器件的具有高分辨率的圖形，用有預(yù)定圖形的掩模，對單層光刻膠進行第一次曝光。而后，有效地除去臺階部位的厚光刻膠，再用有預(yù)定圖形的掩模進行第2次曝光。也就是，為解決第一次曝光后，由于在厚光刻膠部位曝光能量劑量低，致使光激活化合物(PAC)的分解強度小，而使厚光刻膠部位顯影不干凈問題，再一次給臺階部位曝光，從而補充曝光能量劑量以增加PAC的分解強度。
所需的第2次曝光的曝光能量劑量是第1次曝光劑量的5%到20%。若是能量劑量低于5%，則曝光作用過弱，而若是能量劑量多于20%，圖形的分辨率增大則隨能量增加而稍微減小。如果使第2次曝光能量劑量弱于第1次曝光能量劑量，即使插入第1掩模時沒有曝過光的部位，當(dāng)插入第2掩模使該部位曝光，那個部位也不會成為圖形留下，因為曝光光量小又不顯影。由于讓臺階部位兩次曝光，光刻膠曝光很充分，所以，甚至在曝過光的邊緣部位也能形成干凈的圖形。
尤其，因為第2掩模有與臺階的厚膠層上部相配合的圖形，所以該第2掩模幾乎沒有象第1掩模那樣的微細圖形。由于第2掩模尺寸相當(dāng)大，就使第2次曝光不需象第1次曝光一樣準(zhǔn)確安置掩模。亦即，不會有掩模的轉(zhuǎn)動、相互垂直，等等問題。這樣，按照本發(fā)明的方法，增加第2次曝光是輔助性的。然而，可以明白，當(dāng)與常規(guī)曝光工藝比較，第2次曝光工藝雖相當(dāng)簡單，但其效果是優(yōu)良的。
為了形成更好的圖形，用第2掩模進行第2次曝光時，最好賦予大約數(shù)微米的散焦。這樣的散焦改善了光刻膠邊緣部位的圖形分辨率，其中第1掩模與第2掩模相重疊。優(yōu)選的是，散焦值為0.5至20μm。
還有，按照本發(fā)明的形成圖形的方法中，在第2掩模的預(yù)定第2圖形中添加輔助性條柵圖形(X-或Y-方向)或方格圖形，以便施行第2次曝光。
圖6A到6D表示出條柵圖形(圖6B和6C的標(biāo)號9)或方格圖形(圖6D的標(biāo)號10)，在第2掩模上設(shè)置這些圖形要被配置在有臺階(圖6A)的光刻膠層2的上部之上。
這個圖形中，條柵間的距離“d”(該條柵是與臺階平行被插入的)可以按因臺階而改變的光刻膠厚度作適當(dāng)調(diào)整與配置。所以，可以按光刻膠厚度的改變使圖形尺寸的變化減至最低程度。安插到有預(yù)定圖形的第2掩模中的條柵圖形或方格圖形的尺寸或距離要等于或小于周圍區(qū)的臨界分辨率。就是要求，所要設(shè)計的第2圖形不是因散焦所顯示的圖形。最好的是，條柵圖形或方格圖形可以按光刻膠厚度的改變而改變其尺寸或距離。
通常將掩模分為硬掩?；蜍浹谀?。然而，因軟性掩模難以形成小于或等于2.5μm的微細圖形，所以，最近在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域主要采用硬性掩模。硬性掩模是借助于淀積法濺射法或化學(xué)汽相淀積法在基板上涂覆一層遮光薄層材料制造的。堿石灰、硼硅酸鹽或結(jié)晶體等等可以用作掩?；宀牧?。其中，結(jié)晶體的價格特別昂貴。然而，結(jié)晶體優(yōu)點在于熱膨脹系數(shù)極小，而且淺紫外光或深紫外光的透過率都很高。因此，本發(fā)明中，就需要用這種晶體作為掩?；宓牟牧?。
硅、氧化鐵、鉻或鉻的氧化物可以用作涂覆在掩模上的遮光薄層材料。特別是，在本發(fā)明中要用鉻與氧化鉻的復(fù)合材料。
除在基板上涂覆鉻/氧化鉻的常規(guī)掩模外，還可以采用反射掩?；蛳嘁蒲谀５鹊茸鳛樵诒景l(fā)明中可用的掩模。
本發(fā)明能用作曝光的光，就光刻膠曝過光的部分與非曝光部分之間賦予溶解度差能夠形成圖形來說，不會有限制。作為可用于本發(fā)明的光，可使用KrF受激準(zhǔn)分子激光(248nm)和ArF受激準(zhǔn)分子激光(193nm)以及g-線(436nm)、i-線(365nm)，h-線(405nm)和發(fā)自水銀燈或Xe燈的深紫外光(240-440nm)。
除縮小投影曝光法外，一對一投影曝光法、X-射線曝光法，等毫無例外地都可用作曝光法。
通常將光敏材料分成正性型或負性型。負性型光敏材料是由環(huán)化橡膠基樹脂和雙偶氮基化合物的混合物組成。照射過光的部位通過交聯(lián)材料(雙偶基化合物)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而被硬化，而非曝光區(qū)則用顯影劑溶去。另一方面，正性型光敏材料，通常是由苯醌重氮基光敏材料、堿性可溶性的酚基樹脂及有機溶劑組成。通過光照，將本來為堿性不溶性的樹脂，轉(zhuǎn)變成堿性可溶性的樹脂。因為正性光敏材料分辨率比負性材料高，近來廣泛采用正性型光敏材料。
作為本發(fā)明可用的光敏材料，無論正性還是負性的都能使用。但是，如上所述，要求使用有較高分辨率的正性型材料。作為本發(fā)明能用的正性型光敏材料，可以使用酚醛基樹脂混合物、化學(xué)強化樹脂混合物或斷鏈樹脂混合物。
下文，將詳細地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。但是，本發(fā)明不限于此。
實施例1在有臺階的襯底上部旋涂包括酚醛基樹脂和重氮萘醌的光刻膠，形成厚為1.2μm的光刻膠層。用g-線(436nm)的紫外光，采用有金屬圖形的預(yù)定晶體掩模進行對準(zhǔn)曝光。隨后，實際上除去在臺階部位的厚光刻膠，在與金屬圖形方向相同的方向，插入第2掩模，該掩模中有設(shè)計尺寸大約為9到10μm的圖形。然后，用第1次曝光能量的大約10%的能量第2次繼續(xù)給第1次已曝光的光刻膠曝光。這里，為了散焦，使第2掩模的焦點移到約5μm，以此進行曝光。隨后，用四甲基氫氧化銨(TMAH)的堿性水溶液進行濕法顯影而形成光刻膠圖形。利用所形成的光刻膠圖形來刻蝕要制作的襯底，再除去留下來的光刻膠，從而獲得所需的圖形。
實施例2
用實施例1描述過的相同方法在有臺階的襯底上部形成光刻膠層。用g-線紫外光(436nm)，采用有金屬圖形的預(yù)定晶體掩模進行對準(zhǔn)曝光，隨后，實際上除去臺階部位的厚光刻膠，在與金屬圖形相同的那個方向，插入第2掩模，而該掩模中有設(shè)計尺寸約為9到10μm的圖形，并將其中尺寸為0.1至0.2μm的條柵圖形或方格盤圖形對準(zhǔn)。然后，用第1次曝光能量的大約10%的能量在臺階處(第2次)繼續(xù)給第1次已曝光的光刻膠對準(zhǔn)曝光。這里，為了散焦，使第2掩模移動5μm，而進行曝光。隨后，用四甲基氫氧化銨(TMAH)的堿性水溶液進行濕法顯影而形成光刻膠圖形。利用所形成的光刻膠圖形來刻蝕要制作的襯底，再除去留下來的光刻膠，從而獲得所需的圖形。
上述的實施例中，能夠改善圖形邊緣部位的光潔度，其中通過散焦將第1掩模和第2掩模疊合，而且可以改善條柵圖形或方格盤圖形的作用。
圖7A到7C表示按照本發(fā)明的形成圖形的方法的工藝流程而形成圖形的過程。圖8A和8B表示按第1實施例和第2實施例所得到的圖形，在臺階處的圖形形狀。
參照圖7A到7C以及圖8A和8B，下面將更詳細地描述上述的實施例。
如圖7A到7C所示，該光刻膠經(jīng)第1次曝光(圖7A)。在第1次曝過光的光刻膠中，在臺階頂部的光刻膠6沒有被曝光，而在臺階底部的光刻膠7要經(jīng)受第2次曝光(圖7B)，得到兩次曝光的為光刻膠8。然后，通過曝光后烘焙(PEB)和顯影，就形成臺階部位沒有橋接或殘膠的光滑光刻膠圖形3(圖7C)。
如圖8A和8B所示，獲得的光刻膠圖形(圖8B)代表著對應(yīng)于在臺階部位的光刻膠(圖8A)，從本發(fā)明的圖8A和8B可以看出，在整個區(qū)域內(nèi)，包括易于出現(xiàn)缺陷的臺階底部區(qū)域5，形成了邊緣光滑的圖形。
如上所述，如果按本發(fā)明來制成微細圖形，只要用單層光刻膠，就可以獲得通過MLR法才能獲得的有優(yōu)良輪廓的光刻膠圖形。通過使用兩塊掩模，進行兩次曝光，就能簡單地達到此目的。
亦即，按照本發(fā)明，缺陷率極低(光刻膠本身缺陷除外)，而且工藝簡單，從而取得提高生產(chǎn)率和節(jié)省費用的效果。這樣，即使有臺階，也能很容易地形成微細圖形。
雖然參照優(yōu)選的實施例已經(jīng)具體地顯示和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員都明白，其中可以作出許多形式或細節(jié)上的改變而不會偏離由附屬的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種形成圖形的方法，包括下列步驟在具有臺階的襯底上形成一層光刻膠；用第一掩模，第一次給所述光刻膠層曝光；用第二掩模，第二次給由于所述臺階而使所述光刻層相當(dāng)厚的部位曝光；以及將曝過光的光刻膠層顯影。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中根據(jù)光刻膠層的厚度和所述臺階的深度而調(diào)整所述的第二掩模圖形的大小。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中在曝光機中用所述第一和第二掩模將光刻膠層連續(xù)曝光。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述的第二次曝光步驟的曝光能量是所述的第一次曝光步驟的5到20%。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述的第二掩模的圖形沿臺階部位具有0.5到400μm的尺寸。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)所述的第二次曝光時賦予散焦。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其中散焦是0.5到20μm。
8.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述的第二掩模有一條柵圖形或一方格盤型圖形。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其中所述的條柵圖形或所述的方格盤型圖形能根據(jù)光刻膠厚度的改變而改變其尺寸或距離。
10.按照權(quán)利要求8的方法，其中所述的條柵圖形或所述的方格盤型圖形的尺寸不大于臨界分辨率。
11.按照權(quán)利要求8的方法，其中所述的條柵圖形或所述方格盤型圖形，在所述第二次曝光步驟中通過散焦，仍然是具有不大于臨界分辨率的圖形。
全文摘要
一種形成圖形的方法改善了光刻膠圖形的輪廓。本方法包括下列各步驟在有臺階的襯底上形成光刻膠層、用第一掩模將光刻膠層作第一次曝光，用第二掩模將由于臺階使光刻膠層很厚的部位作第二次曝光，以及將曝過光的光刻膠層顯影。尤其是，在臺階處的厚光刻膠要進行充足的曝光，從而避免形成橋接或殘膠，而獲得改善了輪廓的圖形。
文檔編號H01L21/027GK1089370SQ93120819
公開日1994年7月13日 申請日期1993年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月10日
發(fā)明者金鶴, 韓宇聲 申請人:三星電子株式會社