一种选择离子注入的光刻胶厚度方法

专利名称：一种选择离子注入的光刻胶厚度方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种选择离子注入的光刻胶厚度方法。
背景技术：
目前，半导体制造主要在衬底的晶片(wafer)器件面上生长半导体器件并进行互连。半导体器件制作在器件层中，其主要结构包括有源区、源极、漏极和栅极，其中，所述有源区位于衬底中，所述栅极位于有源区上方，所述栅极两侧的有源区中分别具有源极和漏极，所述栅极下方具有导电沟道，所述栅极和导电沟道之间有栅极电介质层。在半导体器件制造过程中，多个工序采用离子注入工艺，例如离子注入形成多晶硅层，多晶硅层可用于刻蚀形成所述栅极，以及在栅极两侧的有源区中离子注入形成源极和漏极等，每个工序中离子注入的能量是不同的，而且离子注入时只需要在预定的位置进行注入，其他位置需要用光刻胶(Photoresist，PR)进行覆盖，以防止离子的注入损伤半导体器件的功能。不同厚 度的光刻胶，对离子注入的阻挡能力是不同的，如果光刻胶太薄，则很容易被离子击穿，无法达到保护半导体器件的目的；如果光刻胶太厚，对所述光刻胶进行曝光显影后，则很难控制残留的光刻胶形成光刻图案的特征尺寸(Critical Dimension,⑶)。所以选择合适的光刻胶层厚度对离子注入进行阻挡，显得尤为重要。现有技术中测试光刻胶对离子注入阻挡能力的方法包括以下步骤步骤11、提供多个测试晶片，在每个测试晶片上涂覆不同厚度的光刻胶；步骤12、测量每个测试晶片上光刻胶厚度；步骤13、以确定能量离子注入每个涂覆有光刻胶的测试晶片；步骤14、去除每个测试晶片的光刻胶后，对每个测试晶片进行次级离子质谱法(SIMS)测试，对于其中的一个测试晶片来说，得到该测试晶片不同的深度上含有的离子量，当所述离子量在允许范围内时，确定该测试晶片上所对应涂覆的光刻胶厚度对离子注入具有阻挡能力。测试晶片不同的深度上含有离子量，是在离子注入时透过光刻胶打到晶片上的，因为光刻胶不可能很厚，总会打到晶片上，晶片上沿深度方向，离子量逐渐减少，一般地，限定离子量在允许范围内，指的是在晶片的一定深度上，含有的离子量不超过允许范围。其中，对于允许范围的限定，根据半导体器件的要求不同而不同，有的半导体器件即使含有较多的离子量也不会影响到其功能，所以本领域普通技术人员可以通过有限次的实验获得，只要不损伤到半导体器件，就认为在允许范围内。从上述可以看出，为确定出光刻胶对离子注入的阻挡能力，对于确定的离子能量，需要尽可能多的光刻胶厚度进行逐个测试，以找到合适的光刻胶厚度，而每个测试晶片在涂覆时只能形成一种厚度的光刻胶，这样不但会耗费大量的测试晶片，而且在测试晶片上涂覆的光刻胶厚度也不连续，很容易错过最合适的厚度点
发明内容
有鉴于此，本发明解决的技术问题是提供一种选择离子注入的光刻胶厚度方法，降低测试晶片的制作成本的同时找到最合适的光刻胶厚度点。为解决上述问题，本发明的技术方案具体是这样实现的一种选择离子注入的光刻胶厚度方法，该方法包括提供一测试晶片，在所述测试晶片的器件面涂覆正胶光刻胶后烘烤所述正胶光刻胶；以曝光场为单位采用不同曝光能量E对所述正胶光刻胶不同位置分别曝光后进行曝光后烘烤，显影得到不同厚度分布的光刻胶层；测量所述光刻胶层不同位置上的厚度；
以预定能量离子注入所述测试晶片的光刻胶层；去除所述光刻胶层后，对所述测试晶片上不同位置的离子量进行测试；将不同位置的离子量与目标离子量进行比较，如果某一位置离子量在目标离子量允许范围内，确定该位置的光刻胶层的厚度符合要求。所述不同厚度分布由曝光场能量E决定，所述曝光能量E越大，所述光刻胶层的厚度越薄。所述曝光场的任意一条边的长度范围是50微米到33毫米。所述曝光能量E小于显影去除所述光刻胶所需的最小预置曝光能量。所述光刻胶层的厚度范围是光刻胶层平均厚度的50%到150%。所述烘烤温度和曝光后烘烤温度分别为所述正胶光刻胶在生产工艺中使用的烘烤温度和曝光后烘烤温度。由上述的技术方案可见，本发明对一片测试晶片上不同位置的光刻胶采用不同的曝光能量进行曝光，显影后在一片测试晶片上得到厚度不同的光刻胶层，因此本发明只需要一片测试晶片就可以针对光刻胶层的不同厚度确定离子注入的不同阻挡能力，所使用测试晶片数量的减少，大大降低了测试成本，同时，显影后光刻胶层厚度是接近连续变化的，能够选取更多的光刻胶厚度点进行测试，找到最为合适的能够对离子注入具有阻挡能力的光刻胶厚度。


图I为本发明选择离子注入的光刻胶厚度方法的流程示意图。图2为本发明实施例一以不同能量曝光后显影得到的测试晶片上光刻胶层厚度示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。具体实施例一下面结合图I的流程图详细说明本发明中选择离子注入的光刻胶厚度方法。步骤101、提供一测试晶片，在测试晶片的器件面涂覆正胶类型的光刻胶并进行烘烤；
本步骤中，所述测试晶片可以是仅具有衬底的晶片，也可以是在衬底的表面沉积了薄膜层或介质层的晶片。所述衬底可以是硅衬底，也可以是其他半导体材料衬底。光刻工艺中，根据光刻胶性质可分为正胶和负胶两种，本发明应用于正胶类型的光刻胶，以下所述的光刻胶均指正胶类型的光刻胶。本步骤中，涂覆光刻胶的方法为现有技术，在所述测试晶片上涂覆光刻胶的步骤包括滴胶、旋转铺开、旋转甩掉以及溶剂挥发。具体地，首先当测试晶片静止或者旋转缓慢时，将光刻胶分滴在所述测试晶片的中心区域上，即滴胶过程；然后快速旋转所述测试晶片，使光刻胶溶剂伸展到整个测试晶片的表面，即旋转铺开过程；接着，加速甩去所述测试晶片边缘处多余的光刻胶，即旋转甩掉过程；最后，以固定转速继续旋转已涂覆光刻胶的测试晶片，直至达到一定的光刻胶层厚度，即定胶过程。在光刻胶涂覆定胶后，对光刻胶在一定温度下进行烘烤(SB，soft bake)，使溶剂挥发，光刻胶涂胶后的烘烤温度为光刻胶在现有生产工艺中普遍使用的烘烤温度。
步骤102、对测试晶片上的不同位置光刻胶采用不同曝光能量E进行曝光之后并在一定温度下进行曝光后烘烤(PEB, post exposure bake),显影得到不同厚度分布的光刻胶层；其中，光刻胶曝光方法是以曝光场(shot)为单位对光刻胶的不同位置逐步扫描，显影后得到的光刻胶层的厚度随曝光场能量不同而改变，曝光能量越大，光刻胶层厚度越薄；本步骤中，光刻胶曝光在光刻对准机中进行，光刻对准机的曝光光源可以是可见光，紫外光(UV)、深紫外光(DUV)或极紫外光(EUV)，曝光光源射出的光束依次经过反射、滤光和聚焦等步骤后，得到近似准直的单色光光束。在半导体制造的光刻工艺步骤中，当晶片放入光刻对准机的曝光机台后，由光刻对准机将晶片和光刻胶上方的掩膜(mask)进行对准，将通过mask的遮挡后的单色光光束照射到光刻胶上，从而将mask上的图案转移到光刻胶上。随着CD的缩小和光刻对准机技术的进步，现在普遍采用分布重复投影的扫描投影对准机进行曝光，整个曝光过程是以曝光场(shot)为单位逐步扫描整个测试晶片的光刻胶实现，曝光场的形状为长方形或正方形，曝光场的大小(shot size)由光刻对准机中的扫描器开口(scanner blade)决定，通过调整scanner blade控制shot size。与现有技术不同的是，本发明的实施例中，没有经过掩膜(mask)的遮挡而直接通过scanner blade将单色光光束最后照射在光刻胶上，因此，在scanner blade的大小决定的shot size范围内，光刻胶都会被单色光光束照射。本发明中shot size的任意一条边的长度范围是50微米到33毫米，例如，50微米、100微米或33毫米；本实施例中优选的shot size范围是100*100平方微米到26*33平方毫米，例如，100*100平方微米、700*600平方微米或26*33平方毫米。每次曝光时单色光光束产生并传递给曝光场内光刻胶的能量E由单色光波长以及曝光时间等因素共同决定。光刻胶曝光的目的是为后续显影去除光刻胶提供前提条件，光刻胶曝光时，光刻胶中的化学物质发生化学反应发生性质改变，对于正胶来说，只有充分曝光的光刻胶才会在显影后被去除，现有技术将显影后完全去除光刻胶所需的最小预置曝光能量设定为E0，也就是说，当单色光光束产生的曝光能量E小于EO时，未充分曝光的光刻胶在显影后并不能完全去除，会残留一定厚度的光刻胶。需要注意的是，根据光刻胶的不同材料特性和厚度，其对应的EO也不相同，确定EO具体数值的方法可以参考现有技术，此不赘述。本发明中，在整个曝光过程中，采用的曝光能量E均小于E0，同时，根据扫描位置的不同而改变每次曝光能量E，本实施例中，采用的曝光能量E的变化方式是从测试晶片左边到右边逐渐增大，具体地，在测试晶片最左边时采用的曝光能量E为0，在测试晶片最右边时采用的曝光能量为O. 99E0。此外，曝光能量E在小于EO的范围内也可以采用其他变化方式，例如，从测试晶片左边到右边逐渐减小等。光刻胶曝光后，还要进行一定温度下的曝光后烘烤，曝光后烘烤温度为光刻胶在现有生产工艺中普遍使用的曝光后烘烤温度；然后再将晶片放入显影液中进行光刻胶显影，最终形成不同厚度的光刻胶层， 具体光刻胶层厚度及其分布情况由步骤103得到。本实施例中，由曝光能量E的变化决定的光刻胶层厚度范围是光刻胶层平均厚度的正负50%，也就是光刻胶层平均厚度的50 %到150 %，例如，50 %、100 %或150 %，得到如图2所示的本发明的实施例中采用不同曝光能量E所得的光刻胶层厚度分布示意图，具体地，如图2所示的情形的是当测试晶片I从左边到右边的曝光能量E以逐渐增大的方式变化时，显影后形成如图所示的从测试晶片左边到右边逐渐减薄的光刻胶层2厚度分布。步骤103、测量显影后光刻胶层不同位置的厚度；具体地，将具有光刻胶层的晶片置入厚度测量机台进行厚度测量，以得到不同位置上光刻胶层的准确厚度。步骤104、将预定能量的离子注入光刻胶层上；需要说明的是，所述预定能量是一个确定值，其中所述确定值可以根据不同的半导体器件对所述离子注入的要求来设定。其中所述离子注入过程为本领域公知技术，在此不予赘述。步骤105、去除所述光刻胶层后，对测试晶片不同位置上的离子量进行测试；本步骤中，具体地，可以采用湿法清洗、灰化等工艺流程来实现，上述工艺都是本领域公知技术，在此不予赘述。具体地，因为对于所述测试晶片上不同厚度的光刻胶层，其各个位置上对离子注入的阻挡能力是不同的在光刻胶层较厚的位置上，离子无法透过所述光刻胶层打到测试晶片上；而在光刻胶层较薄的位置上，离子就会透过所述光刻胶层打到测试晶片上，使得所述测试晶片在一定深度上都含有离子。因此，在本步骤中对所述测试晶片不同位置上的离子量进行测试。可选地，所述测试离子量采用的方法为次级离子质谱法(SIMS)。步骤106、将不同位置的离子量与目标离子量进行比较，如果某一位置离子量在目标离子量允许范围内，则可确定该位置的光刻胶层的厚度是合适的离子注入中光刻胶厚度。本步骤中，具体地，对于光刻胶层的某一厚度的位置上，测量所述测试晶片在不同的深度上含有的离子量，并将测得的所述离子量与目标离子量进行比较，当所述离子量在目标离子量允许范围内时，确定该厚度的光刻胶层的对离子注入具有阻挡能力。其中，对于所述目标离子量允许范围的限定，根据半导体器件的不同要求而异。对于有些半导体器件而言，其表面即使含有较多的离子量也不会影响到其功能，但对有些半导体器件而言，其表面即使含有较少的离子量也会影响其功能。因此，本领域技术人员可以根据不同的半导体器件来确定相应的目标离子量的允许范围。进一步地，在本实施例中，由于为了得到最合适的对离子注入具有阻挡能力的光刻胶层厚度，一般会对该光刻胶层的多个厚度点进行厚度测量并进行次级离子质谱法测试，由于这些厚度点在一定范围内都是连续分布的，所以可以在次级离子质谱法测试中发现细微的变化，从而找到较为合适的光刻胶层厚度作为离子注入的光刻胶厚度。这里次级离子质谱法测试为本领域公知技术，在此不予赘述。本发明提供一种选择离子注入的光刻胶厚度方法，该方法对一片测试晶片上不同位置的光刻胶采用不同的曝光能量进行曝光，从而在显影后得到厚度不同的光刻胶层，因此本发明只需要一片晶片就可以针对光刻胶层的不同厚度确定离子注入的不同阻挡能力，所使用晶片数量的减少，大大降低了测试成本。而且，本发明显影后光刻胶层厚度可以是接近连续变化的，能够选取更多的光刻胶厚度点进行测试，找到最为合适的能够对离子注入具有阻挡能力的光刻胶厚度。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。·
权利要求
1.一种选择离子注入的光刻胶厚度方法，其特征在于，该方法包括 提供一测试晶片，在所述测试晶片的器件面涂覆正胶光刻胶后烘烤所述正胶光刻胶； 以曝光场为单位采用不同曝光能量E对所述正胶光刻胶不同位置分别曝光后进行曝光后烘烤，显影得到不同厚度分布的光刻胶层； 测量所述光刻胶层不同位置上的厚度； 以预定能量离子注入所述测试晶片的光刻胶层； 去除所述光刻胶层后，对所述测试晶片上不同位置的离子量进行测试； 将不同位置的离子量与目标离子量进行比较，如果某一位置离子量在目标离子量允许范围内，确定该位置的光刻胶层的厚度符合要求。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述不同厚度分布由曝光场能量E决定，所述曝光能量E越大，所述光刻胶层的厚度越薄。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述曝光场的任意一条边的长度范围是50微米到33毫米。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述曝光能量E小于显影去除所述光刻胶所需的最小预置曝光能量。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述光刻胶层的厚度范围是光刻胶层平均厚度的50%到150%。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述烘烤温度和曝光后烘烤温度分别为所述正胶光刻胶在生产工艺中使用的烘烤温度和曝光后烘烤温度。
全文摘要
本发明提供一种选择离子注入的光刻胶厚度方法，该方法包括，提供一测试晶片，在所述测试晶片上涂覆光刻胶后烘烤，采用不同能量曝光所述光刻胶不同位置并进行曝光后烘烤，显影后得到不同厚度光刻胶层；测量所述光刻胶层不同位置的厚度；以预定能量离子注入所述测试晶片的光刻胶层；去除所述光刻胶层后，对所述测试晶片上不同位置的离子量进行测试，比较不同位置的离子量与目标离子量，确定离子量在目标离子量允许范围内的该位置对应的光刻胶层的厚度。本发明只需一片晶片测试光刻胶层的不同厚度对离子注入的阻挡能力，减少晶片数量降低测试成本，并且显影后光刻胶层厚度接近连续变化，能够选取更多光刻胶厚度点进行测试，找到最合适的光刻胶厚度。
文档编号G03F7/20GK102903649SQ20111021412
公开日2013年1月30日 申请日期2011年7月28日 优先权日2011年7月28日
发明者胡华勇, 洪中山 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司