用新型存儲結接觸孔提高光刻工藝裕度的方法
2023-04-30 22:47:21
專利名稱：用新型存儲結接觸孔提高光刻工藝裕度的方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件中接觸孔的形成方法，具體涉及用新型存儲結接觸孔提高光刻工藝裕度的方法。
背景技術：
半導體器件是一種具有多層結構的集成電路器件，各個膜層上形成的構件需要用貫穿這些膜層的接觸孔中形成的導電接觸栓(Plug)而相互連接，以構成具有規定功能的半導體器件。
隨著半導體器件越來越小型化，半導體器件的尺寸越來越縮小，例如，當前的半導體器件尺寸已經縮小到0.11μm，半導體器件中的接觸孔直徑(CD)已經達到130nm±13nm。
當前半導體器件中形成的存儲結接觸孔(以下簡稱「SNC」)的輪廓是圓形，接觸孔的直徑是130nm±13nm。用當前通用的光刻工藝景深(以下簡稱DOF)裕度只能確定直徑為0.18μm的孔。
因此，當前的光刻工藝景深(以下簡稱DOF)裕度不足以用高數值孔徑(NA)KrF光刻機確定接觸孔直徑(CD)為130nm±13nm的存儲結接觸孔。但是，通過提高光刻工藝的解析度可以確定這樣小孔徑的孔。當前所採用的技術例如用化學收縮提高光刻解析度的方法(以下簡稱「RELACS」)，用收縮輔助膜提高光刻解析度的方法(以下簡稱「SAFIER」)，和熱流動處理(以下簡稱「TFP」)提高光刻解析度的方法。
所述的RELACS方法，是首先用當前所能達到的DOF光刻構圖形成其直徑為0.18μm的孔，然後，使接觸孔以外的光刻膠(PR)在曝光的過程中發生化學反應而向孔的方向膨脹，由此將所形成的孔的直徑從0.18μm縮小到0.13μm，以確定接觸孔直徑(CD)為130nm±13nm的存儲結接觸孔。該方法需要額外的塗覆步驟和額外的材料。
所述的用收縮輔助膜提高光刻解析度的方法(以下簡稱「SAFIER」)，也是首先用當前所能達到的景深(DOF)光刻構圖形成其直徑為0.18μm的孔，然後，塗覆一層輔助膜，將直徑為0.18μm的孔縮小成直徑為0.13μm的孔。該方法需要額外的塗覆步驟和額外的材料，成本比較高。
所述的熱流動處理(以下簡稱「TFP」)提高光刻解析度的方法，首先用當前所能達到的DOF光刻構圖形成其直徑為0.18μm的孔，然後加熱到140℃，在該溫度下光刻膠流動，將直徑為0.18μm的孔縮小成直徑為0.13μm的孔。該方法要求用低Tg光刻膠；需要控制孔徑(CD)的一致性，需要進行輪廓構圖。
此外，還可以用三次曝光的方法來確定成直徑為0.13μm的孔。但是，該方法的生產量小，需要控制對準和接觸孔直徑(CD)，而且有光學老化的缺點。
提高光刻解析度的這三種方法的優缺點列在表1中表1提高光刻解析度的各種方法的優缺點
Tg玻璃化溫度。
但是，用這三種方法需要增加光刻工藝步驟的數量，和增加生產成本。為了克服上述缺點，提出本發明，按本發明方法既不增加光刻工藝步驟也不增加生產成本而能提高光刻解析度，以增加光刻工藝的裕度。
發明內容
本發明的目的是，提出一種用新型存儲結接觸孔提高光刻工藝裕度的方法。本發明方法用新型存儲結接觸孔(SNC)設計來提高光刻工藝裕度，能夠方便地確定直徑為130nm±13nm的存儲結接觸孔。
本發明方法中用的新型存儲結接觸孔(SNC)的輪廓是長橢圓形，所述長橢圓形存儲結接觸孔(SNC)在半導體晶片上佔據的區域是兩個圓形接觸孔與它們之間的隔離位線所佔據的區域。由於兩個接觸孔的輪廓是圓形，兩個圓形接觸孔和它們之間的隔離位線形成一個長橢圓形區域，長橢圓形新型存儲結接觸孔的兩端分別是半圓形，即圓形接觸孔的一半，長橢圓形新型存儲結接觸孔的兩個長邊的長度是一個圓形接觸孔的直徑加兩個圓形接觸孔之間的隔離位線寬度，長橢圓形新型存儲結接觸孔的兩個長邊之間的距離是一個圓形接觸孔的直徑。由於長橢圓形新型存儲結接觸孔的尺寸大，用現有的景深(DOF)能夠準確地確定長橢圓形新型存儲結接觸孔。
按本發明的一個技術方案，用新型存儲結接觸孔提高光刻工藝裕度的方法，新型存儲結接觸孔的輪廓是長橢圓形，包括以下工藝步驟步驟1，在要形成存儲結接觸孔的矽晶片上塗覆光刻膠層，進行光刻腐蝕，形成相對於位線對稱的長橢圓形存儲結接觸孔(SNC)圖形；步驟2，長橢圓形存儲結接觸孔(SNC)圖形進行自對準蝕刻，形成長橢圓形存儲結接觸孔(SNC)；步驟3，澱積多晶矽層；步驟4，化學機械研磨(CMP)多晶矽層，直到暴露出隔離兩個相鄰的存儲結接觸孔的位線頂上的氮化矽(SiN)隔離層為止。使光刻工藝裕度從圓形接觸孔的0.38μm提高到用長橢圓形接觸孔的0.59μm，準確地形成相對於位線對稱的直徑為130±13nm的兩個小接觸孔。
用本發明方法，不需要增加工藝步驟的數量，不需要用附加的材料，不增加生產成本，只需要用具有新型的長橢圓形存儲結接觸孔(SNC)圖形的掩模形成長橢圓形存儲結接觸孔(SNC)圖形就能提高光刻工藝裕度，確定其直徑為130nm±13nm的小存儲結接觸孔。關於圓形接觸孔和長橢圓形接觸孔的布圖設計與光刻工藝景深的評估列於表2中。
表2接觸孔的布圖設計與光刻工藝的評估
表2中DOF(景深)；E/L(能量損失，)是用來評估光刻工藝裕度的兩個重要參數從表2中看到，用長橢圓形接觸孔布圖設計，可以增大光刻工藝裕度。
長橢圓形接觸孔布圖設計的DOF裕度檢測結果表明，長橢圓形接觸孔寬度方向測試點1(MP1)的DOF裕度是130±13nm，長橢圓形接觸孔長度方向測試點2(MP2)的DOF裕度是470±25nm。檢測結果列於表3中。
表3長橢圓形接觸孔的DOF裕度檢測結果
通過以下結合附圖的詳細描述，將能更好地理解本發明的構成，本發明的操作，本發明的其他目的和優點。附圖中圖1是按本發明方法的工藝流程圖；圖2是圓形和長橢圓形SNC的對比照片；圖3是顯示長橢圓形SNC的頂部光刻工藝(DOF)裕度的照片；圖4是光刻工藝景深(DOF)裕度檢測示意圖；和圖5是顯示位線和SNC的頂部光刻工藝景深(DOF)裕度的照片。
具體實施例方式
按本發明的一個技術方案，用新型存儲結接觸孔提高光刻工藝裕度的方法，新型存儲結接觸孔的輪廓是長橢圓形，包括以下工藝步驟步驟1，在要形成存儲結接觸孔的矽晶片上塗覆光刻膠層，進行光刻腐蝕，形成相對於位線對稱的長橢圓形存儲結接觸孔(SNC)圖形；步驟2，長橢圓形存儲結接觸孔(SNC)圖形進行自對準蝕刻，形成相對於位線對稱的長橢圓形存儲結接觸孔(SNC)；步驟3，澱積多晶矽層；步驟4，化學機械研磨(CMP)多晶矽層，直到暴露出隔離兩個相鄰的存儲結接觸孔的位線頂上的氮化矽(SiN)隔離層為止，準確地形成相對於位線對稱的直徑為130±13nm的兩個小接觸孔。
用本發明方法使光刻工藝景深裕度從圓形接觸孔的0.38μm提高到用長橢圓形接觸孔的0.59μm。
以上以0.13μm的半導體器件為例說明了用新型存儲結接觸孔提高光刻工藝裕度的方法。但是本發明不限於本文中的詳細描述。本行業的技術人員應了解，本發明能以其他的形式實施。因此，按本發明的全部技術方案，所列舉的實施方式只是用於說明本發明而不是限制本發明，並且，本發明不局限於本文中描述的細節。本發明要求保護的範圍由所附的權利要求書界定。
權利要求
1.用新型存儲結接觸孔提高光刻工藝裕度的方法，新型存儲結接觸孔的輪廓是長橢圓形，包括以下工藝步驟步驟1，在要形成存儲結接觸孔的矽晶片上塗覆光刻膠層，進行光刻腐蝕，形成相對於位線對稱的長橢圓形存儲結接觸孔(SNC)圖形；步驟2，長橢圓形存儲結接觸孔(SNC)圖形進行自對準腐蝕形成長橢圓形存儲結接觸孔(SNC)步驟3，澱積多晶矽層；步驟4，化學機械研磨(CMP)多晶矽層，直到暴露出隔離兩個相鄰的存儲結接觸孔的位線頂上的氮化矽(SiN)隔離層為止。
2.按照權利要求1的方法，其特徵是，完成步驟4所述的化學機械研磨(CMP)多晶矽層後，準確地形成相對於位線對稱的直徑為130±13nm的兩個小接觸孔，使光刻工藝景深裕度從圓形接觸孔的0.38μm提高到用長橢圓形接觸孔的0.59μm。
全文摘要
用新型存儲結接觸孔提高光刻工藝裕度的方法，新型存儲結接觸孔的輪廓是長橢圓形，包括步驟1，在要形成存儲結接觸孔的矽晶片上塗覆光刻膠層，進行光刻腐蝕，形成長橢圓形存儲結接觸孔(SNC)圖形；步驟2，長橢圓形存儲結接觸孔(SNC)圖形進行自對準蝕刻形成長橢圓形存儲結接觸孔(SNC)；步驟3，澱積多晶矽層；步驟4，化學機械研磨(CMP)多晶矽層，直到暴露出隔離兩個相鄰的存儲結接觸孔的位線頂上的氮化矽(SiN)隔離層為止。使光刻工藝景深裕度從圓形接觸孔的0.38μm提高到用長橢圓形接觸孔的0.59μm。準確地形成相對於位線對稱的直徑為130±13nm的兩個小接觸孔。
文檔編號H01L21/02GK1892421SQ20051002761
公開日2007年1月10日 申請日期2005年7月7日 優先權日2005年7月7日
發明者吳金剛, 李承赫, 陳國慶, 三重野文健 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司