一种抗反射层及图案化方法与流程

1.发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种抗反射层及图案化方法。


背景技术：

2.在进行光刻工艺过程中，为使得形成的光刻胶图案较为精确，可以在衬底上形成光刻胶层前，先在衬底表面形成抗反射层，利用抗反射层抑制衬底的反射现象，从而降低反射现象对光刻胶图案的影响。
3.其中，抗反射层抑制衬底对光线反射的效果受其自身层厚和折射率的影响。但是，通过优化抗反射层折射率的方式来提高光刻胶图案的精确化较为困难，从而导致形成的光刻胶图案的精确化程度得不到保证。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种抗反射层及图案化方法，以改善由于反射导致的图案轮廓缺陷来实现图案的精确化，从而提高产品良率，并通过实施精细模式提高设备集成度。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种抗反射层，该抗反射层含有多孔结构。
6.可选的，多孔结构为异形多孔结构。
7.可选的，多孔结构中每个孔的孔径为
8.可选的，抗反射层的折射率为1.5～2.5。
9.可选的，多孔结构为形成在抗反射层内的多个气泡结构；或，多孔结构为形成在抗反射层内的多个微孔结构。
10.可选的，抗反射层的材料为氮氧化硅、氮化硅、氧化硅、氮化钛及氮化镓中的一种或多种。
11.与现有技术相比，本发明提供的抗反射层内部含有多孔结构。每个孔结构可看作一个空气膜。并且，空气的折射率比抗反射层材料的折射率小，使得含有多孔结构的抗反射层整体的折射率降低。基于此，即使光线透过抗反射层射向衬底，使得衬底反射光线。这些反射光线由含有多孔结构的抗反射层折射至空气时，由于上述抗反射层整体的折射率相对较低，使得反射光线的出射角减小，因此，相对于光刻胶图案的关键尺寸来说，由含有多孔结构的抗反射层折射出的光线可分辨尺寸比较小。此时，虽然仍然存在光线折射问题，但是所折射的光线对于光刻胶图案的影响程度已经降低，从而保证光刻胶图案精细度。同时，由于多孔结构的折射率相对较低，使得部分反射光线被多孔结构反射回衬底所在方向。基于相位相消原理，如此循环往复的多次反射下，光线的能量逐渐被耗损，使得这些光线即使从抗反射层射向光刻胶层，对光刻胶图案产生的影响也比较小，进而保证光刻胶图案精细度。
12.本发明还提供一种图案化方法，其特征在于，包括：
13.提供一衬底；
14.在衬底上形成抗反射层；该抗反射层含有多孔结构；
15.以及在抗反射层上形成光刻胶图案。
16.可选的，在衬底上形成抗反射层，包括：采用等离子增强化学气相沉积工艺在衬底上形成抗反射层。
17.优选的，采用等离子增强化学气相沉积工艺在衬底上形成抗反射层，包括：
18.在采用等离子增强化学气相沉积工艺中，添加溶剂或聚合物前驱体溶液在衬底上形成内部含有多孔结构的抗反射层。
19.可选的，在衬底上形成抗反射层，包括：采用旋涂法在衬底上形成内部含有多孔结构的抗反射层。
20.优选的，采用旋涂法在衬底上形成内部含有多孔结构的抗反射层，包括：
21.在衬底上旋涂具有气泡的粘性材料层；
22.对粘性材料层进行热处理，在衬底上形成内部具有气泡的抗反射层。
23.优选的，采用旋涂法在衬底上形成内部含有多孔结构的抗反射层，还包括：
24.在衬底上旋涂具有气泡的粘性材料层前，采用溶胶凝胶法形成粘性材料溶胶。
25.可选的，在抗反射层上形成光刻胶图案，包括：
26.形成覆盖在抗反射层上的光刻胶层；
27.对光刻胶层曝光及显影，在抗反射层上形成光刻胶图案。
28.与现有技术相比，本发明提供的图案化方法的有益效果与上述技术方案提供的抗反射层的有益效果相同，在此不做赘述。
附图说明
29.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
30.图1为现有技术中图案化方法流程示意图；
31.图2为本发明实施例提供的抗反射层剖面图；
32.图3为本发明实施例在提供一衬底后结构示意图；
33.图4为本发明实施例在形成抗反射层后结构示意图；
34.图5为本发明实施例在形成光刻胶图案后结构示意图；
35.图6为本发明实施例提供的图案化方法后获得的结构示意图。
36.附图标记：
37.100-衬底，101-抗反射层，102-光刻胶层，103-掩模板，l-最小分辨距离。
具体实施方式
38.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
39.在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
40.在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
41.光刻工艺是一种精密化的微细加工工艺。具体的，会在待图案化处理的衬底上形成光刻胶层。之后，光线通过掩模板照射到光刻胶层上，引起曝光区域的光刻胶发生化学反应。再通过显影技术溶解去除发生反应的光刻胶，使掩模板上的图案被复制到光刻胶层上，形成光刻胶图案。最后在光刻胶图案的掩膜作用下，利用刻蚀技术将图案转移到待图案化处理的衬底上。
42.在进行光刻工艺过程中，当对光刻胶层进行光刻时，射向衬底的曝光光线不可避免的发生反射现象。反射现象会导致形成的光刻胶图案的分辨率降低，造成成像的最小分辨距离变大，最终导致图案轮廓存在缺陷、影响图案的精细化。基于此，为使得形成的光刻胶图案较为精确，在衬底上形成光刻胶层前，可以在衬底表面形成抗反射层。抗反射层可以抑制衬底的反射现象，降低反射现象对光刻胶图案的影响，有助于曝光更小尺寸的图案。
43.但是，在实际应用中，在照射光线的类型确定的情况下，光线的波长为定值。此时，抑制衬底的反射现象的效果受抗反射层的层厚和折射率影响。而根据光的波长来优化抗反射层的折射率是非常困难的。参见图1，在形成有层厚和/或折射率设置不当的抗反射层的情况下，对光刻胶层进行图案化处理时，在光刻胶层内仍存在部分反射光线。并且，这部分反射光线使得部分未曝光区域内的光刻胶发生反应而被去除，造成成像的最小分辨l距离变大，导致光刻胶图案的精确化程度较低，从而使得制造形成的半导体器件的精确化程度较低。
44.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种抗反射层101。参见图2，该抗反射层101的内部含有多孔结构。
45.具体来说，上述抗反射层101内孔的数量可以根据实际需要设置，此处不做限定。至于孔的排布方式，以随机排布方式为宜。基于此，对光刻胶层102进行光刻的过程中，该多孔结构随机排布的方式可以将衬底100反射的部分光线经过多次反射，使得这些光线的能量逐渐被耗损，进而抑制反射现象对光刻胶图案的影响。
46.参见图2，上述多孔结构可以为规则的多孔结构，该多孔结构中的孔可以为规则孔，例如：圆形孔、椭圆孔、方形孔、长方形孔等规则孔，但不限于此。上述多孔结构也可以为异形多孔结构。该异性多孔结构所包括的异形孔可以为接近于圆、椭圆、方形孔、长方形孔等形状的异形孔，但不限于此。
47.值得注意的是，对光刻胶层102进行光刻的过程中，由于抗反射层101中的异形多孔结构包含规则孔结构和不规则孔结构，而多种形状的多个孔结构可以改变反射光线的光路，产生更多方向的反射光，使得发生多次相消干涉，从而抑制由衬底100反射的反射光线对光刻胶层102的图案影响。同时，异形孔结构可以将衬底100反射的部分光线经过多次反射，使得这些光线的能量逐渐被耗损，进而保证光刻胶图案的精细化。
48.在一种示例中，参见图2，上述抗反射层101的折射率可以为1.5～2.5。基于此，该抗反射层101可以充分发挥抗反射能力，使得抗反射层101的抗反射效果最佳。并且，还可以通过改变抗反射层101中各个组分的比例，控制抗反射层101的折射率在一定范围内。
49.在一种示例中，上述多孔结构为形成在抗反射层101内的多个微孔结构。例如：该微孔结构中每个孔的孔径为可以通过例如椭圆对称法孔隙度测定方法来确定每个孔的直径。在实际应用中，可以采用等离子体增强化学气相沉积工艺形成含有多个微孔结构的抗反射层101。
50.上述抗反射层101的材料可以为氮氧化硅(sion)、氮化硅(如sin和si3n4)、氧化硅(sio2)、氮化钛(tin)、氮化镓(gan)中的一种或多种。
51.例如，当衬底100为硅衬底时，在形成抗反射层101的过程中，可用硅烷(sih4)和氨气(nh3)作为气体源，利用等离子体增强化学气相沉积工艺，制备同时具有钝化作用和抗反射作用的si3n4薄膜。此时形成的si3n4抗反射层，其结构致密且膜厚度均匀，硬度大，介电强度高，不仅能够抵御金属层中金属离子的侵蚀，而且抗反射能力强。另外，可以改变硅烷(sih4)对氨气(nh3)的比率，来得到不同折射率的si3n4抗反射层薄膜，使其抗反射能力最佳。
52.在另一种示例中，上述多孔结构可以为形成在抗反射层101内的多个气泡结构。含有多个气泡结构的抗反射层101可以通过旋涂法在衬底100上形成。利用旋涂法形成含有多个气泡结构的抗反射层101，主要是先利用溶胶凝胶法形成溶胶结构的粘性材料，增强抗反射层101与衬底100的粘附性，然后将具有气泡的粘性材料旋涂在衬底100上，形成含有气泡的抗反射层101。
53.本发明实施例还提供了一种图案化方法。下文将根据图3至图6示出的操作的剖面图对图案化处理方法的过程进行描述。
54.参见图3，提供一衬底100。该衬底100可以是未形成任何膜层的衬底。例如：未形成任何膜层的衬底可以为硅衬底、锗衬底、绝缘体上硅衬底、绝缘体上锗衬底、锗化硅衬底、绝缘体上锗化硅衬底等半导体衬底。此外，上述衬底100也可以是形成了一些膜层的衬底。上述膜层可以为任何待图案化处理的膜层。
55.参见图4，在衬底100上形成图2所示的抗反射层101。该抗反射层101内部为多孔结构。
56.具体来说，在一种示例中，可以采用等离子增强化学气相沉积工艺形成含有多孔结构的抗反射层101。下面以si3n4材料制造形成的抗反射层101为例，介绍含有多孔结构的抗反射层101的具体制造过程：
57.在一定压力和温度下，将衬底100所在的样品放置在辉光放电的阴极上，利用辉光放电(或另外发热体)使样品升温到预定温度。接着在通入作为活性气体源的硅烷(sih4)和氨气(nh3)之前或者同时添加溶剂(如酒精、高分子有机溶剂等)或聚合物前驱体溶液。在真空和高温条件下，由于添加的溶液具有易挥发性，会成气化或分子形式分解。基于此，通入的气体与添加溶液的分子经过一系列化学反应和等离子体反应，可在衬底100表面形成具有多孔结构和抗反射作用的si3n4抗反射层薄膜。通常的氮化硅淀积技术中淀积温度较高(》600℃)，而等离子增强化学气相沉积法淀积氮化硅的温度较低(《350℃)，因此采用等离子增强化学气相沉积法在较低温度下便可以形成氮化硅抗反射层。
58.在另一种示例中，可以采用旋涂法在衬底100上形成含有多孔结构的抗反射层101。具体的，旋涂过程一般使用旋涂机(也称作匀胶机、甩胶机等)，其工作原理是利用高速旋转时产生的离心力，使衬底100上的胶液由中心向外扩散形成均匀膜层的过程。例如，将
旋涂液通过注射器滴注到衬底100表面，驱动衬底100旋转，使得胶液均匀分布到衬底100上。此时，采用溶胶凝胶法形成内部具有微小气泡的粘性材料溶胶。然后在衬底100上旋涂此粘性材料溶胶，形成具有气泡的粘性材料层。最后对上述具有气泡的粘性材料层进行热处理，除去剩余在抗反射层101内的液体，形成具有气泡的抗反射层101。
59.当然，除了上述两种方法外，也可通过其它方法形成具有多孔结构的抗反射层101。
60.参见图5和图6，在抗反射层101上形成光刻胶图案。
61.在实际应用中，参见图5和图6，可以在抗反射层101上形成光刻胶层102，并通过前烘去除光刻胶层102里的溶剂，使得光刻胶层102和抗反射层101之间的粘附力比较高。接着在掩模板103的掩膜下，采用曝光光线对光刻胶层102进行曝光，使图案转移到光刻胶层102上，从而在上述抗反射层101上形成所需的光刻胶图案。
62.值得注意的是，参见图6，本发明实施例提供的图案化方法中，抗反射层101内部含有多孔结构。每个孔结构可看作一个空气膜。并且，空气的折射率比抗反射层材料的折射率小，使得含有多孔结构的抗反射层101整体的折射率降低。基于此，即使光线透过抗反射层101射向衬底100，使得衬底100反射光线。这些反射光线由含有多孔结构的抗反射层101折射至空气时，由于上述抗反射层101整体的折射率相对较低，使得反射光线的出射角减小。因此，相对于光刻胶图案的关键尺寸来说，由含有多孔结构的抗反射层101折射出的光线可分辨尺寸比较小，使得光刻中最小分辨距离l减小。此时，虽然仍然存在光线反射问题，但是所折射的光线对于光刻胶图案的影响程度已经降低，改善了由于反射现象引起的图案轮廓缺陷，从而保证光刻胶图案精细度，提高半导体器件的良率，并通过实施精细图案模式来提高设备集成度。
63.在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
64.以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。