[发明专利]一种提高光刻技术分辨率的方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种提高光刻技术分辨率的方法。

背景技术

在集成电路制程工艺中，一般分为氧化、光刻和刻蚀、掺杂、退火和杂质再分布等步骤。

其中，光刻技术类似于照片的印相技术，光刻胶相当于相纸上的感光材料，光刻掩模相当于相片底片。光刻技术通过显影、定影、坚膜等步骤溶解掉光刻掩模上的一些区域，形成版图图形。

伴随集成电路制造工艺的不断进步，线宽的不断缩小，半导体器件的面积正变得越来越小，半导体的布局已经从普通的单一功能分离器件，演变成整合高密度多功能的集成电路。由最初的IC(集成电路)随后到LSI(大规模集成电路)和VLSI(超大规模集成电路)，直至今天的ULSI(特大规模集成电路)，器件的面积进一步缩小，功能更为全面强大。由于半导体工艺研发的复杂性、长期性和高昂的成本等等不利因素的制约，如何在现有技术水平的基础上进一步提高器件的集成密度，缩小芯片的面积，在同一枚硅片上尽可能多的得到有效的芯片数，从而提高整体利益，将越来越受到芯片设计者和制造商的重视。这其中的主要手段是不断提升或采购先进的光刻设备，以求在光学上得到更高的分辨率表现以及提升光刻胶的化学表现。现针对这两个方面进行说明：

从光学方面来讲：光的衍射是光通过不透明体边缘，穿过狭缝或从划有平行直线的表面反射时产生偏折并出现一些彼此平行的亮带和暗带的现象。半导体生产中使用的光刻技术主要基于上述原理：当光线通过掩膜版时，由于受到掩膜版图形的影响，使光线发生偏折，根据掩膜版图形的尺寸大小从而产生数量不同的衍射级数，基本的计算工式：

                P*Sinα＝n*λ               (公式1)

P是图形的透明区域和不透明部分宽度的总和；α是衍射角度；λ是光刻机使用的波长；n即是衍射级数。

根据数值孔径的分辨率的概念和计算公式：

                NA＝N*Sinα                 (公式2)

                R＝K1*λ/NA                 (公式3)

数值孔径NA(Numerical Aperture)是光刻机镜头能力的重要表征，数值越高其带来的分辨率R越高；N是光酸的浓度；K1是系数因子，与工艺的能力，设备的波长，数值孔径等的基本参数相关。当数值孔径为某个定值时通过公式2可以得到最大有效衍射角，由此带入公式1得到可以被镜头收集的衍射级数。收集的衍射级数越多，图形的逼真程度越高，由此得到的空间图像对比度也会大大提高。因此，不断提高数值孔径即是光学上提高分辨率的一条根本途径，但由于设备的制造成本不断激增，镜头的制备也难上加难，无疑未来这条路将变得十分坎坷、艰辛。

从提高光刻胶的化学表现来讲：光刻胶吸收空间图像，通过显影成像。光敏材料的成像是光化学催化反应的结果，当最初的空间信号带有的能量被光敏材料吸收后，光敏材料中的PAG光酸生成剂将会产生不同酸性强弱和分子大小的光酸，这些光酸分布在光敏材料被曝光区域内，随着硅片的烘烤受热它们将获得足够的动能进行扩散运动，并且将作为形成图像的化学放大反应的反应物，产生链式反应，反应产物苯芬类酸性物质与碱性的显影液反应，最终得到图形。所述的苯芬类酸性物质仅由正胶产生。在整个光化学反应中，光酸的扩散起到了非常重要的作用，扩散的长度直接决定光敏材料的分辨率，图像的形貌，以及是否能够恰当的把掩膜版上的图形正确的传递下来。