本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種提高背面金屬柵格分辨率的方法和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

像素和像素間會(huì)因?yàn)楣饩€及電流產(chǎn)生串?dāng)_，從而降低畫面的銳度，影響色彩還原，形成噪點(diǎn)。bmg(backsidemetalgrid即背面金屬柵格)像素隔離技術(shù)可以增加光線利用率降低干擾，提升控噪能力和照片純凈度。

目前130nm的bmg小線寬幾乎是krf(氟化氪248nm波長(zhǎng))機(jī)臺(tái)光刻的極限分辨率,但是由于工藝窗口很小，很難滿足量產(chǎn)的要求。況且隨著像素尺寸的不斷縮小，對(duì)像素間的隔離線要求也越來越高，隔離線的尺寸也需要不斷縮小，現(xiàn)有的krf(248nm波長(zhǎng))光刻機(jī)臺(tái)分辨率已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有工藝對(duì)光刻機(jī)臺(tái)分辨率的要求。如果轉(zhuǎn)移到arf(氟化氬193nm波長(zhǎng))機(jī)臺(tái)上，分辨率能夠滿足要求，但是所需要的光阻厚度太厚(大于4000埃)，因此難以找到匹配的光阻，同時(shí)，由于高寬比太大，導(dǎo)致工藝窗口僅有0.1um左右，完全不能滿足量產(chǎn)需求，而且轉(zhuǎn)移到arf(193nm波長(zhǎng))機(jī)臺(tái)上，光阻成本至少是krf機(jī)臺(tái)的3倍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種提高背面金屬柵格分辨率的方法和半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，解決以上所述技術(shù)問題。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種提高背面金屬柵格分辨率的方法,包括以下步驟：

步驟1，在半導(dǎo)體襯底上依次沉積金屬層和保護(hù)層；

步驟2，在所述保護(hù)層的表面依次涂覆抗反射涂層和負(fù)光阻層，然后對(duì)所述負(fù)光阻層曝光和顯影后形成第一光刻圖形；

步驟3，之后涂覆一層堿溶性有機(jī)化合物以完全覆蓋所述第一光刻圖形以及抗反射涂層，通過對(duì)涂覆有堿溶性有機(jī)化合物的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行高溫烘烤和顯影得到第二光刻圖形；

步驟4，以所述第二光刻圖形為掩膜層對(duì)所述保護(hù)層和金屬層進(jìn)行刻蝕，直至露出所述半導(dǎo)體襯底，然后去除所述掩膜層形成第三圖形。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的技術(shù)方案通過在krf(248nm波長(zhǎng))光刻機(jī)臺(tái)上采用負(fù)光阻形成第一光刻圖形，之后在第一光刻圖形表面涂覆堿溶性有機(jī)化合物，堿溶性有機(jī)化合物與第一光刻圖形側(cè)壁中含有的光酸成分在高溫烘烤的條件下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)生成物溶于顯影液而被去除，達(dá)到縮小光刻圖形的目的，進(jìn)而縮小以光刻圖形為掩膜刻蝕形成的第三圖形的尺寸即線寬臨界尺寸，提高了工藝窗口范圍，降低了生產(chǎn)成本。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，步驟1中，所述金屬層為鋁層，所述保護(hù)層為peteos薄膜層或氮化硅層。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：采用金屬鋁層作為bmg像素隔離技術(shù)中像素間的隔離線不僅可以增加光線利用率降低干擾，而且可以提升控噪能力和照片純凈度，采用保護(hù)層能有效的保護(hù)金屬鋁層，避免金屬鋁層被氧化。

進(jìn)一步，步驟1中，采用電子束蒸發(fā)、磁控濺射或熱蒸發(fā)沉積所述鋁層。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：采用電子束蒸發(fā)金屬鋁層，制成的薄膜純度高、質(zhì)量好，厚度可以較準(zhǔn)確地控制；采用磁控濺射沉積金屬鋁層，金屬膜的致密性高，金屬膜的反射率高，采用熱蒸發(fā)沉積金屬鋁層，工藝簡(jiǎn)單成本低。

進(jìn)一步，步驟2中，所述抗反射涂層的厚度范圍為100?！?000埃。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過涂覆一定厚度的抗反射涂層能有效的提高光刻工藝中線寬解析度。

進(jìn)一步，步驟3中，所述堿溶性有機(jī)化合物為含有酚類樹脂、交聯(lián)劑、堿性添加劑和光刻膠溶劑的膠體。

進(jìn)一步，步驟3中，所述堿溶性有機(jī)化合物的厚度范圍為150nm-300nm。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：采用堿溶性有機(jī)化合物，這種堿溶性有機(jī)化合物可以跟酸性物質(zhì)反應(yīng)，同時(shí)反應(yīng)物可以溶于顯影液，可以兼容現(xiàn)有的顯影工藝。

進(jìn)一步，所述第一光刻圖形、第二光刻圖形和第三圖形為包含至少一個(gè)長(zhǎng)方體狀的凸起圖形。

進(jìn)一步，所述第一光刻圖形中任一凸起圖形的寬度范圍為130nm～160nm，所述第一光刻圖形中任一凸起圖形的高度范圍為150nm～300nm；所述第二光刻圖形中任一凸起圖形的寬度范圍為90nm～150nm，第二光刻圖形中任一凸起圖形的高度范圍為150nm～300nm；所述第三圖形中任一凸起圖形的寬度范圍為90nm～150nm，第三圖形中任一凸起圖形的高度范圍為150nm～300nm。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：通過形成上述尺寸的凸起圖形能滿足bmg像素隔離技術(shù)中對(duì)隔離線尺寸的工藝要求，并且能降低成本。

為了解決本發(fā)明的技術(shù)問題，還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底和利用所述的提高背面金屬柵格分辨率的方法在半導(dǎo)體襯底上形成的所述第三圖形。

進(jìn)一步，所述第三圖形為包含至少一個(gè)長(zhǎng)方體狀的凸起圖形，所述凸起圖形的寬度范圍為90nm～150nm，所述凸起圖形的高度范圍為150nm～300nm。

采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案形成的凸起圖形的尺寸更小，能滿足像素尺寸的不斷縮小對(duì)像素的隔離線尺寸要求也更小的需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一種提高背面金屬柵格分辨率的方法的流程示意圖；

圖2為圖1實(shí)施例中半導(dǎo)體襯底上生長(zhǎng)的金屬層的剖面示意圖；

圖3為圖1實(shí)施例中生長(zhǎng)保護(hù)層的剖面示意圖；

圖4為圖1實(shí)施例中涂覆抗反射涂層的剖面示意圖；

圖5為圖1實(shí)施例中半導(dǎo)體襯底形成第一光刻圖形的剖面示意圖；

圖6為圖1實(shí)施例中涂覆堿溶性有機(jī)化合物的剖面示意圖；

圖7為圖1實(shí)施例中形成第二光刻圖形的剖面示意圖；

圖8為圖1實(shí)施例中形成第三圖形的剖面示意圖；

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：

1、半導(dǎo)體襯底，2、金屬層，3、保護(hù)層，4、抗反射涂層，5、第一光刻圖形，6、堿溶性有機(jī)化合物，7、第二光刻圖形，8、第三圖形。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例一種提高背面金屬柵格分辨率的方法流程示意圖，包括以下步驟：

步驟1，在半導(dǎo)體襯底上依次沉積金屬層和保護(hù)層；

步驟2，在所述保護(hù)層的表面依次涂覆抗反射涂層和負(fù)光阻層，然后對(duì)所述負(fù)光阻層曝光和顯影后形成第一光刻圖形；

步驟3，之后涂覆一層堿溶性有機(jī)化合物以完全覆蓋所述第一光刻圖形以及抗反射涂層，通過對(duì)涂覆有堿溶性有機(jī)化合物的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行高溫烘烤和顯影得到第二光刻圖形；

步驟4，以所述第二光刻圖形為掩膜層對(duì)所述保護(hù)層和金屬層進(jìn)行刻蝕，直至露出所述半導(dǎo)體襯底，然后去除所述掩膜層形成第三圖形。

本發(fā)明實(shí)施例通過在krf(248nm波長(zhǎng))光刻機(jī)臺(tái)上采用負(fù)光阻形成第一光刻圖形，之后在第一光刻圖形表面涂覆堿溶性有機(jī)化合物，堿溶性有機(jī)化合物與第一光刻圖形側(cè)壁中含有的光酸成分在高溫烘烤的條件下發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)生成物溶于顯影液而被去除，達(dá)到縮小光刻圖形的目的，進(jìn)而縮小以光刻圖形為掩膜刻蝕形成的第三圖形的尺寸即線寬臨界尺寸，提高了工藝窗口范圍，降低了生產(chǎn)成本。

優(yōu)選的，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的步驟1中，在半導(dǎo)體襯底1上采用電子束蒸發(fā)沉積金屬層2，如圖2所示，所述的金屬層2為金屬鋁層，之后在金屬鋁層上表面,以teos(正硅酸乙酯)和氧氣作為原料，采用pecvd(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)沉積保護(hù)層3，所述保護(hù)層3為peteos(等離子體增強(qiáng)正硅酸乙脂)薄膜，如圖3所示。采用電子束蒸發(fā)金屬鋁層，制成的薄膜純度高、質(zhì)量好，厚度可以較準(zhǔn)確地控制。

優(yōu)選的，在本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的步驟1中，在半導(dǎo)體襯底上采用磁控濺射沉積金屬鋁層，之后在金屬鋁層上表面，以sih2cl2(即二氯二氫硅)和nh3(即氨氣)為原料，在lpcvd設(shè)備中生長(zhǎng)氮化硅保護(hù)層3，所述保護(hù)層3位氮化硅薄膜層。，采用磁控濺射沉積金屬鋁層，金屬膜的致密性高，金屬膜的反射率高，采用氮化硅作為保護(hù)層，氮化硅密度高，不易被氫氟酸腐蝕，廣泛應(yīng)用于集成電路芯片工藝。優(yōu)選的，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的步驟1中，在半導(dǎo)體襯底上采用熱蒸發(fā)沉積金屬鋁層，之后在金屬鋁層上表面，以teos(正硅酸乙酯)和氧氣作為原料，采用pecvd(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)沉積保護(hù)層peteos(等離子體增強(qiáng)正硅酸乙脂)薄膜。采用熱蒸發(fā)沉積金屬鋁層工藝簡(jiǎn)單，成本低。

優(yōu)選的，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的步驟2中，在涂覆負(fù)光阻之前還包括涂覆抗反射涂層4，抗反射涂層可以是barc，如圖4所示，所述抗反射涂層的厚度范圍為100?！?000埃,例如500埃、670?；蛘?00埃等等，抗反射涂層能有效的提高光刻工藝中線寬解析度。

優(yōu)選的，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的步驟2中，采用旋涂的方法在抗反射涂層4上涂覆一層負(fù)光阻，然后通過在krf(248nm波長(zhǎng))光刻機(jī)臺(tái)上曝光，并在含有tmah(四甲基氫氧化銨)的顯影液里面顯影，之后通過沖水甩干的方式形成第一光刻圖形5，如圖5所示。所述負(fù)光阻為含有感光樹脂、光致產(chǎn)酸劑、交聯(lián)劑、堿性添加劑和光刻膠溶劑的膠體，所述感光樹脂采用聚乙烯醇月桂酸酯等作為光敏材料,在光的作用下,其分子中的雙鍵被打開，并使鏈與鏈之間發(fā)生交聯(lián)，形成一種不溶性的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。所述負(fù)光阻的厚度范圍為150nm-300nm，例如150nm、200nm或者300nm等等，合理厚度的光阻不僅能節(jié)省成本，而且能提高光刻圖形的分辨率。

優(yōu)選的，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的步驟3中，涂覆一層堿溶性有機(jī)化合物6以完全覆蓋所述第一光刻圖形以及抗反射涂層，，所述堿溶性有機(jī)化合物6為含有酚類樹脂、交聯(lián)劑、堿性添加劑和光刻膠溶劑的膠體，通過旋涂或者噴涂的方式將堿溶性有機(jī)化合物均勻的涂覆在第一光刻圖形的表面，如圖6所示。

優(yōu)選的，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的步驟3中，所述堿溶性有機(jī)化合物的厚度范圍為150nm-300nm，例如150nm、200nm或者300nm等等，合理厚度的堿溶性有機(jī)化合物能節(jié)省成本。

優(yōu)選的，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，在涂覆一層堿溶性有機(jī)化合物6以完全覆蓋所述第一光刻圖形以及抗反射涂層之后，通過對(duì)涂覆有堿溶性有機(jī)化合物的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行高溫烘烤、顯影和沖水甩干的方式得到第二光刻圖形7，如圖7所示。高溫烘烤的溫度為90℃～130℃,時(shí)間為60s～200s，比如烘烤的溫度為90℃，時(shí)間為60s；或者烘烤的溫度為100℃，時(shí)間為120s；或者烘烤的溫度為120℃，時(shí)間為180s等等，通過采用不同的烘烤溫度和烘烤時(shí)間得到不同的第二光刻圖形尺寸。所述顯影采用的顯影液為含有tmah(四甲基氫氧化銨)的顯影液，這樣可以和負(fù)光阻的顯影液兼容，可以使用同一個(gè)顯影機(jī)臺(tái)，節(jié)省成本。此時(shí)，負(fù)光阻中含有的光酸成分在高溫烘烤下與溶性有機(jī)化合物膠體發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)的溫度和時(shí)間根據(jù)光刻圖形臨界尺寸縮小的具體數(shù)值決定，光刻圖形臨界尺寸縮小的大小與反應(yīng)的溫度和時(shí)間在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，最后在顯影過程中將發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的反應(yīng)物去除，達(dá)到縮小光刻圖形臨界尺寸的目的。

優(yōu)選的，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，以所述第二光刻圖形為掩膜層對(duì)氧化物保護(hù)層和金屬層進(jìn)行刻蝕，直至露出所述半導(dǎo)體襯底，然后去除所述掩膜層形成第三圖形8?？涛g采用干法刻蝕，干法刻蝕得到的圖形精度高，不會(huì)出現(xiàn)濕法腐蝕產(chǎn)生的側(cè)腐蝕，保證了凸起圖形的完整性。具體的，可以采用bcl3、氯氣的混合氣體或者三氟氫碳在感應(yīng)耦合等離子體機(jī)中刻蝕所述的保護(hù)層表面和金屬鋁層直至露出所述半導(dǎo)體襯底，形成第三圖形8。

優(yōu)選的，在本發(fā)明具體實(shí)施例中，所述第一光刻圖形、第二光刻圖形和第三圖形分別包括至少一個(gè)長(zhǎng)方體狀的凸起圖形。所述第一光刻圖形包括至少一個(gè)長(zhǎng)方體狀的凸起圖形；

優(yōu)選的，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，所述第一光刻圖形中任一凸起圖形的寬度范圍為130nm～160nm，所述第一光刻圖形中任一凸起圖形的高度范圍為150nm～300nm；所述第二光刻圖形中任一凸起圖形的寬度范圍為90nm～150nm，第二光刻圖形中任一凸起圖形的高度范圍為150nm～300nm；所述第三圖形中任一凸起圖形的寬度范圍為90nm～150nm，第三圖形中任一凸起圖形的高度范圍為150nm～300nm。通過形成上述尺寸的凸起圖形能滿足bmg像素隔離技術(shù)中對(duì)隔離線尺寸的工藝要求，并且能降低成本。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底1和利用所述的提高背面金屬柵格分辨率的方法在半導(dǎo)體襯底1上形成的第三圖形8，所述第三圖形為鋁層和保護(hù)層的多層結(jié)構(gòu)，如圖8所示。本實(shí)施例中，所述第三圖形8為多層結(jié)構(gòu)，自下而上依次為金屬鋁層和保護(hù)層，所述金屬鋁層沉積在半導(dǎo)體襯底1上，同時(shí)所述保護(hù)層為peteos薄膜層或者氮化硅層。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述第三圖形為包含至少一個(gè)長(zhǎng)方體狀的凸起圖形，所述凸起圖形的寬度范圍為90nm～150nm，比如90nm、100nm或者150nm等等，所述凸起圖形的高度范圍為150nm～300nm，比如150nm、200nm或者250nm等等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。