CN102034691A

CN102034691A - 深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法

Info

Publication number: CN102034691A
Application number: CN2009100579441A
Authority: CN
Inventors: 王雷; 吴鹏
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2009-09-24
Filing date: 2009-09-24
Publication date: 2011-04-27

Abstract

本发明公开了一种深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法，包括如下步骤：第1步，在已涂有深紫外光刻胶的硅片上进行深紫外光光刻；第2步，对硅片上的深紫外光刻胶进行任意杂质的离子注入；第3步，以硅片上的经过离子注入后的深紫外光刻胶作为掩蔽层进行湿法腐蚀；或者，所述方法的第1步和第2步互换顺序。本发明通过对深紫外光刻胶进行任意杂质的离子注入，可以明显提高深紫外光刻胶的粘附性，使深紫外光刻胶不易被湿法腐蚀药液穿透和腐蚀。

Description

深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体制造工艺，特别是涉及一种光刻工艺和湿法腐蚀工艺。

背景技术

光刻是将图形形式的电路结构从掩膜版转移到硅片表面的光刻胶上，形成光刻胶掩蔽图形。根据光刻工艺中曝光源不同，光刻分为紫外光(UV)光刻、深紫外光(DUV)光刻等。

紫外光光刻适用于0.35μm以上的光刻工艺，包括G线光刻(波长为436nm)、H线光刻(波长为405nm)、I线光刻(波长为365nm)等。

深紫外光光刻可以实现0.25μm乃至0.18μm的光刻工艺，包括KrF(氟化氪)光刻(光源为KrF准分子激光，波长为248nm)、ArF(氟化氩)光刻(光源为ArF准分子激光，波长为193nm)等。

深紫外光光刻采用化学放大(CA)深紫外光刻胶，简称为深紫外光刻胶。深紫外光刻胶是一种已知物质，其详细介绍例如可参考电子工业出版社2004年1月出版的《半导体制造技术》第13.5.4节(作者：美国MichaelQuirk，Julian Serda)。

光刻工艺后常常跟随刻蚀工艺或离子注入工艺。刻蚀工艺包括干法刻蚀和湿法腐蚀两种。由于干法刻蚀可能对硅片上的敏感器件引起等离子体诱导损伤，因此有时需要采用湿法腐蚀工艺。光刻之后的湿法腐蚀采用光刻胶作为掩蔽层来定义需要刻蚀掉的硅片表面区域。

目前在在深紫外光光刻之后紧跟着进行湿法腐蚀工艺存在如下难点：

1、深紫外光刻胶的粘附性较差，湿法腐蚀过程中药液容易渗入到光刻胶与硅片之间造成横向钻蚀，如图1所示。

2、试验发现，在深紫外光光刻后紧跟着进行无图形湿法腐蚀(即硅片表面完全覆盖光刻胶)，深紫外光刻胶下方的硅片存在腐蚀现象，而此时深紫外光刻胶仍然覆盖住硅片。这意味着深紫外光刻胶很容易被湿法腐蚀药液穿透，造成此一现象的原因很可能是由于深紫外光刻胶的化学分子结构疏松。

3、对氧化硅(SiO₂)进行湿法腐蚀通常采用的药液以氢氟酸(HF)为主，对氮化硅(Si₃N₄)进行湿法腐蚀通常采用的药液以热磷酸(H₃PO₄)为主。深紫外光刻胶很容易被氢氟酸或磷酸腐蚀，这会引发硅片图形的尺寸变化，增加光刻胶发生倾倒的风险。

请参阅图2和图3，这是深紫外光刻胶被湿法腐蚀药液腐蚀的两种示意图。深紫外光刻胶被腐蚀，引起了硅片图形的尺寸变化。当被腐蚀后的深紫外光刻胶的高度与宽度(深紫外光刻胶与硅片相接触的部分)的比值较大，例如大于4，则被腐蚀后的深紫外光刻胶很可能发生倾倒。

为了克服上述问题，目前深紫外光刻胶用于湿法腐蚀工艺有两种方法：

第一种是引入底部抗反射涂层(BARC)。底部抗反射涂层位于硅片和深紫外光刻胶之间，在涂光刻胶之前加到硅片表面。这种方法先进行深紫外光光刻，此时底部抗反射涂层可以减少光刻时硅片表面的反射；然后进行底部抗反射涂层刻蚀；最后进行湿法腐蚀，此时底部抗反射涂层与深紫外光刻胶共同作为湿法腐蚀工艺的掩蔽层。这种方法的缺点是成本较高且增加了底部抗反射涂层的形成、刻蚀和去除步骤。

第二种是将湿法腐蚀工艺控制在非常短的时间内，使得短时间内湿法腐蚀药液来不及进行钻蚀、来不及穿透和腐蚀深紫外光刻胶，从而改善上述问题。这种方法要求湿法腐蚀时间一般限制在5分钟以下，因此导致对硅片的刻蚀量(刻蚀深度)、工艺的均匀性、稳定性的控制能力差。

上述两种方法都存在缺陷，目前半导体业界普遍认为深紫外光刻胶无法直接、单独、不加时间限制地作为湿法腐蚀工艺的掩蔽层。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法，该方法中深紫外光刻胶直接作为湿法腐蚀工艺的掩蔽层，不需要引入底部抗反射涂层，也不需要限制湿法腐蚀工艺的时间。

为解决上述技术问题，本发明深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法包括如下步骤：

第1步，在已涂有深紫外光刻胶的硅片上进行深紫外光光刻；

第2步，对硅片上的深紫外光刻胶进行任意杂质的离子注入；

第3步，以硅片上的经过离子注入后的深紫外光刻胶作为掩蔽层进行湿法腐蚀；

或者，所述方法的第1步和第2步互换顺序。

本发明通过对深紫外光刻胶进行任意杂质的离子注入，可以明显提高深紫外光刻胶的粘附性，使深紫外光刻胶不易被湿法腐蚀药液穿透和腐蚀。

附图说明

图1是刻蚀工艺中出现横向钻蚀的示意图；

图2和图3是深紫外光刻胶被湿法腐蚀药液腐蚀的两种示意图；

图4是本发明深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法的流程图。

具体实施方式

请参阅图4，本发明深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法包括如下步骤：

第1步，在已经涂有深紫外光刻胶层的硅片上进行光刻，形成光刻胶掩蔽图形。

第2步，对第1步所形成的光刻胶掩蔽图形进行任意杂质的离子注入。

第3步，以第2步离子注入后的光刻胶掩蔽图形为掩蔽层，对硅片进行湿法腐蚀工艺。

上述方法的第1步和第2步的顺序可以互换，即：

第1’步，在已经涂有深紫外光刻胶层的硅片上对光刻胶进行任意杂质的离子注入。

第2’步，对第1’步所形成的硅片进行光刻，形成光刻胶掩蔽图形。

第3步，以第2’步所形成的光刻胶掩蔽图形为掩蔽层，对硅片进行湿法腐蚀工艺。

本发明中，硅片表面可以是氧化硅、氮化硅、硅(Si)等。深紫外光刻胶直接旋涂在硅片表面，两者之间没有底部抗反射涂层。对硅进行湿法腐蚀的药液通常以强酸如盐酸、硝酸、硫酸等为主。

本发明对深紫外光刻胶进行任意杂质的离子注入，其原理是用较小的杂质分子对具有较大间隙的深紫外光刻胶分子结构进行填充，离子注入后的深紫外光刻胶因而具有更好的粘附性、抗穿透性和抗腐蚀性。在已经进行的试验中，对深紫外光刻胶进行离子注入的杂质可以是p型杂质如硼(B)、铟(In)等，也可以是n型杂质如磷(P)、砷(As)等，还可以是中性杂质如硅、碳(C)等。由于上面阐述的原理，有理由相信对深紫外光刻胶进行任意杂质的离子注入都能使其疏松的分子结构变得致密。

一般情况下，本发明中的离子注入仅对深紫外光刻胶层进行，这即意味着离子注入的投影射程(注入离子在被注入材料中穿行的距离)小于或等于深紫外光刻胶的厚度。此时光刻胶层下方的硅片表面没有离子注入。

离子注入的射程与其能量有关。本发明中，对深紫外光刻胶进行离子注入的能量为0.1～10MeV，剂量为1×10¹¹～1×10²⁰atom/cm²。优选情况下，对深紫外光刻胶进行离子注入的能量为2～50keV，剂量为5×10¹²～1×10¹⁶atom/cm²。

在一些特殊工艺中，本来就需要对深紫外光刻胶下方的硅片表面进行离子注入。此时离子注入的投影射程可大于深紫外光刻胶的厚度，即深紫外光刻胶和硅片表面同时被注入离子。此时离子注入的杂质根据硅片表面的杂质注入需求来选择。此时离子注入的能量和剂量可比单纯对深紫外光刻胶层进行离子注入时的能量和剂量更大。但是，离子注入的能量和剂量越大，深紫外光刻胶中所掺杂的杂质就越多，其粘附性、抗腐蚀性就越好，也就越难以湿法腐蚀工艺剥离光刻胶。因此离子注入的能量和剂量的上限应充分考虑深紫外光刻胶的去胶能力。

本发明深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法，如将未经过离子注入的深紫外光刻胶对于湿法腐蚀药液的刻蚀速率设为x1，将经过离子注入的深紫外光刻胶对于湿法腐蚀药液的刻蚀速率设为x2，则x2≤0.5x1；即经过离子注入后深紫外光刻胶对湿法腐蚀药液的刻蚀速率下降50％以上。如将未经过湿法腐蚀、但已经过光刻的深紫外光刻胶的宽度设为y1，高度设为z1；将经过湿法腐蚀的深紫外光刻胶宽度(即深紫外光刻胶与硅片表面相接触的尺寸)设为y2，高度设为z2；则y2≥0.67y1，z2≥0.67z1，z2/y2＜4；即经过离子注入后深紫外光刻胶在湿法腐蚀后的宽度和高度尺寸的缩小比例小于33％，高宽比小于4(从而确保不发生倾倒缺陷)。

下面仅举一个具体的实施例。硅片表面为氧化硅，对氧化硅进行湿法腐蚀的药液中包括水、氢氟酸和氟化铵(NH₄F)。通常药液中氢氟酸的重量百分比为0.1％～14％，优选为4.6％。

第1步，在硅片表面上旋涂深紫外光刻胶，并对该深紫外光刻胶层进行深紫外光刻。深紫外光刻的曝光源例如为KrF准分子激光或ArF准分子激光。

此时通过试验测定深紫外光刻胶在上述氢氟酸药液中的刻蚀速率为

/分钟，4～6分钟后光刻胶开始出现倾倒。以8英寸硅片为例，6分钟后深紫外光刻胶层出现产生约500～1000处倾倒缺陷，15分钟后硅片表面出现深紫外光刻胶层大片剥离现象，30分钟后所有的深紫外光刻胶都被去除。

第2步，对硅片上的深紫外光刻胶进行硼的离子注入，剂量为1×10¹⁵atom/cm²，能量为5keV。

此时通过试验测定，离子注入后的深紫外光刻胶在上述氢氟酸药液中的刻蚀速率下降到/分钟以下，无倾倒缺陷的时间从约5分钟延长到15分钟以上。本实施例中，当离子注入的杂质改为磷，其余条件不变时，经试验测定具有同样的技术效果。

综上所述，本发明通过对深紫外光刻胶进行任意杂质的离子注入，改善了深紫外光刻胶的粘附性、抗穿透性和抗腐蚀性。从而使深紫外光刻胶直接、单独、不加时间限制地作为湿法腐蚀工艺的掩蔽层成为可能。

上述各结构、各工艺步骤及具体数值等均为示意之用。在不违反本发明原理、思想及精神的前提下，对上述各实施例所作的任何改变、修饰及变化，均应视作本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法，其特征是，包括如下步骤：

第1步，在已涂有深紫外光刻胶的硅片上进行深紫外光光刻；

第2步，对硅片上的深紫外光刻胶进行任意杂质的离子注入；

或者，所述方法的第1步和第2步互换顺序。

2.根据权利要求1所述的深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法，其特征是，所述方法第1步中，所述深紫外光光刻的曝光源为氟化氪准分子激光或氟化氩准分子激光。

3.根据权利要求1所述的深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法，其特征是，所述方法第1步中，所述硅片表面为硅、氧化硅或氮化硅，所述深紫外光刻胶与硅片表面之间不包括底部抗反射涂层。

4.根据权利要求1所述的深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法，其特征是，所述方法第2步中，所述离子注入的能量为0.1～10MeV，剂量为1×10¹¹～1×10²⁰atom/cm²。

5.根据权利要求4所述的深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法，其特征是，所述方法第2步中，所述离子注入的能量为2～50keV，剂量为5×10¹²～1×10¹⁶atom/cm²。

6.根据权利要求1所述的深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法，其特征是，所述方法第2步中，所述离子注入的杂质为硼、铟、磷、砷、碳、硅的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法，其特征是，所述方法第2步中，所述离子注入的投影射程小于或等于光刻胶的厚度。

8.根据权利要求1所述的深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法，其特征是，所述方法第2步中，所述离子注入的投影射程大于光刻胶的厚度，即光刻胶和硅片表面同时进行离子注入。