CN102148130A - 改善对外部环境敏感的表面光刻工艺控制能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善对外部环境敏感的表面光刻工艺控制能力的方法，包括如下步骤：第一步，薄膜成长；第二步，湿法药液处理；第三步，光刻胶涂覆和曝光。本发明可以改善硅片批次之间受等待时间影响造成的关键尺寸差异，保证再工事前后的关键尺寸稳定性，且能够提供更好的光刻控制工艺能力。
Description
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造领域，尤其涉及一种改善对外部环境敏感的表面光刻工艺控制能力的方法。
背景技术
随着光刻工艺的不断发展，光刻工艺的关键尺寸也在不断变得更细，对光刻工艺的控制能力的改善也提出了更高的要求。但是随着光刻关键尺寸的不断缩小，在某些对外界环境敏感的材料表面上的光刻工艺上有下列的问题出现，比如我们在0.18um(微米)节点的，多晶硅的光刻工艺上就发现：1.多晶硅的光刻关键尺寸在批次与批次之间出现比较大的差异；2.在光刻胶需要再工事时，再工事本身会引起关键尺寸漂移；发生上述现象的原因是因为光刻的涂覆和曝光工艺本身对材料表面的稳定性要求比较高，多晶硅表面的表面能比较高，如果不经过处理，比较容易受外部环境影响，使表面状况发生变化，在净化间的环境中，由于AMC(空气分子污染物)的影响，特别如果在多晶硅成长和涂胶之间的等待时间不一样，就会造成多晶硅的表面受外界影响的程度也不一样，从而关键尺寸在等待时间不一样的批次之间造成较大差异；另外，由于再工事本身也会造成多晶硅表面状况的前后变化，从而导致关键尺寸漂移。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改善对外部环境敏感的表面光刻工艺控制能力的方法，该方法可以改善硅片批次之间受等待时间影响造成的关键尺寸差异，保证再工事前后的关键尺寸稳定性，且能够提供更好的光刻控制工艺能力。
为解决上述技术问题，本发明提供一种改善对外部环境敏感的表面光刻工艺控制能力的方法，包括如下步骤：
第一步，薄膜成长；
第二步，湿法药液处理；
第三步，光刻胶涂覆和曝光。
第一步中，所述薄膜是表面能比较低或者由于表面含有一些不饱和键或悬挂键的存在造成表面不稳定，容易受外界环境影响，该薄膜的种类包括多晶硅，无定型硅，单晶硅，氮化硅，锗硅和砷化镓。
第二步中，所述湿法药液为酸性物质和氧化物的混合物。所述湿法药液为硫酸双氧水混合物、硫酸臭氧混合物或盐酸双氧水混合物。所述硫酸双氧水混合物中硫酸和双氧水的体积比在1∶1到50∶1的范围内，处理温度在100℃到180℃的范围内。所述硫酸臭氧混合物中，臭氧的含量在1ppm到50ppm之间，处理温度在100℃到180℃的范围内。所述盐酸双氧水混合物中盐酸、双氧水和去离子水的体积比在1∶1∶1到1∶10∶100的范围内，处理温度在20℃到80℃的范围内。
第二步所述湿法药液处理对所述薄膜表面进行微氧化，降低所述薄膜表面的PH值。
第二步所述湿法药液处理的时间在30秒到30分钟的范围内。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：如图1所示，试验数据证明，经过硫酸双氧水处理的多晶硅光刻关键尺寸受等待时间影响(等待时间从2小时到16小时)的差异可以从15nm改善到12nm，有20％的改善；经过硫酸双氧水处理的多晶硅光刻关键尺寸在再工事前后的差异从5nm改善到几乎不受影响。
附图说明
图1是经硫酸双氧水(湿法药液)处理过的多晶硅光刻工艺能力(本发明方法)和未经过湿法药液处理的多晶硅光刻工艺能力(传统方法)的比较示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种改善对外部环境敏感的表面光刻工艺控制能力的方法，包括如下步骤：
第一步，薄膜成长；
此薄膜往往是表面能比较低或者由于表面含有一些不饱和键或悬挂键的存在造成表面不稳定，容易受外界环境影响，此薄膜的种类包括多晶硅，无定型硅，单晶硅，氮化硅，锗硅，砷化镓等等；该薄膜成长步骤采用本领域常规的工艺方法，在硅衬底上生长一层薄膜。薄膜形成方法可以使用CVD(化学气相沉淀方法)，包括但不限于APCVD(常压化学气相沉淀方法)，LPCVD(低压化学气相沉淀方法)或PECVD(等离子体增强化学气相沉淀方法)等薄膜成长方法。
第二步，湿法药液处理；
湿法药液处理是将生长了薄膜的硅片浸泡在湿法药液中，使薄膜材料与湿法药液进行化学反应，可以对薄膜(材料)表面进行微氧化，同时也可以让硅片表面的PH值降低。湿法药液处理的时间可以从30秒到30分钟的范围内。湿法药液可以选择酸性物质和氧化物的混合物，比如硫酸双氧水混合物，硫酸臭氧混合物，盐酸双氧水混合物等等；例如，本发明采用的硫酸双氧水混合物的(硫酸∶双氧水)体积比在1∶1到50∶1的范围内，湿法药液处理温度在100℃到180℃的范围内；例如，在硫酸臭氧混合物中，臭氧的含量在1ppm到50ppm之间，湿法药液处理温度在100℃到180℃的范围内；例如，本发明采用的盐酸双氧水混合物的(盐酸∶双氧水∶去离子水)体积比在1∶1∶1到1∶10∶100的范围内，湿法药液处理温度在20℃到80℃的范围内。
第三步，光刻胶涂覆和曝光；
曝光光源可以为G-line，I-line，KrF，ArF等，光刻胶为曝光波长对应的材料，所使用的光刻机为业界泛用的对应曝光波长的光刻机，步进式、扫描式或浸润式等。所采用的光刻工艺为先涂布光敏性的光刻胶材料，可以使用旋涂或平面提拉等业界常用方法；然后利用光罩进行曝光；然后用显影液进行光刻胶的去除。此处提到的光刻工艺方法和常用的设备材料均为业界普通使用的常规方法和材料，为本领域普通技术人员所掌握的普通方法，不做进一步具体描述。
本发明是在薄膜(对外界环境敏感的材料)成长后和光刻胶涂覆之间，增加一步湿法处理，湿法药液可以使用理论意义上的酸性物质和氧化剂的混合物，通过湿法药液的处理，第一，可以对薄膜(材料)表面进行微氧化，从而达到钝化材料表面的目的，使材料的表面更加稳定，这样材料表面受外部环境，主要是AMC(空气分子污染物)的影响变小，改善了硅片批次之间受等待时间影响造成的关键尺寸差异；第二，由于同样的原因，材料表面也不容易受再工事的影响，保证了再工事前后的关键尺寸稳定性；第三，经过酸性物质的处理，可以让硅片表面的PH值降低，有利于光刻胶的光酸稳定性，也能够提供更好的光刻控制工艺能力。
如图1所示，试验数据证明，经过硫酸双氧水混合物处理的多晶硅光刻关键尺寸受等待时间影响(等待时间从2小时到16小时)的差异可以从15nm(纳米)改善到12nm，有20％的改善；经过硫酸双氧水混合物处理的多晶硅光刻关键尺寸在再工事前后的差异从5nm改善到几乎不受影响。
Claims (9)
1.一种改善对外部环境敏感的表面光刻工艺控制能力的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，薄膜成长；
第二步，湿法药液处理；
第三步，光刻胶涂覆和曝光。
2.如权利要求1所述的改善对外部环境敏感的表面光刻工艺控制能力的方法，其特征在于，第一步中，所述薄膜是表面能比较低或者由于表面含有一些不饱和键或悬挂键的存在造成表面不稳定，容易受外界环境影响，该薄膜的种类包括多晶硅，无定型硅，单晶硅，氮化硅，锗硅和砷化镓。
3.如权利要求1所述的改善对外部环境敏感的表面光刻工艺控制能力的方法，其特征在于，第二步中，所述湿法药液为酸性物质和氧化物的混合物。
4.如权利要求3所述的改善对外部环境敏感的表面光刻工艺控制能力的方法，其特征在于，所述湿法药液为硫酸双氧水混合物、硫酸臭氧混合物或盐酸双氧水混合物。
5.如权利要求4所述的改善对外部环境敏感的表面光刻工艺控制能力的方法，其特征在于，所述硫酸双氧水混合物中硫酸和双氧水的体积比在1∶1到50∶1的范围内，处理温度在100℃到180℃的范围内。
6.如权利要求4所述的改善对外部环境敏感的表面光刻工艺控制能力的方法，其特征在于，所述硫酸臭氧混合物中，臭氧的含量在1ppm到50ppm之间，处理温度在100℃到180℃的范围内。
7.如权利要求4所述的改善对外部环境敏感的表面光刻工艺控制能力的方法，其特征在于，所述盐酸双氧水混合物中盐酸、双氧水和去离子水的体积比在1∶1∶1到1∶10∶100的范围内，处理温度在20℃到80℃的范围内。
8.如权利要求1所述的改善对外部环境敏感的表面光刻工艺控制能力的方法，其特征在于，第二步所述湿法药液处理对所述薄膜表面进行微氧化，降低所述薄膜表面的PH值。
9.如权利要求1或8所述的改善对外部环境敏感的表面光刻工艺控制能力的方法，其特征在于，第二步所述湿法药液处理的时间在30秒到30分钟的范围内。
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