CN102841514A - 用湿法可显影填充材料实现高台阶表面图形曝光的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用湿法可显影填充材料实现高台阶表面图形曝光的方法，包括：1)高台阶表面图形曝光前，以湿法可显影填充材料填充凸凹表面，该填充材料涂覆后依靠显影移除表面多余的填充材料；2)进行抗反射层的涂覆，光刻胶涂覆，进行光刻，刻蚀，以刻蚀掉待刻蚀衬底。本发明不仅可以达到凸凹表面平坦化的目的，并且实施简单、操作性强、效果良好、应用广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路中表面平坦化的处理方法，特别是涉及一种用湿法可显影填充材料实现高台阶表面图形曝光的方法。
背景技术
在半导体制造中，表面平坦化是处理高密度光刻的一项重要技术。没有高低落差的平坦表面，才能避免曝光过程的散射等问题，进行精确的图形转移。
随着半导体技术的发展，集成电路的集成度越来越高，临界尺寸越来越小，以及一些特殊工艺设计的引入，对表面平坦化的要求越来越高。特别是现代光刻工艺，由于受透镜焦距深度的限制对表面平整度的要求更高，如果硅片表面不够平坦将会严重影响光刻的工艺容许度，更严重的情况是无法在硅片表面进行图形制作。
随着半导体制造技术的进步，已经开发了多种表面平坦化技术，如反刻，玻璃回流，旋涂膜层，CMP(Chemical Mechanical Polish)等技术，特别是CMP技术很好的解决了那些允许对表面进行机械或化学损伤的表面的平整化。然而，在半导体制造中，也会有很多层次是不允许对凸凹表面进行损伤性平坦化处理，但后续工序又对硅片表面的平整度有很高的要求。例如，SIGE(硅锗)工艺中(R-poly/SD-Poly)，就有需要在前层的刻蚀出的高台阶表面进行图形定义，为了能够进行图形制作或增加工艺容许度，就需要进行表面平坦化处理。在高端的工艺中，由于工艺难度系数的增加，焦深变得越来越小，对表面的要求也很高，对表面能进行很好的平坦化处理，能明显增加工艺容许度和工艺稳定性。
目前，针对那些不允许对凸凹表面进行损伤性处理，但后续工序又对硅片表面的平整度有很高的要求的层次，主要采用BARC(Bottom Anti-Reflectivecoating)等填充材料进行填充以达到减小台阶表面的台阶差异的，一定程度上满足工艺的要求。但这种方法只能缓解凸凹表面的台阶差异，很难消除这种差异，而且BARC填充太厚，对刻蚀也会带来很大挑战。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用湿法可显影填充材料实现高台阶表面图形曝光的方法。本发明通过采用湿法可显影填充材料填充凸凹表面，然后通过控制显影，使填充材料部分被显影去处，达到凸凹表面平坦化的目的，并且实施简单、操作性强、效果良好。
为解决上述技术问题，本发明的用湿法可显影填充材料实现高台阶表面图形曝光的方法，包括：
(1)高台阶表面图形曝光前，以湿法可显影填充材料填充凸凹表面，材料涂覆后依靠显影移除表面多余的填充材料，实现硅片表面平整，从而降低由于图形密度差异而产生的抗反射层的涂覆差异；
(2)然后再进行抗反射层的涂覆，光刻胶涂覆，进行光刻，刻蚀，以刻蚀掉待刻蚀衬底。
所述方法的具体步骤，包括：
A、湿法可显影填充材料涂覆硅片表面，填充凸凹表面之间的间隙；
B、检测涂覆表现，如不满足填充凸凹表面之间的间隙的要求，则进行第2～3次涂覆，直至满足要求为止；
C、显影涂覆后的硅片，移除凸起部分表面的填充材料，实现硅片的表面平整表现；
D、检测显影表现，如发现凸起部分上仍然存在填充材料，则进行第2～3次显影，直至满足要求为止；
E、抗反射层涂覆，第二次光刻胶涂覆；
F、光刻；
G、刻蚀，刻蚀首先移除非光刻胶保护区域的抗反射涂层和表面填充材料，随后利用光刻胶作为刻蚀掩蔽层，刻蚀暴露的衬底。
H、剥离剩余的抗反射层、湿法可显影填充材料和光刻胶，清洗。
在本发明中，采用湿法可显影填充性材料填充凸凹表面，通过对涂覆湿法可显影填充性材料的硅片进行显影操作，从而形成平整的界面。随后进行抗反射层涂覆，光刻胶涂覆，光刻、刻蚀，完成工艺操作。这种工艺可以消除由于表面形貌台阶高度变化而引入的光刻、刻蚀工艺不稳定性，而提高图形曝光技术的表现。因此，本发明不仅可以不对凸凹表面产生任何机械损伤，就达到了表面平坦化目的，而且实施过程简单，效果良好，有广泛的应用价值。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
附图是本发明的工艺流程图，其中，A为光刻前凸凹不平表面有很大的台阶高度，B为湿法可显影材料涂覆，C为湿法可显影材料显影，D为光刻后形貌。
具体实施方式
本发明的利用湿法可显影填充材料实现高台阶表面图形曝光的方法，其流程图如说明书附图所示，其具体步骤，包括：
A、高台阶表面图形曝光前，湿法可显影填充材料涂覆硅片表面(附图的B所示)，填充凸凹表面之间的间隙，其中，填充的厚度为10纳米至10000纳米，烘烤温度为50℃至250℃，烘烤时间为10秒至1000秒；其中，优选烘烤温度为60℃到250℃，烘烤时间为10秒到120秒。
其中，该湿法可显影填充材料，是一种用于两次图形曝光中使用的湿法可显影的填充材料，另外，该填充材料也可溶于显影液中。该填充材料是由酮类，醚类，烷烃类有机溶剂、抗反射吸收材料、可与标准四甲基氢氧化铵显影液反应的有机酸基团树脂以及含氧、氟元素的有机基团树脂或交联树脂构成。该填充材料的分子量在1000到50000之间，其折射率在1.0到3.0之间，其消光系数在0.1到3.0之间。该填充材料的每次涂布剂量为0.5ml到5ml，涂布次数为1到3次，烘烤次数为1到3次。
B、检测涂覆表现(如可以采用光学显微镜和电子显微镜观察法检测)，如不满足凸凹表面平坦化的要求(平坦化达标要求：如可以定为填充后台阶高度100nm以下)，则进行第2～3次涂覆，直至满足要求为止；
C、用显影液进行显影涂覆后的硅片，移除凸起部分表面的填充材料，实现硅片的表面平整表现；
其中，每次显影液的使用量为1ml到100ml，次数为1到3次，显影液的温度为10℃到30℃，显影浸泡时间为10秒到120秒，随后使用去离子水冲洗硅片表面移除显影液的时间为10秒到120秒。
D、检测显影表现(如可以采用光学显微镜和电子显微镜观察法检测)，如发现凸起部分上仍然存在填充材料，则进行第2～3次显影，直至满足要求为止；
E、抗反射层涂覆，并第二次光刻胶涂覆；
其中，抗反射层涂覆的厚度为10纳米至10000纳米，烘烤温度为50℃至250℃，烘烤时间为10秒至1000秒；
抗反射层的材料，包括：有机抗反射层材料和无机抗反射层材料(如氮化硅、氧化钛等)；
第二次光刻胶涂覆的厚度为10纳米至10000纳米，烘烤温度为50℃至250℃，烘烤时间为10秒至1000秒。
F、光刻；
G、刻蚀，刻蚀首先移除非光刻胶保护区域的抗反射涂层和表面填充材料，随后利用光刻胶作为刻蚀掩蔽层，刻蚀暴露的衬底。
H、剥离剩余的抗反射层、湿法可显影填充材料和光刻胶，清洗。
按照上述步骤进行操作，可以实现凹凸表面平坦化，而且整个工艺过程简单，凹凸表面平坦化的实现效果良好，因此，具有广泛的应用领域，如可应用于锗硅工艺中高台阶表面的光刻，以提高图形曝光技术的表现。
Claims (9)
1.一种用湿法可显影填充材料实现高台阶表面图形曝光的方法，包括：
(1)高台阶表面图形曝光前，以湿法可显影填充材料填充凸凹表面，该填充材料涂覆后依靠显影移除表面多余的湿法可显影填充材料；
(2)然后再进行抗反射层的涂覆，光刻胶涂覆，进行光刻，刻蚀，以刻蚀掉待刻蚀衬底。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法的步骤，包括：
A、湿法可显影填充材料涂覆硅片表面，填充凸凹表面之间的间隙；
B、检测涂覆表现，如不满足填充凸凹表面之间的间隙的要求，则进行第2～3次涂覆，直至满足要求为止；
C、显影涂覆后的硅片，移除凸起部分表面的填充材料，实现硅片的表面平整表现；
D、检测显影表现，如发现凸起部分上仍然存在填充材料，则进行第2～3次显影，直至满足要求为止；
E、抗反射层涂覆，第二次光刻胶涂覆；
F、光刻；
G、刻蚀；
H、剥离剩余的抗反射层、湿法可显影填充材料和光刻胶，清洗。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述湿法可显影填充材料，是由酮类，醚类，烷烃类有机溶剂、抗反射吸收材料、可与标准四甲基氢氧化铵显影液反应的有机酸基团树脂以及含氧、氟元素的有机基团树脂或交联树脂构成；
该填充材料的分子量在1000到50000之间，其折射率在1.0到3.0之间，其消光系数在0.1到3.0之间。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述A中，填充的厚度为10纳米至10000纳米，烘烤温度为50℃至250℃，烘烤时间为10秒至1000秒；
所述填充材料的每次涂布剂量为0.5ml到5ml，涂布次数为1到3次，烘烤次数为1到3次。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述烘烤温度为60℃到250℃，烘烤时间为10秒到120秒。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述C中，用显影液进行显影，其中，每次显影液的使用量为1ml到100ml，次数为1到3次，显影液的温度为10℃到30℃，显影浸泡时间为10秒到120秒，随后使用去离子水冲洗硅片表面移除显影液的时间为10秒到120秒。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述E中，抗反射层涂覆的厚度为10纳米至10000纳米，烘烤温度为50℃至250℃，烘烤时间为10秒至1000秒；
抗反射层的材料，包括：有机抗反射层材料和无机抗反射层材料。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述E中，第二次光刻胶涂覆的厚度为10纳米至10000纳米，烘烤温度为50℃至250℃，烘烤时间为10秒至1000秒。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述G中，刻蚀首先移除非光刻胶保护区域的抗反射层和表面填充材料，随后利用光刻胶作为刻蚀掩蔽层，刻蚀暴露的衬底。
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