CN103197513A - 防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法 - Google Patents

Abstract

防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法，包括：在形成浅隔绝沟道并沉积氧化硅薄膜的硅片上涂布光刻胶；完成对光刻胶的曝光显影，暴露出氧化硅薄膜的将要湿法刻蚀的第一氧化硅区域和受到光刻胶保护的第二氧化硅区域；在执行显影的同一显影机台内，在光刻胶图形上涂布含硫醇类化合物的交联材料溶液，并且加热使硫醇类化合物与光刻胶表面反应形成高分子交联的保护膜，从而固化光刻胶图形，随后去除多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液；执行湿法刻蚀以部分去除第一氧化硅区域上的氧化硅薄膜；去除剩余光刻胶后可再次沉积氧化硅薄膜，从而在第一氧化硅区域和第二氧化硅区域形成不同厚度的氧化硅薄膜双栅氧。

Description

防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法。

背景技术

先进的集成电路芯片通常会集成多种功能器件。多种功能器件一般需要对应不同的场效应晶体管(FETs)。多栅氧(multiple gate oxide)工艺是在同一芯片内制作不同的场效应晶体管的常用方法。有多种方法可以实现多栅氧。

例如，图1-图5展示了双栅氧(dual gate oxide)的制作工艺流程。在已经形成浅隔绝沟道2并且沉积了氧化硅薄膜3的硅片1上涂布光刻胶4(图1)。曝光和显影后暴露出将要湿法刻蚀的区域5和受到光刻胶4保护的区域6(图2)。湿法刻蚀减薄或完全去除区域5的氧化硅薄膜3(图3-图4)。去除剩余光刻胶4后可再次沉积氧化硅薄膜3，在区域5和区域6形成不同厚度的氧化硅薄膜3—即所谓的双栅氧(图5)。在区域5和区域6上可以制作出不同的场效应晶体管。

湿法刻蚀氧化硅薄膜3是将沉积了氧化硅薄膜3的硅片1置于酸性溶液中。常用的酸性溶液比如氢氟酸(HF)。酸性溶液在刻蚀氧化硅薄膜3时也会对光刻胶4产生作用，形成缺陷。主要的缺陷包括光刻胶残留和碳化硅(SiC)沉积。形成光刻胶残留缺陷的机理是酸性溶液浸蚀光刻胶薄膜，将光刻胶薄膜中的部分高分子化合物从光刻胶薄膜中剥离出来，在硅片表面形成缺陷。碳化硅沉积缺陷的形成机理是氢氟酸与氧化硅反应生成六氟化硅(SiF6)，六氟化硅与光刻胶薄膜中的高分子化合物进一步反应生成碳化硅微粒，然后在硅片上形成沉积。

现有的防止湿法刻蚀过程中产生光刻胶缺陷的方法包括：1）在光刻曝光和显影后对光刻胶薄膜进一步烘培，形成更加致密的光刻胶薄膜，使得湿法刻蚀的酸性溶液难以从光刻胶高分子化合物之间的缝隙浸入，与光刻胶高分子化合物作用生成缺陷；2）在光刻曝光和显影后对光刻胶薄膜进行紫外光(UV)或等离子固化处理，在光刻胶表面形成高分子化合物的交联。交联的高分子表面可以有效地提高光刻胶的抗酸性溶液浸蚀能力。美国专利US6498106B1报道了采用低能量等离子固化处理防止湿法刻蚀过程中产生光刻胶缺陷的案例。

现有的防止湿法刻蚀过程中产生光刻胶缺陷的方法仍然存在一些需要解决的问题。在方法1）中，烘培温度不宜太高，烘培时间不宜太长。否则会导致光刻胶图形变形，而且会对生产吞吐量(throughput)产生不利影响。由于受到烘培温度和烘培时间的限制，烘培后光刻胶薄膜的致密性可能还不能满足抗酸性溶液浸蚀的要求。方法2）需要在光刻工艺之后加入紫外光(UV)或等离子固化工艺。紫外光(UV)或等离子固化工艺需要在另外的机台上实现，不但增加了设备成本，而且延长了生产时间，降低了生产吞吐量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够既能满足抗酸性溶液浸蚀的要求，也可以保证生产吞吐量的防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法。

为了实现上述技术目的，根据本发明的第一方面，提供了一种防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法，其包括：在已经形成浅隔绝沟道并且沉积了氧化硅薄膜的硅片上涂布光刻胶；完成对光刻胶的曝光和显影，以暴露出氧化硅薄膜的将要湿法刻蚀的第一氧化硅区域和受到光刻胶保护的第二氧化硅区域；在曝光和显影之后，在执行显影的同一显影机台内，在光刻胶图形上涂布含硫醇类化合物的交联材料溶液，并且加热使硫醇类化合物与光刻胶表面反应形成高分子交联的保护膜，从而固化光刻胶图形，随后去除多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液；执行湿法刻蚀以部分去除第一氧化硅区域上的氧化硅薄膜；去除剩余光刻胶后可再次沉积氧化硅薄膜，从而在第一氧化硅区域和第二氧化硅区域形成不同厚度的氧化硅薄膜双栅氧。

根据本发明的第二方面，提供了一种防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法，其包括：在已经形成浅隔绝沟道并且沉积了氧化硅薄膜的硅片上涂布光刻胶；完成对光刻胶的曝光和显影，以暴露出氧化硅薄膜的将要湿法刻蚀的第一氧化硅区域和受到光刻胶保护的第二氧化硅区域；在同一显影机台内，在光刻胶图形上涂布含硫醇类化合物(Thiol)的交联材料溶液，加热使硫醇类化合物与光刻胶表面反应形成高分子交联的保护膜，从而固化光刻胶图形，随后去除多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液；执行湿法刻蚀以完全去除第一氧化硅区域上的氧化硅薄膜；去除剩余光刻胶后再次沉积氧化硅薄膜，从而在第一氧化硅区域和第二氧化硅区域形成不同厚度的氧化硅薄膜双栅氧。

优选地，去除多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液的步骤包括：先用酸性溶液处理多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液，再用去离子水去除多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液。优选地，酸性溶液中的酸性化合物选自聚丙烯酸、聚异丁烯酸、聚乙烯基磺酸、烷基羧酸、芳基羧酸、烷基磺酸、芳基磺酸，酸性化合物在酸性溶液中的浓度范围为0.5wt%至20wt%，优选地1wt%至10wt%。

优选地，含硫醇类化合物的交联材料溶液为中还包括交联催化剂和/或表面活性剂。

优选地，交联催化剂是溶于有机溶剂的非亲核型叔胺；非亲核型叔胺的浓度范围为0.1wt%至20wt%；优选的，0.5%至5wt%。

优选地，表面活性剂是溶于有机溶剂的非离子型表面活性剂；表面活性剂的浓度范围为50ppm至10000ppm；优选的，100ppm至1000ppm。

优选地，含硫醇类化合物的交联材料溶液中硫醇类化合物的浓度范围为0.1wt%至100wt%；优选的，0.5%至10wt%。

优选地，固化加热温度的范围为30℃至180℃；优选的，50℃至120℃。

优选地，固化加热时间的范围为15秒至300秒；优选的，30秒至120秒。

优选地，选用用于I线光刻工艺、248纳米光刻工艺、193纳米光刻工艺、EUV光刻工艺的光刻胶。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1至图5示意性地示出了根据现有技术的双栅氧的制作工艺流程。

图2至图8示意性地示出了根据本发明的防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法的部分步骤。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。

<第一实施例>

根据本发明第一实施例的防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法包括：

在已经形成浅隔绝沟道2并且沉积了氧化硅薄膜3的硅片1上涂布光刻胶4（图1）。例如，可选用适合I线光刻工艺、248纳米光刻工艺、193纳米光刻工艺、EUV光刻工艺的光刻胶。

完成对光刻胶4的曝光和显影，以暴露出氧化硅薄膜3的将要湿法刻蚀的第一氧化硅区域5和受到光刻胶4保护的第二氧化硅区域6（图2）。

在曝光和显影之后，在执行显影的同一显影机台内，在光刻胶4图形上涂布含硫醇类化合物的交联材料溶液，并且加热使硫醇类化合物材料与光刻胶4表面反应形成高分子交联的保护膜7，从而固化光刻胶4图形，随后去除多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液。例如，去除多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液的步骤包括：先用酸性溶液处理多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液，再用去离子水去除多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液（图6）。

优选地，含硫醇类化合物的交联材料溶液的主要成分为硫醇类化合物，其他成分可以包括但不限于交联催化剂和/或表面活性剂。

优选地，含硫醇类化合物的交联材料溶液中硫醇类化合物的浓度范围为0.1wt%至100wt%；优选的，0.5%至10wt%。

优选地，交联催化剂的材料选择是基于交联反应活性要求。优选的，交联催化剂是溶于有机溶剂的非亲核型叔胺(Tertiary amine)；其浓度范围为0.1wt%至20wt%；优选的，0.5%至5wt%。

优选地，表面活性剂的材料选择是基于交联材料溶液的溶解性和反应活性要求。优选的，表面活性剂是溶于有机溶剂的非离子型表面活性剂；其浓度范围为50ppm至10000ppm；优选的，100ppm至1000ppm。

优选地，酸性溶液中的酸性化合物可以是聚丙烯酸、聚异丁烯酸、聚乙烯基磺酸、烷基羧酸、芳基羧酸、烷基磺酸、芳基磺酸，但不限于这些化合物。酸性化合物在酸性溶液中的浓度范围为0.5wt%至20wt%。优选的，1wt%至10wt%。

而且，优选地，固化加热温度，其范围为30℃至180℃；优选的，50℃至120℃。而且，优选地，固化加热时间的范围为15秒至300秒。优选的，30秒至120秒。

执行湿法刻蚀以部分去除第一氧化硅区域5上的氧化硅薄膜3（图7）。

去除剩余光刻胶4后可再次沉积氧化硅薄膜3，从而在第一氧化硅区域5和第二氧化硅区域6形成不同厚度的氧化硅薄膜3双栅氧（图5）。

随后可以完成后续工艺，在第一氧化硅区域5和第二氧化硅区域6上制作出不同的场效应晶体管。

<第二实施例>

根据本发明第二实施例的防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法包括：

在已经形成浅隔绝沟道2并且沉积了氧化硅薄膜3的硅片1上涂布光刻胶4（图1）。例如，可选用适合I线光刻工艺、248纳米光刻工艺、193纳米光刻工艺、EUV光刻工艺的光刻胶。

完成对光刻胶4的曝光和显影，以暴露出氧化硅薄膜3的将要湿法刻蚀的第一氧化硅区域5和受到光刻胶4保护的第二氧化硅区域6（图2）。

在同一显影机台内，在光刻胶4图形上涂布含硫醇类化合物的交联材料溶液，加热使硫醇类化合物材料与光刻胶4表面反应形成高分子交联的保护膜7，从而固化光刻胶4图形，随后去除多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液。例如，去除多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液的步骤包括：先用酸性溶液处理多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液，再用去离子水去除多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液（图6）。

优选地，含硫醇类化合物的交联材料溶液的主要成分为硫醇类化合物，其他成分可以包括但不限于交联催化剂和/或表面活性剂。

优选地，含硫醇类化合物的交联材料溶液中硫醇类化合物的浓度范围为0.1wt%至100wt%；优选的，0.5%至10wt%。

优选地，交联催化剂的材料选择是基于交联反应活性要求。优选的，交联催化剂是溶于有机溶剂的非亲核型叔胺(Tertiary amine)；其浓度范围为0.1wt%至20wt%；优选的，0.5%至5wt%。

优选地，表面活性剂的材料选择是基于交联材料溶液的溶解性和反应活性要求。优选的，表面活性剂是溶于有机溶剂的非离子型表面活性剂；其浓度范围为50ppm至10000ppm；优选的，100ppm至1000ppm。

优选地，酸性溶液中的酸性化合物可以是聚丙烯酸、聚异丁烯酸、聚乙烯基磺酸、烷基羧酸、芳基羧酸、烷基磺酸、芳基磺酸，但不限于这些化合物。酸性化合物在酸性溶液中的浓度范围为0.5wt%至20wt%。优选的，1wt%至10wt%。

而且，优选地，固化加热温度，其范围为30℃至180℃；优选的，50℃至120℃。而且，优选地，固化加热时间的范围为15秒至300秒。优选的，30秒至120秒。

执行湿法刻蚀以完全去除第一氧化硅区域5上的氧化硅薄膜3（图8）。

去除剩余光刻胶4后再次沉积氧化硅薄膜3，从而在第一氧化硅区域5和第二氧化硅区域6形成不同厚度的氧化硅薄膜3双栅氧（图5）。

随后可以完成后续工艺，在第一氧化硅区域5和第二氧化硅区域6上制作出不同的场效应晶体管。

根据上述实施例，可以有效地提高光刻胶4表层的致密性，提高光刻胶4抗酸性溶液浸蚀能力，降低光刻胶4在湿法刻蚀过程中产生缺陷的几率，并且不需要额外的机台，减少了工艺步骤和制作成本，提高了产能。

由此，本发明针对现有技术中的问题，提出了采用硫醇类化合物在显影机台内对显影后光刻胶图形化学固化处理的方法在光刻胶4表面形成高分子交联的保护膜7，既能满足抗酸性溶液浸蚀的要求，也可以保证生产吞吐量。

此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法，其特征在于包括：

在已经形成浅隔绝沟道并且沉积了氧化硅薄膜的硅片上涂布光刻胶；

完成对光刻胶的曝光和显影，以暴露出氧化硅薄膜的将要湿法刻蚀的第一氧化硅区域和受到光刻胶保护的第二氧化硅区域；

在曝光和显影之后，在执行显影的同一显影机台内，在光刻胶图形上涂布含硫醇类化合物的交联材料溶液，并且加热使硫醇类化合物与光刻胶表面反应形成高分子交联的保护膜，从而固化光刻胶图形，随后去除多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液；

执行湿法刻蚀以部分去除第一氧化硅区域上的氧化硅薄膜；

去除剩余光刻胶后可再次沉积氧化硅薄膜，从而在第一氧化硅区域和第二氧化硅区域形成不同厚度的氧化硅薄膜双栅氧。

2.一种防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法，其特征在于包括：

在已经形成浅隔绝沟道并且沉积了氧化硅薄膜的硅片上涂布光刻胶；

完成对光刻胶的曝光和显影，以暴露出氧化硅薄膜的将要湿法刻蚀的第一氧化硅区域和受到光刻胶保护的第二氧化硅区域；

在同一显影机台内，在光刻胶图形上涂布含硫醇类化合物的交联材料溶液，加热使硫醇类化合物与光刻胶表面反应形成高分子交联的保护膜，从而固化光刻胶图形，随后去除多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液；

执行湿法刻蚀以完全去除第一氧化硅区域上的氧化硅薄膜；

去除剩余光刻胶后再次沉积氧化硅薄膜，从而在第一氧化硅区域和第二氧化硅区域形成不同厚度的氧化硅薄膜双栅氧。

3.根据权利要求1或2所述的防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法，其特征在于，去除多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液的步骤包括：先用酸性溶液处理多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液，再用去离子水去除多余的含硫醇类化合物的交联材料溶液。

4.根据权利要求1或2所述的防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法，其特征在于，含硫醇类化合物的交联材料溶液中还包括交联催化剂和/或表面活性剂。

5.根据权利要求1或2所述的防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法，其特征在于，含硫醇类化合物的交联材料溶液中硫醇类化合物的浓度范围为0.1wt%至100wt%；优选的，0.5%至10wt%。。

6.根据权利要求4所述的防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法，其特征在于，交联催化剂是溶于有机溶剂的非亲核型叔胺；非亲核型叔胺的浓度范围为0.1wt%至20wt%；优选的，0.5%至5wt%。

7.根据权利要求4所述的防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法，其特征在于，表面活性剂是溶于有机溶剂的非离子型表面活性剂；表面活性剂的浓度范围为50ppm至10000ppm；优选的，100ppm至1000ppm。

8.根据权利要求6或7所述的防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法，其特征在于，固化加热温度的范围为30℃至180℃；优选的，50℃至120℃。

9.根据权利要求6或7所述的防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法，其特征在于，固化加热时间的范围为15秒至300秒；优选的，30秒至120秒。

10.根据权利要求3所述的防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法，其特征在于，酸性溶液中的酸性化合物选自聚丙烯酸、聚异丁烯酸、聚乙烯基磺酸、烷基羧酸、芳基羧酸、烷基磺酸、芳基磺酸，酸性化合物在酸性溶液中的浓度范围为0.5wt%至20wt%，优选地1wt%至10wt%。

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