CN103279015A - 光刻胶的处理方法以及半导体器件的制备方法 - Google Patents

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黄君
毛智彪
张瑜
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Abstract

本发明揭示了一种光刻胶的处理方法，包括：提供基底，所述基底上具有图形化的光刻胶；在所述光刻胶上旋涂化学微缩材料，以在所述光刻胶的表面形成保护膜；采用低温低能等离子处理工艺处理所述保护膜。本发明的光刻胶的处理方法，能够在保证线宽的前提下，有效地提高所述光刻胶的表面致密度，避免或减少缺陷的产生。

Description

光刻胶的处理方法以及半导体器件的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种光刻胶的处理方法以及半导体器件的制备方法。
背景技术
先进的集成电路芯片通常会集成多种功能器件，然而，多种功能器件一般需要对应不同的场效应晶体管(FETs)。例如，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。
在现有技术中，多栅氧结构一般采用以下方法制备：
首先，提供衬底100，所述衬底100上具有第一区010以及第二区020，一般，所述衬底100中还包括隔离结构101，如图1a所示；
然后，在所述衬底100上制备氧化硅薄膜110，如图1b所示；
接着，在所述第一区010上的所述氧化硅薄膜110上制备光刻胶120，如图1c所示；
接着，部分或全部去除所述第二区020上所述氧化硅薄膜110，使得所述氧化硅薄膜110在所述第一区010和第二区020上的厚度不同，如图1d所示；
最后，去除所述光刻胶120，得到在所述第一区010和第二区020上的厚度不同的所述氧化硅薄膜110，即所谓的双栅氧，则可以在所述第一区010和第二区020上制作出不同的场效应晶体管，如图1e所示。
在现有技术中，往往湿法刻蚀部分或全部去除所述第二区020上所述氧化硅薄膜110，常用的酸性溶液比如氢氟酸(HF)。酸性溶液在刻蚀所述氧化硅薄膜110时也会对所述光刻胶120产生作用，一方面，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，在硅片表面形成光刻胶残留的缺陷；另一方面，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，然后在硅片上形成碳化硅(SiC)沉积的缺陷。从而，形成光刻胶残留和碳化硅(SiC)沉积的缺陷。
为了防止湿法刻蚀过程中产生光刻胶缺陷，现有技术主要采用以下两种方法：1)在光刻曝光和显影后对所述光刻胶120进一步烘培，形成更加致密的所述光刻胶120，使得湿法刻蚀的酸性溶液难以从所述光刻胶120的高分子化合物之间的缝隙浸入，与所述光刻胶120的高分子化合物作用生成缺陷；2)在光刻曝光和显影后对所述光刻胶120进行低温低能量等离子处理，在所述光刻胶120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所述光刻胶120的抗酸性溶液浸蚀能力。
但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，否则会导致所述光刻胶120的图形变形，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，烘培后所述光刻胶120的致密性可能还不能满足抗酸性溶液浸蚀的要求；在方法2)中，需要在光刻工艺之后加入低温低能量等离子固化工艺。低温低能量等离子固化工艺对所述光刻胶120的图案的厚度和线宽会产生收缩作用，通常所述光刻胶120的图案缩小率达到15％～25％，显影后的线宽(CD)缩小10nm～30nm。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种光刻胶的处理方法以及半导体器件的制备方法，能够在保证线宽的前提下，有效地提高光刻胶的表面致密度，避免或减少缺陷的产生。
为解决上述技术问题，本发明提供一种光刻胶的处理方法，包括：
提供基底，所述基底上具有图形化的光刻胶；
在所述光刻胶上旋涂化学微缩材料，以在所述光刻胶的表面形成保护膜；
采用低温低能等离子处理工艺处理所述保护膜。
进一步的，所述化学微缩材料为含烷基氨基的水溶性高分子材料或甲基丙烯酸酯高分子材料。
进一步的，所述化学微缩材料为含烷基氨基的丙烯酸酯。
进一步的，在所述基底上旋涂化学微缩材料的步骤和所述采用低温低能等离子处理工艺处理所述保护膜的步骤之间，还包括：
对所述保护膜进行加热固化；
去除多余的所述化学微缩材料。
进一步的，所述加热固化的温度为80℃～180℃。
进一步的，所述加热固化的温度为90℃～170℃。
进一步的，所述加热固化的时间为15秒～300秒。
进一步的，所述加热固化的时间为30秒～120秒。
进一步的，所述低温低能等离子处理工艺的气体包含氮气和氧气。
进一步的，所述氮气和氧气的体积比为1∶1～3∶1。
进一步的，所述低温低能等离子处理工艺的能量为100W～500W。
进一步的，所述低温低能等离子处理工艺的温度为50℃～120℃。
进一步的，根据本发明的另一面，本发明还提供一种半导体器件的制备方法，包括：
提供衬底，所述衬底上具有第一区以及第二区；
在所述衬底上制备氧化硅薄膜；
在所述第一区上的所述氧化硅薄膜上制备光刻胶；
在所述光刻胶上旋涂化学微缩材料，以在所述光刻胶的表面形成保护膜；
采用低温低能等离子处理工艺处理所述保护膜；
部分或全部去除所述第二区上所述氧化硅薄膜；
去除所述保护膜以及所述光刻胶。
本发明提供的光刻胶的处理方法以及半导体器件的制备方法中，在所述光刻胶上旋涂化学微缩材料，以在所述光刻胶的表面形成保护膜，然后在采用低温低能等离子处理工艺处理所述保护膜，与现有技术相比，采用化学微缩材料处理所述光刻胶，可以在光刻胶表面形成高分子交联的保护膜，再采用低温低能等离子处理工艺处理所述保护膜，可以进一步固化所述光刻胶，使得光刻胶表面完全形成高分子交联的保护膜，能满足抗酸性溶液浸蚀的要求；另外，由于采用化学微缩材料的化学固化处理会使所述光刻胶的线宽增加10nm～20nm，而采用低温低能量等离子处理的固化方法会使所述光刻胶的线宽缩小10nm～30nm，这样的相互补偿可以最大程度地减小固化处理对所述光刻胶的线宽的影响。从而在保证线宽的前提下，能够有效地提高光刻胶的表面致密度，避免或减少缺陷的产生。
附图说明
图1a-图1e为现有技术中多栅氧结构制造方法的各个步骤的剖面结构示意图；
图2为本发明一实施例中光刻胶的处理方法的流程图；
图3a-图3g为本发明一实施例中光刻胶的处理方法的各个步骤的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的光刻胶的处理方法以及半导体器件的制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，提供一种光刻胶的处理方法，包括：
步骤S11，提供基底，所述基底上具有图形化的光刻胶；
步骤S12，在所述光刻胶上旋涂化学微缩材料，以在所述光刻胶的表面形成保护膜；
步骤S13，采用低温低能等离子处理工艺处理所述保护膜。
以下请结合图2-图3a-图3g，图2为本发明一实施例中光刻胶的处理方法的流程图，图3a-图3g为本发明一实施例中光刻胶的处理方法的各个步骤的剖面结构示意图。在本实施例中，光刻胶的处理方法用于制备多栅氧结构。
首先，进行步骤S11，提供基底，所述基底上具有图形化的光刻胶。由于光刻胶的处理方法用于制备多栅氧结构，所以，所述基底的制备方法包括：
进行步骤S111，提供衬底200，所述衬底200上具有第一区2010以及第二区2020，如图3a所示。一般，所述衬底200中还包括隔离结构201等必要结构，此为本领域的公知常识，在此不作赘述；
进行步骤S112，在所述衬底200上制备氧化硅薄膜210，如图3b所示；
进行步骤S113，在所述第一区2010上的所述氧化硅薄膜210上制备光刻胶220，如图3c所示。一般的，现在整个所述氧化硅薄膜210上旋涂所述光刻胶220，然后在显影机中对所述光刻胶220进行曝光显影，去除所述第二区2020上的所述光刻胶220。
然后，进行步骤S12，在所述光刻胶220上旋涂化学微缩材料，以在所述光刻胶的表面形成保护膜230，如图3d所示。其中，可以在步骤S113中的所述显影机中，在所述光刻胶220上旋涂化学微缩材料(RELACS，ResolutionEnhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink)，所述化学微缩材料会与所述光刻胶220表面的材料发生化学反应，从而在所述光刻胶220表面形成高分子交联的所述保护膜230，从而可以提高所述光刻胶220表面材料(即所述保护膜230)的致密度，可以提高所述光刻胶220的抗酸性溶液的侵蚀，从而避免或减少缺陷的产生。较佳的，所述化学微缩材料可以为含烷基氨基的水溶性高分子材料或甲基丙烯酸酯高分子材料，优选的，所述化学微缩材料为含烷基氨基的丙烯酸酯，例如所述化学微缩材料为AZ电子材料公司(AZ ElectronicMaterials USA Corp.)为缩小沟槽或孔图形尺寸开发的商用材料(参见美国专利US7745077B2、美国专利US7923200B2)。
较佳的，在步骤S12和步骤13之间，还包括：
进行步骤S121，对所述保护膜230进行加热固化，以提高所述化学微缩材料会与所述光刻胶220材料的反应程度，所述加热固化的温度一般为80℃～180℃，优选的温度为90℃～170℃，但所述加热固化的温度并不限于80℃～180℃。所述加热固化的时间可以为15秒～300秒，优选的时间为30秒～120秒，但所述加热固化的时间并不限于15秒～300秒。
进行步骤S122，采用去离子水或含有表面活性剂的去离子水去除多余的所述化学微缩材料。
接着，进行步骤S13，采用低温低能等离子处理工艺处理所述保护膜230，如图3e所示。采用低温低能等离子处理工艺处理所述保护膜230，可以进一步固化所述光刻胶220的表面，使得光刻胶220表面(所述保护膜230)完全形成高分子交联的保护膜，进一步提高抗酸性溶液浸蚀的要求；另外，由于采用化学微缩材料的化学固化处理会使所述光刻胶220的线宽增加10nm～20nm，而采用低温低能量等离子处理的固化方法会使所述光刻胶220的线宽缩小10nm～30nm，这样的相互补偿可以最大程度地减小固化处理对所述光刻胶220的线宽的影响。从而在保证线宽的前提下，能够有效地提高光刻胶的表面致密度，避免或减少缺陷的产生。一般，所述低温低能等离子处理工艺的气体包含氮气和氧气，所述氮气和氧气的体积比为1∶1～3∶1，可以很好的提高所述光刻胶220表面材料(即所述保护膜230)的致密度，从而进一步地提高所述光刻胶220的抗酸性溶液的侵蚀。但所述低温低能等离子处理工艺的气体并不限于包含氮气和氧气，只要可以使所述光刻胶220表面材料进一步的产生高分子交联，亦在本发明的思想范围之内。一般，所述低温低能等离子处理工艺的能量为100W～500W，优选的温度为50℃～120℃。
由于在本实施例中，光刻胶的处理方法用于制备多栅氧结构，所以，在步骤S13之后，部分或全部去除所述第二区2020上所述氧化硅薄膜210，使得所述氧化硅薄膜210在所述第一区2010和第二区2020上的厚度不同，如图3f所示；
最后，去除所述保护膜230以及所述光刻胶220，得到在所述第一区2010和第二区2020上的厚度不同的所述氧化硅薄膜210，即所谓的双栅氧，则可以在所述第一区2010和第二区2020上制作出不同的场效应晶体管，如图3g所示。
本发明的上述实施例是针对制备多栅氧结构中，避免湿法刻蚀对所述光刻胶的影响，以避免缺陷的产生，在本发明的其它实施例中，也可将本发明用于其它的利用光刻胶进行刻蚀的工艺中，例如干法刻蚀工艺(并且并不限于制备多栅氧结构)，其具体实施步骤与思路和本发明的上述实施例相似，在本发明实施例的启示下，这一应用的延伸对本领域普通技术人员而言是易于理解和实现的，在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种光刻胶的处理方法，包括：
提供基底，所述基底上具有图形化的光刻胶；
在所述光刻胶上旋涂化学微缩材料，以在所述光刻胶的表面形成保护膜；
采用低温低能等离子处理工艺处理所述保护膜。
2.如权利要求1所述的光刻胶的处理方法，其特征在于，所述化学微缩材料为含烷基氨基的水溶性高分子材料或甲基丙烯酸酯高分子材料。
3.如权利要求2所述的光刻胶的处理方法，其特征在于，所述化学微缩材料为含烷基氨基的丙烯酸酯。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的光刻胶的处理方法，其特征在于，在所述基底上旋涂化学微缩材料的步骤和所述采用低温低能等离子处理工艺处理所述保护膜的步骤之间，还包括：
对所述保护膜进行加热固化；
去除多余的所述化学微缩材料。
5.如权利要求4所述的光刻胶的处理方法，其特征在于，所述加热固化的温度为80℃～180℃。
6.如权利要求5所述的光刻胶的处理方法，其特征在于，所述加热固化的温度为90℃～170℃。
7.如权利要求4所述的光刻胶的处理方法，其特征在于，所述加热固化的时间为15秒～300秒。
8.如权利要求7所述的光刻胶的处理方法，其特征在于，所述加热固化的时间为30秒～120秒。
9.如权利要求1所述的光刻胶的处理方法，其特征在于，所述低温低能等离子处理工艺的气体包含氮气和氧气。
10.如权利要求9所述的光刻胶的处理方法，其特征在于，所述氮气和氧气的体积比为1∶1～3∶1。
11.如权利要求1所述的光刻胶的处理方法，其特征在于，所述低温低能等离子处理工艺的能量为100W～500W。
12.如权利要求1所述的光刻胶的处理方法，其特征在于，所述低温低能等离子处理工艺的温度为50℃～120℃。
13.一种半导体器件的制备方法，包括：
提供衬底，所述衬底上具有第一区以及第二区；
在所述衬底上制备氧化硅薄膜；
在所述第一区上的所述氧化硅薄膜上制备光刻胶；
在所述光刻胶上旋涂化学微缩材料，以在所述光刻胶的表面形成保护膜；
采用低温低能等离子处理工艺处理所述保护膜；
部分或全部去除所述第二区上所述氧化硅薄膜；
去除所述保护膜以及所述光刻胶。
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