CN103645614A - 一种改善用于Al2O3介质上的光刻工艺的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善Al2O3介质上的光刻工艺的方法，Al2O3介质层易被含有四甲基氢氧化铵的碱性显影液所腐蚀，从而影响器件的性能，该方法包括：在含有四甲基氢氧化铵的碱性显影液中，加入体积百分比为0.6％至1.4％的硅的浓缩液和体积百分比为0.1％至0.3％的过硫化铵(NH4)2S2O8溶液对显影液进行改进；利用上述改进后的显影液对在Al2O3介质上的曝光后的光刻胶进行显影。利用本发明，光刻过程中Al2O3介质层随着显影时间的变化厚度不变、表面保持光滑，并且该方法稳定性好、重复率高。

Description

一种改善用于Al2O3介质上的光刻工艺的方法
技术领域
本发明涉及一种改善用于Al2O3介质上的光刻工艺的方法，特别是Al2O3介质层容易被含有四甲基氢氧化铵(TMAH)的碱性显影液所腐蚀，基于保护Al2O3介质层的光刻方法。 
背景技术
长期以来，二氧化硅(SiO2)一直是半导体器件中介质层的首选材料。不过随着集成电路与器件的尺寸逐渐小型化，在器件制造上遇到技术瓶颈。器件中介质层的物理厚度要相应的减小到2nm以下，这时量子隧穿效应会电子从硅基衬底隧穿到电极中，从而引起巨大的漏电电流，这样的话半导体器件是无法正常工作的，而且还会带来功耗上升、器件发热等一系列问题。 
为了解决这一问题，限制电子的量子隧穿效应，就必须寻找一种新的材料来替代SiO2，学界及工业界目前采用介电常数高于SiO2的新型材料，即High-k材料，作为介质层。从而使介质层物理厚度更厚，进而避免电子的隧穿效应，不但保证了器件正常工作，而且在集成密度、运行速度等技术指标上取得了极大的提升。 
Al2O3因为其有高的介电常数、性能稳定等优点，作为很好的介质层被广泛应用。但是因为实验室常用的光刻胶的反应原理为酸碱反应，而Al2O3很容易被腐蚀从而影响器件的性能，所以这就要求在实验过程中，尽量去避免Al2O3不被腐蚀，通常的办法是换另外一种聚合或者极性反应的光刻胶对Al2O3进行光刻，但是现有的商用聚合或者极性反应光刻胶，价格相对都比较昂贵，并且工艺容差比较小，对实验的要求也比较高。所以就需要一种不仅能避免Al2O3被腐蚀、而且能普遍应用的低成本方法。 
发明内容
(一)要解决的技术问题 
有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种改善Al2O3介质上的光刻工艺的方法，以解决Al2O3介质层被含有四甲基氢氧化铵(TMAH)的碱性显影液所腐蚀的问题。 
(二)技术方案 
为达到上述目的，本发明提供了一种改善Al2O3介质上的光刻工艺的方法，其中Al2O3介质层易被含有四甲基氢氧化铵的碱性显影液所腐蚀，该方法包括： 
步骤a：在含有四甲基氢氧化铵的碱性显影液中，加入体积百分比为0.6％至1.4％的硅(Si)的浓缩液和体积百分比为0.1％至0.3％的过硫化铵(NH4)2S2O8溶液对显影液进行改进； 
步骤b：利用上述改进后的显影液对在Al2O3介质上的曝光后的光刻胶进行显影。 
上述方案中，步骤a中所述硅的浓缩液的体积百分比为1％，其不影响显影液对光刻胶的显影性能。 
上述方案中，步骤a中所述过硫化铵(NH4)2S2O8溶液的体积百分比为0.2％，其不影响显影液对光刻胶的显影性能。 
上述方案中，步骤b中所述的光刻胶选用AZ系列，包括AZ5214、AZ4620、AZ6130或AZ6112。 
上述方案中，步骤b中所述改进后的显影液通过在Al2O3介质层表面形成保护层，防止四甲基氢氧化铵对Al2O3介质层的腐蚀。 
(三)有益效果 
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果： 
1、利用本发明，由于Al2O3介质层容易被被含有四甲基氢氧化铵(TMAH)的碱性显影液所腐蚀，从而影响器件的性能，严重者甚至造成该器件被击穿从而失效，所以通过上述方法所光刻的Al2O3介质层可以被保护不受腐蚀，并且随着显影时间的变化厚度不变、表面光滑，器件性能稳定。 
2、利用本发明，由于实验室常用的光刻胶的反应原理为酸碱反应，为避免Al2O3不被碱性显影液所腐蚀，通常的办法是换另外一种聚合或者 极性反应的光刻胶对Al2O3进行光刻，但是现有的商用聚合或者极性反应光刻胶，价格相对都比较昂贵，并且工艺容差比较小，对实验的要求也比较高。所以上述方法是一种不仅能避免Al2O3被腐蚀、而且能普遍应用的低成本方法，并且该方法稳定性好、重复率高。 
附图说明
图1是本发明提供的改善Al2O3介质上的光刻工艺的方法流程图； 
图2是改善显影条件前Al2O3介质层显影示意图； 
图3是改善显影条件后Al2O3介质层显影示意图。 
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。 
如图1所示，图1是本发明提供的改善Al2O3介质上的光刻工艺的方法流程图，其中Al2O3介质层易被含有四甲基氢氧化铵(TMAH)的碱性显影液所腐蚀，从而影响器件的性能，该方法包括： 
步骤a：在含有四甲基氢氧化铵的碱性显影液中，加入体积百分比为0.6％至1.4％的硅(Si)的浓缩液和体积百分比为0.1％至0.3％的过硫化铵(NH4)2S2O8溶液对显影液进行改进； 
步骤b：利用上述改进后的显影液对在Al2O3介质上的曝光后的光刻胶进行显影。 
其中，步骤a中所述硅的浓缩液的体积百分比为1％，其不影响显影液对光刻胶的显影性能。所述过硫化铵(NH4)2S2O8溶液的体积百分比为0.2％，其不影响显影液对光刻胶的显影性能。 
步骤b中所述的光刻胶选用AZ系列，包括AZ5214、AZ4620、AZ6130或AZ6112。所述改进后的显影液通过在Al2O3介质层表面形成保护层，防止四甲基氢氧化铵(TMAH)对Al2O3介质层的腐蚀。 
实施例1：基于AZ4620光刻胶所光刻的Al2O3介质层，具体步骤如下所述： 
步骤1：在含有四甲基氢氧化铵的碱性显影液中，加入体积百分比为 1％左右的硅(Si)的浓缩液和体积百分比为0.2％左右的过硫化铵((NH4)2S2O8)溶液； 
步骤2：用上述改进后的显影液对在Al2O3介质上的曝光后的光刻胶进行显影。 
实施例2：基于AZ5214光刻胶所光刻的Al2O3介质层，具体步骤如下所述。 
步骤1：在含有四甲基氢氧化铵的碱性显影液中，加入体积百分比为1％左右的硅(Si)的浓缩液和体积百分比为0.2％左右的过硫化铵((NH4)2S2O8)溶液； 
步骤2：用上述改进后的显影液对在Al2O3介质上的曝光后的光刻胶进行显影。 
实施例3：基于AZ6112光刻胶所光刻的Al2O3介质层，具体步骤如下所述： 
步骤1：在含有四甲基氢氧化铵的碱性显影液中，加入体积百分比为1％左右的硅(Si)的浓缩液和体积百分比为0.2％左右的过硫化铵((NH4)2S2O8)溶液； 
步骤2：用上述改进后的显影液对在Al2O3介质上的曝光后的光刻胶进行显影。 
实施例4：基于AZ6130光刻胶所光刻的Al2O3介质层，具体步骤如下所述： 
步骤1：在含有四甲基氢氧化铵的碱性显影液中，加入体积百分比为1％左右的硅(Si)的浓缩液和体积百分比为0.2％左右的过硫化铵((NH4)2S2O8)溶液； 
步骤2：用上述改进后的显影液对在Al2O3介质上的曝光后的光刻胶进行显影。 
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (5)

1.一种改善Al2O3介质上的光刻工艺的方法，其中Al2O3介质层易被含有四甲基氢氧化铵(TMAH)的碱性显影液所腐蚀，其特征在于，该方法包括：
步骤a：在含有四甲基氢氧化铵的碱性显影液中，加入体积百分比为0.6％至1.4％的硅的浓缩液和体积百分比为0.1％至0.3％的过硫化铵(NH4)2S2O8溶液对显影液进行改进；
步骤b：利用上述改进后的显影液对在Al2O3介质上的曝光后的光刻胶进行显影。
2.根据权利要求1所述的改善Al2O3介质上的光刻工艺的方法，其特征在于，步骤a中所述硅的浓缩液的体积百分比为1％，其不影响显影液对光刻胶的显影性能。
3.根据权利要求1所述的改善Al2O3介质上的光刻工艺的方法，其特征在于，步骤a中所述过硫化铵(NH4)2S2O8溶液的体积百分比为0.2％，其不影响显影液对光刻胶的显影性能。
4.根据权利要求1所述的改善Al2O3介质上的光刻工艺的方法，其特征在于，步骤b中所述的光刻胶选用AZ系列，包括AZ5214、AZ4620、AZ6130或AZ6112。
5.根据权利要求1所述的改善Al2O3介质上的光刻工艺的方法，其特征在于，步骤b中所述改进后的显影液通过在Al2O3介质层表面形成保护层，防止四甲基氢氧化铵对Al2O3介质层的腐蚀。
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US6136693A (en) * 1997-10-27 2000-10-24 Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. Method for planarized interconnect vias using electroless plating and CMP
CN102104070A (zh) * 2009-12-21 2011-06-22 中国科学院微电子研究所 半导体结构及其形成方法
CN103346088A (zh) * 2013-06-08 2013-10-09 中国科学院微电子研究所 一种减小石墨烯顶栅fet器件寄生电阻的方法

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Title
司俊杰等: "10%TMAH硅湿法腐蚀技术的研究", 《微细加工技术》, no. 3, 30 September 2004 (2004-09-30) *

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