CN1068442C - 采用甲硅烷基化作用形成图形的方法 - Google Patents
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Abstract
一种形成图的方法,通过使用甲硅烷基化光刻胶膜使工艺简化,保持了多层光刻胶膜工艺所具有的分辨率提高效果,其中在基片上形成第一光刻胶层,并使基片表面部分甲硅烷基化、由此形成甲硅烷基化层。然后在甲硅烷基化层上形成第二光刻胶层,通过设有予定图形的光掩模对其曝光。显影之后形成第二光刻胶图形。随后以第二光刻胶图形作为蚀刻掩模,对甲硅烷基化层深蚀刻,形成甲硅烷基化图形。之后氧化甲硅烷基化图形,利用氧化的甲硅烷基化图形蚀刻第一光刻胶层,形成第一光刻胶图形。
Description
本发明涉及在半导体器件的制造工艺中采用光刻胶膜形成图形的方法,特别是涉及一种形成图形的方法,其中通过使光胶膜甲硅烷基化,仅作用两层光刻胶膜即可形成图形,同时保持多层光刻胶膜工艺(以下称“MLR”工艺)所具有的分辨率提高的效果。
通常,当在晶片上淀积光刻胶膜来进行光刻处理时,由于光刻胶膜遍及梯阶区,所以位于梯阶上部的光刻胶膜的厚度不同于位于梯阶下部的光刻胶膜厚度。因此,在随后的曝光工艺中,薄的光刻胶膜曝光过度,而厚的光刻胶膜曝光不足,所以,在显影工艺中,穿过梯阶的光刻胶图形的线宽仍旧各不相同。亦即,位于梯阶上部的过度曝光的光刻胶图形的线宽比下部不足曝光的线宽要窄得多。因而,对于梯阶高度接近于线宽的这类布线来说,上述的线宽变化是不能允许的。除此之外,在形成厚的光刻胶层处产生的所谓驻波效应使得最小分辨率值下降,而且低反射的基片也导致分辨率变差。
同时,当使用薄光刻胶膜时,驻波效应和由反射基片产生的分辨率降低的问题可以得到解决。然而,无法克服梯阶分布的缺陷。
为了解决上述问题,已提出所谓的MLR工艺。该工艺结合了厚的平面化光刻胶层和薄有图形转换层,从而形成光刻胶图形(见Silicon Processing for the VLSI Era,S.Wolf and R.N.fauber,Vol.1,1986,PP424)。
参考附图1A至1H,可以说明由通常的MLR工艺来形成图的传统方法。
首先参看图1A,在晶片10上形成第一光刻胶层11。虽然晶片10呈现为平坦的,但是该晶片表面包含了取决于表面形状的各种梯阶区。把第一光刻胶层11形成得足够地厚以便使该表面平整。
然后,如图1B所示,使第一光刻胶层11中和,并在热平板上于200-250℃温和地烘焙1分钟以上,以便使光刻胶中的溶剂蒸发。此时,第一光刻胶层11中的树脂成分与光敏化合物(PAC)交联,从而形成硬化的第一光刻胶图形12。
随后,如图1C所示,在硬化的第一光刻胶层12上淀积氧化薄膜13。作为另一种方法,可以在玻璃上旋转的(SOG)旋涂机上分散及旋转硅烷(S2H4)基氧化膜,并在200-240℃的温度烘焙,从而形成氧化膜13。
接着,如图4D所示,在氧化膜13上淀积第二光刻胶薄层14。
之后,如图1E所示,用紫外光15照射已形成予业图形的光掩模16,并把光掩模16上形成的图形复制在第二光刻胶层1上。
经光掩模16被照射的第二光刻胶层14区域中的PAC成分被破坏,并在随后的显影工艺中由显影液洗掉。
如图1F所示,通过显影工艺形成第二光刻胶图形18,其中第二光刻胶层14仅保留了未经紫外光15照射的部分。
然后,如图1G所示,以第二光刻胶图形18作为蚀刻掩模层,对形成在下面的氧化膜13进行蚀刻,从而形成氧化膜图形。
如图1H所示,以氧化膜13的图形作为蚀刻掩模层,对第一光刻胶层12进行蚀刻。结果,在晶片10上形成由第一光刻胶层12和氧化膜13组成的图形。
采用传统的MLR工艺来形成图的方法可以良好地复制光掩模的图形,即使晶片表面相当不平也无妨。因此,分辨率也将提高,这点深度也将变深。
但是,就传统的MLR工艺而言,光刻胶必须形成两次,而且必须形成氧化膜作为中间层,这要求在高温下进行烘焙。此外,还额外地需要蚀刻氧化膜的装置。添加这种复杂的工艺方法意味着降低生产率、缺陷密度增大,并且成本也会提高。
此外,当采用传统MLR方法时,在光刻胶膜的蚀刻期间,结构材料的付产物如多晶硅、氧化膜或者形成在晶片上的金属层会附着在光刻胶的侧壁上。这种付产物与光刻胶反应,并形成聚合物。如此形成的聚合物即使在光刻胶去除工艺完成之后也会遗留,并导致缺陷。
本发明的目的是提供一种形成图方法,能改善传统MCR工艺所产生的问题,并提供一种更为简化的工艺,同时保持分辨率提高效果,即采用传统MLR工艺的形成图方法的优点,而且减少由聚合物导致的缺陷。
为了实现上述目的,提供一种形成图的方法,包括以下步骤:
在基片上形成第一光刻胶层;
对所述第一光刻胶层的表面部分进行硅烷基化,以此形成甲硅烷基化层;
在所述甲硅烷基化层上形成第二光刻胶层;
采用配置有予定图形的光掩模,对所述第二光刻胶层进行曝光及显影,形成第二光刻胶图形;
采用所述第二光刻胶图形作为蚀刻掩模,对所述甲硅烷基化层深蚀刻,形成甲硅烷基化层图形同时除去所述第二光刻胶图形;
氧化所述甲硅烷基化层图形;
采用所述氧化的甲硅烷基化图形作为蚀刻掩模,对所述第一光刻胶层进行蚀刻,形成第一光刻胶图形。
根据本发明,第一光刻胶层的表面部分被甲硅烷基化,用氧将甲硅烷基化图形制成玻璃,以甲硅烷基化图形作为蚀刻掩模,对甲硅烷基化图形下部的第一光刻胶层进行蚀刻,形成图形。因此,在传统MLR工艺中用于形成光刻胶图形的中间氧化膜已不需要。结果,简化了形成图的工艺。
此外,当甲硅烷基被氧化时,形成了氧化膜其中包含有大量的SiOx结构的有机物,这与纯氧化硅膜SiO2不同。所以,当采用第一光刻胶图形对下部基片蚀刻时,由杂质形成的聚合物大为减少。
结合附图对本发明的优选实施例详细说明以后,本发明的上述目的及其它优点将更显而易见。
图1A至1H是表示传统多层光刻胶膜图形的形成方法的剖面图;
图2A至2F是表示本发明的两层光刻胶膜图形的形成方法的实施例的剖面图;
图3是根据本发明的光刻胶膜、其甲硅烷基化合物和氧的化合物的化学结构图。
图2A显示了在晶片20上形成化学增强光刻胶21的步骤。通常,晶片20具有不平表面,但在图2A中显示为平坦的。由酸性发生器添加化学增强光刻胶21,替代传统的光敏剂。化学表面增强光刻胶有两种:阳性类型和阴性类型。阴性类型经曝光产生酸,这种酸与基底树脂反应,然后通过烘焙工艺形成碱性可溶物。在阴性类型光刻胶中,通过加入交联材料在烘焙工艺中酸与基底树脂反应,然后形成碱性不溶物。在本发明的实施例中采用Shipley Co.的XP 89131-1.0μm光刻胶即阴性类型光刻胶作为化学增强性光刻胶。
图2B表示了通过使化学增强光刻胶层21的表面部分甲硅烷基化来形成甲硅烷基化层23的步骤。在甲硅烷基化处理中,向含激活氢离子(例如-OH、-NH、-SH)的有机化合物扩散含硅的甲硅烷22。此时,由于扩散区硬化而使得显影速度改变。作为甲硅烷剂22,本发明使用含硅的四甲基二硅氮烷(TMDS),但也可使用六甲基二硅氮烷(HMDS)、ATMS、DMSDMA、硅烷等。
最后,由甲硅烷剂22与化学增强光刻胶21中-OH基的氢成分之间的置换反应制成含硅的树脂。此外,由于-OH基的氢成分与甲硅烷剂可以相互取代,就光刻胶而言,除了本发明实施例所用的化学增强光刻胶之外,也能使用象酚醛树脂,聚乙烯苯酚那样材料的光刻胶。
本发明实施例中,甲硅烷基化的条件是,在作为甲硅烷基化设备的JSR Co的PLASMASTER-SI中使用TMDS,在120℃的温度下处理110秒。
图2C表示在甲硅烷基化层23上形成第二光刻胶层24,并通过设置有予定图形的光掩模25对第二光刻胶层24进行曝光的步骤。本发明实施例所用的第二光刻胶24是TOK Co.的iPa1800。通过光掩模25被光照射的区域中的第二光刻胶24中存在的PAC成分被破坏。此时,甲硅烷基化层23之下的第一光刻胶21也被光照射,因而PAC成分被破坏。曝光时间是600毫秒。
图2D表示形成第二光刻胶图形24a的步骤,通过显影处理,留下来经光照的区域的第二光刻胶层,形成第二光刻胶图形24a。
图2E表示以第二光刻胶图形24a作为蚀刻掩模,利用深蚀刻工艺形成甲硅烷基化层图形23a的步骤。在以下条件下完成深蚀刻:O25sccm、N2 5sccm、He 120sccm,RF电功率为2.0KW,时间为60秒。此时,当第二光刻胶图形24a被除去时,第二光刻胶图形24a之下的已曝光甲硅烷基化层23同时也被除去,从而形成甲硅烷基化层图形23a。
图2F表示的步骤是使用氧气对甲硅烷基化层图形23a进行氧化,然后把变为SiOx结构的甲硅烷基化层图形23a作为蚀刻掩模,对第一光刻胶层21进行蚀刻。结果在晶片20上形成第一光刻胶图形21a。
图3是本发明实施例所用光刻胶的甲硅烷基化的化学结构图和氧化的化合物的化学结构图。参看图3,(A)表示化学增强光刻胶中树脂的结构,(B)是通过把本发明的实施例所用的甲硅烷剂TMDS放人反应器来使化合物甲硅烷基化后的结构图。(C)显示了在氧气氛下对上述甲硅烷基化光刻胶进行氧化后所得的合成化合物结构。
如上述的本发明实施例所表示的那样,由于本发明使用单一光刻胶层,来代替传统MLRI艺形成图所需的下部第一光刻胶层和中间氧化膜,使形成图的方法得以简化。除此之外,由于本发明使用含有大量的如图3C所示的SiOx结构的有机物的氧化膜,来代替传统方法中用作中间膜的纯氧化膜SiO2。所以当下部基片被蚀刻时,由杂质形成的聚合物得以减少。实验表明。聚合物的形成率减少至1/10-1/100。所以,可以,可以完全除去下部光刻胶层,从而能获取缺陷密度降低的元件。
应该了解,尽管以上详细地说明了本发明的优选实施例,但是正如权利要求书所限定的那样,在不脱离本发明的精神实质和范围的条件下,在领域的普通技术人员可以做出许多的改进和变化。
Claims (4)
1、一种形成图的方法,它包括以下步骤:
在基片上形成第一光刻胶层;
对所述第一光刻胶层的表面部分进行甲硅烷基化,以便形成甲硅烷基化层;
在所述甲硅烷基化层上形成第二光刻胶层;
采用设有予定图形的光掩模,对所述第二光刻胶层进行曝光及显影,形成第二光刻胶图形;
采用所述第二光刻胶图形作为蚀刻掩模,对所述甲硅烷基化层深蚀刻,形成甲硅烷基化层图形同时除去所述第二光刻胶图形;
氧化所述甲硅烷基化层图形;
采用所述氧化的甲硅烷基化图形作为蚀刻掩模,对所述第一光刻胶层进行蚀刻,形成第一光刻胶图形。
2、根据权利要求1的形成图的方法,其中所述第一光刻胶层由能被甲硅烷基化并含有激活氢离子的有机化合物组成。
3、根据权利要求2的形成图的方法,其中所述第一光刻胶层由选自下组中任一种材料组成:化学增强光刻胶系列、酚醛树脂基光刻胶和聚乙烯苯酚基光刻胶。
4、根据权利要求1的形成图的方法:其中所述甲硅烷基化步骤是采用选自下组中任一种材料作为甲硅烷剂来完成的:TMDS、HMDS、DMSDMA和硅烷。
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