CN1080929C - 形成半导体器件精细图形的方法 - Google Patents

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Abstract

一种形成半导体器件精细图形的方法，该方法包括下列步骤：准备晶片；氧化晶片的上表面，形成氧化膜；在已氧化的晶片上进行底层处理然后涂敷光刻胶膜；及使该光刻胶膜曝光和显影，形成光刻胶膜图形。该方法能防止在图形的底部发生底膜或钻蚀，从而使图形的宽度容易控制。因此，该方法有利于高集成度半导体器件及其高生产成品率。

Description

形成半导体器件精细图形的方法
本发明一般涉及一种形成半导体器件精细图形的方法。该方法适用于高集成度半导体器件，尤其适于防止产生带有底膜和钻蚀的缺陷图形，从而容易控制图形宽度。
在进行光刻工艺以在晶片上形成光刻胶膜图形时，涂敷在晶片上的光刻胶膜很可能会受空气中胺的污染。这种污染导致光刻胶膜图形两侧残留有未腐蚀的底部光刻胶膜图形的留膜现象或因腐蚀在光刻胶膜图形底部钻蚀的钻蚀现象发生，所以不能形成精确的精细图形。
对此，下面将参照附图说明由胺造成的光刻胶膜图形底部底膜或钻蚀的产生。
首先，说明用于形成光刻胶膜图形的常规化学增强光刻胶膜的光反应机理。
图1A表示典型的双组份正性化学增强光刻胶膜的光反应，而图B表示典型的三组份负性化学增强光刻胶膜的光反应。
如图1A所示，正性化学增强光刻胶膜一般是由与溶解抑制剂2粘合的树脂和光致酸引发剂3组成。由溶解抑制剂2约束的树脂1不溶于碱性溶液，而不受溶解抑制剂2约束的树脂能溶。
因此，利用可溶性的这种差异来形成负性化学增强光刻胶膜图形的形成，更具体地说，未曝光的光刻胶膜自然不溶解，而在它曝光后，因为来自光致酸引发剂即一种强酸的质子(H+)使树脂1从溶解抑制剂2上脱离，所以它溶解。由于光能产生和热能激活，质子起催化剂的作用，使溶解抑制剂2与树脂1脱离。
具有代表性的这种双组份化学增强光刻胶膜是用多羟基苯乙烯作树脂、用叔丁氧基羰基作溶解抑制剂、和用三氟磺酸三苯基锍作光致酸引发剂。
负性化学增强光刻胶膜一般是如图1B所示的三组份，即树脂1、光致酸引发剂3和交联剂4。
与正性化学增强光刻胶膜相反，负性化学增强光刻胶膜在未曝光时能溶于碱性溶液。可是，负性化学增强光刻胶膜曝光后，由于与交联剂2粘合而使可溶树脂1转化成不可溶树脂，由此，这种可溶性的差异可形成光刻胶膜图形。
更具体地说，借助光从光致酸引发剂即一种强酸产生的质子(H+)激活交联剂4，使之与树脂1粘合，然后能发生聚合，由此，未曝光部分能溶的负性光刻胶膜由于光照而经历一种可溶性变化。
如图1A所示，促进交联剂4与树脂1粘合的质子借助光能产生，并由热能激活。
具有代表性的这种三组份化学增强光刻胶膜是用聚乙烯苯酚作树脂、用密胺作交联剂、用吩噻嗪作光致酸引发剂。
聚乙烯苯酚在碱性溶液中有高可溶度。具体说，在双组份正性化学增强光刻胶膜曝光后，叔丁氧基羰基从用作树脂的多羟基苯乙烯上脱离，并转化成聚乙烯苯酚。
如上所述，为了用化学增强光刻胶膜形成图形，不管光刻胶膜是正性还是负性，都需要由强酸产生质子。换句话说，对正性光刻胶膜，只有曝光的部分在强酸中溶解，而对负性光刻胶膜，曝光的部分在强酸中仍保持其图形。因此，在这两种情况下，强酸的存在是必要的。在没有产生或不存在质子处，负性光刻胶膜溶解，而正性光刻胶膜不溶解。
下面将参照图2和3说明这种底膜或钻蚀。
图2A至2C表示一个用负性化学增强光刻胶膜在晶片上形成光刻胶膜图形的常规实施例。
首先，图2A是在晶片11上涂敷正性光刻胶膜12后的剖面图。
图2B是用光掩模使正性光刻胶膜12曝光后的剖面图。
图2C是显影已曝光的正性光刻胶膜12以在晶片11上形成有底膜16的光刻胶膜图形的15的剖面图。发现在图形15的底部形成的这些底膜是由胺(未示出)对正性光刻胶膜的污染引起的。
参见图3，它表示另一种用负性化学增强光刻胶膜在晶片上形成光刻胶膜图形的顺序的常规实施例。
如图3A所示，首先，在晶片21上涂敷负性光刻胶膜22。
如图3B所示，随后，用光掩模使负性光刻胶膜22曝光。
如图3C所示，然后，显影负性光刻胶膜22以在晶片21上形成有钻蚀26的光刻胶膜图形25。发现这种钻蚀光刻胶膜图形也是由与导致有底膜的光刻胶膜图形相同的原因造成的。
下面讨论由胺导致的光刻胶膜污染是怎样造成诸如底膜或钻蚀这样的缺陷的。
通常，用于制造半导体器件的薄膜包括氧化物、氮化物、多晶硅、氮化钛和硼磷硅玻璃(BPSG)等等。其中氮化钛和硼磷硅玻璃很容易由存在于空气中的胺污染，所以薄膜的表面胺浓度高。因为胺，即氨的衍生物是碱性的，所以它能通过消耗存在于薄膜表面的强酸来中和强酸，从而消耗强酸，致使正性光刻胶膜图形底部两侧的正性光刻胶膜不溶解，而致使这些图形底部两侧的负性光刻胶膜溶解。即，如果正性光刻胶膜受胺污染，它便不溶解，并产生如图3A所示的底膜16。如果负性光刻胶膜受胺污染，它便不发生聚合，并产生如图3B所示的钻蚀。
如上所述，因为由于胺污染产生底膜或钻蚀，所以由已有技术难以产生精确的微细图形，半导体器件的生产成品率不高。
尤其是在高集成的256M DRAM器件中，需要图形的宽度为0.25μm且容许误差在10％。如果有底膜或钻蚀产生，要满足宽度条件即0.225到0.275μm实际上是不可能的。因此，常规工艺不适于高集成度半导体器件。
因此，为克服上述已有技术中的问题，本发明的一个目的是提供一种形成半导体器件精细图形的方法，从而形成没有钻蚀或底膜的精细图形。这样便能容易地控制图形宽度。
本发明的另一目的是提供一种形成半导体器件精细图形的方法，从而能提高半导体器件生产成品率。
本发明的的再一个目的是提供一种形成半导体器件精细图形的方法，该方法适于制造高集成度半导体器件。
本发明依据的是对底膜和钻蚀是由胺对晶片的污染造成的和能由氧化晶片来防止它们的发生的研究结果。
因此，为了实现本发明的上述目的，这里提供一种形成半导体器件精细图形的方法，该方法包括下列步骤：为形成图形准备好晶片；通过氧等离子处理氧化所说晶片的上表面，形成氧化膜以防止晶片与胺发生反应；对氧化后的晶片进行底层处理；在已经底层处理的所说晶片上涂敷光刻胶膜；及使所说光刻胶膜曝光和显影，形成光刻胶膜图形。
从下面参照附图对实施例的说明可明显看出本发明的其它目的和方案，其中：
图1A是表示常规双组份正性化学增强光刻胶膜光反应的简图；
图1B是表示常规三组份负性化学增强光刻胶膜光反应的简图；
图2A至2C表示一种用正性光刻胶膜在半导体器件中形成精细图形的常规方法的剖面图；
图3A至3C是表示另一种用负性光刻胶膜在半导体器件中形成精细图形的常规方法的剖面图；
图4A至4D是表示根据本发明的第一实施例在半导体器件中形成精细图形的方法的剖面图；及
图5A至5C是表示根据本发明的第二实施例在半导体器件中形成精细图形的方法的剖面图。
参照附图可更好地理解本发明优选实施例的作用，相似的附图标记分别表示相似的部件。
参见图4，它表示根据本发明的第一实施例在半导体器件中形成精细图形的方法。
如图4A所示，首先，氧化晶片31的表面，形成帮助防止胺与晶片反应的薄氧化膜32。氧化膜32的厚度最好是小于1000埃。这个氧化工艺是在等离子反应器中进行的，在该反应器中，在预定压力下，使氧经受电场作用，以产生氧等离子体。具体说，氧等离子体是在10至100mTorr压力下、在约10至100W的电场下、以约10至1000cm3/min的速度由纯氧或氧与氩或氮的混合物产生的。晶片31上的氧化物不允许空气中的胺污染在后续工艺中所形成的图形的底部，以防止已有技术中的钻蚀或底膜的发生。
另外可用化学气相淀积(CVD)工艺代替这种氧等离子工艺，在晶片31上形成氧化膜。
然后，进行一种底层处理工艺，以增强在后续工艺中在晶片上形成的光刻胶膜的粘附性。
如图4B所示，随后，在晶片31上的氧化膜32上涂敷正性光刻胶膜33。另外也可涂敷负性光刻胶膜来代替正性光刻胶膜33。
如图4C所示，此后，用光掩模34利用光35使正性光刻胶膜33曝光。
如图4D所示，最后，显影已曝光的正性光刻胶膜，在晶片31上的氧化膜32上形成光刻胶膜图形36。
参见图5，它表示根据本发明的第二实施例在半导体器件中形成精细图形的方法。
如图5A所示，首先，氧化晶片41的表面，生长帮助防止胺与晶片41反应的薄氧化膜42。该氧化工艺用强酸中和污染晶片41表面的胺。该强酸可选自硫酸、磷酸、硝酸和盐酸。然后，进行一种底层处理工艺，以增强在后续工艺中在晶片41上形成的光刻胶膜的粘附性。
如图5B所示，随后，在晶片41上的氧化膜42上涂敷负性光刻胶膜43。另外可由正性光刻胶膜代替负性光刻胶膜43进行涂敷。
如图5C所示，此后，用光掩模44由光45使负性光刻胶膜43曝光。
如图5D所示，最后，显影该负性光刻胶膜43，在晶片41上的氧化膜42上形成光刻胶膜图形46。
如上所述，根据本发明的方法，用晶片表面的氧化防止胺污染晶片，从而形成没有底膜或钻蚀的精确的精细图形。因此，本发明的方法能容易地控制图形的宽度。由于这些优点，根据本发明的方法，半导体生产的成品率增加。同时，根据本发明的方法非常有利于需要精细图形的高集成度半导体器件的制造。
虽然，上面以实例对本发明作了说明，但应该理解到，这里所用术语是用来说明本发明的本质，而不是对本发明的限制。
根据上述指示，可以对本发明作各种修正性和变型，所以应该理解到，在所附权利要求书的范围内，可以以各种方式利用本发明，而不限于那些描述。

Claims (10)

1.一种形成半导体器件精细图形的方法，该方法包括以下步骤：
为形成图形准备好晶片；
通过氧等离子处理氧化所说晶片的上表面，形成氧化膜以防止晶片与胺发生反应；
对氧化后的晶片进行底层处理；
在已经底层处理的所说晶片上涂敷光刻胶膜；及
使所说光刻胶膜曝光和显影，形成光刻胶膜图形。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：利用在其中由氧等离子体氧化所说晶片上表面的等离子反应器进行所说氧等离子体处理。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于：在10至100mTorr压力下、在约10至100瓦的电场中、用10至1000cm3/min的气体流速，产生所说氧等离子体。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于：所说氧等离子体是利用纯氧产生的。
5.根据权利要求3的方法，其特征在于：所说氧等离子体是利用氧和氩的混合物产生的。
6.根据权利要求3的方法，其特征在于：所说氧等离子体是利用氧和氮的混合物产生的。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于：借助化学气相淀积进行所说氧化步骤。
8.根据权利要求1的方法，其特征在于：借助强酸进行所说氧化步骤。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于：所说强酸选自硫酸、磷酸、硝酸和盐酸。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于：所说氧化膜厚度为约1000埃或更小。
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