CN1085350C - 采用正负性互用的化学增幅光致抗蚀剂的光刻工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微电子光刻技术和印刷制版技术领域。本发明由基体成膜物质、交联剂、增感剂、光敏产酸物、溶剂组成。本发明中的光刻工艺包括：负性光刻工艺流程为：匀胶、前烘、曝光、中烘、显影、后烘、蚀刻、去胶；正性光刻工艺流程为：匀胶、前烘、曝光、显影、全面曝光、后烘、蚀刻、去胶。采用本发明的光致抗蚀剂可利用简单的光刻工艺变化实现正/负性互换。

Description

采用正负性互用的化学增幅光致抗蚀剂的光刻工艺方法
本发明属于半导体器件和微机械制造的光刻技术领域和印刷制版领域。特别涉及一种化学增幅光致抗蚀剂及其光刻工艺流程的设计。
大规模集成电路的集成度以三年增长四倍的速度发展着。集成度的不断提高，不仅意味着最小器件尺寸的降低，也意味着高速、高可靠、低能耗和低成本。光刻工艺是大规模集成电路的关键技术，而光致抗蚀剂又是光刻技术的关键材料，电路集成度的不断提高也必然要求光刻工艺和光致抗蚀剂的发展。
化学增幅抗蚀剂作为一种新型的光刻胶，它满足了光刻技术发展的要求。化学增幅抗蚀剂在受照射时产生的是催化剂(一般为酸)，抗蚀剂的交联和分解反应可在催化剂作用下完成，催化剂在反应中不被消耗，因此效率可大大提高。化学增幅抗蚀剂的这一特点满足了高分辨率光刻技术如深紫外光刻、射线光刻对高感光灵敏度的要求，同时也扩大了抗蚀剂的使用范围。同时化学增幅抗蚀剂也可以应用在印刷业的制版工艺中。
本申请发明人曾发明一种负性水型化学增幅抗蚀剂，并已申请中国专利(92112174.1)，该专利记载的负性水型化学增幅抗蚀剂山多羟基树脂、交联剂、编盐、敏化剂、溶剂组成，其光刻工艺包括：匀胶、前烘、曝光、中烘、显影。
该专利虽有水性显影、制备容易、成本较低等优点，但还存在着以下不足之处：在光刻工艺中只能作为负性光致抗蚀剂使用，而在微电子生产的一些步骤中必须另外使用其它的一些正性光刻胶，增加了工艺的复杂性。
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供一种可以实现正负性互用的化学增幅光致抗蚀剂及其光刻工艺。可利用上述负性化学增幅抗蚀剂，对光刻工艺条件加以调整，得到正性图形。使其不但满足了高分辨率光刻技术如深紫外光刻、射线光刻对高感光灵敏度的要求，同时也扩大了抗蚀剂的使用范围，降低了生产成本和简化了工艺。
本发明提出一种可以实现正负性互用的化学增幅光致抗蚀剂，由基体成膜物质、交联剂、增感剂、光敏产酸物、溶剂组成。上述各组分的重量配比为：在100份溶剂中加入基体成膜物质：18-22份，交联剂：6-8份，增感剂：0.6-1.6份，光敏产酸物：1.0-1.6份。
所说的基体成膜物质可为含羟基的树脂，如酚醛树脂或聚对羟基苯乙烯树脂；所说的交联剂为可以与多元醇发生醚交换的氨基树脂，如六甲氧基甲基三聚氰胺；所说的增感剂可用5-硝基苊、吩噻嗪、N-苯基吩噻嗪、二苯甲酮、蒽、安息香二甲醚、噻吨酮、1-羟基环己基苯甲酮之一种；所说的光敏产酸物可为二芳基碘鎓盐、三芳基硫鎓盐之一种；所说的溶剂可为能溶解上述物质的有机溶剂，如N，N-二甲基甲酰胺、乙酸乙二醇乙醚之一种。
本发明中的光刻工艺包括负性光刻工艺流程和正性光刻工艺流程。其中：其光刻工艺包括：
负性光刻工艺流程为：
1)匀胶，其工艺条件为：1500-2000r/min，30-60s：
2)前烘，其工艺条件为：70-80℃，10min；
3)曝光，其工艺条件为：30-60mJ/cm2；
4)中烘，其工艺条件为：108-112℃，10-15min；
5)显影，其工艺条件为：3-5％NaOH/5-20％乙醇水溶液；
6)后烘，其工艺条件为：130-150℃，20-40min；
7)等离子体干法蚀刻；
8)去胶。
正性光刻工艺流程为：其光刻工艺包括：
1)匀胶，其工艺条件为：1500-2000/min，30-60s；
2)前烘，其工艺条件为：80-85℃，10-20min；
3)曝光，其工艺条件为：100-120mJ/cm2；
4)显影，其工艺条件为：0.5-1％NaOH水溶液；
5)全面曝光，其工艺条件为：40-60mJ/cm2；
6)后烘，其工艺条件为：130-150℃，20-40min；
7)等离子体干法蚀刻；
8)去胶。
本发明具有如下特点：
1)在负性光刻工艺中采用NaOH/乙醇水溶液为显影剂溶液显影；正性光刻工艺中采用NaOH水溶液显影，克服了有机溶剂显影所带来的环境污染。
2)通过简单的工艺变换即对一种化学增幅抗蚀剂实现了正负性互用，不但满足了高分辨率光刻技术如深紫外光刻、射线光刻对高感光灵敏度的要求，同时也扩大了抗蚀剂的使用范围，降低了生产成本和简化了工艺。
本发明的两种实施例说明如下：
实施例一
1、化学增幅光致抗蚀剂的配制
取甲酚醛树脂2g，六甲氧基甲基三聚氰胺0.67g，六氟磷酸根二苯基碘鎓盐0.16g，吩噻嗪0.10g，再加入N，N-二甲基甲酰胺2mi、乙酸乙二醇乙醚8ml，待聚合物完全溶解后，用0.2μm滤膜过滤即可使用。
2、光刻工艺
(1)正性光致抗蚀剂的工艺
用旋转甩胶法在生长有保护薄层的硅片上涂上上述配制的光致抗蚀剂，膜厚800-1200nm，在70℃下烘10分钟后，放在200W高压汞灯下在正性掩膜版下曝光15-60秒。然后将硅片用0.5％的氢氧化钠水溶液或有机碱溶液显影10-20秒得正性图形，漂洗后，将硅片放在200W高压汞灯下全面曝光40-60秒，然后在140℃烘箱中后烘坚膜30分钟，采用等离子体干法蚀刻即在硅片上得到正性光刻图形。
(2)负性光致抗蚀剂的工艺
用旋转甩胶法在生长有保护薄层的硅片上涂上上述配制的光致抗蚀剂，膜厚800-1000nm，在70℃下烘10分钟后，放在200W高压汞灯下在负性掩膜版下曝光10-20秒。然后将硅片置于110℃烘箱中中烘10分钟后，取出硅片用3％氢氧化钠(10％乙醇)的水溶液显影10-20秒得负性图形，漂洗后，将硅片在140℃烘箱中后烘坚膜30分钟，采用等离子体干法蚀刻即在硅片上得到正性光刻图形。
实施例二
1、化学增幅光致抗蚀剂的配制同前。
2、预涂感光版(PS版)制造工艺
(1)阳图PS版工艺
用旋转甩胶法在适当砂目的铝片上涂上上述配制的光致抗蚀剂，膜厚800-1200nm，在70℃下烘10分钟后，放在3KW的碘-钾灯下在正性掩膜版下曝光15-60秒。然后将硅片用0.5％的氢氧化钠水溶液或有机碱溶液显影10-20秒得正性图形，漂洗后，将铝片放在3KW的碘-钾灯下全面曝光40-60秒，然后在140℃烘箱中后烘坚膜30分钟，修版后即得阳图PS版。
(2)阴图PS版工艺
用旋转甩胶法在适当砂目的铝片上涂上上述配制的光致抗蚀剂，膜厚800-1000nm，在70℃下烘10分钟后，放在3KW的碘-钾灯下在负性掩膜版下曝光10-20秒。然后将铝片置于110℃烘箱中中烘10分钟后，取出铝片用3％氢氧化钠(10％乙醇)的水溶液显影10-20秒得负性图形，漂洗后，将铝片在140℃烘箱中后烘坚膜30分钟，修版后即阴图PS版。

Claims (1)

1、一种采用正负性互用的化学增幅光致抗蚀剂的光刻工艺方法，包括负性光刻工艺流程和正性光刻工艺流程，其中：所说的负性光刻工艺流程包括以下步骤：
1)匀胶，其工艺条件为：1500-2000r/min，30-60s：
2)前烘，其工艺条件为：70-80℃，10min；
3)曝光，其工艺条件为：30-60mJ/cm2；
4)中烘，其工艺条件为：108-112℃，10-15min；
5)显影，其工艺条件为：3-5％NaOH/5-20％乙醇水溶液；
6)后烘，其工艺条件为：130-150℃，20-40min；
7)等离子体干法蚀刻；
8)去胶，
所说的正性光刻工艺流程包括以下步骤：
9)匀胶，其工艺条件为：1500-2000/min，30-60s；
10)前烘，其工艺条件为：80-85℃，10-20min；
11)曝光，其工艺条件为：100-120mJ/cm2；
12)显影，其工艺条件为：0.5-1％NaOH水溶液；
13)全面曝光，其工艺条件为：40-60mJ/cm2；
14)后烘，其工艺条件为：130-150℃，20-40min；
15)等离子体干法蚀刻；
16)去胶。
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