CN110676156A - 一种光刻半导体加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光刻半导体加工工艺，由以下加工工艺步骤组成，其工艺步骤包括干燥、涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀与去胶等，所述涂胶工艺在石英表面溅射一层铬层，在铬层上旋涂一层电子束光刻胶，利用电子束直写技术将图形转移到电子束光刻胶层上，本发明中在进行光刻膜的操作的过程中，通过使用丙烯酸酯聚合物作为粘合剂，有效加强丙烯酸酯单体化学稳定性，同时在光刻膜的过程中通过利用合成光引发剂，加强光触变性，从而使得光刻效率及精细性得到稳定，这样避免了光刻之后的产品出现不合格的现象，这样解决了现有的光刻半导体方法由于粘合剂不稳定导致该光刻膜半导体的化学稳定性不足的问题。

Description

一种光刻半导体加工工艺
技术领域
本发明属于光刻半导体制作相关技术领域，具体涉及一种光刻半导体加工工艺。
背景技术
光刻技术是集成电路的关键技术之一，在整个产品制造中是重要的经济影响因子，光刻成本占据了整个制造成本的35%，光刻也是决定集成电路按照摩尔定律发展的一个重要原因，如果没有光刻技术的进步，集成电路就不可能从微米进入深亚微米再进入纳米时代。
现有的光刻半导体加工工艺技术存在以下问题：现有的光刻半导体方法在进行光刻的时候，可能会由于粘合剂的粘合作用力不足导致化学稳定性下降，不能很好的进行粘合的作用，这样在进行光刻膜之后可能会导致该半导体构件出现损坏的现象的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光刻半导体加工工艺，以解决上述背景技术中提出的现有的光刻半导体方法由于粘合剂不稳定导致该光刻膜半导体的化学稳定性不足的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光刻半导体加工工艺，由以下加工工艺步骤组成，其工艺步骤包括干燥、涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀与去胶等，所述干燥工艺使衬底片表面具有干燥、疏水特性；
优选的，所述涂胶工艺在石英表面溅射一层铬层，在铬层上旋涂一层电子束光刻胶，利用电子束直写技术将图形转移到电子束光刻胶层上；
优选的，所述前烘工艺是使胶膜中的溶剂全部挥发、胶膜保持干燥、以利于光化反应时反应充分；
优选的，所述曝光工艺是使感光区的胶膜发生光化反应、在显影时发生溶变；
优选的，所述显影工艺是在显影液中、溶除要求去掉的胶膜部分；
优选的，所述坚膜工艺是去除在显影过程中进入胶膜中的水分显影液、使保留的胶膜与衬底表面牢固的粘附；
优选的，所述腐蚀工艺是去除衬底表面无胶膜保护的薄膜层；
优选的，所述去胶工艺是去除腐蚀时起保护作用的胶膜。
优选的，所述光刻膜的操作步骤如下：
步骤一：光刻前待光刻片子置于干燥塔中，氧化片出炉后可立即送光刻工序涂胶，对氧化片可在涂胶前重吹段时间干氧，涂胶前片子置于80度烘箱中烘30分钟；
步骤二：在衬底片表面涂敷一层粘附性良好的、厚度均匀的、致密的连续性胶膜，在石英表面溅射一层铬层，在铬层上旋涂一层电子束光刻胶，利用电子束直写技术将图形转移到电子束光刻胶层上；
步骤三：取出涂胶之后的产品，之后将该产品放置在80度烘箱中烘15分钟-20分钟，在烘箱中取出之后再放置在红外烘箱中烘3分钟-5分钟；
步骤四：之后采用紫外光光刻机及其所进行的接触式、选择性、紫外光曝光工艺方法进行曝光工艺的处理，使感光区的胶膜发生光化反应、在显影时发生溶变；
步骤五：在曝光之后将产品放置显影液中、溶除要求去掉的胶膜部分，对负性光刻胶溶除未曝光部分，对正性光刻胶溶除已曝光部分；
步骤六：置于恒温箱中，在180度烘30 分钟左右，置于红外烘箱中烘10分钟左右，去除在显影过程中进入胶膜中的水分(显影液)、使保留的胶膜与衬底表面牢固的粘附；
步骤七：通过采用腐蚀二氧化硅时采用氢氟酸缓冲液进行腐蚀，腐蚀条件是：在温度30度-40度下，时间适当、腐蚀铝时采用热磷酸进行腐蚀，腐蚀条件是：在温度80度下，时间适当，使得去除衬底表面无胶膜保护的薄膜层；
步骤八：最后通过去胶工艺的操作，该工艺步骤要求达到的目的是去除腐蚀时起保护作用的胶膜。
优选的，所述电子束光刻胶的制作步骤如下：
步骤一：取出丙烯酸酯聚合物20-30%；丙烯酯单体15-20%；甲基-2-二亚甲胺酸脂2-5%；合成光引发剂5-8%；合成添加剂2-3%；色料1-3%；聚酯膜20-3%；聚乙烯膜%；其中，各组份重量百分比基于组合物的总重量计算，各组份重量百分比总合为100%；
步骤二：在进行涂胶之前通过使用丙烯酸酯聚合物作为粘合剂，有效加强丙烯酸酯单体化学稳定性；
步骤三：同时利用合成光引发剂，加强光触变性，使得光刻效率及精细性得到稳定。
优选的，所述光刻三要素的组成如下：
一、光刻胶
（1）、光刻胶，又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变；
（2）、正胶：分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶，在UV光线下化学分解。这些通常不溶解于显像溶液，但是曝光过的部分化学上已经变得可溶解了。当水浸入溶液后，曝光区会被冲洗掉，而未曝光区保持原样；
（3）、负胶：分辨率差，适于加工线宽≥3，在UV光线下聚合。未曝光的负胶仍旧可以溶于某种溶剂，而聚合的光刻胶变得不可溶解。当水浸入溶液时，未曝光区就被溶解了，曝光区保持原样；
二、掩膜版
光掩膜除了应用于芯片制造外，还广泛的应用与像LCD，PCB等方面。常见的光掩膜的种类有四种，铬版(chrome)、干版，凸版、液体凸版。主要分两个组成部分，基板和不透光材料。基板通常是高纯度，低反射率，低热膨胀系数的石英玻璃。铬版的不透光层是通过溅射的方法镀在玻璃下方厚约0.1um的铬层。铬的硬度比玻璃略小，虽不易受损但有可能被玻璃所伤害。应用于芯片制造的光掩膜为高敏感度的铬版。干版涂附的乳胶，硬度小且易吸附灰尘，不过干版还有包膜和超微颗粒干版，其中后者可以应用于芯片制造；
三、光刻机
在刻画时，采用步进机刻画(stepper)，其中有电子束和激光之分，激光束直接在涂有铬层的玻璃板上刻画，边缘起点5mm，与电子束相比，其弧形更逼真，线宽与间距更小。
与现有技术相比，本发明提供了一种光刻半导体加工工艺，具备以下有益效果：
本发明中在进行光刻膜的操作的过程中，通过使用丙烯酸酯聚合物作为粘合剂，有效加强丙烯酸酯单体化学稳定性，同时在光刻膜的过程中通过利用合成光引发剂，加强光触变性，从而使得光刻效率及精细性得到稳定，这样避免了光刻之后的产品出现不合格的现象，这样解决了现有的光刻半导体方法由于粘合剂不稳定导致该光刻膜半导体的化学稳定性不足的问题。
具体实施方式
本发明提供一种光刻半导体加工工艺技术方案：
一种光刻半导体加工工艺，由以下加工工艺步骤组成，其工艺步骤包括干燥、涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀与去胶等，干燥工艺的步骤要求达到的目的是使衬底片表面具有干燥、疏水特性，并给出了各种待光刻衬底片的表面处理方法；
涂胶工艺在石英表面溅射一层铬层，在铬层上旋涂一层电子束光刻胶，利用电子束直写技术将图形转移到电子束光刻胶层上；
前烘工艺的步骤要求达到的目的是使胶膜中的溶剂全部挥发、胶膜保持干燥、以利于光化反应时反应充分；
曝光工艺的步骤要求达到的目的是使感光区的胶膜发生光化反应、在显影时发生溶变；
显影工艺的步骤要求达到的目的是在显影液中、溶除要求去掉的胶膜部分；
坚膜工艺的步骤要求达到的目的是去除在显影过程中进入胶膜中的水分显影液、使保留的胶膜与衬底表面牢固的粘附；
腐蚀工艺的步骤要求达到的目的是去除衬底表面无胶膜保护的薄膜层；
去胶工艺的步骤要求达到的目的是去除腐蚀时起保护作用的胶膜。
光刻膜的操作步骤如下：
步骤一：光刻前待光刻片子置于干燥塔中，氧化片出炉后可立即送光刻工序涂胶，对氧化片可在涂胶前重吹段时间干氧，涂胶前片子置于80度烘箱中烘30分钟；
步骤二：在衬底片表面涂敷一层粘附性良好的、厚度均匀的、致密的连续性胶膜，在石英表面溅射一层铬层，在铬层上旋涂一层电子束光刻胶，利用电子束直写技术将图形转移到电子束光刻胶层上；
步骤三：取出涂胶之后的产品，之后将该产品放置在80度烘箱中烘15分钟-20分钟，在烘箱中取出之后再放置在红外烘箱中烘3分钟-5分钟；
步骤四：之后采用紫外光光刻机及其所进行的接触式、选择性、紫外光曝光工艺方法进行曝光工艺的处理，使感光区的胶膜发生光化反应、在显影时发生溶变；
步骤五：在曝光之后将产品放置显影液中、溶除要求去掉的胶膜部分，对负性光刻胶溶除未曝光部分，对正性光刻胶溶除已曝光部分；
步骤六：置于恒温箱中，在180度烘30 分钟左右，置于红外烘箱中烘10分钟左右，去除在显影过程中进入胶膜中的水分(显影液)、使保留的胶膜与衬底表面牢固的粘附；
步骤七：通过采用腐蚀二氧化硅时采用氢氟酸缓冲液进行腐蚀，腐蚀条件是：在温度30度-40度下，时间适当、腐蚀铝时采用热磷酸进行腐蚀，腐蚀条件是：在温度80度下，时间适当，使得去除衬底表面无胶膜保护的薄膜层；
步骤八：最后通过去胶工艺的操作，该工艺步骤要求达到的目的是去除腐蚀时起保护作用的胶膜。
电子束光刻胶的制作步骤如下：
步骤一：取出丙烯酸酯聚合物20-30%；丙烯酯单体15-20%；甲基-2-二亚甲胺酸脂2-5%；合成光引发剂5-8%；合成添加剂2-3%；色料1-3%；聚酯膜20-3%；聚乙烯膜%；其中，各组份重量百分比基于组合物的总重量计算，各组份重量百分比总合为100%；
步骤二：在进行涂胶之前通过使用丙烯酸酯聚合物作为粘合剂，有效加强丙烯酸酯单体化学稳定性；
步骤三：同时利用合成光引发剂，加强光触变性，使得光刻效率及精细性得到稳定。
光刻三要素的组成如下：
一、光刻胶
（1）、光刻胶，又叫光致抗蚀剂，它是由光敏化合物、基体树脂和有机溶剂等混合而成的胶状液体光刻胶受到特定波长光线的作用后，导致其化学结构发生变化，使光刻胶在某种特定溶液中的溶解特性改变；
（2）、正胶：分辨率高，在超大规模集成电路工艺中，一般只采用正胶，在UV光线下化学分解。这些通常不溶解于显像溶液，但是曝光过的部分化学上已经变得可溶解了。当水浸入溶液后，曝光区会被冲洗掉，而未曝光区保持原样；
（3）、负胶：分辨率差，适于加工线宽≥3，在UV光线下聚合。未曝光的负胶仍旧可以溶于某种溶剂，而聚合的光刻胶变得不可溶解。当水浸入溶液时，未曝光区就被溶解了，曝光区保持原样；
二、掩膜版
光掩膜除了应用于芯片制造外，还广泛的应用与像LCD，PCB等方面。常见的光掩膜的种类有四种，铬版(chrome)、干版，凸版、液体凸版。主要分两个组成部分，基板和不透光材料。基板通常是高纯度，低反射率，低热膨胀系数的石英玻璃。铬版的不透光层是通过溅射的方法镀在玻璃下方厚约0.1um的铬层。铬的硬度比玻璃略小，虽不易受损但有可能被玻璃所伤害。应用于芯片制造的光掩膜为高敏感度的铬版。干版涂附的乳胶，硬度小且易吸附灰尘，不过干版还有包膜和超微颗粒干版，其中后者可以应用于芯片制造；
三、光刻机
在刻画时，采用步进机刻画(stepper)，其中有电子束和激光之分，激光束直接在涂有铬层的玻璃板上刻画，边缘起点5mm，与电子束相比，其弧形更逼真，线宽与间距更小。
本发明的工作原理及使用流程：
在晶圆的制造过程中，晶体三极管、二极管、电容、电阻和金属层的各种物理部件在晶圆表面或表层内构成。这些部件是每次在一个掩膜层上生成的，并且结合生成薄膜及去除特定部分，通过光刻工艺过程，最终在晶圆上保留特征图形的部分。光刻生产的目标是根据电路设计的要求，生成尺寸精确的特征图形，并且在晶圆表面的位置正确且与其它部件的关联正确，光刻前待光刻片子置于干燥塔中，氧化片出炉后可立即送光刻工序涂胶，对氧化片可在涂胶前重吹段时间干氧，涂胶前片子置于80度烘箱中烘30分钟，在衬底片表面涂敷一层粘附性良好的、厚度均匀的、致密的连续性胶膜，在石英表面溅射一层铬层，在铬层上旋涂一层电子束光刻胶，利用电子束直写技术将图形转移到电子束光刻胶层上，取出涂胶之后的产品，之后将该产品放置在80度烘箱中烘15分钟-20分钟，在烘箱中取出之后再放置在红外烘箱中烘3分钟-5分钟，之后采用紫外光光刻机及其所进行的接触式、选择性、紫外光曝光工艺方法进行曝光工艺的处理，使感光区的胶膜发生光化反应、在显影时发生溶变，在曝光之后将产品放置显影液中、溶除要求去掉的胶膜部分，对负性光刻胶溶除未曝光部分，对正性光刻胶溶除已曝光部分，置于恒温箱中，在180度烘30 分钟左右，置于红外烘箱中烘10分钟左右，去除在显影过程中进入胶膜中的水分(显影液)、使保留的胶膜与衬底表面牢固的粘附，通过采用腐蚀二氧化硅时采用氢氟酸缓冲液进行腐蚀，腐蚀条件是：在温度30度-40度下，时间适当、腐蚀铝时采用热磷酸进行腐蚀，腐蚀条件是：在温度80度下，时间适当，使得去除衬底表面无胶膜保护的薄膜层，最后通过去胶工艺的操作，该工艺步骤要求达到的目的是去除腐蚀时起保护作用的胶膜。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种光刻半导体加工工艺，由以下加工工艺步骤组成，其工艺步骤包括干燥、涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜、腐蚀与去胶等，所述光刻膜的生产工艺步骤如下：
步骤一：光刻前待光刻片子置于干燥塔中，氧化片出炉后可立即送光刻工序涂胶，对氧化片可在涂胶前重吹段时间干氧，从而使得对衬底片表面进行加热干燥处理，涂胶前片子置于80度烘箱中烘30分钟；
步骤二：在衬底片表面涂敷一层粘附性良好的、厚度均匀的、致密的连续性胶膜，在石英表面溅射一层铬层，在铬层上旋涂一层电子束光刻胶，利用电子束直写技术将图形转移到电子束光刻胶层上；
步骤三：取出涂胶之后的产品，之后将该产品放置在80度烘箱中烘15分钟-20分钟，在烘箱中取出之后再放置在红外烘箱中烘3分钟-5分钟，从而利用烘干设备使胶膜中的溶剂全部挥发、胶膜保持干燥；
步骤四：之后采用紫外光光刻机及其所进行的接触式、选择性、紫外光曝光工艺方法进行曝光工艺的处理，使感光区的胶膜发生光化反应、在显影时发生溶变；
步骤五：在曝光之后将产品放置显影液中、溶除要求去掉的胶膜部分，对负性光刻胶溶除未曝光部分，对正性光刻胶溶除已曝光部分；
步骤六：置于恒温箱中，在180度烘30 分钟左右，置于红外烘箱中烘10分钟左右，去除在显影过程中进入胶膜中的水分(显影液)；
步骤七：通过采用腐蚀二氧化硅时采用氢氟酸缓冲液进行腐蚀，腐蚀条件是：在温度30度-40度下，时间适当、腐蚀铝时采用热磷酸进行腐蚀，腐蚀条件是：在温度80度下，时间适当，使得去除衬底表面无胶膜保护的薄膜层；
步骤八：最后通过去胶工艺操作。
2.根据权利要求1所述的一种光刻半导体加工工艺，其特征在于：所述电子束光刻胶的制作步骤如下：
步骤一：取出丙烯酸酯聚合物20-30%；丙烯酯单体15-20%；甲基-2-二亚甲胺酸脂2-5%；合成光引发剂5-8%；合成添加剂2-3%；色料1-3%；聚酯膜20-3%；聚乙烯膜%；其中各组份重量百分比基于组合物的总重量计算，各组份重量百分比总合为100%；
步骤二：再将合成光引发剂5-8%；合成添加剂2-3%在两分钟内缓慢加入预混物，常温混合6-8分钟，将混合好的物料导入下一步的工序；
步骤三：在进行涂胶之前通过使用丙烯酸酯聚合物作为粘合剂；
步骤四：同时利用合成光引发剂，加强光触变性；
步骤五：最后在制得的物料中添加色料1-3%。
3.根据权利要求1所述的一种光刻半导体加工工艺，其特征在于：所述光刻三要素为光刻胶、掩膜版和光刻机。
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