CN110908240A - 芯片用光刻胶及光刻工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种芯片用光刻胶，包括试剂A和试剂B，其中试剂A组成为紫外负性光刻胶，以试剂A液体紫外负性光刻胶中的固体总重量为基准，各组分及其重量百分比为环化橡胶75～85％，交联剂15～25％，溶剂为二甲苯；试剂B为六甲基二硅烷胺或三氯苯酯硅烷或两者组合。本发明的优点和有益效果是：采用试剂A与试剂B配合使用，利用试剂B的六甲基二硅烷胺或三氯苯酯硅烷或两者组合来是硅片表面的亲水性变为疏水性，同时其本身的疏水基能够很好地与试剂A接合，使试剂A更好地粘附于硅片；利用上述试剂A与试剂B配合采用一定的工艺手段将之施加至硅片表面，能够有效提高产品的分辨率。

Description

芯片用光刻胶及光刻工艺
技术领域
本发明涉及电子电气用化学材料，尤其是涉及负性光刻胶，同时涉及光刻工艺。
背景技术
微电子领域光刻胶的作用影响巨大，是微电子技术中微细图形加工的关键材料之一，特别是近年来大规模和超大规模集成电路的发展，更是大大促进了光刻胶的研究开发和应用。但集成电路制备过程中，绝大多数光刻胶是疏水的，而二氧化硅表面的羟基和残留的水分子是亲水的，这造成光刻胶和硅片的粘合力差，就容易造成光刻过程中精度难以保证，导致分辨率降低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种与硅片基材表面结合力提高的光刻胶。
本发明的技术方案是提供一种芯片用光刻胶，包括试剂A和试剂B，其中试剂A组成为紫外负性光刻胶，以试剂A液体紫外负性光刻胶中的固体总重量为基准，各组分及其重量百分比为环化橡胶75～85％，交联剂15～25％，溶剂为二甲苯；试剂B为六甲基二硅烷胺或三氯苯酯硅烷或两者组合。
其中试剂A使用粘度为15～20厘泊，试剂B使用粘度为20～30厘泊。
本发明的另一目的是提供一种光刻工艺，该工艺使用上述光刻胶完成。具体包括如下步骤：
(1)涂胶：首先在硅片表面涂覆试剂B，静置1～2min，然后利用旋涂法在试剂B上继续进行试剂A的涂覆；
(2)曝光前烘烤：将步骤(1)所得的硅片进行曝光前烘烤，烘烤温度为90～120℃，时间为1～1.5min；
(3)曝光：将步骤(2)所得硅片进行曝光，使光刻图案形成于晶片表面；
(4)显影：将已曝光的硅片浸入显影液中，微微摇动15～30s；
(5)坚膜：将显影后的硅片放入烘箱于100～200℃烘烤10～30min；
(6)腐蚀、去胶：采用腐蚀剂对未被胶膜覆盖的硅片表面进行腐蚀；然后去胶。
在步骤(1)涂胶前，硅片还需要进行预烘烤，预烘烤温度为70～90℃，预烘烤时间为3～7min，经过预烘烤后硅片表面的水分基本去除，能够提高光刻胶粘合力。
步骤(1)中试剂B的涂覆厚度为30～100nm。
步骤(1)中试剂A的涂覆厚度为500～800nm，厚度均匀性为
Figure BDA0001800051620000021
步骤(4)和步骤(5)之间还包括曝光后烘烤：将曝光后的硅片再次进行烘烤，烘烤温度为110～120℃，时间为1～2min。
本发明的优点和有益效果：采用试剂A与试剂B配合使用，利用试剂B的六甲基二硅烷胺或三氯苯酯硅烷或两者组合来是硅片表面的亲水性变为疏水性，同时其本身的疏水基能够很好地与试剂A接合，使试剂A更好地粘附于硅片；利用上述试剂A与试剂B配合采用一定的工艺手段将之施加至硅片表面，能够有效提高产品的分辨率。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明提供一种芯片用光刻胶，包括试剂A和试剂B，其中试剂A组成为紫外负性光刻胶，以试剂A液体紫外负性光刻胶中的固体总重量为基准，各组分及其重量百分比为环化橡胶75％，交联剂15％，溶剂为二甲苯；试剂B为六甲基二硅烷胺。
其中试剂A使用粘度为15～18厘泊，试剂B粘度为20～25厘泊。试剂B粘度较高，与硅片直接接触，试剂A需覆涂于试剂B上，因此试剂A粘度必须合适，太高则不易涂覆均匀，太低则与试剂B的结合量不足不能达到光刻胶效果，因此两者粘度配合才能使光刻胶与硅片粘合良好、使用效果提高。
利用上述光刻胶进行光刻工艺，包括如下步骤：
(1)涂胶：首先在硅片表面涂覆试剂B，静置1min，然后利用旋涂法在试剂B上继续进行试剂A的涂覆；其中，试剂B的涂覆厚度为30nm，该厚度下，试剂B能够使硅片表面能与试剂A的表面能处于同一程度，即在硅片表面与试剂A之间发挥足够的“拉力”，使试剂A粘附效果更好；试剂A的涂覆厚度为500nm，厚度均匀性为
Figure BDA0001800051620000022
(2)曝光前烘烤：将步骤(1)所得的硅片进行曝光前烘烤，烘烤温度为90℃，时间为1min；
(3)曝光：将步骤(2)所得硅片进行曝光，使光刻图案形成于晶片表面；
(4)显影：将已曝光的硅片浸入显影液中，微微摇动15s；
(5)坚膜：将显影后的硅片放入烘箱于100℃烘烤20min；坚膜的温度和时间必须合适，若温度过低，时间过短，则光刻胶胶膜没有烘透，膜不坚固，腐蚀时易浮胶，若温度过高，时间过长，则光刻胶胶膜因热膨胀而翘曲剥落，腐蚀时也易产生钻蚀、浮胶，此外温度过高，还易造成光刻胶分解失去抗蚀能力。
(6)腐蚀：采用腐蚀剂对未被胶膜覆盖的硅片表面进行腐蚀。
优选地，在步骤(1)涂胶前，硅片还需要进行预烘烤，预烘烤温度为70℃，预烘烤时间为5min，经过预烘烤后硅片表面的水分基本去除，能够提高光刻胶粘合力。
优选地，步骤(4)和步骤(5)之间还包括曝光后烘烤：将曝光后的硅片再次进行烘烤，烘烤温度为110℃，时间为1min。
实施例2
本发明提供一种集成电路用光刻胶，包括试剂A和试剂B，其中试剂A组成为紫外负性光刻胶，以试剂A液体紫外负性光刻胶中的固体总重量为基准，各组分及其重量百分比为环化橡胶85％，交联剂25％，溶剂为二甲苯；试剂B为三氯苯酯硅烷。
其中试剂A使用粘度为18～20厘泊，试剂B粘度为25～30厘泊。试剂B粘度较高，与硅片直接接触，试剂A需覆涂于试剂B上，因此试剂A粘度必须合适，太高则不易涂覆均匀，太低则与试剂B的结合量不足不能达到光刻胶效果，因此两者粘度配合才能使光刻胶与硅片粘合良好、使用效果提高。
利用上述光刻胶进行光刻工艺，包括如下步骤：
(1)涂胶：首先在硅片表面涂覆试剂B，静置2min，然后利用旋涂法在试剂B上继续进行试剂A的涂覆；其中，试剂B的涂覆厚度为100nm，该厚度下，试剂B能够使硅片表面能与试剂A的表面能处于同一程度，即在硅片表面与试剂A之间发挥足够的“拉力”，使试剂A粘附效果更好；试剂A的涂覆厚度为800nm，厚度均匀性为
Figure BDA0001800051620000031
(2)曝光前烘烤：将步骤(1)所得的硅片进行曝光前烘烤，烘烤温度为100℃，时间为1min；
(3)曝光：将步骤(2)所得硅片进行曝光，使光刻图案形成于晶片表面；
(4)显影：将已曝光的硅片浸入显影液中，微微摇动30s；
(5)坚膜：将显影后的硅片放入烘箱于150℃烘烤20min；坚膜的温度和时间必须合适，若温度过低，时间过短，则光刻胶胶膜没有烘透，膜不坚固，腐蚀时易浮胶，若温度过高，时间过长，则光刻胶胶膜因热膨胀而翘曲剥落，腐蚀时也易产生钻蚀、浮胶，此外温度过高，还易造成光刻胶分解失去抗蚀能力。
(6)腐蚀：采用腐蚀剂对未被胶膜覆盖的硅片表面进行腐蚀。
优选地，在步骤(1)涂胶前，硅片还需要进行预烘烤，预烘烤温度为90℃，预烘烤时间为5min，经过预烘烤后硅片表面的水分基本去除，能够提高光刻胶粘合力。
优选地，步骤(4)和步骤(5)之间还包括曝光后烘烤：将曝光后的硅片再次进行烘烤，烘烤温度为110℃，时间为1min。
实施例3
本发明提供一种集成电路用光刻胶，包括试剂A和试剂B，其中试剂A组成为紫外负性光刻胶，以试剂A液体紫外负性光刻胶中的固体总重量为基准，各组分及其重量百分比为环化橡胶80％，交联剂20％，溶剂为二甲苯；试剂B为三氯苯酯硅烷。
其中试剂A使用粘度为18～20厘泊，试剂B粘度为25～30厘泊。试剂B粘度较高，与硅片直接接触，试剂A需覆涂于试剂B上，因此试剂A粘度必须合适，太高则不易涂覆均匀，太低则与试剂B的结合量不足不能达到光刻胶效果，因此两者粘度配合才能使光刻胶与硅片粘合良好、使用效果提高。
利用上述光刻胶进行光刻工艺，包括如下步骤：
(1)涂胶：首先在硅片表面涂覆试剂B，静置2min，然后利用旋涂法在试剂B上继续进行试剂A的涂覆；其中，试剂B的涂覆厚度为50nm，该厚度下，试剂B能够使硅片表面能与试剂A的表面能处于同一程度，即在硅片表面与试剂A之间发挥足够的“拉力”，使试剂A粘附效果更好；试剂A的涂覆厚度为600nm，厚度均匀性为
Figure BDA0001800051620000041
(2)曝光前烘烤：将步骤(1)所得的硅片进行曝光前烘烤，烘烤温度为100℃，时间为1min；
(3)曝光：将步骤(2)所得硅片进行曝光，使光刻图案形成于晶片表面；
(4)显影：将已曝光的硅片浸入显影液中，微微摇动20s；
(5)坚膜：将显影后的硅片放入烘箱于150℃烘烤20min；坚膜的温度和时间必须合适，若温度过低，时间过短，则光刻胶胶膜没有烘透，膜不坚固，腐蚀时易浮胶，若温度过高，时间过长，则光刻胶胶膜因热膨胀而翘曲剥落，腐蚀时也易产生钻蚀、浮胶，此外温度过高，还易造成光刻胶分解失去抗蚀能力。
(6)腐蚀：采用腐蚀剂对未被胶膜覆盖的硅片表面进行腐蚀。
进一步地，在步骤(1)涂胶前，硅片还需要进行预烘烤，预烘烤温度为80℃，预烘烤时间为5min，经过预烘烤后硅片表面的水分基本去除，能够提高光刻胶粘合力。
进一步地，步骤(4)和步骤(5)之间还包括曝光后烘烤：将曝光后的硅片再次进行烘烤，烘烤温度为110℃，时间为1min。对比例1
将实施例2中，试剂B组成去掉，对应去掉光刻工艺步骤(1)涂覆试剂B的过程，其他过程同实施例2。
对比例2
将实施例2中，光刻工艺步骤(1)之前的预烘烤步骤去除，其他同实施例2。
对比例3
将实施例2中，试剂B组成去掉，对应去掉光刻工艺步骤(1)涂覆试剂B的过程，同时去除步骤(1)之前的预烘烤步骤，其他同实施例2。
对上述实施例和对比例的光刻胶进行粘附性能测试(采用抗高压水清洗能力表征)，如下表所示：
Figure BDA0001800051620000051
由上表可知，本发明光刻胶采用试剂B并在光刻工艺中经过预烘烤等步骤，特别是在涂布过程中试剂B的特定涂布方法及其与试剂A的厚度的配合，使得硅片表面与光刻胶结合良好，而正是由于优良的粘附性能，使得光刻胶的暗蚀率大大降低，促使光刻分辨率提高。
本发明实施例涉及到的材料、试剂和实验设备，如无特别说明，均为符合电子产品化学材料领域的市售产品。
以上所述，仅为本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的核心技术的前提下，还可以做出改进和润饰，这些改进和润饰也应属于本发明的专利保护范围。与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.芯片用光刻胶，其特征在于：包括试剂A和试剂B，其中试剂A组成为紫外负性光刻胶，以试剂A液体紫外负性光刻胶中的固体总重量为基准，各组分及其重量百分比为环化橡胶75～85％，交联剂15～25％，溶剂为二甲苯；试剂B为六甲基二硅烷胺或三氯苯酯硅烷或两者组合。
2.如权利要求1所述的芯片用光刻胶，其特征在于，所述试剂A使用粘度为15～20厘泊，试剂B使用粘度为20～30厘泊。
3.光刻工艺，其特征在于，使用如权利要求1～2任一项所述的光刻胶进行光刻。
4.如权利要求3所述的光刻工艺，其特征在于，包括如下步骤
(1)涂胶：首先在硅片表面涂覆试剂B，静置1～2min，然后利用旋涂法在试剂B上继续进行试剂A的涂覆；
(2)曝光前烘烤：将步骤(1)所得的硅片进行曝光前烘烤，烘烤温度为90～120℃，时间为1～1.5min；
(3)曝光：将步骤(2)所得硅片进行曝光，使光刻图案形成于晶片表面；
(4)显影：将已曝光的硅片浸入显影液中，微微摇动15～30s；
(5)坚膜：将显影后的硅片放入烘箱于100～200℃烘烤10～30min；
(6)腐蚀：采用腐蚀剂对未被胶膜覆盖的硅片表面进行腐蚀。
5.如权利要求3所述的光刻工艺，其特征在于，在所述步骤(1)涂胶前，硅片还需要进行预烘烤，预烘烤温度为70～90℃，预烘烤时间为3～7min，经过预烘烤后硅片表面的水分基本去除，能够提高光刻胶粘合力。
6.如权利要求3所述的光刻工艺，其特征在于，所述步骤(1)中试剂B的涂覆厚度为30～100nm。
7.如权利要求3所述的光刻工艺，其特征在于，步骤(1)中试剂A的涂覆厚度为500～800nm，厚度均匀性为
Figure FDA0001800051610000011
8.如权利要求3所述的光刻工艺，其特征在于，步骤(4)和步骤(5)之间还包括曝光后烘烤：将曝光后的硅片再次进行烘烤，烘烤温度为110～120℃，时间为1～2min。
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