CN111399349B - 一种高深宽比光刻胶图形处理方法 - Google Patents

一种高深宽比光刻胶图形处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高深度比光刻胶图形处理方法，基于等离子体辅助原子层淀积，抑制高深宽比光刻胶图形坍塌和黏连，将显影后的光刻胶图形样品放入原子层淀积设备反应腔，把等离子体辅助离化后的金属或类金属化合物前驱体通入反应腔，在设定反应温度条件下与光刻胶图形大分子表面附着的水分子反应生成金属/类金属‑氧化学键，最后吹扫去除多余反应物和副产物，增强光刻胶图形的机械强度，抑制图形的坍塌和变形。本发明极大增强光刻胶图形的机械强度，抑制图形的坍塌与黏连；生长工艺简单，用时很短，效率高；生长温度低，不会对光刻胶图形造成新的破坏；去胶时容易清除图形表面附着的金属/类金属‑氧化学键，不会引入新污染。

Description

一种高深宽比光刻胶图形处理方法
技术领域
本发明涉及一种图形处理方法，尤其涉及一种高深度比光刻胶图形处理方法，属于图形光刻技术领域。
背景技术
在大规模集成电路的微纳米制造工艺中，在光刻图形显影后，需要用去离子水冲洗光刻胶图形，随着半导体节点进入7 nm节点，光刻图形的比表面积和深宽比急剧增加，去离子水表面张力引发的光刻胶图形结构坍塌与黏连成为了不可忽视的因素。研究人员提出了多种方法防止图形的坍塌与黏连，包括采用低表面张力的溶剂、冷冻干燥法和超临界干燥法等，这些方法的共同点就是在不对光刻胶图形形状造成破坏的情况下减少或者消除光刻胶大分子表面附着的去离子水表面张力的影响。它们都有其一定的局限性，包括成本高、周期长、对温度和压强要求较高、副产物难以处理等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供一种高深度比光刻胶图形处理方法，能防止图形的坍塌和黏连，另外，在去胶时可以轻易去除，不会引入新的污染。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高深度比光刻胶图形处理方法，基于等离子体辅助原子层淀积，抑制高深宽比光刻胶图形坍塌和黏连。
进一步的，将显影后的光刻胶图形样品放入原子层淀积设备反应腔，把等离子体辅助离化后的金属或类金属化合物前驱体通入反应腔，在设定反应温度条件下与光刻胶图形大分子表面附着的水分子反应生成金属/类金属-氧化学键，最后吹扫去除多余反应物和副产物，增强光刻胶图形的机械强度，抑制图形的坍塌和变形。
更进一步的，把显影液中取出的光刻胶图形放入去离子水中晃动水洗，洗好取出后用高纯N2吹干；把光刻胶图形样品放入PEALD设备反应腔，设定反应温度在40～120℃之间，把化合物反应前驱体等离子体化后通入反应腔1～600秒之间，等离子体化反应前驱体通入反应腔的时间要保证其能完成对光刻胶图形表面的完全浸润，并与H2O进行充分反应，使用惰性气体或不与反应前驱体发生化学反应的气体吹扫1～600秒之间，去除多余的反应物和副产物。
更进一步的，所述光刻胶图形为正胶或负胶，引入的金属/类金属-氧化学键附着在光刻胶分子之上。
更进一步的，所述的等离子体辅助离化是指，利用等离子体辅助原子层淀积镀膜设备，功率需满足使化合物前驱体等离子化的要求。
更进一步的，所述的化合物前驱体包括Si、Zr、Hf、Ti、Mg、Al、Fe、Zn、Ni、Ta、W的一种或多种反应前驱体。
更进一步的，所述的Si反应前驱体包括三(二甲基氨基)硅、四氯化硅，源温在15～50℃之间，反应腔的温度保持在80～120 ℃之间；
所述的Zr反应前驱体包括四(乙基甲基氨)锆、四氯化锆、四(二甲胺)锆，源温在60～120 ℃之间，反应腔的温度保持在80～120 ℃之间；
所述的Hf反应前驱体包括四双(乙基甲基氨)铪、氯化铪，源温在60～120 ℃之间，反应腔的温度保持在80～120 ℃之间；
所述的Ti反应前驱体包括四(乙氧基)钛、四氯化钛、四(丙氧基)钛，源温在40～100 ℃之间，反应腔的温度保持在60～120 ℃之间。
所述的Mg反应前驱体包括双( 环戊二烯)镁、双(乙基环戊二烯)镁，源温在50～120 ℃之间，反应腔的温度保持在60～120 ℃之间；
所述的Al反应前驱体包括三甲基铝、三氯化铝、溴化铝，源温在18～45 ℃之间，反应腔的温度保持在40～120 ℃之间；
所述的Fe反应前驱体包括三(四甲基庚二酮酸)铁、三(叔丁氧基)铁，源温在40～120 ℃之间，反应腔的温度保持在60～120 ℃之间；
所述的Zn反应前驱体包括二乙基锌、二甲基锌，源温在18～45 ℃之间，反应腔的温度保持在40～120 ℃之间；
所述的Ni反应前驱体包括双(二甲胺基甲基丙醇基)镍、双(环戊二烯)镍，源温在40～120 ℃之间，反应腔的温度保持在70～120 ℃之间；
所述的Ta反应前驱体包括五(二甲氨基)钽、五(二乙氨基)钽，源温在40～120 ℃之间，反应腔的温度保持在50～120 ℃之间；
所述的W反应前驱体包括二甲胺基钨、氟化钨，源温在60～120 ℃之间，反应腔的温度保持在80～120 ℃之间。
本发明的有益效果在于：等离子体辅助原子层淀积技术引入的金属(类金属)-氧化学键可以消除去离子水表面张力的影响，极大增强光刻胶图形的机械强度，抑制图形的坍塌与黏连；生长工艺简单，用时很短，效率高；生长温度低，不会对光刻胶图形造成新的破坏；去胶时容易清除图形表面附着的金属(类金属)-氧化合键，不会引入新污染。
附图说明
下面结合附图和实施实例对本发明做进一步的阐述。
图1为本发明中去离子水冲洗吹干的光刻胶图形示意图；
图2为本发明光刻胶图形样品中通入等离子体化的反应前驱体示意图；
图3为本发明气体吹扫后的光刻胶图形样品示意图。
具体实施方式
实施例1
一种高深度比光刻胶图形处理方法，具体步骤如下：
把显影后的光刻胶图形用去离子水清洗60s，用N2吹干备用，如图1所示；
把光刻胶图形样品放入Beneq TFS-200型ALD设备的反应腔，反应温度设为100℃，Si源TDMAS的源温设为20 ℃，等离子体功率设为80W；将TDMAS通入反应腔60s，如图2所示；
使用氩气吹扫100s去除多余的反应物和副产物，得到最终产品，如图3所示。
本实施例中验证了Si的反应前驱体三(二甲基氨基)硅(TDMAS)，还包括四氯化硅(SiCl4)等所有等离子体化后可以在低温下与H2O反应生成硅-氧(Si-O)键的硅化合物。
实施例2
一种高深度比光刻胶图形处理方法，具体步骤如下：
把显影后的光刻胶图形用去离子水清洗60s，用N2吹干备用；
把光刻胶图形样品放入Beneq TFS-200型ALD设备的反应腔，反应温度设为80 ℃，Zr源TEMAZ的源温设为80 ℃，等离子体功率设为60W；
将TEMAZ通入反应腔30s；
使用氩气吹扫80s去除多余的反应物和副产物，得到最终产品。
本实施例中验证了Zr的反应前驱体四(乙基甲基氨)锆(TEMAZ)，还包括四氯化锆(ZrCl4)、四(二甲胺)锆(Zr(NMe2)4)等所有等离子体化后可以在低温下与H2O反应生成Zr-O键的金属化合物。
实施例3
把显影后的光刻胶图形用去离子水清洗60s，用N2吹干备用；
把光刻胶图形样品放入Beneq TFS-200型ALD设备的反应腔，反应温度设为80 ℃，Hf源TEMAH的源温设为80 ℃，等离子体功率设为60W；
将TEMAH通入反应腔30s；
使用氩气吹扫80s去除多余的反应物和副产物，得到最终产品。
本实施例中验证了Hf的反应前驱体四双(乙基甲基氨)铪(TEMAH)，还包括氯化铪(HfCl4)等所有等离子体化后可以在低温下与H2O反应生成Hf-O键的金属化合物。
实施例4
把显影后的光刻胶图形用去离子水清洗60s，用N2吹干备用；
把光刻胶图形样品放入Beneq TFS-200型ALD设备的反应腔，反应温度设为60 ℃，Ti源Ti(NMe2)4的源温设为50 ℃，等离子体功率设为80W；
将Ti(NMe2)4通入反应腔50s；
使用氩气吹扫180s去除多余的反应物和副产物，得到最终产品。
本实施例验证了Ti的反应前驱体四(二甲氨基)钛(Ti(NMe2)4)，还包括四(乙氧基)钛(Ti(OEt)4)、四氯化钛(TiCl4)、四(丙氧基)钛(Ti(OPr)4)等所有等离子体化后可以在低温下与H2O反应生成Ti-O键的金属化合物。
实施例5
把显影后的光刻胶图形用去离子水清洗60s，用N2吹干备用；
把光刻胶图形样品放入Beneq TFS-200型ALD设备的反应腔，反应温度设为80 ℃，Mg源Mg(Cp)2的源温设为60 ℃，等离子体功率设为70W；
将Mg(Cp)2通入反应腔60s；
使用氩气吹扫120s去除多余的反应物和副产物，得到最终产品。
本实施例验证了Mg的反应前驱体双( 环戊二烯)镁(Mg(Cp)2)，还包括双( 乙基环戊二烯)镁(Mg(CpEt)2)等所有等离子体化后可以在低温下与H2O反应生成Mg-O键的金属化合物。
实施例6
把显影后的光刻胶图形用去离子水清洗60s，用N2吹干备用；
把光刻胶图形样品放入Beneq TFS-200型ALD设备的反应腔，反应温度设为50 ℃，Al源TMA的源温设为20 ℃，等离子体功率设为50W；
将TMA通入反应腔120s；
使用氩气吹扫180s去除多余的反应物和副产物，得到最终产品。
本实施例验证了Al的反应前驱体三甲基铝(TMA)，还包括三氯化铝(AlCl3)和溴化铝(AlBr3)等所有等离子体化后可以在低温下与H2O反应生成Al-O键的金属化合物。
实施例7
把显影后的光刻胶图形用去离子水清洗60s，用N2吹干备用；
把光刻胶图形样品放入Beneq TFS-200型ALD设备的反应腔，反应温度设为50 ℃，Ni源Ni(dmamp)2的源温设为60 ℃，等离子体功率设为80W；
将Ni(dmamp)2通入反应腔100s；
使用氩气吹扫150s去除多余的反应物和副产物，得到最终产品。
本实施例验证了Ni的反应前驱体双(二甲胺基甲基丙醇基)镍(Ni(dmamp)2)，还包括双( 环戊二烯)镍(Ni(Cp)2)等所有等离子体化后可以在低温下与H2O反应生成Ni-O键的金属化合物。
实施例8
把显影后的光刻胶图形用去离子水清洗60s，用N2吹干备用；
把光刻胶图形样品放入Beneq TFS-200型ALD设备的反应腔，反应温度设为70 ℃，Ta源Ta(NEt2)5的源温设为50 ℃，等离子体功率设为80W；
将Ta(NEt2)5通入反应腔150s；
使用氩气吹扫180s去除多余的反应物和副产物，得到最终产品。
本实施例验证了Ta的反应前驱体五(二乙氨基)钽(Ta(NEt2)5，还包括五(二甲氨基)钽(Ta(NMe2)5、PDMAT)等所有等离子体化后可以在低温下与H2O反应生成Ta-O键的金属化合物。
实施例9
把显影后的光刻胶图形用去离子水清洗60s，用N2吹干备用；
把光刻胶图形样品放入Beneq TFS-200型ALD设备的反应腔，反应温度设为100℃，W源W2(NMe2)6的源温设为60 ℃，等离子体功率设为90W；
将W2(NMe2)6通入反应腔120s；
使用氩气吹扫150s去除多余的反应物和副产物，得到最终产品。
本实施例验证了W的反应前驱体二甲胺基钨(W2(NMe2)6)，还包括氟化钨(WF6)等所有等离子体化后可以在低温下与H2O反应生成W-O键的金属化合物。
实施例10
把显影后的光刻胶图形用去离子水清洗60s，用N2吹干备用；
把光刻胶图形样品放入Beneq TFS-200型ALD设备的反应腔，反应温度设为100℃，Fe源Fe(OBu-t)3的源温设为80 ℃，等离子体功率设为100W；
将Fe(OBu-t)3通入反应腔120s；
使用氩气吹扫150s去除多余的反应物和副产物，得到最终产品。
本实施例验证了Fe的反应前驱体三(叔丁氧基)铁(Fe(OBu-t)3) ，还包括三(四甲基庚二酮酸)铁(Fe(thd)3)等所有等离子体化后可以在低温下与H2O反应生成Fe-O键的金属化合物。
从上述实施例1-10能看出，要求化合物反应前驱体等离子体化后能够在低温下(<120℃)与水发生反应生成金属(类金属)-氧化学键，具体但不限于硅(Si)、锆(Zr)、铪(Hf)、钛(Ti)、镁(Mg)、铝(Al)、铁(Fe)、锌(Zn)、镍(Ni)、钽(Ta)、钨(W)的化合物前驱体。
由于光刻胶在高温下容易分解变形，所以要求通入的前驱体与H2O的反应在<120℃的温度下进行，这大大限制了通入的金属或类金属化合物的类型。而使用等离子体辅助原子层淀积技术(PEALD)可以很好的解决这个问题，因为经过等离子体化的前驱体反应活性、反应速率会大大提高，能够在低温条件下与H2O发生反应，这使得前驱体的选择范围变得极宽。另外，PEALD技术具有在较低温度和真空条件下可以对薄膜厚度、生长温度和吹扫时间等进行精确控制的优点，所以本发明的技术可控性极好。
由于光刻胶大分子之间有足够的空隙让前驱体进入并与大分子表面附着的H2O分子发生反应生成金属(类金属)-氧化学键，这些结合能很高的化学键附着在光刻胶分子表面，有效的增强光刻胶图形的机械强度，防止图形的坍塌和黏连；另外，因为这种化学键附着在光刻胶图形上，在去胶时可以轻易去除，不会引入新的污染；生长工艺简单，用时很短，效率高。生长温度低，不会对光刻胶图形造成新的破坏。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种高深度比光刻胶图形处理方法，其特征在于：基于等离子体辅助原子层淀积，抑制高深宽比光刻胶图形坍塌和黏连，将显影后的光刻胶图形样品放入原子层淀积设备反应腔，把等离子体辅助离化后的金属或类金属化合物前驱体通入反应腔，在设定反应温度条件下与光刻胶图形大分子表面附着的水分子反应生成金属/类金属-氧化学键，最后吹扫去除多余反应物和副产物，增强光刻胶图形的机械强度，抑制图形的坍塌和变形。
2.根据权利要求1所述的高深度比光刻胶图形处理方法，其特征在于：把显影液中取出的光刻胶图形放入去离子水中晃动水洗，洗好取出后用高纯N2吹干；把光刻胶图形样品放入PEALD设备反应腔，设定反应温度在40～120℃之间，把化合物反应前驱体等离子体化后通入反应腔1～600秒之间，等离子体化反应前驱体通入反应腔的时间要保证其能完成对光刻胶图形表面的完全浸润，并与H2O进行充分反应，使用惰性气体或不与反应前驱体发生化学反应的气体吹扫1～600秒之间，去除多余的反应物和副产物。
3.根据权利要求1所述的高深度比光刻胶图形处理方法，其特征在于：所述光刻胶图形为正胶或负胶，引入的金属/类金属-氧化学键附着在光刻胶分子之上。
4.根据权利要求1所述的高深度比光刻胶图形处理方法，其特征在于：所述的等离子体辅助离化是指，利用等离子体辅助原子层淀积镀膜设备，功率需满足使化合物前驱体等离子化的要求。
5.根据权利要求1所述的高深度比光刻胶图形处理方法，其特征在于：所述的化合物前驱体包括Si、Zr、Hf、Ti、Mg、Al、Fe、Zn、Ni、Ta、W的一种或多种反应前驱体。
6.根据权利要求5所述的高深度比光刻胶图形处理方法，其特征在于：所述的Si反应前驱体包括三(二甲基氨基)硅、四氯化硅，源温在15～50℃之间，反应腔的温度保持在80～120 ℃之间；所述的Zr反应前驱体包括四(乙基甲基氨)锆、四氯化锆、四(二甲胺)锆，源温在60～120 ℃之间，反应腔的温度保持在80～120 ℃之间；所述的Hf反应前驱体包括四双(乙基甲基氨)铪、氯化铪，源温在60～120 ℃之间，反应腔的温度保持在80～120 ℃之间；所述的Ti反应前驱体包括四(乙氧基)钛、四氯化钛、四(丙氧基)钛，源温在40～100 ℃之间，反应腔的温度保持在60～120 ℃之间；所述的Mg反应前驱体包括双( 环戊二烯)镁、双(乙基环戊二烯)镁，源温在50～120 ℃之间，反应腔的温度保持在60～120 ℃之间；所述的Al反应前驱体包括三甲基铝、三氯化铝、溴化铝，源温在18～45 ℃之间，反应腔的温度保持在40～120 ℃之间；所述的Fe反应前驱体包括三(四甲基庚二酮酸)铁、三(叔丁氧基)铁，源温在40～120 ℃之间，反应腔的温度保持在60～120 ℃之间；所述的Zn反应前驱体包括二乙基锌、二甲基锌，源温在18～45 ℃之间，反应腔的温度保持在40～120 ℃之间；所述的Ni反应前驱体包括双(二甲胺基甲基丙醇基)镍、双(环戊二烯)镍，源温在40～120 ℃之间，反应腔的温度保持在70～120 ℃之间；所述的Ta反应前驱体包括五(二甲氨基)钽、五(二乙氨基)钽，源温在40～120 ℃之间，反应腔的温度保持在50～120 ℃之间；所述的W反应前驱体包括二甲胺基钨、氟化钨，源温在60～120 ℃之间，反应腔的温度保持在80～120 ℃之间。
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