CN116013770B - 一种防止光刻胶层发生脱落的方法及半导体结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种防止光刻胶层发生脱落的方法及半导体结构，防止光刻胶层发生脱落的方法通过提供衬底，在衬底表面形成栅极氧化层，对栅极氧化层的上表面进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层，粘附层具有较强的粘附性，在粘附层的表面涂覆光刻胶，从而实现将光刻胶粘附固定于栅极氧化层，避免湿法刻蚀过程中易导致光刻胶的剥离，导致最终刻蚀的图案与设定不符，同时会摧毁其它图案的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种防止光刻胶层发生脱落的方法及半导体结构。
背景技术
半导体制造过程中双栅工艺可满足对两种开启电压设计的需求。一般较高的开启电压对应厚栅氧，另外一种就是膜栅氧可通过较低的开启电压实现MOS管的导通。生产制造过程中双栅工艺一般是先长厚栅氧，然后通过光刻工艺将其中一部分栅氧化层暴露出来，剩余部分则被光刻胶覆盖住。通过湿法刻蚀工艺将暴露出来的厚栅氧化层反应掉至暴露出衬底，但由于氧化物具有高度亲水表面，表现为很差的光刻胶粘附性，因此在湿法刻蚀过程中易导致光刻胶的剥离，导致最终刻蚀的图案与设定不符，同时会摧毁其它图案。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种防止光刻胶层发生脱落的方法，旨在解决现有技术中，在湿法刻蚀过程中易导致光刻胶的剥离的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种防止光刻胶层发生脱落的方法，包括以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底表面形成栅极氧化层；
对所述栅极氧化层的上表面进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层；
在所述粘附层的表面涂覆光刻胶。
可选地，所述栅极氧化层的材料包括氧化硅；和/或，
所述衬底的材质包括硅。
可选地，所述粘附层包括SION膜层。
可选地，构成所述粘附层的材料中包括-NH2。
可选地，在进行掺氮处理时，掺入的氮原子数为栅极氧化层的原子数的5％～20％。
可选地，所述对所述栅极氧化层进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层的步骤中：
所述固化处理包括退火处理，所述退火处理的温度为T，退火处理时间为t1，其中，T>1000℃，t1>30s。
可选地，所述退火处理的温度为1100℃，退火处理的时间为60s。
可选地，所述退火处理的升温速度在40～60℃/s。
可选地，所述对所述栅极氧化层进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层的步骤中：
掺氮处理的时间为t2，其中，20s<t2≤120s。
为实现上述目的，本发明提出一种基于如上述所述的防止光刻胶层发生脱落的方法制备的半导体结构，所述半导体结构包括由下至上依次设置的衬底、栅极氧化层、粘附层以及覆光刻胶，其中，所述粘附层包括SION膜层和/或构成所述粘附层的材料中包括-NH2。
本发明提供的防止光刻胶层发生脱落的方法为：通过提供衬底，在所述衬底表面形成栅极氧化层，对所述栅极氧化层的上表面进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层，所述粘附层具有较强的粘附性，在所述粘附层的表面涂覆光刻胶，从而实现将光刻胶粘附固定于栅极氧化层，避免湿法刻蚀过程中易导致光刻胶的剥离，导致最终刻蚀的图案与设定不符，同时会摧毁其它图案的问题
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提出的防止光刻胶层发生脱落的方法的一实施例的流程示意图；
图2为本发明提出的半导体结构的示意图；
图3为图2中A处局部放大示意图；
图4为图1中半导体结构的原子构成示意图；
图5为在进行掺氮处理时，氮原子浓度随着渗透至所述栅极氧化层的深度的变化示意图。
附图标号说明：
| 标号 | 名称 | 标号 | 名称 |
| 100 | 半导体结构 | 3 | 粘附层 |
| 1 | 衬底 | 4 | 光刻胶 |
| 2 | 栅极氧化层 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
半导体制造过程中双栅工艺可满足对两种开启电压设计的需求。一般较高的开启电压对应厚栅氧，另外一种就是膜栅氧可通过较低的开启电压实现MOS管的导通。生产制造过程中双栅工艺一般是先长厚栅氧，然后通过光刻工艺将其中一部分栅氧化层暴露出来，剩余部分则被光刻胶覆盖住。通过湿法刻蚀工艺将暴露出来的厚栅氧化层反应掉至暴露出衬底，但由于氧化物具有高度亲水表面，表现为很差的光刻胶粘附性，因此在湿法刻蚀过程中易导致光刻胶的剥离，导致最终刻蚀的图案与设定不符，同时会摧毁其它图案。
鉴于此，本发明提出一种防止光刻胶层发生脱落的方法以及半导体结构，以解决现有技术中，在湿法刻蚀过程中易导致光刻胶的剥离，导致最终刻蚀的图案与设定不符，同时会摧毁其它图案的问题。
具体地，参照图2至图3，所述半导体结构100包括由下至上依次设置的衬底1、栅极氧化层2、粘附层3以及覆光刻胶4，其中，所述粘附层3包括SION膜层和/或构成所述粘附层3的材料中包括-NH2，如此设置，由于所述粘附层3包括SION膜层和/或构成所述粘附层3的材料中包括-NH2，SION膜层和/或-NH2可以增加所述栅极氧化层2与所述光刻胶的粘附力，使得所述光刻胶与所述栅极氧化层2之间连接紧固且稳定，解决在湿法刻蚀过程中易导致光刻胶的剥离，导致最终刻蚀的图案与设定不符，同时会摧毁其它图案的问题。
具体地，本申请提供一种防止光刻胶层发生脱落的方法，用于上述所述半导体结构的加工，参照图1，所述防止光刻胶层发生脱落的方法包括以下步骤：
步骤S10、提供衬底1；
需要说明的是，所述衬底1的材质为半导体材料，具体地，在本申请的实施例中，所述衬底1的材质包括硅，当然，在其他实施例中，所述衬底1的材质可以为氧化硅等。具体地，本申请对此不作限定。
步骤S20、在所述衬底1表面形成栅极氧化层2；
需要说明的是，所述栅极氧化层2的材质包括氧化硅，当然，在其他实施例中，所述栅极氧化层2可以根据需要进行选定，本申请对此不作限定。
步骤S40、对所述栅极氧化层2的上表面进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层3；
具体地，在一个实施例中，参照图4，所述粘附层3包括SION膜层，如此设置，SION结构可提高栅极氧化层2的介电常数，提高耐电压能力，同时亦可提高与光刻胶的粘附性。
具体地，在另一个实施例中，构成所述粘附层3的材料中包括-NH2，-NH2(胺基)会比栅极氧化层2的表面自由基对光刻胶的粘附性更强，从而使得光刻胶紧密粘贴与所述栅极氧化层2，避免湿法刻蚀过程中光刻胶剥离。
需要说明的是，-NH2产生的方式为在掺氮处理过程中，利用例如压强高于约5托的高压等离子体工艺可获得高的自由基密度对离子密度。高压会促进离子与电子快速再结合而留下中性自由基物种和非活性物种。在某些实施例中，形成自由基气体。在某些实施例中，以各种方法可使用远程等离子体来选择性地产生自由基物种。具体地，在本申请的实施例中，参照图4，SION膜层具有悬挂的N，悬挂的N会吸引H，以在表面形成相对稳定的结构-NH2，具体地，悬挂的N吸引H的技术已经成熟，相应的原理属于现有技术，本申请在此不一一赘述。
具体地，在进行掺氮处理时，掺入的氮原子数为栅极氧化层2的原子数的5％～20％，如此，保证了所述粘附层3的形成，且形成的所述粘附层3可以很好地将所述光刻胶粘接固定于栅极氧化层2，避免湿法刻蚀过程中光刻胶剥离。
进一步地，步骤S40所述对所述栅极氧化层2进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层3的步骤中：所述固化处理包括退火处理，所述退火处理的温度为T，退火处理时间为t1，其中，T>1000℃，t1>30s，如此设置，由于氮是在一定能量的作用下进入所述栅极氧化层2，氮会对所述栅极氧化层2表面的晶格造成损伤，通过退火能有效修复这些晶格损伤，将N封锁在晶格内，为了更好地修复晶格损伤并将N封锁在晶格内，采用退火温度大于1000℃，且退火时间大于30s。优选地，本申请中所述退火处理的温度为1100℃，退火处理的时间为60s。当然，在其他实施例中，所述退火温度和时间可以根据需要进行选定，本申请对此不作限定。
进一步地，所述退火处理的升温速度在40～60℃/s，如此设置，可以在短时间内使得退火温度达到需求温度，尽可能的减少氮的逃逸，提高了退火处理的效果。优选地，在本申请的实施例中，所述退火处理升温速度为50℃/s，当然，在其他实施例中，所述退火处理升温速度可以根据需要进行选定，本申请对此不作限定。
具体地，所述对所述栅极氧化层2进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层3的步骤中：掺氮处理的时间为t2，其中，20s<t2≤120s，如此设置，防止氮原子逃逸。优选地，在本申请的实施例中，所述掺氮时间为90s。
步骤S50、在所述粘附层3的表面涂覆光刻胶4。
考虑到所述栅极氧化层2的表面的杂质将影响所述粘附层3的质量，在步骤S40之前还包括步骤S30、对所述栅极氧化层2进行预清洗，以去除所述栅极氧化层2表面的杂质；
上述步骤中，通过对所述栅极氧化层2进行预清洗，以去除所述栅极氧化层2表面的杂质，便于后续进行掺氮处理，提高所述粘附层3的品质。具体地，清洗液为NH4OH和H2O2的混合液。当然，在其他实施例中，所述清洗液可以根据需要进行选定，本申请对此不作限定。
需要说明的是，通过DPN(decouple plasma nitridation)工艺对所述栅极氧化层2进行掺氮处理，具体地，通过AMAT Centura机台实现等离子体耦合氮化工艺实现氮气离子化，再通过扩散的方式使离化的氮原子进入到氧化层的表面。具体地，AMAT Centura机台射频功率2000W，射频工作周期37.5％，压力35mT，气体是氮气。
需要说明的是，通过PNA(post nitridation anneal)工艺实现退火处理，通过AMAT Centura机台实现DPN工艺后立即进行退火工艺，是为了尽可能的减少氮的逃逸。
本发明提供的防止光刻胶层发生脱落的方法通过提供衬底1，在所述衬底1表面形成栅极氧化层2，对所述栅极氧化层2的上表面进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层3，所述粘附层3具有较强的粘附性，在所述粘附层3的表面涂覆光刻胶4，从而实现将光刻胶4粘附固定于栅极氧化层2，避免湿法刻蚀过程中易导致光刻胶4的剥离，导致最终刻蚀的图案与设定不符，同时会摧毁其它图案的问题。
以下给出本发明防止光刻胶层发生脱落的方法的一实施例：
(1)提供衬底1，所述衬底1的材质包括硅；
(2)在所述衬底1表面形成栅极氧化层2，所述栅极氧化层2的材质包括氧化硅；
(3)对所述栅极氧化层2进行预清洗，以去除所述栅极氧化层2表面的杂质；
(4)对所述栅极氧化层2的上表面进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层3，所述粘附层3包括SION膜层，和/或，构成所述粘附层3的材料中包括-NH2；在进行掺氮处理时，掺入的氮原子数为栅极氧化层2的原子数的5％～20％，所述固化处理包括退火处理，所述退火处理的温度为T，退火处理时间为t1，其中，T>1000℃，t1>30s，所述退火处理的升温速度在40～60℃/s，掺氮处理的时间为t2，其中，20s<t2≤120s。
(5)在所述粘附层3的表面涂覆光刻胶4。
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
(1)提供衬底1，所述衬底1的材质包括硅；
(2)在所述衬底1表面形成栅极氧化层2，所述栅极氧化层2的材质包括氧化硅；
(3)对所述栅极氧化层2进行预清洗，以去除所述栅极氧化层2表面的杂质；
(4)对所述栅极氧化层2的上表面进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层3，所述粘附层3包括SION膜层，构成所述粘附层3的材料中包括-NH2；在进行掺氮处理时，掺入的氮原子数为栅极氧化层2的原子数的5％，所述固化处理包括退火处理，所述退火处理的温度为T，退火处理时间为t1，其中，T＝1010℃，t1＝35，所述退火处理的升温速度在40℃/s，掺氮处理的时间为t2，其中，t2＝120s。
(5)在所述粘附层3的表面涂覆光刻胶4。
实施例2
(1)提供衬底1，所述衬底1的材质包括硅；
(2)在所述衬底1表面形成栅极氧化层2，所述栅极氧化层2的材质包括氧化硅；
(3)对所述栅极氧化层2进行预清洗，以去除所述栅极氧化层2表面的杂质；
(4)对所述栅极氧化层2的上表面进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层3，所述粘附层3包括SION膜层，构成所述粘附层3的材料中包括-NH2；在进行掺氮处理时，掺入的氮原子数为栅极氧化层2的原子数的20％，所述固化处理包括退火处理，所述退火处理的温度为T，退火处理时间为t1，其中，T＝1200℃，t1＝40s，所述退火处理的升温速度在40～60℃/s，掺氮处理的时间为t2，其中，t2＝20s。
(5)在所述粘附层3的表面涂覆光刻胶4。
实施例3
(1)提供衬底1，所述衬底1的材质包括硅；
(2)在所述衬底1表面形成栅极氧化层2，所述栅极氧化层2的材质包括氧化硅；
(3)对所述栅极氧化层2进行预清洗，以去除所述栅极氧化层2表面的杂质；
(4)对所述栅极氧化层2的上表面进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层3，所述粘附层3包括SION膜层,构成所述粘附层3的材料中包括-NH2；在进行掺氮处理时，掺入的氮原子数为栅极氧化层2的原子数的22.5％，所述固化处理包括退火处理，所述退火处理的温度为T，退火处理时间为t1，其中，T＝1200℃，t1＝50s，所述退火处理的升温速度在50℃/s，掺氮处理的时间为t2，其中，t2＝90s。
(5)在所述粘附层3的表面涂覆光刻胶4。
实施例4
删除步骤(4)中的构成所述粘附层3的材料中包括-NH2，其余均与实施例1相同。
实施例5
删除步骤(4)中的所述粘附层3包括SION膜层，其余均与实施例1相同。
对比例1
不进行步骤(4)，其余均与实施例1相同。
通过对比上述实施例可知，所述粘附层3包括SION膜层和-NH2，所述光刻胶与所述栅极氧化层2粘接牢固，在湿法刻蚀过程中光刻胶4不会剥离，最终刻蚀的图案设定相符符，另外，此处N2只是作为被激发的材料，只要量足够即可，一般N2流速在80-1000sccm，不对SION造成明显的影响。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种防止光刻胶层发生脱落的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底；
在所述衬底表面形成栅极氧化层；
通过压强高于5托的等离子体工艺对所述栅极氧化层的上表面进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层；所述固化处理包括退火处理；所述粘附层包括SION膜层，构成所述粘附层的材料中包括-NH2；
在所述粘附层的表面涂覆光刻胶。
2.如权利要求1所述的防止光刻胶层发生脱落的方法，其特征在于，所述栅极氧化层的材料包括氧化硅；和/或，
所述衬底的材质包括硅。
3.如权利要求1所述的防止光刻胶层发生脱落的方法，其特征在于，在进行掺氮处理时，掺入的氮原子数为栅极氧化层的原子数的5％～20％。
4.如权利要求1所述的防止光刻胶层发生脱落的方法，其特征在于，所述对所述栅极氧化层进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层的步骤中：
所述退火处理的温度为T，退火处理时间为t1，其中，T>1000℃，t1>30s。
5.如权利要求4所述的防止光刻胶层发生脱落的方法，其特征在于，所述退火处理的温度为1100℃，退火处理的时间为60s。
6.如权利要求4所述的防止光刻胶层发生脱落的方法，其特征在于，所述退火处理的升温速度在40～60℃/s。
7.如权利要求1所述的防止光刻胶层发生脱落的方法，其特征在于，所述对所述栅极氧化层进行掺氮处理，并经过固化处理，以形成粘附层的步骤中：
掺氮处理的时间为t2，其中，20s<t2≤120s。
8.一种基于如权利要求1至7任意一项所述的防止光刻胶层发生脱落的方法制备的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构包括由下至上依次设置的衬底、栅极氧化层、粘附层以及覆光刻胶，其中，所述粘附层包括SION膜层和/或构成所述粘附层的材料中包括-NH2。
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