深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法技术

本发明专利技术公开了一种深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法，包括如下步骤：第１步，在已涂有深紫外光刻胶的硅片上进行深紫外光光刻；第２步，对硅片上的深紫外光刻胶进行任意杂质的离子注入；第３步，以硅片上的经过离子注入后的深紫外光刻胶作为掩蔽层进行湿法腐蚀；或者，所述方法的第１步和第２步互换顺序。本发明专利技术通过对深紫外光刻胶进行任意杂质的离子注入，可以明显提高深紫外光刻胶的粘附性，使深紫外光刻胶不易被湿法腐蚀药液穿透和腐蚀。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体制造工艺，特别是涉及一种光刻工艺和湿法腐蚀工艺。技术背景光刻是将图形形式的电路结构从掩膜版转移到硅片表面的光刻胶上，形成光刻胶 掩蔽图形。根据光刻工艺中曝光源不同，光刻分为紫外光(UV)光刻、深紫外光(DUV)光刻寸。紫外光光刻适用于0.35 μ m以上的光刻工艺，包括G线光刻(波长为436nm)、H线 光刻(波长为405nm)、I线光刻(波长为365nm)等。深紫外光光刻可以实现0.25 μ m乃至0. 18 μ m的光刻工艺，包括KrF (氟化氪)光 刻(光源为KrF准分子激光，波长为M8nm) ,ArF (氟化氩)光刻(光源为ArF准分子激光， 波长为193nm)等。深紫外光光刻采用化学放大(CA)深紫外光刻胶，简称为深紫外光刻胶。深紫外光 刻胶是一种已知物质，其详细介绍例如可参考电子工业出版社2004年1月出版的《半导体 制造技术》第 13. 5. 4 节(作者美国 MichaelQuirk，Julian Serda)。光刻工艺后常常跟随刻蚀工艺或离子注入工艺。刻蚀工艺包括干法刻蚀和湿法腐 蚀两种。由于干法刻蚀可能对硅片上的敏感器件引起等离子体诱导损伤，因此有时需要采 用湿法腐蚀工艺。光刻之后的湿法腐蚀采用光刻胶作为掩蔽层来定义需要刻蚀掉的硅片表 面区域。目前在在深紫外光光刻之后紧跟着进行湿法腐蚀工艺存在如下难点1、深紫外光刻胶的粘附性较差，湿法腐蚀过程中药液容易渗入到光刻胶与硅片之 间造成横向钻蚀，如图1所示。2、试验发现，在深紫外光光刻后紧跟着进行无图形湿法腐蚀(即硅片表面完全覆 盖光刻胶)，深紫外光刻胶下方的硅片存在腐蚀现象，而此时深紫外光刻胶仍然覆盖住硅 片。这意味着深紫外光刻胶很容易被湿法腐蚀药液穿透，造成此一现象的原因很可能是由 于深紫外光刻胶的化学分子结构疏松。3、对氧化硅(SiO2)进行湿法腐蚀通常采用的药液以氢氟酸(HF)为主，对氮化硅 (Si3N4)进行湿法腐蚀通常采用的药液以热磷酸(H3PO4)为主。深紫外光刻胶很容易被氢氟 酸或磷酸腐蚀，这会引发硅片图形的尺寸变化，增加光刻胶发生倾倒的风险。请参阅图2和图3，这是深紫外光刻胶被湿法腐蚀药液腐蚀的两种示意图。深紫 外光刻胶被腐蚀，引起了硅片图形的尺寸变化。当被腐蚀后的深紫外光刻胶的高度与宽度 (深紫外光刻胶与硅片相接触的部分)的比值较大，例如大于4，则被腐蚀后的深紫外光刻 胶很可能发生倾倒。为了克服上述问题，目前深紫外光刻胶用于湿法腐蚀工艺有两种方法第一种是引入底部抗反射涂层(BARC)。底部抗反射涂层位于硅片和深紫外光刻胶 之间，在涂光刻胶之前加到硅片表面。这种方法先进行深紫外光光刻，此时底部抗反射涂层可以减少光刻时硅片表面的反射；然后进行底部抗反射涂层刻蚀；最后进行湿法腐蚀，此 时底部抗反射涂层与深紫外光刻胶共同作为湿法腐蚀工艺的掩蔽层。这种方法的缺点是成 本较高且增加了底部抗反射涂层的形成、刻蚀和去除步骤。第二种是将湿法腐蚀工艺控制在非常短的时间内，使得短时间内湿法腐蚀药液来 不及进行钻蚀、来不及穿透和腐蚀深紫外光刻胶，从而改善上述问题。这种方法要求湿法腐 蚀时间一般限制在5分钟以下，因此导致对硅片的刻蚀量(刻蚀深度)、工艺的均勻性、稳定 性的控制能力差。上述两种方法都存在缺陷，目前半导体业界普遍认为深紫外光刻胶无法直接、单 独、不加时间限制地作为湿法腐蚀工艺的掩蔽层。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，该方 法中深紫外光刻胶直接作为湿法腐蚀工艺的掩蔽层，不需要引入底部抗反射涂层，也不需 要限制湿法腐蚀工艺的时间。为解决上述技术问题，本专利技术包括如下步骤第1步，在已涂有深紫外光刻胶的硅片上进行深紫外光光刻；第2步，对硅片上的深紫外光刻胶进行任意杂质的离子注入；第3步，以硅片上的经过离子注入后的深紫外光刻胶作为掩蔽层进行湿法腐蚀；或者，所述方法的第1步和第2步互换顺序。本专利技术通过对深紫外光刻胶进行任意杂质的离子注入，可以明显提高深紫外光刻 胶的粘附性，使深紫外光刻胶不易被湿法腐蚀药液穿透和腐蚀。附图说明图1是刻蚀工艺中出现横向钻蚀的示意图2和图3是深紫外光刻胶被湿法腐蚀药液腐蚀的两种示意图4是本专利技术的流程图。具体实施方式请参阅图4，本专利技术包括如下步骤第1步，在已经涂有深紫外光刻胶层的硅片上进行光刻，形成光刻胶掩蔽图形。第2步，对第1步所形成的光刻胶掩蔽图形进行任意杂质的离子注入。第3步，以第2步离子注入后的光刻胶掩蔽图形为掩蔽层，对硅片进行湿法腐蚀工 艺。上述方法的第1步和第2步的顺序可以互换，即第1’步，在已经涂有深紫外光刻胶层的硅片上对光刻胶进行任意杂质的离子注 入。第2’步，对第1’步所形成的硅片进行光刻，形成光刻胶掩蔽图形。第3步，以第2’步所形成的光刻胶掩蔽图形为掩蔽层，对硅片进行湿法腐蚀工艺。本专利技术中，硅片表面可以是氧化硅、氮化硅、硅(Si)等。深紫外光刻胶直接旋涂在硅片表面，两者之间没有底部抗反射涂层。对硅进行湿法腐蚀的药液通常以强酸如盐酸、硝 酸、硫酸等为主。本专利技术对深紫外光刻胶进行任意杂质的离子注入，其原理是用较小的杂质分子对 具有较大间隙的深紫外光刻胶分子结构进行填充，离子注入后的深紫外光刻胶因而具有更 好的粘附性、抗穿透性和抗腐蚀性。在已经进行的试验中，对深紫外光刻胶进行离子注入的 杂质可以是P型杂质如硼(B)、铟(In)等，也可以是η型杂质如磷(P)、砷(As)等，还可以 是中性杂质如硅、碳(C)等。由于上面阐述的原理，有理由相信对深紫外光刻胶进行任意杂 质的离子注入都能使其疏松的分子结构变得致密。一般情况下，本专利技术中的离子注入仅对深紫外光刻胶层进行，这即意味着离子注 入的投影射程(注入离子在被注入材料中穿行的距离)小于或等于深紫外光刻胶的厚度。 此时光刻胶层下方的硅片表面没有离子注入。离子注入的射程与其能量有关。本专利技术中，对深紫外光刻胶进行离子注入的能量 为0. 1 IOMeV,剂量为IXlO11 1 X 1020atom/cm2o优选情况下，对深紫外光刻胶进行离 子注入的能量为2 50keV，剂量为5 X IO12 1 X 1016atom/cm2。在一些特殊工艺中，本来就需要对深紫外光刻胶下方的硅片表面进行离子注入。 此时离子注入的投影射程可大于深紫外光刻胶的厚度，即深紫外光刻胶和硅片表面同时被 注入离子。此时离子注入的杂质根据硅片表面的杂质注入需求来选择。此时离子注入的能 量和剂量可比单纯对深紫外光刻胶层进行离子注入时的能量和剂量更大。但是，离子注入 的能量和剂量越大，深紫外光刻胶中所掺杂的杂质就越多，其粘附性、抗腐蚀性就越好，也 就越难以湿法腐蚀工艺剥离光刻胶。因此离子注入的能量和剂量的上限应充分考虑深紫外 光刻胶的去胶能力。本专利技术，如将未经过离子注入的深紫外光刻胶 对于湿法腐蚀药液的刻蚀速率设为xl，将经过离子注入的深紫外光刻胶对于湿法腐蚀药 液的刻蚀速率设为x2，则x2 ^ 0. 5x1 ；即经过离子注入后深紫外光刻胶对湿法腐蚀药液的 刻蚀速率下降50%以上。如将未经过湿法腐蚀、但已经过光刻的深紫外光刻胶的宽度设 为yl，高度设为zl ；将经过湿法腐蚀的深紫外光刻胶宽度(即深紫外光刻胶与硅片表面相 接触的尺寸)设为y2，高度设为z2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种深紫外光刻胶用于湿法腐蚀的方法，其特征是，包括如下步骤：第１步，在已涂有深紫外光刻胶的硅片上进行深紫外光光刻；第２步，对硅片上的深紫外光刻胶进行任意杂质的离子注入；第３步，以硅片上的经过离子注入后的深紫外光刻胶作为掩蔽层进行湿法腐蚀；或者，所述方法的第１步和第２步互换顺序。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，吴鹏，
申请(专利权)人：上海华虹NEC电子有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]