專利名稱：深紫外光刻膠用于濕法腐蝕的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制造工藝，特別是涉及一種光刻工藝和濕法腐蝕工藝。
技術(shù)背景
光刻是將圖形形式的電路結(jié)構(gòu)從掩膜版轉(zhuǎn)移到硅片表面的光刻膠上，形成光刻膠 掩蔽圖形。根據(jù)光刻工藝中曝光源不同，光刻分為紫外光(UV)光刻、深紫外光(DUV)光刻寸。
紫外光光刻適用于0.35 μ m以上的光刻工藝，包括G線光刻(波長為436nm)、H線 光刻(波長為405nm)、I線光刻(波長為365nm)等。
深紫外光光刻可以實(shí)現(xiàn)0.25 μ m乃至0. 18 μ m的光刻工藝，包括KrF (氟化氪)光 刻(光源為KrF準(zhǔn)分子激光，波長為M8nm) ,ArF (氟化氬)光刻(光源為ArF準(zhǔn)分子激光， 波長為193nm)等。
深紫外光光刻采用化學(xué)放大(CA)深紫外光刻膠，簡稱為深紫外光刻膠。深紫外光 刻膠是一種已知物質(zhì)，其詳細(xì)介紹例如可參考電子工業(yè)出版社2004年1月出版的《半導(dǎo)體 制造技術(shù)》第 13. 5. 4 節(jié)(作者美國 MichaelQuirk，Julian Serda)。
光刻工藝后常常跟隨刻蝕工藝或離子注入工藝?？涛g工藝包括干法刻蝕和濕法腐 蝕兩種。由于干法刻蝕可能對(duì)硅片上的敏感器件引起等離子體誘導(dǎo)損傷，因此有時(shí)需要采 用濕法腐蝕工藝。光刻之后的濕法腐蝕采用光刻膠作為掩蔽層來定義需要刻蝕掉的硅片表 面區(qū)域。
目前在在深紫外光光刻之后緊跟著進(jìn)行濕法腐蝕工藝存在如下難點(diǎn)
1、深紫外光刻膠的粘附性較差，濕法腐蝕過程中藥液容易滲入到光刻膠與硅片之 間造成橫向鉆蝕，如圖1所示。
2、試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在深紫外光光刻后緊跟著進(jìn)行無圖形濕法腐蝕(即硅片表面完全覆 蓋光刻膠)，深紫外光刻膠下方的硅片存在腐蝕現(xiàn)象，而此時(shí)深紫外光刻膠仍然覆蓋住硅 片。這意味著深紫外光刻膠很容易被濕法腐蝕藥液穿透，造成此一現(xiàn)象的原因很可能是由 于深紫外光刻膠的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)疏松。
3、對(duì)氧化硅(SiO2)進(jìn)行濕法腐蝕通常采用的藥液以氫氟酸(HF)為主，對(duì)氮化硅 (Si3N4)進(jìn)行濕法腐蝕通常采用的藥液以熱磷酸(H3PO4)為主。深紫外光刻膠很容易被氫氟 酸或磷酸腐蝕，這會(huì)引發(fā)硅片圖形的尺寸變化，增加光刻膠發(fā)生傾倒的風(fēng)險(xiǎn)。
請(qǐng)參閱圖2和圖3，這是深紫外光刻膠被濕法腐蝕藥液腐蝕的兩種示意圖。深紫 外光刻膠被腐蝕，引起了硅片圖形的尺寸變化。當(dāng)被腐蝕后的深紫外光刻膠的高度與寬度 (深紫外光刻膠與硅片相接觸的部分)的比值較大，例如大于4，則被腐蝕后的深紫外光刻 膠很可能發(fā)生傾倒。
為了克服上述問題，目前深紫外光刻膠用于濕法腐蝕工藝有兩種方法
第一種是引入底部抗反射涂層(BARC)。底部抗反射涂層位于硅片和深紫外光刻膠 之間，在涂光刻膠之前加到硅片表面。這種方法先進(jìn)行深紫外光光刻，此時(shí)底部抗反射涂層可以減少光刻時(shí)硅片表面的反射；然后進(jìn)行底部抗反射涂層刻蝕；最后進(jìn)行濕法腐蝕，此 時(shí)底部抗反射涂層與深紫外光刻膠共同作為濕法腐蝕工藝的掩蔽層。這種方法的缺點(diǎn)是成 本較高且增加了底部抗反射涂層的形成、刻蝕和去除步驟。
第二種是將濕法腐蝕工藝控制在非常短的時(shí)間內(nèi)，使得短時(shí)間內(nèi)濕法腐蝕藥液來 不及進(jìn)行鉆蝕、來不及穿透和腐蝕深紫外光刻膠，從而改善上述問題。這種方法要求濕法腐 蝕時(shí)間一般限制在5分鐘以下，因此導(dǎo)致對(duì)硅片的刻蝕量(刻蝕深度)、工藝的均勻性、穩(wěn)定 性的控制能力差。
上述兩種方法都存在缺陷，目前半導(dǎo)體業(yè)界普遍認(rèn)為深紫外光刻膠無法直接、單 獨(dú)、不加時(shí)間限制地作為濕法腐蝕工藝的掩蔽層。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種深紫外光刻膠用于濕法腐蝕的方法，該方 法中深紫外光刻膠直接作為濕法腐蝕工藝的掩蔽層，不需要引入底部抗反射涂層，也不需 要限制濕法腐蝕工藝的時(shí)間。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明深紫外光刻膠用于濕法腐蝕的方法包括如下步驟
第1步，在已涂有深紫外光刻膠的硅片上進(jìn)行深紫外光光刻；
第2步，對(duì)硅片上的深紫外光刻膠進(jìn)行任意雜質(zhì)的離子注入；
第3步，以硅片上的經(jīng)過離子注入后的深紫外光刻膠作為掩蔽層進(jìn)行濕法腐蝕；
或者，所述方法的第1步和第2步互換順序。
本發(fā)明通過對(duì)深紫外光刻膠進(jìn)行任意雜質(zhì)的離子注入，可以明顯提高深紫外光刻 膠的粘附性，使深紫外光刻膠不易被濕法腐蝕藥液穿透和腐蝕。


圖1是刻蝕工藝中出現(xiàn)橫向鉆蝕的示意圖2和圖3是深紫外光刻膠被濕法腐蝕藥液腐蝕的兩種示意圖4是本發(fā)明深紫外光刻膠用于濕法腐蝕的方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖4，本發(fā)明深紫外光刻膠用于濕法腐蝕的方法包括如下步驟
第1步，在已經(jīng)涂有深紫外光刻膠層的硅片上進(jìn)行光刻，形成光刻膠掩蔽圖形。
第2步，對(duì)第1步所形成的光刻膠掩蔽圖形進(jìn)行任意雜質(zhì)的離子注入。
第3步，以第2步離子注入后的光刻膠掩蔽圖形為掩蔽層，對(duì)硅片進(jìn)行濕法腐蝕工 藝。
上述方法的第1步和第2步的順序可以互換，即
第1’步，在已經(jīng)涂有深紫外光刻膠層的硅片上對(duì)光刻膠進(jìn)行任意雜質(zhì)的離子注 入。
第2’步，對(duì)第1’步所形成的硅片進(jìn)行光刻，形成光刻膠掩蔽圖形。
第3步，以第2’步所形成的光刻膠掩蔽圖形為掩蔽層，對(duì)硅片進(jìn)行濕法腐蝕工藝。
本發(fā)明中，硅片表面可以是氧化硅、氮化硅、硅(Si)等。深紫外光刻膠直接旋涂在硅片表面，兩者之間沒有底部抗反射涂層。對(duì)硅進(jìn)行濕法腐蝕的藥液通常以強(qiáng)酸如鹽酸、硝 酸、硫酸等為主。
本發(fā)明對(duì)深紫外光刻膠進(jìn)行任意雜質(zhì)的離子注入，其原理是用較小的雜質(zhì)分子對(duì) 具有較大間隙的深紫外光刻膠分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行填充，離子注入后的深紫外光刻膠因而具有更 好的粘附性、抗穿透性和抗腐蝕性。在已經(jīng)進(jìn)行的試驗(yàn)中，對(duì)深紫外光刻膠進(jìn)行離子注入的 雜質(zhì)可以是P型雜質(zhì)如硼(B)、銦(In)等，也可以是η型雜質(zhì)如磷(P)、砷(As)等，還可以 是中性雜質(zhì)如硅、碳(C)等。由于上面闡述的原理，有理由相信對(duì)深紫外光刻膠進(jìn)行任意雜 質(zhì)的離子注入都能使其疏松的分子結(jié)構(gòu)變得致密。
一般情況下，本發(fā)明中的離子注入僅對(duì)深紫外光刻膠層進(jìn)行，這即意味著離子注 入的投影射程(注入離子在被注入材料中穿行的距離)小于或等于深紫外光刻膠的厚度。 此時(shí)光刻膠層下方的硅片表面沒有離子注入。
離子注入的射程與其能量有關(guān)。本發(fā)明中，對(duì)深紫外光刻膠進(jìn)行離子注入的能量 為0. 1 IOMeV,劑量為IXlO11 1 X 1020atom/cm2o優(yōu)選情況下，對(duì)深紫外光刻膠進(jìn)行離 子注入的能量為2 50keV，劑量為5 X IO12 1 X 1016atom/cm2。
在一些特殊工藝中，本來就需要對(duì)深紫外光刻膠下方的硅片表面進(jìn)行離子注入。 此時(shí)離子注入的投影射程可大于深紫外光刻膠的厚度，即深紫外光刻膠和硅片表面同時(shí)被 注入離子。此時(shí)離子注入的雜質(zhì)根據(jù)硅片表面的雜質(zhì)注入需求來選擇。此時(shí)離子注入的能 量和劑量可比單純對(duì)深紫外光刻膠層進(jìn)行離子注入時(shí)的能量和劑量更大。但是，離子注入 的能量和劑量越大，深紫外光刻膠中所摻雜的雜質(zhì)就越多，其粘附性、抗腐蝕性就越好，也 就越難以濕法腐蝕工藝剝離光刻膠。因此離子注入的能量和劑量的上限應(yīng)充分考慮深紫外 光刻膠的去膠能力。
本發(fā)明深紫外光刻膠用于濕法腐蝕的方法，如將未經(jīng)過離子注入的深紫外光刻膠 對(duì)于濕法腐蝕藥液的刻蝕速率設(shè)為xl，將經(jīng)過離子注入的深紫外光刻膠對(duì)于濕法腐蝕藥 液的刻蝕速率設(shè)為x2，則x2 ^ 0. 5x1 ；即經(jīng)過離子注入后深紫外光刻膠對(duì)濕法腐蝕藥液的 刻蝕速率下降50%以上。如將未經(jīng)過濕法腐蝕、但已經(jīng)過光刻的深紫外光刻膠的寬度設(shè) 為yl，高度設(shè)為zl ；將經(jīng)過濕法腐蝕的深紫外光刻膠寬度(即深紫外光刻膠與硅片表面相 接觸的尺寸)設(shè)為y2，高度設(shè)為z2 ；則y2彡0.67yl，z2 ^ 0. 67zl, z2/y2<4;即經(jīng)過離 子注入后深紫外光刻膠在濕法腐蝕后的寬度和高度尺寸的縮小比例小于33%，高寬比小于 4 (從而確保不發(fā)生傾倒缺陷)。
下面僅舉一個(gè)具體的實(shí)施例。硅片表面為氧化硅，對(duì)氧化硅進(jìn)行濕法腐蝕的藥液 中包括水、氫氟酸和氟化銨(NH4F)。通常藥液中氫氟酸的重量百分比為0. 14%，優(yōu)選 為 4. 6%。
第1步，在硅片表面上旋涂深紫外光刻膠，并對(duì)該深紫外光刻膠層進(jìn)行深紫外光 刻。深紫外光刻的曝光源例如為KrF準(zhǔn)分子激光或ArF準(zhǔn)分子激光。
此時(shí)通過試驗(yàn)測(cè)定深紫外光刻膠在上述氫氟酸藥液中的刻蝕速率為50 100人/ 分鐘，4 6分鐘后光刻膠開始出現(xiàn)傾倒。以8英寸硅片為例，6分鐘后深紫外光刻膠層出 現(xiàn)產(chǎn)生約500 1000處傾倒缺陷，15分鐘后硅片表面出現(xiàn)深紫外光刻膠層大片剝離現(xiàn)象， 30分鐘后所有的深紫外光刻膠都被去除。
第2步，對(duì)硅片上的深紫外光刻膠進(jìn)行硼的離子注入，劑量為lXK^atom/cm2，能
此時(shí)通過試驗(yàn)測(cè)定，離子注入后的深紫外光刻膠在上述氫氟酸藥液中的刻蝕速率 下降到50人/分鐘以下，無傾倒缺陷的時(shí)間從約5分鐘延長到15分鐘以上。本實(shí)施例中， 當(dāng)離子注入的雜質(zhì)改為磷，其余條件不變時(shí)，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定具有同樣的技術(shù)效果。
綜上所述，本發(fā)明通過對(duì)深紫外光刻膠進(jìn)行任意雜質(zhì)的離子注入，改善了深紫外 光刻膠的粘附性、抗穿透性和抗腐蝕性。從而使深紫外光刻膠直接、單獨(dú)、不加時(shí)間限制地 作為濕法腐蝕工藝的掩蔽層成為可能。
上述各結(jié)構(gòu)、各工藝步驟及具體數(shù)值等均為示意之用。在不違反本發(fā)明原理、思想 及精神的前提下，對(duì)上述各實(shí)施例所作的任何改變、修飾及變化，均應(yīng)視作本發(fā)明的保護(hù)范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種深紫外光刻膠用于濕法腐蝕的方法，其特征是，包括如下步驟第1步，在已涂有深紫外光刻膠的硅片上進(jìn)行深紫外光光刻；第2步，對(duì)硅片上的深紫外光刻膠進(jìn)行任意雜質(zhì)的離子注入；第3步，以硅片上的經(jīng)過離子注入后的深紫外光刻膠作為掩蔽層進(jìn)行濕法腐蝕；或者，所述方法的第1步和第2步互換順序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深紫外光刻膠用于濕法腐蝕的方法，其特征是，所述方法第1 步中，所述深紫外光光刻的曝光源為氟化氪準(zhǔn)分子激光或氟化氬準(zhǔn)分子激光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深紫外光刻膠用于濕法腐蝕的方法，其特征是，所述方法第1 步中，所述硅片表面為硅、氧化硅或氮化硅，所述深紫外光刻膠與硅片表面之間不包括底部 抗反射涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深紫外光刻膠用于濕法腐蝕的方法，其特征是，所述方法第2 步中，所述離子注入的能量為0. 1 IOMeV,劑量為IXlO11 1 X 1020atom/cm2o
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深紫外光刻膠用于濕法腐蝕的方法，其特征是，所述方法第2 步中，所述離子注入的能量為2 50keV，劑量為5 X IO12 1 X 1016atOm/cm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深紫外光刻膠用于濕法腐蝕的方法，其特征是，所述方法第2 步中，所述離子注入的雜質(zhì)為硼、銦、磷、砷、碳、硅的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深紫外光刻膠用于濕法腐蝕的方法，其特征是，所述方法第2 步中，所述離子注入的投影射程小于或等于光刻膠的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深紫外光刻膠用于濕法腐蝕的方法，其特征是，所述方法第 2步中，所述離子注入的投影射程大于光刻膠的厚度，即光刻膠和硅片表面同時(shí)進(jìn)行離子注 入。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種深紫外光刻膠用于濕法腐蝕的方法，包括如下步驟第1步，在已涂有深紫外光刻膠的硅片上進(jìn)行深紫外光光刻；第2步，對(duì)硅片上的深紫外光刻膠進(jìn)行任意雜質(zhì)的離子注入；第3步，以硅片上的經(jīng)過離子注入后的深紫外光刻膠作為掩蔽層進(jìn)行濕法腐蝕；或者，所述方法的第1步和第2步互換順序。本發(fā)明通過對(duì)深紫外光刻膠進(jìn)行任意雜質(zhì)的離子注入，可以明顯提高深紫外光刻膠的粘附性，使深紫外光刻膠不易被濕法腐蝕藥液穿透和腐蝕。
文檔編號(hào)G03F7/20GK102034691SQ20091005794
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者吳鵬, 王雷 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司