專利名稱：防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造領域，更具體地說，本發明涉及一種防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法。
背景技術：
先進的集成電路芯片通常會集成多種功能器件。多種功能器件一般需要對應不同的場效應晶體管(FETs)。多柵氧(multiple gate oxide)工藝是在同一芯片內制作不同的場效應晶體管的常用方法。有多種方法可以實現多柵氧。例如，圖1-圖5展示了雙柵氧(dual gate oxide)的制作工藝流程。在已經形成淺隔絕溝道2并且沉積了氧化硅薄膜3的硅片I上涂布光刻膠4 (圖1)。曝光和顯影后暴露出將要濕法刻蝕的區域5和受到光刻膠4保護的區域6 (圖2)。濕法刻蝕減薄或完全去除區域5的氧化硅薄膜3 (圖3-圖4)。去除剩余光刻膠4后可再次沉積氧化硅薄膜3，在區域5和區域6形成不同厚度的氧化硅薄膜3—即所謂的雙柵氧(圖5)。在區域5和區域6上可以制作出不同的場效應晶體管。濕法刻蝕氧化硅薄膜3是將沉積了氧化硅薄膜3的硅片I置于酸性溶液中。常用的酸性溶液比如氫氟酸(HF)。酸性溶液在刻蝕氧化硅薄膜3時也會對光刻膠4產生作用，形成缺陷。主要的缺陷包括光刻膠殘留和碳化硅(SiC)沉積。形成光刻膠殘留缺陷的機理是酸性溶液浸蝕光刻膠薄膜，將光刻膠薄膜中的部分高分子化合物從光刻膠薄膜中剝離出來，在硅片表面形成缺陷。碳化硅沉積缺陷的形成機理是氫氟酸與氧化硅反應生成六氟化硅(SiF6)，六氟化硅與光刻膠薄膜中的高分子化合物進一步反應生成碳化硅微粒，然后在硅片上形成沉積?，F有的防止濕法刻蝕過程中產生光刻膠缺陷的方法包括:1)在光刻曝光和顯影后對光刻膠薄膜進一步烘培，形成更加致密的光刻膠薄膜，使得濕法刻蝕的酸性溶液難以從光刻膠高分子化合物之間的縫隙浸入，與光刻膠高分子化合物作用生成缺陷；2)在光刻曝光和顯影后對光刻膠薄膜進行紫外光(UV)或等離子固化處理，在光刻膠表面形成高分子化合物的交聯。交聯的高分子表面可以有效地提高光刻膠的抗酸性溶液浸蝕能力。美國專利US6498106B1報道了采用低能量等離子固化處理防止濕法刻蝕過程中產生光刻膠缺陷的案例。現有的防止濕法刻蝕過程中產生光刻膠缺陷的方法仍然存在一些需要解決的問題。在方法I)中，烘培溫度不宜太高，烘培時間不宜太長。否則會導致光刻膠圖形變形，而且會對生產吞吐量(throughput)產生不利影響。由于受到烘培溫度和烘培時間的限制，烘培后光刻膠薄膜的致密性可能還不能滿足抗酸性溶液浸蝕的要求。方法2)需要在光刻工藝之后加入紫外光(UV)或等離子固化工藝。紫外光(UV)或等離子固化工藝需要在另外的機臺上實現，不但增加了設備成本，而且延長了生產時間，降低了生產吞吐量
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在上述缺陷，提供一種能夠既能滿足抗酸性溶液浸蝕的要求，也可以保證生產吞吐量的防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法。為了實現上述技術目的，根據本發明的第一方面，提供了一種防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法，其包括:在已經形成淺隔絕溝道并且沉積了氧化硅薄膜的硅片上涂布光刻膠；完成對光刻膠的曝光和顯影，以暴露出氧化硅薄膜的將要濕法刻蝕的第一氧化硅區域和受到光刻膠保護的第二氧化硅區域；在曝光和顯影之后，在執行顯影的同一顯影機臺內，在光刻膠圖形上涂布含硫醇類化合物的交聯材料溶液，并且加熱使硫醇類化合物與光刻膠表面反應形成高分子交聯的保護膜，從而固化光刻膠圖形，隨后去除多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液；執行濕法刻蝕以部分去除第一氧化硅區域上的氧化硅薄膜；去除剩余光刻膠后可再次沉積氧化硅薄膜，從而在第一氧化硅區域和第二氧化硅區域形成不同厚度的氧化硅薄膜雙柵氧。根據本發明的第二方面，提供了一種防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法，其包括:在已經形成淺隔絕溝道并且沉積了氧化硅薄膜的硅片上涂布光刻膠；完成對光刻膠的曝光和顯影，以暴露出氧化硅薄膜的將要濕法刻蝕的第一氧化硅區域和受到光刻膠保護的第二氧化硅區域；在同一顯影機臺內，在光刻膠圖形上涂布含硫醇類化合物(Thiol)的交聯材料溶液，加熱使硫醇類化合物與光刻膠表面反應形成高分子交聯的保護膜，從而固化光刻膠圖形，隨后去除多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液；執行濕法刻蝕以完全去除第一氧化硅區域上的氧化硅薄膜；去除剩余光刻膠后再次沉積氧化硅薄膜，從而在第一氧化硅區域和第二氧化硅區域形成不同厚度的氧化硅薄膜雙柵氧。優選地，去除多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液的步驟包括:先用酸性溶液處理多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液，再用去離子水去除多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液。優選地，酸性溶液中的酸性化合物選自聚丙烯酸、聚異丁烯酸、聚乙烯基磺酸、烷基羧酸、芳基羧酸、烷基磺酸、芳基磺酸，酸性化合物在酸性溶液中的濃度范圍為0.5wt% 至 20wt%,優選地 lwt% 至 10wt%。優選地，含硫醇類化合物的交聯材料溶液為中還包括交聯催化劑和/或表面活性劑。優選地，交聯催化劑是溶于有機溶劑的非親核型叔胺；非親核型叔胺的濃度范圍為 0.lwt% 至 20wt% ;優選的，0.5% 至 5wt%o優選地，表面活性劑是溶于有機溶劑的非離子型表面活性劑；表面活性劑的濃度范圍為 50ppm 至 IOOOOppm ;優選的，IOOppm 至 lOOOppm。優選地，含硫醇類化合物的交聯材料溶液中硫醇類化合物的濃度范圍為0.lwt%至 100wt% ;優選的，0.5% 至 10wt%o優選地，固化加熱溫度的范圍為30°C至180°C ;優選的，50°C至120°C。優選地，固化加熱時間的范圍為15秒至300秒；優選的，30秒至120秒。優選地，選用用于I線光刻工藝、248納米光刻工藝、193納米光刻工藝、EUV光刻工藝的光刻膠。


結合附圖，并通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發明有更完整的理解并且更容易地理解其伴隨的優點和特征，其中:圖1至圖5示意性地示出了根據現有技術的雙柵氧的制作工藝流程。圖2至圖8示意性地示出了根據本發明的防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法的部分步驟。需要說明的是，附圖用于說明本發明，而非限制本發明。注意，表示結構的附圖可能并非按比例繪制。并且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
具體實施例方式為了使本發明的內容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發明的內容進行詳細描述。<第一實施例>根據本發明第一實施例的防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法包括:在已經形成淺隔絕溝道2并且沉積了氧化硅薄膜3的硅片I上涂布光刻膠4 (圖1)。例如，可選用適合I線光刻工藝、248納米光刻工藝、193納米光刻工藝、EUV光刻工藝的光刻膠。完成對光刻膠4的曝光和顯影，以暴露出氧化硅薄膜3的將要濕法刻蝕的第一氧化硅區域5和受到光刻膠4保護的第二氧化硅區域6 (圖2)。在曝光和顯影之后，在執行顯影的同一顯影機臺內，在光刻膠4圖形上涂布含硫醇類化合物的交聯材料溶液，并且加熱使硫醇類化合物材料與光刻膠4表面反應形成高分子交聯的保護膜7，從而固化光刻膠4圖形，隨后去除多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液。例如，去除多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液的步驟包括:先用酸性溶液處理多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液，再用去離子水去除多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液(圖6)。優選地，含硫醇類化合物的交聯材料溶液的主要成分為硫醇類化合物，其他成分可以包括但不限于交聯催化劑和/或表面活性劑。優選地，含硫醇類化合物的交聯材料溶液中硫醇類化合物的濃度范圍為0.lwt%至 100wt% ;優選的，0.5% 至 10wt%o優選地，交聯催化劑的材料選擇是基于交聯反應活性要求。優選的，交聯催化劑是溶于有機溶劑的非親核型叔胺(Tertiary amine);其濃度范圍為0.lwt%至20wt% ;優選的，
0.5% 至 5wt%0優選地，表面活性劑的材料選擇是基于交聯材料溶液的溶解性和反應活性要求。優選的，表面活性劑是溶于有機溶劑的非離子型表面活性劑；其濃度范圍為50ppm至IOOOOppm ;優選的，IOOppm 至 lOOOppm。優選地，酸性溶液中的酸性化合物可以是聚丙烯酸、聚異丁烯酸、聚乙烯基磺酸、烷基羧酸、芳基羧酸、烷基磺酸、芳基磺酸，但不限于這些化合物。酸性化合物在酸性溶液中的濃度范圍為0.5wt%至20wt%。優選的，lwt%至10wt%。而且，優選地，固化加熱溫度，其范圍為30°C至180°C ;優選的，50°C至120°C。而且，優選地，固化加熱時間的范圍為15秒至300秒。優選的，30秒至120秒。
執行濕法刻蝕以部分去除第一氧化硅區域5上的氧化硅薄膜3 (圖7)。去除剩余光刻膠4后可再次沉積氧化硅薄膜3，從而在第一氧化硅區域5和第二氧化硅區域6形成不同厚度的氧化硅薄膜3雙柵氧(圖5)。隨后可以完成后續工藝，在第一氧化硅區域5和第二氧化硅區域6上制作出不同的場效應晶體管。<第二實施例>根據本發明第二實施例的防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法包括:在已經形成淺隔絕溝道2并且沉積了氧化硅薄膜3的硅片I上涂布光刻膠4 (圖1)。例如，可選用適合I線光刻工藝、248納米光刻工藝、193納米光刻工藝、EUV光刻工藝的光刻膠。完成對光刻膠4的曝光和顯影，以暴露出氧化硅薄膜3的將要濕法刻蝕的第一氧化硅區域5和受到光刻膠4保護的第二氧化硅區域6 (圖2)。在同一顯影機臺內，在光刻膠4圖形上涂布含硫醇類化合物的交聯材料溶液，力口熱使硫醇類化合物材料與光刻膠4表面反應形成高分子交聯的保護膜7，從而固化光刻膠4圖形，隨后去除多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液。例如，去除多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液的步驟包括:先用酸性溶液處理多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液，再用去離子水去除多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液(圖6)。優選地，含硫醇類化合物的交聯材料溶液的主要成分為硫醇類化合物，其他成分可以包括但不限于交聯催化劑和/或表面活性劑。優選地，含硫醇類化合物的交聯材料溶液中硫醇類化合物的濃度范圍為0.lwt%至 100wt% ;優選的，0.5% 至 10wt%o優選地，交聯催化劑的材料選擇是基于交聯反應活性要求。優選的，交聯催化劑是溶于有機溶劑的非親核型叔胺(Tertiary amine);其濃度范圍為0.lwt%至20wt% ;優選的，
0.5% 至 5wt%0優選地，表面活性劑的材料選擇是基于交聯材料溶液的溶解性和反應活性要求。優選的，表面活性劑是溶于有機溶劑的非離子型表面活性劑；其濃度范圍為50ppm至IOOOOppm ;優選的，IOOppm 至 lOOOppm。優選地，酸性溶液中的酸性化合物可以是聚丙烯酸、聚異丁烯酸、聚乙烯基磺酸、烷基羧酸、芳基羧酸、烷基磺酸、芳基磺酸，但不限于這些化合物。酸性化合物在酸性溶液中的濃度范圍為0.5wt%至20wt%。優選的，lwt%至10wt%。而且，優選地，固化加熱溫度，其范圍為30°C至180°C ;優選的，50°C至120°C。而且，優選地，固化加熱時間的范圍為15秒至300秒。優選的，30秒至120秒。執行濕法刻蝕以完全去除第一氧化硅區域5上的氧化硅薄膜3 (圖8)。去除剩余光刻膠4后再次沉積氧化硅薄膜3，從而在第一氧化硅區域5和第二氧化硅區域6形成不同厚度的氧化硅薄膜3雙柵氧(圖5)。隨后可以完成后續工藝，在第一氧化硅區域5和第二氧化硅區域6上制作出不同的場效應晶體管。 根據上述實施例，可以有效地提高光刻膠4表層的致密性，提高光刻膠4抗酸性溶液浸蝕能力，降低光刻膠4在濕法刻蝕過程中產生缺陷的幾率，并且不需要額外的機臺，減少了工藝步驟和制作成本，提高了產能。由此，本發明針對現有技術中的問題，提出了采用硫醇類化合物在顯影機臺內對顯影后光刻膠圖形化學固化處理的方法在光刻膠4表面形成高分子交聯的保護膜7，既能滿足抗酸性溶液浸蝕的要求，也可以保證生產吞吐量。此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的術語“第一”、“第二”、“第三”等描述僅僅用于區分說明書中的各個組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個組件、元素、步驟之間的邏輯關系或者順序關系等?？梢岳斫獾氖?，雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而上述實施例并非用以限定本發明。對于任何熟悉本領域的技術人員而言，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
權利要求
1.一種防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法，其特征在于包括: 在已經形成淺隔絕溝道并且沉積了氧化硅薄膜的硅片上涂布光刻膠； 完成對光刻膠的曝光和顯影，以暴露出氧化硅薄膜的將要濕法刻蝕的第一氧化硅區域和受到光刻膠保護的第二氧化硅區域； 在曝光和顯影之后，在執行顯影的同一顯影機臺內，在光刻膠圖形上涂布含硫醇類化合物的交聯材料溶液，并且加熱使硫醇類化合物與光刻膠表面反應形成高分子交聯的保護膜，從而固化光刻膠圖形，隨后去除多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液； 執行濕法刻蝕以部分去除第一氧化硅區域上的氧化硅薄膜； 去除剩余光刻膠后可再次沉積氧化硅薄膜，從而在第一氧化硅區域和第二氧化硅區域形成不同厚度的氧化硅薄膜雙柵氧。
2.一種防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法，其特征在于包括: 在已經形成淺隔絕溝道并且沉積了氧化硅薄膜的硅片上涂布光刻膠； 完成對光刻膠的曝光和顯影，以暴露出氧化硅薄膜的將要濕法刻蝕的第一氧化硅區域和受到光刻膠保護的第二氧化硅區域； 在同一顯影機臺內，在光刻膠圖形上涂布含硫醇類化合物的交聯材料溶液，加熱使硫醇類化合物與光刻膠表面反應形成高分子交聯的保護膜，從而固化光刻膠圖形，隨后去除多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液； 執行濕法刻蝕以完全去除第一氧化硅區域上的氧化硅薄膜； 去除剩余光刻膠后再次沉積氧化硅薄膜，從而在第一氧化硅區域和第二氧化硅區域形成不同厚度的氧化硅薄膜雙柵氧。
3.根據權利要求1或2所述的防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法，其特征在于，去除多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液的步驟包括:先用酸性溶液處理多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液，再用去離子水去除多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液。
4.根據權利要求1或2所述的防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法，其特征在于，含硫醇類化合物的交聯材料溶液中還包括交聯催化劑和/或表面活性劑。
5.根據權利要求1或2所述的防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法，其特征在于，含硫醇類化合物的交聯材料溶液中硫醇類化合物的濃度范圍為0.1被％至100wt% ;優選的，0.5% 至 10wt%。。
6.根據權利要求4所述的防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法，其特征在于，交聯催化劑是溶于有機溶劑的非親核型叔胺；非親核型叔胺的濃度范圍為0.1#%至20wt% ;優選的，0.5% 至 5wt%。
7.根據權利要求4所述的防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法，其特征在于，表面活性劑是溶于有機溶劑的非離子型表面活性劑；表面活性劑的濃度范圍為50ppm至 IOOOOppm ;優選的，IOOppm 至 lOOOppm。
8.根據權利要求6或7所述的防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法，其特征在于，固化加熱溫度的范圍為30°C至180°C ;優選的，50°C至120°C。
9.根據權利要求6或7所述的防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法，其特征在于，固化加熱時間的范圍為15秒至300秒；優選的，30秒至120秒。
10.根據權利要求3所述的防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法，其特征在于，酸性溶液中的酸性化合物選自聚丙烯酸、聚異丁烯酸、聚乙烯基磺酸、烷基羧酸、芳基羧酸、烷基磺酸、芳基磺 酸，酸性化合物在酸性溶液中的濃度范圍為0.5wt%至20wt%，優選地lwt% 至 10wt%。
全文摘要
防止光刻膠在濕法刻蝕中產生缺陷的工藝方法，包括在形成淺隔絕溝道并沉積氧化硅薄膜的硅片上涂布光刻膠；完成對光刻膠的曝光顯影，暴露出氧化硅薄膜的將要濕法刻蝕的第一氧化硅區域和受到光刻膠保護的第二氧化硅區域；在執行顯影的同一顯影機臺內，在光刻膠圖形上涂布含硫醇類化合物的交聯材料溶液，并且加熱使硫醇類化合物與光刻膠表面反應形成高分子交聯的保護膜，從而固化光刻膠圖形，隨后去除多余的含硫醇類化合物的交聯材料溶液；執行濕法刻蝕以部分去除第一氧化硅區域上的氧化硅薄膜；去除剩余光刻膠后可再次沉積氧化硅薄膜，從而在第一氧化硅區域和第二氧化硅區域形成不同厚度的氧化硅薄膜雙柵氧。
文檔編號G03F7/26GK103197513SQ201310085110
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月15日 優先權日2013年3月15日
發明者毛智彪 申請人:上海華力微電子有限公司