[发明专利]一种离子注入的阻挡层制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体制造方法，特别涉及一种离子注入的阻挡层制作方法。

背景技术

半导体制造流程中的掺杂工艺多采用离子注入实现。离子注入的原理，简单地说就是将电离的杂质原子经过静电场加速以离子束的方式以一定的角度和速度照射到晶片（wafer）表面，通过电离的杂质原子的。要在晶片上进行选择性区域掺杂，则必须先在晶片上形成阻挡层作为掩膜，用于阻止杂质原子进入晶片表面，而未被掩膜覆盖的部分则称为离子注入窗口，并在离子注入窗口中实现掺杂。众所周知，在离子注入工艺流程中，为了避免沟道效应对离子注入分布的拖尾现象，普遍采用偏离轴注入的方法，该方法是在离子束与其将要进行离子注入的晶片表面法线之间形成一个约为7°或者更大的夹角，这个夹角称为离子束注入角度（tilt）。

结合图2~5说明现有技术中如图1所示的离子注入阻挡层制作方法，其具体步骤如下：

步骤101，图2为现有技术中离子注入阻挡层制作步骤101的剖面结构示意图，如图2所示，在具有硅衬底的晶片表面涂覆光刻胶；

本步骤中，光刻胶的主要组成包括：树脂（resin/polymer）、光刻胶中不同材料的粘合剂、感光剂、添加剂（Additive）以及溶剂（Solvent）。其中，粘合剂决定光刻胶的机械与化学性质（如粘附性、胶膜厚度、热稳定性等）；感光剂对光能发生光化学反应；溶剂用于保持光刻胶的液体状态，使之具有良好的流动性；添加剂用以改变光刻胶的某些特性，如改善光刻胶发生反射而添加染色剂等。

本步骤的光刻胶是曝光波长248纳米（nm）的氟化氪（KrF）化学放大光刻胶（CAR，Chemical Amplified Resist），其成分中的树脂是具有化学基团保护（t-BOC）的聚乙烯（PHS）。有化学基团保护的树脂不溶于水；感光剂是光酸产生剂（PAG，Photo Acid Generator），光刻胶曝光后，在曝光区的PAG发生光化学反应会产生一种酸。该酸在曝光后热烘（PEB，Post Exposure Baking）时，作为化学催化剂将树脂上的保护基团移走，从而使曝光区域的光刻胶由原来不溶于水转变为高度溶于以水为主要成分的显影液。

本步骤中，提供具有p型（或n型）硅衬底300的晶片（wafer），涂覆光刻胶（Phote Resist，PR）的方法和步骤为现有技术，不再赘述。

为了获得平坦而厚度均匀的光刻胶并保持与晶片之间的良好粘附性，在涂覆光刻胶之前，PR通过喷嘴（Nozzle）喷涂在高速旋转的Wafer表面，并在离心力作用下被均匀涂布在Wafer表面。

需要注意的是，在涂覆光刻胶之前，还可以先在wafer表面形成底部抗反射涂层（BARC，Bottom Anti-Reflective Coating）。将抗反射涂层涂覆在光刻胶的底部来减少底部光的反射。有两种BARC材料：一种是有机抗反射涂层（Organic），在硅衬底表面旋涂，用于直接吸收入射光线；另一种是无机抗反射涂层（Inorganic），用等离子增强化学气相沉积（PECVD，Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition）在硅衬底表面形成。一般无机抗反射涂层的材料为氮化钛（TiN）或氮化硅（SiN）。

步骤102，图3为现有技术中离子注入阻挡层制作步骤102的剖面结构示意图，如图3所示，对所述光刻胶进行软烘（Soft Bake）；

本步骤中，对光刻胶进行软烘的目的是通过Soft Bake蒸发PR中的溶剂，并控制PR的敏感度和后续形成的光刻图案的线宽，同时也将PR中的残余内应力释放。

步骤103，图4为现有技术中离子注入阻挡层制作步骤103的剖面结构示意图，如图4所示，在光刻胶表面涂覆顶部抗反射涂层（TARC，Top Anti-Reflective Coating）。

本步骤中，TARC是一种水溶性的有机抗反射涂层，为一层透明的薄膜，不会吸收光，通过光线之间相位相消来消除反射。

步骤104，图5为现有技术中离子注入阻挡层制作步骤104的剖面结构示意图，如图5所示，经过曝光和显影工艺将光刻胶图案化形成光刻图案，作为阻挡层。

本步骤中，化学放大光刻胶的曝光速度快，对短波长光源具有很好的光学敏感性；且光刻图案提供陡直侧墙，具有高对比度，能够提供0.25μm及其以下尺寸的高分辨率。

本步骤中，水溶性的有机抗反射涂层TARC在显影步骤也会被去除，仅有曝光步骤中没有被照射到的部分光刻胶未被溶解，作为后续离子注入的阻挡层。