[发明专利]防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法。 

背景技术

先进的集成电路芯片通常会集成多种功能器件。多种功能器件一般需要对应不同的场效应晶体管(FETs)。多栅氧(multiple gate oxide)工艺是在同一芯片内制作不同的场效应晶体管的常用方法。有多种方法可以实现多栅氧。 

例如，图1-图5展示了双栅氧(dual gate oxide)的制作工艺流程。在已经形成浅隔绝沟道2并且沉积了氧化硅薄膜3的硅片1上涂布光刻胶4(图1)。曝光和显影后暴露出将要湿法刻蚀的区域5和受到光刻胶4保护的区域6(图2)。湿法刻蚀减薄或完全去除区域5的氧化硅薄膜3(图3-图4)。去除剩余光刻胶4后可再次沉积氧化硅薄膜3，在区域5和区域6形成不同厚度的氧化硅薄膜3—即所谓的双栅氧(图5)。在区域5和区域6上可以制作出不同的场效应晶体管。 

湿法刻蚀氧化硅薄膜3是将沉积了氧化硅薄膜3的硅片1置于酸性溶液中。常用的酸性溶液比如氢氟酸(HF)。酸性溶液在刻蚀氧化硅薄膜3时也会对光刻胶4产生作用，形成缺陷。主要的缺陷包括光刻胶残留和碳化硅(SiC)沉积。形成光刻胶残留缺陷的机理是酸性溶液浸蚀光刻胶薄膜，将光刻胶薄膜中的部分高分子化合物从光刻胶薄膜中剥离出来，在硅片表面形成缺陷。碳化硅沉积缺陷的形成机理是氢氟酸与氧化硅反应生成六氟化硅(SiF6)，六氟化硅与光刻胶薄膜中的高分子化合物进一步反应生成碳化硅微粒，然后在硅片上形成沉积。 

现有的防止湿法刻蚀过程中产生光刻胶缺陷的方法包括：1）在光刻曝光和显影后对光刻胶薄膜进一步烘培，形成更加致密的光刻胶薄膜，使得湿法刻蚀的酸性溶液难以从光刻胶高分子化合物之间的缝隙浸入，与光刻胶高分子化合物作用生成缺陷；2）在光刻曝光和显影后对光刻胶薄膜进行紫外光(UV)或等离子固化处理，在光刻胶表面形成高分子化合物的交联。交联的高分子表面可以有效地提高光刻胶的抗酸性溶液浸蚀能力。美国专利US6498106B1报道了采用低能量等离子固化处理防止湿法刻蚀过程中产生光刻胶缺陷的案例。 

现有的防止湿法刻蚀过程中产生光刻胶缺陷的方法仍然存在一些需要解决的问题。在方法1）中，烘培温度不宜太高，烘培时间不宜太长。否则会导致光刻胶图形变形，而且会对生产吞吐量(throughput)产生不利影响。由于受到烘培温度和烘培时间的限制，烘培后光刻胶薄膜的致密性可能还不能满足抗酸性溶液浸蚀的要求。方法2）需要在光刻工艺之后加入紫外光(UV)或等离子固化工艺。紫外光(UV)或等离子固化工艺需要在另外的机台上实现，不但增加了设备成本，而且延长了生产时间，降低了生产吞吐量。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够既能满足抗酸性溶液浸蚀的要求，也可以保证生产吞吐量的防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法。 

为了实现上述技术目的，根据本发明的第一方面，提供了一种防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法，其包括：在已经形成浅隔绝沟道并且沉积了氧化硅薄膜的硅片上涂布光刻胶；完成对光刻胶的曝光和显影，以暴露出氧化硅薄膜的将要湿法刻蚀的第一氧化硅区域和受到光刻胶保护的第二氧化硅区域；在曝光和显影之后，在执行显影的同一显影机台内，在光刻胶图形上涂布化学微缩材料，并且加热使化学微缩材料与光刻胶表面反应形成高分子交联的保护膜，从而固化光刻胶图形，随后去除多余的化学微缩材料；执行湿法刻蚀 以部分去除第一氧化硅区域上的氧化硅薄膜；去除剩余光刻胶后可再次沉积氧化硅薄膜，从而在第一氧化硅区域和第二氧化硅区域形成不同厚度的氧化硅薄膜双栅氧。 

根据本发明的第二方面，提供了一种防止光刻胶在湿法刻蚀中产生缺陷的工艺方法，其包括：在已经形成浅隔绝沟道并且沉积了氧化硅薄膜的硅片上涂布光刻胶；完成对光刻胶的曝光和显影，以暴露出氧化硅薄膜的将要湿法刻蚀的第一氧化硅区域和受到光刻胶保护的第二氧化硅区域；在同一显影机台内，在光刻胶图形上涂布化学微缩材料，加热使化学微缩材料与光刻胶表面反应形成高分子交联的保护膜，从而固化光刻胶图形，随后去除多余的化学微缩材料；执行湿法刻蚀以完全去除第一氧化硅区域上的氧化硅薄膜；去除剩余光刻胶后再次沉积氧化硅薄膜，从而在第一氧化硅区域和第二氧化硅区域形成不同厚度的氧化硅薄膜双栅氧。 

优选地，用去离子水或含表面活性剂的去离子水溶液去除多余的化学微缩材料。 

优选地，化学微缩材料RELACS为含烷基氨基的水溶性高分子材料。