[发明专利]束致变蚀方法

说明书

本发明涉及半导体集成电路及器件制造领域等，特别涉及作为集成电路制作中、介质膜SiO₂的图形制作技术的束致变蚀方法。

随着微电子技术的不断发展，半导体集成电路进入了VLSI时代，由于VLSI所具有的高性能和高可靠性，它已成为电子工业的基础和核心，而工艺技术又成为发展大规模集成电路的关键，其中，微细图形加工技术的发展又直接导致器件的小型化和高性能化，可使芯片面积大为缩小，实现高集成度。

集成电路制造业的飞速发展已使电路特征尺寸进入亚微米级，常规光刻的尺寸限制和固有弊病已经迫使人们必须寻求其它有效的光刻手段，这些手段中就有已知的离子束曝光，电子束曝光以及软X-射线曝光等光刻技术。但这些光刻技术尽管已能满足制作亚微米级光刻图形的需要，但终究未脱离曝光、显影、坚膜、腐蚀等一系列固有的烦琐工艺模式，因而，不可避免由相应各步骤所引入的缺陷和偏差，因此，它们的应用仍是有局限性的。80年代曾有报道，用N⁺、He⁺、Ar⁺、H⁺注入SiO₂薄层表面后，用10％HF水溶液腐蚀(湿法)SiO₂，获得增蚀效果，注入区(离子轰击区)与非注入区的腐蚀速率比为5倍，离子剂量为72×10¹⁶cm^-2，能量为30KeV～100KeV，线宽分辨率为0.05μm[J.R.A.C.Leaver，P.J.Heard，A.F.Evason and H.Ahmed，Appl.phys.Lett49/11(1986)]；另外也有人用同样方法做出两个区的最大腐蚀速率比为8倍。这种增蚀效果虽得到实现，但得不到足够的腐蚀速率比，因而实用性不大，何况又都脱离不了湿法腐蚀固有的弊端；也有文章报导，将离子注入后在SiO₂表面产生抗蚀效果的[T.Shiokawa，I.Migamoto，P.H.Kim，Y.Ochiai，A.Masuyama，K.Toyoda and S.Namba，Jph，J.Appl.Pbys.24/11(1985)]，他们是在Si或SiO₂上注入金属离子取得的，而金属离子又难以获得，并且又仍沿用湿法腐蚀，因此也未进入实用。此外，在一个芯片的许多引线孔中用时有不同形式的SiO₂存在，如P-SiO₂、B-SiO₂等，其腐蚀速率相差很大，从而影响所制作的图形。更且，只能用一种束向一个方向改变腐蚀而不可能使其恢复，也即只有单向性而无可逆性。为克服上述缺点，发明人对离子注入SiO₂或Si表面进行了研究探索，1982年发现离子束注入抗蚀效应，1985年又探索了电子束抗蚀技术，尔后又研究了离子束、电子束和等离子体束的相工关系，经过多年实验与实践，终于完成本发明。

本发明目的在于：提供一种半导体芯片SiO₂表面图形加工束致变蚀方法。也即无掩膜、无光刻胶、全干法束致变蚀方法。该方法能避免光刻和湿法腐蚀的缺点，提高SiO₂表面粒子束轰击区与非轰击区的腐蚀速率比，使两个区的腐蚀速率比达100倍，简化工艺，提高半导体芯片表面微细图形加工的成品率，节省大量化学试剂和减少污染，并能制作亚微米级微细图形。

本发明目的是这样实现的：所提供的束致变蚀方法包括如下步骤：

第一步：用一种或两种粒子束诸如离子束、电子束、等离子体束对SiO₂表面进行选择轰击，使SiO₂表面能发生明显变化，使随后在用氮气鼓泡HF溶液的混合气体中腐蚀后的轰击区与非轰击区的腐蚀速率比显著增大，所用离子束的离子是N⁺、H⁺、O⁺、Ar⁺，离子注入剂量是5×10¹⁵cm^-2～1×10¹⁶cm^-2，能量为1OKeV～100KeV，电子束轰击时所用两极电压为1800V～2000V，轰击时间大于5分钟；等离子体束轰击时所用能量为20W～40W，轰击时间20秒～90秒；

第二步：在粒子束选择轰击的表面上涂一层厚度为200A～6000A的催化剂组合物，该催化剂组合物有：

一、环己酮  …  …  …  …  … 100ml

    米蚩酮  …  …  …  …  … 1g