專利名稱：采用甲硅烷基化作用形成圖形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體器件的制造工藝中采用光刻膠膜形成圖形的方法，特別是涉及一種形成圖形的方法，其中通過使光膠膜甲硅烷基化，僅作用兩層光刻膠膜即可形成圖形，同時保持多層光刻膠膜工藝(以下稱“MLR”工藝)所具有的分辨率提高的效果。
通常，當(dāng)在晶片上淀積光刻膠膜來進行光刻處理時，由于光刻膠膜遍及梯階區(qū)，所以位于梯階上部的光刻膠膜的厚度不同于位于梯階下部的光刻膠膜厚度。因此，在隨后的曝光工藝中，薄的光刻膠膜曝光過度，而厚的光刻膠膜曝光不足，所以，在顯影工藝中，穿過梯階的光刻膠圖形的線寬仍舊各不相同。亦即，位于梯階上部的過度曝光的光刻膠圖形的線寬比下部不足曝光的線寬要窄得多。因而，對于梯階高度接近于線寬的這類布線來說，上述的線寬變化是不能允許的。除此之外，在形成厚的光刻膠層處產(chǎn)生的所謂駐波效應(yīng)使得最小分辨率值下降，而且低反射的基片也導(dǎo)致分辨率變差。
同時，當(dāng)使用薄光刻膠膜時，駐波效應(yīng)和由反射基片產(chǎn)生的分辨率降低的問題可以得到解決。然而，無法克服梯階分布的缺陷。
為了解決上述問題，已提出所謂的MLR工藝。該工藝結(jié)合了厚的平面化光刻膠層和薄有圖形轉(zhuǎn)換層，從而形成光刻膠圖形(見SiliconProcessingfortheVLSIEra，S.WolfandR.N.fauber，Vol.1，1986，PP424)。
參考附

圖1A至1H，可以說明由通常的MLR工藝來形成圖的傳統(tǒng)方法。
首先參看圖1A，在晶片10上形成第一光刻膠層11。雖然晶片10呈現(xiàn)為平坦的，但是該晶片表面包含了取決于表面形狀的各種梯階區(qū)。把第一光刻膠層11形成得足夠地厚以便使該表面平整。
然后，如圖1B所示，使第一光刻膠層11中和，并在熱平板上于200-250℃溫和地烘焙1分鐘以上，以便使光刻膠中的溶劑蒸發(fā)。此時，第一光刻膠層11中的樹脂成分與光敏化合物(PAC)交聯(lián)，從而形成硬化的第一光刻膠圖形12。
隨后，如圖1C所示，在硬化的第一光刻膠層12上淀積氧化薄膜13。作為另一種方法，可以在玻璃上旋轉(zhuǎn)的(SOG)旋涂機上分散及旋轉(zhuǎn)硅烷(S2H4)基氧化膜，并在200-240℃的溫度烘焙，從而形成氧化膜13。
接著，如圖4D所示，在氧化膜13上淀積第二光刻膠薄層14。
之后，如圖1E所示，用紫外光15照射已形成予業(yè)圖形的光掩模16，并把光掩模16上形成的圖形復(fù)制在第二光刻膠層1上。
經(jīng)光掩模16被照射的第二光刻膠層14區(qū)域中的PAC成分被破壞，并在隨后的顯影工藝中由顯影液洗掉。
如圖1F所示，通過顯影工藝形成第二光刻膠圖形18，其中第二光刻膠層14僅保留了未經(jīng)紫外光15照射的部分。
然后，如圖1G所示，以第二光刻膠圖形18作為蝕刻掩模層，對形成在下面的氧化膜13進行蝕刻，從而形成氧化膜圖形。
如圖1H所示，以氧化膜13的圖形作為蝕刻掩模層，對第一光刻膠層12進行蝕刻。結(jié)果，在晶片10上形成由第一光刻膠層12和氧化膜13組成的圖形。
采用傳統(tǒng)的MLR工藝來形成圖的方法可以良好地復(fù)制光掩模的圖形，即使晶片表面相當(dāng)不平也無妨。因此，分辨率也將提高，這點深度也將變深。
但是，就傳統(tǒng)的MLR工藝而言，光刻膠必須形成兩次，而且必須形成氧化膜作為中間層，這要求在高溫下進行烘焙。此外，還額外地需要蝕刻氧化膜的裝置。添加這種復(fù)雜的工藝方法意味著降低生產(chǎn)率、缺陷密度增大，并且成本也會提高。
此外，當(dāng)采用傳統(tǒng)MLR方法時，在光刻膠膜的蝕刻期間，結(jié)構(gòu)材料的付產(chǎn)物如多晶硅、氧化膜或者形成在晶片上的金屬層會附著在光刻膠的側(cè)壁上。這種付產(chǎn)物與光刻膠反應(yīng)，并形成聚合物。如此形成的聚合物即使在光刻膠去除工藝完成之后也會遺留，并導(dǎo)致缺陷。
本發(fā)明的目的是提供一種形成圖方法，能改善傳統(tǒng)MCR工藝所產(chǎn)生的問題，并提供一種更為簡化的工藝，同時保持分辨率提高效果，即采用傳統(tǒng)MLR工藝的形成圖方法的優(yōu)點，而且減少由聚合物導(dǎo)致的缺陷。
為了實現(xiàn)上述目的，提供一種形成圖的方法，包括以下步驟在基片上形成第一光刻膠層;
對所述第一光刻膠層的表面部分進行硅烷基化，以此形成甲硅烷基化層;
在所述甲硅烷基化層上形成第二光刻膠層;
采用配置有予定圖形的光掩模，對所述第二光刻膠層進行曝光及顯影，形成第二光刻膠圖形;
采用所述第二光刻膠圖形作為蝕刻掩模，對所述甲硅烷基化層深蝕刻，形成甲硅烷基化層圖形同時除去所述第二光刻膠圖形;
氧化所述甲硅烷基化層圖形;
采用所述氧化的甲硅烷基化圖形作為蝕刻掩模，對所述第一光刻膠層進行蝕刻，形成第一光刻膠圖形。
根據(jù)本發(fā)明，第一光刻膠層的表面部分被甲硅烷基化，用氧將甲硅烷基化圖形制成玻璃，以甲硅烷基化圖形作為蝕刻掩模，對甲硅烷基化圖形下部的第一光刻膠層進行蝕刻，形成圖形。因此，在傳統(tǒng)MLR工藝中用于形成光刻膠圖形的中間氧化膜已不需要。結(jié)果，簡化了形成圖的工藝。
此外，當(dāng)甲硅烷基被氧化時，形成了氧化膜其中包含有大量的SiOx結(jié)構(gòu)的有機物，這與純氧化硅膜SiO2不同。所以，當(dāng)采用第一光刻膠圖形對下部基片蝕刻時，由雜質(zhì)形成的聚合物大為減少。
結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例詳細說明以后，本發(fā)明的上述目的及其它優(yōu)點將更顯而易見。
圖1A至1H是表示傳統(tǒng)多層光刻膠膜圖形的形成方法的剖面圖;
圖2A至2F是表示本發(fā)明的兩層光刻膠膜圖形的形成方法的實施例的剖面圖;
圖3是根據(jù)本發(fā)明的光刻膠膜、其甲硅烷基化合物和氧的化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖。
圖2A顯示了在晶片20上形成化學(xué)增強光刻膠21的步驟。通常，晶片20具有不平表面，但在圖2A中顯示為平坦的。由酸性發(fā)生器添加化學(xué)增強光刻膠21，替代傳統(tǒng)的光敏劑。化學(xué)表面增強光刻膠有兩種陽性類型和陰性類型。陰性類型經(jīng)曝光產(chǎn)生酸，這種酸與基底樹脂反應(yīng)，然后通過烘焙工藝形成堿性可溶物。在陰性類型光刻膠中，通過加入交聯(lián)材料在烘焙工藝中酸與基底樹脂反應(yīng)，然后形成堿性不溶物。在本發(fā)明的實施例中采用ShipleyCo.的XP89131-1.0μm光刻膠即陰性類型光刻膠作為化學(xué)增強性光刻膠。
圖2B表示了通過使化學(xué)增強光刻膠層21的表面部分甲硅烷基化來形成甲硅烷基化層23的步驟。在甲硅烷基化處理中，向含激活氫離子(例如-OH、-NH、-SH)的有機化合物擴散含硅的甲硅烷22。此時，由于擴散區(qū)硬化而使得顯影速度改變。作為甲硅烷劑22，本發(fā)明使用含硅的四甲基二硅氮烷(TMDS)，但也可使用六甲基三硅氮烷(HMDS)、ATMS、DMSDMA、硅烷等。
最后，由甲硅烷劑22與化學(xué)增強光刻膠21中-OH基的氫成分之間的置換反應(yīng)制成含硅的樹脂。此外，由于-OH基的氫成分與甲硅烷劑可以相互取代，就光刻膠而言，除了本發(fā)明實施例所用的化學(xué)增強光刻膠之外，也能使用象酚醛樹脂，聚乙烯苯酚那樣材料的光刻膠。
本發(fā)明實施例中，甲硅烷基化的條件是，在作為甲硅烷基化設(shè)備的JSRCo的PLASMASTER-SI中使用TMDS，在120℃的溫度下處理110秒。
圖2C表示在甲硅烷基化層23上形成第二光刻膠層24，并通過設(shè)置有予定圖形的光掩模25對第二光刻膠層24進行曝光的步驟。本發(fā)明實施例所用的第二光刻膠243是TOKCo.的iPa1800。通過光掩模25被光照射的區(qū)域中的第二光刻膠24中存在的PAC成分被破壞。此時，甲硅烷基化層23之下的第一光刻膠21也被光照射，因而PAC成分被破壞。曝光時間是600毫秒。
圖2D表示形成第二光刻膠圖形24a的步驟，通過顯影處理，留下來經(jīng)光照的區(qū)域的第二光刻膠層，形成第二光刻膠圖形24a。
圖2E表示以第二光刻膠圖形24a作為蝕刻掩模，利用深蝕刻工藝形成甲硅烷基化層圖形23a的步驟。在以下條件下完成深蝕刻O25sccm、N25sccm、He 120sccm，RF電功率為2.0KW，時間為60秒。此時，當(dāng)?shù)诙饪棠z圖形24a被除去時，第二光刻膠圖形24a之下的已曝光甲硅烷基化層23同時也被除去，從而形成甲硅烷基化層圖形23a。
圖2F表示的步驟是使用氧氣對甲硅烷基化層圖形23a進行氧化，然后把變?yōu)镾iOx結(jié)構(gòu)的甲硅烷基化層圖形23a作為蝕刻掩模，對第一光刻膠層21進行蝕刻。結(jié)果在晶片20上形成第一光刻膠圖形21a。
圖3是本發(fā)明實施例所用光刻膠的甲硅烷基化的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖和氧化的化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖。參看圖3，(A)表示化學(xué)增強光刻膠中樹脂的結(jié)構(gòu)，(B)是通過把本發(fā)明的實施例所用的甲硅烷劑TMDS放入反應(yīng)器來使化合物甲硅烷基化后的結(jié)構(gòu)圖。(C)顯示了在氧氣氛下對上述甲硅烷基化光刻膠進行氧化后所得的合成化合物結(jié)構(gòu)。
如上述的本發(fā)明實施例所表示的那樣，由于本發(fā)明使用單一光刻膠層，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)MLRI藝形成圖所需的下部第一光刻膠層和中間氧化膜，使形成圖的方法得以簡化。除此之外，由于本發(fā)明使用含有大量的如圖3C所示的SiOx結(jié)構(gòu)的有機物的氧化膜，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法中用作中間膜的純氧化膜SiO2。所以當(dāng)下部基片被蝕刻時，由雜質(zhì)形成的聚合物得以減少。實驗表明，聚合物的形成率減少至1/10-1/100。所以，可以，可以完全除去下部光刻膠層，從而能獲取缺陷密度降低的元件。
應(yīng)該了解，盡管以上詳細地說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是正如權(quán)利要求書所限定的那樣，在不脫離本發(fā)明的精神實質(zhì)和范圍的條件下，在領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以做出許多的改進和變化。
權(quán)利要求
1.一種形成圖的方法，它包括以下步驟在基片上形成第一光刻膠層；對所述第一光刻膠層的表面部分進行甲硅烷基化，以便形成甲硅烷基化層；在所述甲硅烷基化層上形成第二光刻膠層；采用設(shè)有予定圖形的光掩模，對所述第二光刻膠層進行曝光及顯影，形成第二光刻膠圖形；采用所述第二光刻膠圖形作為蝕刻掩模，對所述甲硅烷基化層深蝕刻，形成甲硅烷基化層圖形同時除去所述第二光刻膠圖形；氧化所述甲硅烷基化層圖形；采用所述氧化的甲硅烷基化圖形作為蝕刻掩模，對所述第一光刻膠層進行蝕刻，形成第一光刻膠圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的形成圖的方法，其中所述第一光刻膠層由能被甲硅烷基化的有機化合物組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的形成圖的方法，其中所述第一光刻膠層由選自下組中任一種材料組成化學(xué)增強光刻膠系列、酚醛樹脂基光刻膠和聚乙烯苯酚基光刻膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的形成圖的方法，其中所述甲硅烷基化步驟是采用選自下組中任一種材料作為甲硅烷劑來完成的TMDS、HMDS、ATMS、DMSDMA和硅烷。
全文摘要
一種形成圖的方法，通過使用甲硅烷基化光刻膠膜使工藝簡化，保持了多層光刻膠膜工藝所具有的分辨率提高效果，其中在基片上形成第一光刻膠層，并使基片表面部分甲硅烷基化、由此形成甲硅烷基化層。然后在甲硅烷基化層上形成第二光刻膠層，通過設(shè)有預(yù)定圖形的光掩模對其曝光。顯影之后形成第二光刻膠圖形。隨后以第二光刻膠圖形作為蝕刻掩模，對甲硅烷基化層深蝕刻，形成甲硅烷基化圖形。
文檔編號G03F7/26GK1089369SQ9311292
公開日1994年7月13日 申請日期1993年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月18日
發(fā)明者金鐵洪, 韓牛聲 申請人:三星電子株式會社