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专利名称：一种在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411095709.4

专利申请（专利权）人：合肥晶合集成电路股份有限公司
权利人地址：安徽省合肥市新站区合肥综合保税区内西淝河路88号

专利发明（设计）人：周纪,罗钦贤,苏圣哲,运广涛,冯孔孔

专利摘要：本发明提供一种在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法，包括以下步骤：在衬底上沉积底部膜层，所述底部膜层表面残留有胺基悬挂键；氧化去除所述胺基悬挂键；在所述底部膜层上形成光刻胶层，所述光刻胶层上涂覆有TARC层，并对涂覆有所述TARC层的所述光刻胶层进行图案化处理，以形成光刻胶图案。本发明通过氧化去除所述胺基悬挂键的方式替代了现有的等离子体处理工艺去除胺基悬挂键，可以避免在底部薄膜的等离子体损伤问题，还有效改善光刻胶毒化的问题。

主权利要求：
1.一种在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法，其特征在于，包括以下步骤：在衬底上沉积底部膜层，所述底部膜层表面残留有胺基悬挂键；
氧化去除所述胺基悬挂键；
在所述底部膜层上形成光刻胶层，所述光刻胶层上涂覆有TARC层，并对涂覆有所述TARC层的所述光刻胶层进行图案化处理，以形成光刻胶图案；
其中，氧化去除所述胺基悬挂键的具体方法为：对所述底部膜层进行蒸汽退火处理，以使用羟基悬挂键替代所述胺基悬挂键；
通入含氧气体的氧化工艺对所述底部膜层进行氧化处理，以氧化所述羟基悬挂键。
2.如权利要求1所述的在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法，其特征在于，所述蒸汽退火处理通入气体包括氧气、氢气和氮气。
3.如权利要求2所述的在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法，其特征在于，所述蒸汽退火处理的工艺参数具体为：所述氧气的气体流量为10SLM 20SLM，所述氮气的气体~流量为5SLM 10SLM，所述氢气的气体流量为10SLM 20SLM，工艺温度为400℃ 600℃，工艺时~ ~ ~间为10min 30min。
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4.如权利要求1所述的在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法，其特征在于，所述含氧气体为臭氧或一氧化二氮。
5.如权利要求4所述的在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法，其特征在于，所述含氧气体为臭氧时，所述氧化工艺的参数具体为：所述臭氧的气体流量为15SLM 25~SLM，工艺温度为400℃ 600℃，工艺时间为1min 10min。
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6.如权利要求1所述的在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法，其特征在于，所述衬底为硅衬底。
7.如权利要求1所述的在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法，其特征在于，在所述衬底上沉积底部膜层的具体方法为：通过化学气相沉积工艺在所述衬底上形成底部膜层。
8.如权利要求7所述的在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法，其特征在于，所述底部膜层为氮化物层。
9.如权利要求8所述的在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法，其特征在于，所述底部膜层为氮化硅层、氮氧化硅层、氮化钽层或氮化钛层。 说明书 : 一种在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法技术领域[0001] 本发明涉及半导体制备技术领域，特别涉及一种在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法。背景技术[0002] 如图1所示，在半导体制造过程中，通常在光刻工艺中采用TARC方式，即在衬底1上依次形成底部薄膜（film）2、光刻胶层3和TARC（TopAnti?ReflectionCoating，顶部抗反射涂层）层4，并对TARC层4和光刻胶层3依次进行对准、曝光和显影等工艺，以形成光刻胶图案a。由于在形成底部薄膜2采用CVD（化学气相沉积工艺）沉积而成，使得底部膜层2在形成之后表面残留有悬挂键如胺基（?NH）2 、羟基（(?OH）等，在曝光过程中光刻胶层3中会产生氢离子（H+），该氢离子与残留的悬挂键发生反应，即该氢离子在底部薄膜2表面与含有孤对电子的氮发生反应，降低了光刻胶层的底部去保护反应，对光刻胶造成毒化，即在底部薄膜2表面产生底部效应，使得光刻工艺形成的光刻胶图案a：ㄈ缤2所示）。[0003] 为了解决以上问题，当前通常需要在沉积底部薄膜之后采用等离子体处理工艺，以去除残留的悬挂键，但是采用等离子体处理工艺会造成底部薄膜的等离子体损伤问题，同时光刻工艺形成的光刻胶图案a依旧：ㄈ缤3所示）。发明内容[0004] 本发明的目的在于，提供一种在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法，可以有效改善光刻胶毒化的问题。[0005] 为了解决以上问题，本发明提供一种在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法，包括以下步骤：[0006] 在衬底上沉积底部膜层，所述底部膜层表面残留有胺基悬挂键；[0007] 氧化去除所述胺基悬挂键；[0008] 在所述底部膜层上形成光刻胶层，所述光刻胶层上涂覆有TARC层，并对涂覆有所述TARC层的所述光刻胶层进行图案化处理，以形成光刻胶图案。[0009] 可选的，氧化去除所述胺基悬挂键的具体方法为：[0010] 对所述底部膜层进行蒸汽退火处理，以使用羟基悬挂键替代所述胺基悬挂键；[0011] 通入含氧气体的氧化工艺对所述底部膜层进行氧化处理，以氧化所述羟基悬挂键。[0012] 进一步的，所述蒸汽退火处理通入气体包括氧气、氢气和氮气。[0013] 进一步的，所述蒸汽退火处理的工艺参数具体为：所述氧气的气体流量为10SLM~20SLM，所述氮气的气体流量为5SLM 10SLM，所述氢气的气体流量为10SLM 20SLM，工艺温度~ ~为400℃ 600℃，工艺时间为10min 30min。~ ~[0014] 进一步的，所述含氧气体为臭氧或一氧化二氮。[0015] 进一步的，所述含氧气体为臭氧时，所述氧化工艺的参数具体为：所述臭氧的气体流量为15SLM 25SLM，工艺温度为400℃ 600℃，工艺时间为1min 10min。~ ~ ~[0016] 进一步的，所述衬底为硅衬底。[0017] 可选的，在所述衬底上沉积底部膜层的具体方法为：[0018] 通过化学气相沉积工艺在所述衬底上形成底部膜层。[0019] 进一步的，所述底部膜层为氮化物层。[0020] 可选的，所述底部膜层为氮化硅层、氮氧化硅层、氮化钽层或氮化钛层。[0021] 与现有技术相比，本发明具有以下意想不到的技术效果：[0022] 本发明提供一种在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法，包括以下步骤：在衬底上沉积底部膜层，所述底部膜层表面残留有胺基悬挂键；氧化去除所述胺基悬挂键；在所述底部膜层上形成光刻胶层，所述光刻胶层上涂覆有TARC层，并对涂覆有所述TARC层的所述光刻胶层进行图案化处理，以形成光刻胶图案。本发明通过氧化去除所述胺基悬挂键的方式替代了现有的等离子体处理工艺去除胺基悬挂键，可以避免在底部薄膜的等离子体损伤问题，还有效改善光刻胶毒化的问题。附图说明[0023] 图1为一种在半导体器件制造过程中光刻胶毒化时的剖面结构示意图。[0024] 图2为一种在半导体器件制造过程中光刻胶毒化时的俯视结构示意图。[0025] 图3为一种经过等离子体处理工艺处理过后形成光刻胶图案的俯视结构示意图。[0026] 图4为本发明一实施例提供的一种在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法的流程示意图。[0027] 图5为本发明一实施例提供的一种在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法在去除残留胺基悬挂键的过程示意图。[0028] 图6为本发明一实施例在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法形成的光刻胶图案的俯视结构示意图。[0029] 附图标记说明：[0030] 图1?图3中：1?衬底；2?底部薄膜；3?光刻胶层；4?TARC层；a?光刻胶图案；[0031] 图5?图6中：10?胺基悬挂键；20?羟基悬挂键；a?光刻胶图案。具体实施方式[0032] 以下将对本发明的一种在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法作进一步的详细描述。下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。[0033] 为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。[0034] 为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。[0035] 如图4所示，本实施例提供一种在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法，包括以下步骤：[0036] 步骤S1：在衬底上沉积底部膜层，所述底部膜层表面残留有胺基悬挂键；[0037] 步骤S2：氧化去除所述胺基悬挂键；[0038] 步骤S3：在所述底部膜层上形成光刻胶层，所述光刻胶层上涂覆有TARC层，并对涂覆有所述TARC层的所述光刻胶层进行图案化处理，以形成光刻胶图案。[0039] 以下结合图5?图6对本实施例提供的一种在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法进行详细说明。[0040] 首先执行步骤S1，在衬底上沉积底部膜层，所述底部膜层表面残留有胺基悬挂键10。[0041] 如图5所示，详细的，通过化学气相沉积工艺在所述衬底上形成底部膜层。[0042] 所述衬底可以为硅衬底，但是不限于此。所述衬底可以是锗衬底、硅锗衬底、绝缘体上硅（SiliconOnInsulator，SOI）或绝缘体上锗（GermaniumOnInsulator，GOI）等，所述衬底中还可以根据设计需求注入一定的掺杂粒子以改变电学参数。所述底部膜层可以为氮化物层，例如氮化硅层、氮氧化硅层、氮化钽层或氮化钛层。所述底部膜层表面残留有胺基悬挂键10。在本实施例中，所述底部膜层为氮化硅层。[0043] 接着执行步骤S2，氧化去除所述胺基悬挂键10。[0044] 本步骤具体包括以下步骤：[0045] 首先，对所述底部膜层进行蒸汽退火处理，以使用羟基悬挂键20替代所述胺基悬挂键10。[0046] 其中，所述蒸汽退火处理的工艺参数具体为：工艺气体包括氧气、氢气和氮气，所述氧气的气体流量为10SLM 20SLM，所述氮气的气体流量为5SLM 10SLM，所述氢气的气体流~ ~量为10SLM 20SLM，工艺温度为400℃ 600℃，工艺时间为10min 30min。~ ~ ~[0047] 在本步骤中，所述氧气和氢气形成羟基（?OH），羟基替换胺基在所述底部膜层表面形成羟基悬挂键20，以实现第一次氧化。[0048] 接着，通入含氧气体的氧化工艺对经过第一次氧化处理的底部膜层进行氧化处理，以氧化所述羟基悬挂键20，并在所述底部膜层表面形成稳固的氧化层。[0049] 其中，所述含氧气体可以为臭氧、一氧化二氮等。当所述含氧气体为臭氧时，所述氧化工艺的参数具体为：所述臭氧的气体流量为15SLM 25SLM，工艺温度为400℃ 600℃，~ ~工艺时间为1min 10min。~[0050] 本步骤的含氧气体中的氧原子氧化羟基悬挂键20，以在所述底部膜层表面形成稳定的氧化层。[0051] 在本实施例中，氮化硅层表面的部分氮化硅中的硅原子与两个胺基（?NH2）形成不饱和键；由于硅原子与羟基形成的不饱和键较硅原子与胺基的不饱和键稳固，因此，在第一次氧化处理过程中羟基悬挂键20替代了胺基悬挂键10；在第二次处理过程中，臭氧中的氧与羟基悬挂键20中的羟基发生反应，其破坏了硅和羟基之间的键连接，在所述氮化硅层表面形成硅氧化合物层。[0052] 接着执行步骤S3，在所述底部膜层上形成光刻胶层，所述光刻胶层上涂覆有TARC（TopAnti?ReflectionCoating，顶部抗反射涂层）层，并对涂覆有所述TARC层的所述光刻胶层进行图案化处理，以形成光刻胶图案a。[0053] 在本步骤中，由于曝光时光刻胶层会产生氢离子，曝光后的烘焙过程中，加热氢离子激发去保护反应，由于在这个过程中，所述底部膜层表面没有含有孤对电子的氮（即胺基悬挂键），使得光刻胶层中的氢离子没有在与下方的底部膜层的界面上发生保护反应，从而提高了底部膜层上的去保护反应，改善了光刻胶毒化的问题，使得在完成光刻工艺之后所形成的光刻图案a清晰（如图6所示）。[0054] 综上所述，本发明提供一种在半导体器件制造过程中防光刻胶毒化的方法，包括以下步骤：在衬底上沉积底部膜层，所述底部膜层表面残留有胺基悬挂键；氧化去除所述胺基悬挂键；在所述底部膜层上形成光刻胶层，所述光刻胶层上涂覆有TARC层，并对涂覆有所述TARC层的所述光刻胶层进行图案化处理，以形成光刻胶图案。本发明通过氧化去除所述胺基悬挂键的方式替代了现有的等离子体处理工艺去除胺基悬挂键，可以避免在底部薄膜的等离子体损伤问题，还有效改善光刻胶毒化的问题。[0055] 此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”的描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。[0056] 可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

专利地区：安徽

专利申请日期：2024-08-12

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN118645424B