一種同時(shí)在深溝槽底部和頂部形成圖形的工藝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種同時(shí)在深溝槽底部和頂部形成圖形的工藝方法，包括以下步驟：1提供一需要在深溝槽底部和頂部形成圖形的硅片；2光刻膠的涂布和烘烤；3使用具有目標(biāo)圖形的掩膜版進(jìn)行曝光，形成光刻膠潛影；4用硅烷化劑對(duì)上述具有光刻膠潛影的光刻膠進(jìn)行硅烷基化處理，將潛影圖形轉(zhuǎn)化成硅烷基化圖形；5以上述硅烷基化圖形為掩膜層，干法刻蝕光刻膠，在深溝槽底部和頂部同時(shí)形成圖形；6以上述硅烷基化圖形和剩余光刻膠為掩膜層，刻蝕深溝槽底部和頂部的薄膜層，在深溝槽底部和頂部同時(shí)形成該薄膜層的圖形。本發(fā)明解決了用傳統(tǒng)一步光刻法無(wú)法同時(shí)在深溝槽底部和頂部形成圖形的問(wèn)題，以及兩步光刻和刻蝕方法中工藝復(fù)雜、成本較高的問(wèn)題。
【專利說(shuō)明】一種同時(shí)在深溝槽底部和頂部形成圖形的工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造工藝，尤其涉及一種同時(shí)在深溝槽底部和頂部形成圖形的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在某些具有深溝槽結(jié)構(gòu)的器件中，要求在深溝槽的底部和頂部同時(shí)形成圖形，如圖1所不的三維MEMS (Micro-electromechanical Systems:微電子機(jī)械系統(tǒng))器件中Z方向上的感應(yīng)器件，需要在深溝槽200的底部和頂部形成磁性薄膜層圖形601和602。圖2 (A)和圖2(B)分別是使用正性光刻膠和負(fù)性光刻膠一步光刻法的效果示意圖，由此可知，無(wú)論是使用正性光刻膠還是負(fù)性光刻膠，在曝光的過(guò)程中，由于DOF(Depthof Focus:焦深)的限制，以及光刻膠對(duì)曝光光強(qiáng)的吸收，深溝槽的底部的光刻膠無(wú)法獲得足夠強(qiáng)的光能量進(jìn)行曝光，因此顯影后都無(wú)法在深溝槽的底部形成光刻膠圖形，因此也就無(wú)法通過(guò)刻蝕的方法在深溝槽的底部和頂部都形成磁性薄膜層的圖形。
[0003]為了解決上述問(wèn)題，有一種可選的方法，即使用兩步光刻和兩次刻蝕法，其步驟如下:(I)進(jìn)行第一次涂膠、曝光和顯影，在深溝槽底部形成光刻膠圖形，(2)以上述光刻膠圖形為掩模，刻蝕深溝槽底部磁性薄膜層，在深溝槽200底部形成磁性薄膜層圖形601 (見(jiàn)圖1)，⑶進(jìn)行第二次涂膠、曝光和顯影，在深溝槽頂部形成光刻膠圖形，⑵以上述光刻膠圖形為掩模，刻蝕深溝槽頂部磁性薄膜層，在深溝槽200頂部形成磁性薄膜層圖形602(見(jiàn)圖1)。由此可知，上述方法分別使用了兩次涂膠、兩次曝光(同時(shí)需使用兩塊掩膜版)、兩次顯影和兩次刻蝕，雖然能夠分別在深溝槽的底部和頂部分別形成所需的磁性薄膜層圖形，但工藝復(fù)雜，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種同時(shí)在深溝槽底部和頂部形成圖形的工藝方法，以解決傳統(tǒng)一步光刻法無(wú)法同時(shí)在深溝槽底部和頂部形成圖形的問(wèn)題，以及兩步光刻和刻蝕方法中工藝復(fù)雜，成本較高的問(wèn)題。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種同時(shí)在深溝槽底部和頂部形成圖形的工藝方法，包括以下步驟:
[0006](I)提供一需要在深溝槽底部和頂部形成圖形的硅片；
[0007](2)光刻膠的涂布和烘烤；
[0008](3)使用具有目標(biāo)圖形的掩膜版進(jìn)行曝光，形成光刻膠潛影；
[0009](4)用硅烷化劑對(duì)上述具有光刻膠潛影的光刻膠進(jìn)行硅烷基化處理，將潛影圖形轉(zhuǎn)化成硅烷基化圖形；
[0010](5)以上述硅烷基化圖形為掩膜層，干法刻蝕光刻膠，在深溝槽底部和頂部同時(shí)形成圖形；
[0011](6)以上述硅烷基化圖形和剩余光刻膠為掩膜層，刻蝕深溝槽底部和頂部的薄膜層，在深溝槽底部和頂部同時(shí)形成該薄膜層的圖形。
[0012]在步驟(I)中，在所述硅片上，已經(jīng)形成了一深溝槽結(jié)構(gòu)。在所述深溝槽的底部、側(cè)壁和頂部都已生長(zhǎng)了一層薄膜層，該薄膜層就是需形成最終圖形的薄膜層。所述薄膜層是介質(zhì)薄膜層，金屬硅化物薄膜層，金屬薄膜層，或其任意組合。
[0013]在步驟(2)中，所述的光刻膠在曝光前不含羥基和羧酸基成分，經(jīng)曝光后能生成羥基或/和羧酸基成分。所述光刻膠在烘烤以后的厚度為2-100微米；所述光刻膠在烘烤以后的厚度要大到足以完全覆蓋所述的深溝槽。所述光刻膠的涂布使用旋涂或噴涂的方式。
[0014]在步驟(3)中，所述的曝光光源是波長(zhǎng)436納米的G-line，波長(zhǎng)365納米的1-line，波長(zhǎng)248納米的KrF和波長(zhǎng)193納米的ArF中的任意一種，優(yōu)選地，所述的曝光光源是波長(zhǎng)365納米的1-line。
[0015]在步驟(4)中，所述的硅烷化劑包括六甲基二硅氮烷，四甲基二硅氮烷，二甲基甲硅烷二甲胺，N，N-二乙氨基三甲基硅烷，優(yōu)選地，所述的硅烷化劑是六甲基二硅氮烷。所述的硅烷基化處理是將步驟(3)所獲得的具有目標(biāo)圖形潛影的光刻膠暴露于液態(tài)或氣態(tài)的所述硅烷化劑中，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)溫度為50-150°C，反應(yīng)時(shí)間為30-300秒。
[0016]在步驟(5)中，所述的干法刻蝕是以氧氣為主要刻蝕氣體的等離子體干法刻蝕，其氧氣流量為50-2000標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的立方厘米/分鐘，源射頻功率為100-1500瓦，氣體壓力為20-2000毫托。
[0017]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明通過(guò)引進(jìn)硅烷基化圖形層作為刻蝕的掩膜層，從而可以用以氧氣為主要刻蝕劑的干法刻蝕來(lái)刻蝕溝槽內(nèi)部的光刻膠，而不管所述光刻膠是否已經(jīng)曝光，解決了傳統(tǒng)一步光刻法中由于底部光刻膠不能進(jìn)行曝光而無(wú)法同時(shí)在深溝槽底部和頂部形成圖形的問(wèn)題，同時(shí)，本發(fā)明的方法通過(guò)一次涂膠和曝光、兩次刻蝕就可以同時(shí)在深溝槽底部和頂部形成所需的薄膜圖形，因此也就解決了兩步光刻和刻蝕方法中工藝復(fù)雜，成本較高的問(wèn)題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是三維MEMS器件中Z方向上的感應(yīng)器件示意圖；
[0019]圖2(A)是傳統(tǒng)正性光刻膠一步光刻法效果不意圖；
[0020]圖2 (B)是傳統(tǒng)負(fù)性光刻膠一步光刻法效果示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明的一種同時(shí)在深溝槽底部和頂部形成圖形的工藝流程圖；
[0022]圖4是本發(fā)明的一種同時(shí)在深溝槽底部和頂部形成圖形的工藝方法流程剖面示意圖；其中，圖4(A)是本發(fā)明方法的步驟(I)完成后的示意圖；圖4?)是本發(fā)明方法的步驟(2)完成后的示意圖；圖4(0是本發(fā)明方法的步驟(3)完成后的示意圖；圖4(0)是本發(fā)明方法的步驟(4)完成后的示意圖；圖4(E)是本發(fā)明方法的步驟(5)完成后的示意圖；圖4(F)是本發(fā)明方法的步驟(6)完成后的示意圖；
[0023]圖5是本發(fā)明步驟(4)中的烷基化反應(yīng)的化學(xué)方程式。
[0024]圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0025]100-硅片，200-深溝槽，300-薄膜層，301-深溝槽底部的薄膜層圖形，302-深溝槽頂部的薄膜層圖形，400-光刻膠，401-光刻膠潛影，402-未曝光的光刻膠，403-深溝槽側(cè)壁的光刻膠，500-硅烷基化圖形，601-深溝槽底部的磁性薄膜層圖形，602-深溝槽頂部的磁性薄膜層圖形。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0027]本發(fā)明的一種同時(shí)在深溝槽底部和頂部形成圖形的工藝方法，其工藝流程如圖3和圖4(A)-圖4(F)所示，具體包括以下步驟:
[0028](I)如圖4(A)所示，提供一需要在深溝槽底部和頂部形成圖形的硅片100:在所述硅片100上，已經(jīng)形成了一深溝槽200結(jié)構(gòu)，所述深溝槽200可以通過(guò)光刻和刻蝕的方法形成，且在所述深溝槽200的底部、側(cè)壁和頂部都已生長(zhǎng)了一薄膜層300，所述薄膜層300就是需形成最終圖形的薄膜層，根據(jù)工藝需求，所述薄膜層300可以是介質(zhì)薄膜層(如二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、鍺硅及其組合等)，可以是金屬硅化物薄膜層(如硅化鎢、硅化鈷等)，可以是金屬薄膜層(如鋁、金、銀、鎳鐵及其組合等)，也可以是以上所述薄膜層的任意組合。
[0029](2)如圖4(B)所示，光刻膠400的涂布和烘烤；所述的光刻膠400在曝光前不含羥基(OH)和羧酸基(COOH)成分，經(jīng)曝光后能生成羥基(OH)或/和羧酸基(COOH)成分，所述光刻膠400在烘烤以后的厚度為2-100微米，所述光刻膠400在烘烤以后的厚度要大到足以完全覆蓋所述的深溝槽200。所述光刻膠400的涂布可以使用旋涂或噴涂的方式，當(dāng)所述光刻膠400的厚度較大時(shí)(如大于20微米)，一般使用噴涂的方式。
[0030](3)如圖4(C)所示，使用具有目標(biāo)圖形的掩膜版(圖中未示出)進(jìn)行曝光，形成光刻膠潛影401:所述曝光的曝光光源是波長(zhǎng)436納米的G-line，波長(zhǎng)365納米的1-1ineJ^長(zhǎng)248納米的KrF和波長(zhǎng)193納米的ArF中的任意一種，優(yōu)選地，本實(shí)施例使用的曝光光源是波長(zhǎng)365納米的1-line。
[0031](4)如圖4(D)所示，用硅烷化劑對(duì)上述具有光刻膠潛影401的光刻膠400進(jìn)行硅烷基化處理，將潛影圖形轉(zhuǎn)化成硅烷基化圖形500 ;所述的硅烷化劑包括六甲基二硅氮烷(HMDS)，四甲基二硅氮烷(TMDS)，二甲基甲硅烷二甲胺(DMSDMA)，N，N-二乙氨基三甲基硅烷(TMSDEA)，優(yōu)選地，本實(shí)施例中采用的硅烷化劑是六甲基二硅氮烷(HMDS)，所述光刻膠400經(jīng)步驟(3)的曝光后，在曝光區(qū)域因發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而生成羥基(OH)或/和羧酸基(COOH)成分，因此光刻膠潛影401中的羥基或羧酸基中的活性氫成分將和所述硅烷化劑發(fā)生烷基化反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)方程式如圖5所示，所述的硅烷基化處理就是將步驟(3)所獲得的具有光刻膠潛影401的光刻膠400暴露于液態(tài)或氣態(tài)的所述的硅烷化劑中，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)(即烷基化反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)方程式如圖5所示)，使光刻膠潛影401轉(zhuǎn)化成硅烷基化圖形500，其反應(yīng)溫度為50-150°C，反應(yīng)時(shí)間為30-300秒。
[0032](5)如圖4(E)所示，以上述硅烷基化圖形500為掩膜層，干法刻蝕未曝光的光刻膠402 (如圖4(D)中所示)，在深溝槽200底部和頂部同時(shí)形成圖形:所述的干法刻蝕是以氧氣為主要刻蝕氣體的等離子體干法刻蝕，其氧氣流量為50-2000標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的立方厘米/分鐘，源射頻功率為100-1500瓦，氣體壓力為20-2000毫托，步驟(4)所形成的硅烷基化圖形500，在以氧氣為主要刻蝕氣體的等離子體干法刻蝕中，對(duì)未曝光的光刻膠402具有較高的刻蝕選擇比，因此可以作為所述干法刻蝕的掩膜層來(lái)刻蝕未曝光的光刻膠402，刻蝕完成后在深溝槽側(cè)壁的光刻膠403得以保留。[0033](6)如圖4(F)所示，以上述硅烷基化圖形500和深溝槽側(cè)壁的光刻膠403為掩膜層，刻蝕薄膜層300，形成深溝槽底部的薄膜層圖形301和深溝槽頂部的薄膜層圖形302:根據(jù)薄膜層300的材料不同，再結(jié)合刻蝕選擇比，可以選擇不同的刻蝕方法，包括干法刻蝕和濕法刻蝕，例如，當(dāng)薄膜層300為金屬鋁薄膜時(shí)，可以使用以氯氣為主要刻蝕氣體(還包含一些輔助氣體，如三氯化硼，四氟化碳，氮?dú)獾?的等離子體干法刻蝕。在刻蝕薄膜層300之后，再去除烷基化圖形500和深溝槽側(cè)壁的光刻膠403，就可以形成深溝槽底部的薄膜層圖形301和深溝槽頂部的薄膜層圖形302。
【權(quán)利要求】
1.一種同時(shí)在深溝槽底部和頂部形成圖形的工藝方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)提供一需要在深溝槽底部和頂部形成圖形的硅片； (2)光刻膠的涂布和烘烤； (3)使用具有目標(biāo)圖形的掩膜版進(jìn)行曝光，形成光刻膠潛影； (4)用硅烷化劑對(duì)上述具有光刻膠潛影的光刻膠進(jìn)行硅烷基化處理，將潛影圖形轉(zhuǎn)化成硅烷基化圖形； (5)以上述硅烷基化圖形為掩膜層，干法刻蝕光刻膠，在深溝槽底部和頂部同時(shí)形成圖形； (6 )以上述硅烷基化圖形和剩余光刻膠為掩膜層，刻蝕深溝槽底部和頂部的薄膜層，在深溝槽底部和頂部同時(shí)形成該薄膜層的圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(1)中，在所述硅片上，已經(jīng)形成了一深溝槽結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟(1)中，在所述深溝槽的底部、側(cè)壁和頂部都已生長(zhǎng)了一層薄膜層，該薄膜層就是需形成最終圖形的薄膜層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在步驟(1)中，所述薄膜層是介質(zhì)薄膜層，金屬硅化物薄膜層， 金屬薄膜層，或其任意組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述的光刻膠在曝光前不含羥基和羧酸基成分，經(jīng)曝光后能生成羥基或/和羧酸基成分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述光刻膠在烘烤以后的厚度為2-100微米；所述光刻膠在烘烤以后的厚度要大到足以完全覆蓋所述的深溝槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述光刻膠的涂布使用旋涂或噴涂的方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(3)中，所述的曝光光源是波長(zhǎng)436納米的G-line，波長(zhǎng)365納米的I_line，波長(zhǎng)248納米的KrF和波長(zhǎng)193納米的ArF中的任意一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在步驟(3)中，所述的曝光光源是波長(zhǎng)365 納米的 1-1ine0
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述的硅烷化劑包括六甲基二硅氮烷，四甲基二硅氮烷，二甲基甲硅烷二甲胺，N，N-二乙氨基三甲基硅烷。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述的硅烷化劑是六甲基二娃氣燒。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或10或11所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中，所述的硅烷基化處理是將步驟(3)所獲得的具有目標(biāo)圖形潛影的光刻膠暴露于液態(tài)或氣態(tài)的所述硅烷化劑中，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)溫度為50-150°C，反應(yīng)時(shí)間為30-300秒。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(5)中，所述的干法刻蝕是以氧氣為主要刻蝕氣體的等離子體干法刻蝕，其氧氣流量為50-2000標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的立方厘米/分鐘，源射頻功率為100-1500瓦，氣體壓力為20-2000毫托。
【文檔編號(hào)】H01L21/02GK103839770SQ201210473220
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月21日
【發(fā)明者】郭曉波 申請(qǐng)人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司