有機鹼催化的無顯影氣相光刻膠的製作方法

2023-08-20 20:22:46

專利名稱：有機鹼催化的無顯影氣相光刻膠的製作方法
技術領域：
本發明涉及用有機鹼催化氣相氟化氫和二氧化矽反應的光刻膠，屬於半導體器件製造的光刻技術領域。
光刻技術是製造半導體器件的一項重要工藝。從六十年代初開始，半導體器件和集成電路得以迅速發展，是與光刻技術的應用分不開的。傳統光刻工藝流程如

圖1所示。塗膠即是在生長有二氧化矽膜的矽片上塗膠。經烘烤後放上一塊特製的掩膜板，然後進行曝光，曝光後，由於光化學作用，曝光區上的光刻膠對溶劑的溶解度發生變化，利用溶劑溶解可溶部分，得到一光刻膠膜的圖形，此步驟稱為顯影。留下來的光刻膠對氫氟酸具有抗蝕作用，可以保護膠膜下的SiO2不被腐蝕，而裸露的二氧化矽則被氫氟酸腐蝕溶解掉，就是腐蝕過程。最後進行去膠。半導體器件和集成電路就是利用這樣的方法在二氧化矽等介質膜上刻蝕需要摻雜和電極接觸的圖形窗口，再通過摻雜，布線等技術製造出來的。在生產半導體器件和集成電路中，一個片子往往需要進行數次光刻。因此光刻質量的好壞直接影響產品的性能和成品率。
由於上述的傳統光刻工藝受到光的衍射，光刻膠膜的溶脹變形，化學腐蝕反應的各相同性，以及矽片表面的臺階和不均一性等問題的影響，光刻的解析度受到很大限制，一般認為2-3μm是其極限解析度，因此難以用於超大規模集成電路的製備。為了克服上述缺陷，尤其是溼法顯影中光刻膠膜的溶脹變形，所以開發了無顯影氣相光刻工藝，無顯影氣相光刻工藝的工藝流程如圖2所示，無顯影氣相光刻工藝是利用光刻膠中的光敏劑可以促進HF與SiO2的腐蝕作用，不用顯影就進行腐蝕工序，目前採用的無顯影氣相光刻膠由成膜物質、光敏劑和溶劑組成。成膜物質一般為肉桂酸類光敏樹脂，光敏劑一般為5-硝基苊。溶劑為可以溶解上述物質的有機溶劑。曝光後，肉桂酸產生交聯反應，使其玻璃化溫度(Tg)升高，所以可以防止光刻膠中的5-硝基苊的揮發，而非爆光區則肉桂酸不發生交聯，所以5-硝基苊容易揮發，含量減少，因而形成曝光區的SiO2易被HF腐蝕，非曝光區的SiO2不會被腐蝕，這樣就可以不用顯影就進行光刻腐蝕。但是用這種工藝需要很高的曝光度(5.4J/cm2)，因此生產率低，而且在刻蝕過程中曝光區的5-硝基苊也會揮發損失，所以用這種工藝光刻深度不能很深，一般只能達到800nm。因此大大限制了無顯影氣相光刻工藝的應用前景。
本發明的目的是提供一種光刻深度深，且曝光時間短的無顯影氣相光刻膠。
本發明的無顯影氣相光刻膠由成膜物質，光敏劑，具有光敏性的刻蝕促進劑和溶劑組成。成膜物質用可紫外光固化的光敏樹脂如肉桂酸酯類樹脂、丙稀酸類樹脂等；光敏劑可用5-硝基苊，安息香二甲醚、二苯酮；光敏性刻蝕促進劑為帶有叔胺基的光敏化合物如N，N二甲胺基甲基丙稀酸乙酯，2-甲基-1-(對甲硫苯基)-2-嗎啉丙酮，2-苄基-2-二甲氨基-1-(對嗎啉苯基)丁酮-1等。溶劑為能溶解上述物質的有機溶劑如環己酮，N，N-二甲胺基甲醯胺，乙酸乙二醇乙醚，上述各組分的配比為成膜物質∶光敏劑∶光敏性刻蝕促進劑∶溶劑為(8-9)∶(0.7-1.0)∶(0.3-1.0)∶90。
說明實施例如下實施例一、1、無顯影氣相光刻膠的配製取聚肉桂酸叉乙二醇丙二酸酯1g。N，N-二甲胺基甲基丙烯酸乙酯0.5ml，5-硝基苊0.1g。放入棕色試劑瓶中，再加入乙酸乙二醇乙醚10ml，待聚合物完全溶解後，過濾即可使用。
2、無顯影氣相光刻工藝在生長有二氧化矽薄層的矽片上塗上上述配製的光刻膠，膜厚500-800nm，在70℃下烘10分鐘後，可進行曝光，一般曝光在125W高壓汞燈下曝光35秒。然後放在刻蝕設備中進行刻蝕，首先打開氮氣瓶，控制氮氣流量0.3ml/min左右，反應溫度為110-130℃之間，讓反應箱內壓力保持在高於外界大氣壓4cm水柱以上。反應半小時，即可刻蝕透1600nm厚的二氧化矽層。然後取出矽片，用清洗液(氨水∶雙氧水∶去離子水＝1∶2∶4)去除光刻膠，即得到正性光刻圖形。
實施例二、無顯影氣相光刻膠的配製取聚肉桂酸叉乙二醇丙二酸酯1g。2-甲基-1-(對甲硫苯基)-2-嗎啉丙酮0.6g，5-硝基苊0.1g。放入棕色試劑瓶中，再加入乙酸乙二醇乙醚10ml，待聚合物完全溶解後，過濾即可使用。
光刻工藝同前。
實施例三、無顯影氣相光刻膠的配製取聚肉桂酸叉乙二醇丙二酸酯1g。2-苄基-2-二甲氨基-1-(對嗎啉苯基)丁酮-10.7g，5-硝基苊0.1g。放入棕色試劑瓶中，再加入乙酸乙二醇乙醚10ml，待聚合物完全溶解後，過濾即可使用。
光刻工藝同前。
採用本發明無顯影氣相光刻膠可使光刻深度達到1600nm以上，曝光量可減少至400mJ/cm2。
權利要求
1.一種含有成膜物質、光敏劑、溶劑的無顯影氣相光刻膠，其特徵是還含有光敏性的刻蝕促進劑，所說的成膜物質為可紫外光固化的光敏樹脂如肉桂酸酯類樹脂、丙稀酸類樹脂；所說的光敏劑可用5-硝基苊，安息香二甲醚、二苯酮；所說的光敏性刻蝕促進劑為帶有叔胺基的光敏化合物，所說的溶劑為能溶解上述物質的有機溶劑如環己酮，N，N-二甲胺基甲醯胺，乙酸乙二醇乙醚，上述各組分的配比為成膜物質∶光敏劑∶光敏性刻蝕促進劑∶溶劑為(8-9)∶(0.7- 1.0)∶(0.3-1.0)∶90。
2.根據權利要求1所說的無顯影氣相光刻膠，其特徵是所說的光敏性刻蝕促進劑為N，N二甲胺基甲基丙稀酸乙脂。
3.根據權利要求1所說的無顯影氣相光刻膠，其特徵是所說的光敏性刻蝕促進劑為2-甲基-1-(對甲硫苯基)-2-嗎啉丙酮
4.根據權利要求1所說的無顯影氣相光刻膠，其特徵是所說的光敏性刻蝕促進劑為2-苄基-2-二甲氨基-1-(對嗎啉苯基)丁酮-全文摘要
一種無顯影氣相光刻膠，屬於光刻技術領域。本發明光刻膠由成膜物質，光敏劑、具有光敏性的刻蝕促進劑和溶劑組成，所說的成膜物質為可紫外光固化的光敏樹脂如肉桂酸酯類樹脂、丙烯酸類樹脂。所說的光敏劑可用5-硝基苊，安息香二甲醚、二苯酮等；光敏性刻蝕促進劑為帶有叔胺基的光敏化合物如N，N二甲胺基甲基丙烯酸乙酯，2-甲基-1-(對甲硫苯基)-2-嗎啉丙酮，2-苄基-2-二甲氨基-1-(對嗎啉苯基)丁酮-1；所說的溶劑為能溶解上述物質的有機溶劑如環己酮，N，N-二甲胺基甲醯胺，乙酸乙二醇乙醚，上述各組分的配比為∶成膜物質∶光敏劑∶光敏性刻蝕促進劑∶溶劑為(8-9)∶(0.7-1.0)∶(0.3-1.0)∶90。採用本發明光刻膠可達到刻蝕深度1600nm，曝光量可減少至400mJ/cm
文檔編號G03F7/038GK1157426SQ96114150
公開日1997年8月20日 申請日期1996年12月27日 優先權日1996年12月27日
發明者王培清, 盧建平, 洪嘯吟, 陳永麒 申請人:清華大學