專利名稱：一種晶圓蝕刻工藝中的顯影方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，且特別涉及一種晶圓蝕刻工藝中的顯影方法。
背景技術(shù)：
集成電路制造技術(shù)隨著摩爾定律而快速向著微小化方向發(fā)展，晶片尺寸因集成 度提高而不斷縮小以增加晶片單位面積的元件數(shù)量。生產(chǎn)線上使用的線寬(critical dimension，⑶)已由次微米進(jìn)入納米領(lǐng)域，并且變得越來越重要，因此對于光刻工藝的要求 也越來越高，所使用的曝光光源已由248nm逐步向193nm的波長發(fā)展，甚至更小的波長也在 進(jìn)一步研究之中?，F(xiàn)有光刻工藝中形成光阻圖案的方法請參考專利號為01140031的中國專利中公 開的技術(shù)方案。如圖IA所示，首先提供晶圓100，在晶圓100上形成有半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)(未 標(biāo)出)；在帶有半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的晶圓100上形成待蝕刻層102，此待蝕刻層102例如金屬 層、多晶硅層、氮化硅層或氧化硅層；在待蝕刻層102上形成光阻層104。繼續(xù)參照圖1A，以光罩106為罩幕對光阻層104進(jìn)行曝光工藝108，以使光阻層 104分為曝光區(qū)104a以及未曝光區(qū)104b，其中的曝光區(qū)104a經(jīng)由光罩106的透光區(qū)106a 被照射光線而分解，未曝光區(qū)104b則經(jīng)由光罩106的不透光區(qū)106b的遮蔽而未受光線的 照射，其中于曝光工藝108中所使用曝光光源例如是i線、氟化氫激光、氟化氨激光等。接 著，請參照圖1B，經(jīng)由顯影工藝將光阻層104中的曝光區(qū)104a移除，以使未曝光區(qū)104b留 下，形成圖案化光阻層。繼續(xù)參考圖1B，在顯影過程中，由于顯影機(jī)臺的顯影參數(shù)(顯影時間、溫度或顯影 液成分)以及光罩的透射率大小可能會影響光阻顯影不充分，從而在曝光區(qū)有殘留光阻層 104c?，F(xiàn)有光刻工藝中，通常會因為顯影不充分而造成光阻殘留，進(jìn)而影響后續(xù)半導(dǎo)體 器件的質(zhì)量；為了評估顯影機(jī)臺的顯影能力一一顯影光阻的效果，一般要在形成的半導(dǎo)體 器件后進(jìn)行切片，制作成電子掃描電鏡樣品，觀察光阻是否有殘留，使成本增加且影響半導(dǎo) 體器件的成品率。在某晶圓顯影工藝中，當(dāng)光罩的透射率小于2%時，在顯影后的檢查中會發(fā)現(xiàn)光阻 殘渣，造成這種殘渣出現(xiàn)的原因是當(dāng)光罩的透射率很低，甚至小于2%時，由于未曝光區(qū)的 光阻不溶解于水，晶圓表面的親水性很低，導(dǎo)致曝光區(qū)的光阻因為表面張力效果而不能完 全的溶解掉，從而會導(dǎo)致晶圓表面圖形區(qū)的光阻殘渣降低了顯影效果。由于光阻殘渣的存 在，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的良率(約20% 45%)。同時在半導(dǎo)體器件制造過程中，工藝非常復(fù)雜，會有多層結(jié)構(gòu)，而層間界面會導(dǎo)致 光反射，在193nm(氟化氬準(zhǔn)分子鐳射ArF Excimer Laser)波長時，對頂層的反射光的影響 更為明顯，將使得特征尺寸，即線寬(critical dimension，⑶)的控制更加困難。因為在曝 光時入射光到達(dá)光阻頂層后會反射，導(dǎo)致反射光和入射光發(fā)生干涉現(xiàn)象，在光阻中形成駐 波，并造成光阻曝光強(qiáng)度的不均勻，甚至導(dǎo)致線寬控制發(fā)生誤差。
本發(fā)明提出一種晶圓蝕刻工藝中的顯影方法，其能夠消除顯影后的光阻殘渣，提 高顯影能力，從而大大提高產(chǎn)品良率。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種晶圓蝕刻工藝中的顯影方法，包括在帶有半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的晶圓上形成待蝕刻層；在待蝕刻層上形成光阻層；在光阻層上形成抗反射層；對抗反射層和光阻層進(jìn)行曝光顯影處理。可選的，所述抗反射層為透明的有機(jī)材料。可選的，所述形成光阻層和形成抗反射層之后進(jìn)行冷卻機(jī)臺處理?？蛇x的，所述冷卻機(jī)臺處理溫度為20攝氏度 25攝氏度，時間為大于等于40秒。可選的，所述形成抗反射層的步驟包括在光阻層上噴涂抗反射層；對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行甩膠處理以得到均勻厚度的抗反射層?？蛇x的，所述噴涂抗反射層的劑量為4毫升 7毫升?？蛇x的，所述甩膠處理的轉(zhuǎn)速為750轉(zhuǎn)/分 3500轉(zhuǎn)/分。本發(fā)明提出的晶圓蝕刻工藝中的顯影方法，在光阻層上增加了抗反射層，由于抗 反射層既有較高的光透射率，能夠增強(qiáng)光阻對光的吸收，同時抗反射層不溶解于水，但是其 曝光后的部分在顯影液中卻有著更好的溶解性(相對于曝光的光阻)，從而提供晶圓表面 曝光部分的親水性，因此其能夠消除顯影后的光阻殘渣，提高顯影能力，從而大大提高產(chǎn)品 良率。此外在形成抗反射層時通過均勻噴涂和甩膠處理，可在光阻層上均勻地覆蓋一層 抗反射層，通過噴涂抗反射層的劑量控制抗反射層的層厚，將其反射率降低到以下，從 而減少駐波，提供蝕刻均勻性。


圖IA和圖IB所示為現(xiàn)有技術(shù)中晶圓蝕刻工藝中的顯影方法的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示為本發(fā)明較佳實施例的晶圓蝕刻工藝中的顯影方法流程圖。圖3A和圖3B所示為本發(fā)明較佳實施例的晶圓蝕刻工藝中的顯影方法的結(jié)構(gòu)示意 圖。
具體實施例方式為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所

如下。本發(fā)明提出一種晶圓蝕刻工藝中的顯影方法，其能夠消除顯影后的光阻殘渣，提 高顯影能力，從而大大提高產(chǎn)品良率?？狗瓷鋵?Top Anti Reflective Coating, TARC)是被涂布在光阻層上表面的一 層減少光的反射的物質(zhì)。其作用是減少曝光過程中光在光阻的上表面的反射，以使曝光的 大部分能量都被光阻吸收。
請同時參考圖2，圖2所示為本發(fā)明較佳實施例的晶圓蝕刻工藝中的顯影方法流 程圖。本發(fā)明提出一種晶圓蝕刻工藝中的顯影方法，包括步驟SlOO 在帶有半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的晶圓上形成待蝕刻層；步驟S200 在待蝕刻層上形成光阻層；步驟S300 在光阻層上形成抗反射層；步驟S400 對抗反射層和光阻層進(jìn)行曝光顯影處理。請參考圖3A和圖3B，圖3A和圖3B所示為本發(fā)明較佳實施例的晶圓蝕刻工藝中 的顯影方法的結(jié)構(gòu)示意圖。首先提供晶圓200，在晶圓200上形成有半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)(未 標(biāo)出)；在帶有半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的晶圓200上形成待蝕刻層202，此待蝕刻層202例如金屬 層、多晶硅層、氮化硅層或氧化硅層；在待蝕刻層202上形成光阻層204 ；然后在光阻層204 上形成抗反射層205。抗反射層205為透明的有機(jī)材料，不會吸收光，而是通過光線之間相 位相消來消除反射。繼續(xù)參照圖3A，以光罩206為罩幕對抗反射層205和光阻層204進(jìn)行曝光工藝 208，所述光罩206的透射率小于2%，光罩206是帶有圖形的模具，光照把光罩206上的圖 形轉(zhuǎn)移到晶片上。曝光工藝208使得抗反射層205分為曝光區(qū)205a以及未曝光區(qū)205b，同 時光阻層204同樣分為曝光區(qū)204a以及未曝光區(qū)204b，其中的曝光區(qū)204a經(jīng)由光罩206 的透光區(qū)206a被照射光線而分解，未曝光區(qū)204b則經(jīng)由光罩206的不透光區(qū)206b的遮蔽 而未受光線的照射，其中于曝光工藝208中所使用曝光光源例如是i線、氟化氫激光、氟化 氨激光等。接著，請參照圖3B，經(jīng)由顯影工藝將光阻層204中的曝光區(qū)204a移除，以使未曝 光區(qū)204b留下，形成圖案化光阻層。根據(jù)本發(fā)明較佳實施例，在形成光阻層和形成抗反射層之后需要進(jìn)行冷卻機(jī)臺處 理，所述冷卻機(jī)臺處理溫度為20攝氏度 25攝氏度，本發(fā)明較佳實施例采用22攝氏度的 冷卻機(jī)臺，即把晶圓送到恒溫為22攝氏度的冷卻板上進(jìn)行冷卻，以使得晶圓冷卻到22攝氏 度，時間為大于等于40秒，以保證形成的光阻層和抗反射層保持特性。其中，形成抗反射層的步驟包括在光阻層上噴涂抗反射層和對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行甩 膠處理以得到均勻厚度的抗反射層兩個步驟。根據(jù)不同的光阻和曝光波長，噴涂抗反射層 的劑量為4毫升 7毫升，以便調(diào)整抗反射層的層厚。而所述甩膠處理的轉(zhuǎn)速為750轉(zhuǎn)/ 分 3500轉(zhuǎn)/分，其使用的甩膠機(jī)(Spin Coater)，也稱為膠機(jī)，旋涂儀，旋轉(zhuǎn)涂敷儀，勻 膠臺、涂層機(jī)、旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)、旋轉(zhuǎn)涂膜儀等，甩膠機(jī)工作原理是高速旋轉(zhuǎn)基片，利用離心力使 滴在基片上的膠液均勻的涂在基片上。通過均勻噴涂和甩膠處理，可在光阻層上均勻地覆 蓋一層抗反射層，通過噴涂抗反射層的劑量控制抗反射層的層厚，將其反射率降低到以 下，從而減少駐波，提供蝕刻均勻性。綜上所述，本發(fā)明提出的晶圓蝕刻工藝中的顯影方法，在光阻層上增加了抗反射 層，由于抗反射層既有較高的光透射率，反射率一般隨機(jī)臺的數(shù)值孔徑數(shù)值不同而略有變 化，但小于0. 8%，因此能夠增強(qiáng)光阻對光的吸收，同時抗反射層不溶解于水，但是其曝光后 的部分在顯影液中卻有著更好的溶解性(相對于曝光的光阻)，從而提供晶圓表面曝光部 分的親水性，因此其能夠消除顯影后的光阻殘渣，提高顯影能力，從而大大提高產(chǎn)品良率。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技 術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種晶圓蝕刻工藝中的顯影方法，其特征在于，包括在帶有半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的晶圓上形成待蝕刻層；在待蝕刻層上形成光阻層；在光阻層上形成抗反射層；對抗反射層和光阻層進(jìn)行曝光顯影處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯影方法，其特征在于，所述抗反射層為透明的有機(jī)材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯影方法，其特征在于，所述形成光阻層和形成抗反射層之 后進(jìn)行冷卻機(jī)臺處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的顯影方法，其特征在于，所述冷卻機(jī)臺處理溫度為20攝氏 度 25攝氏度，時間為大于等于40秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯影方法，其特征在于，所述形成抗反射層的步驟包括 在光阻層上噴涂抗反射層；對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行甩膠處理以得到均勻厚度的抗反射層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的顯影方法，其特征在于，所述噴涂抗反射層的劑量為4毫升 7毫升。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的顯影方法，其特征在于，所述甩膠處理的轉(zhuǎn)速為750轉(zhuǎn)/分 3500轉(zhuǎn)/分。
全文摘要
本發(fā)明提出一種晶圓蝕刻工藝中的顯影方法，包括在帶有半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的晶圓上形成待蝕刻層；在待蝕刻層上形成光阻層；在光阻層上形成抗反射層；對抗反射層和光阻層進(jìn)行曝光顯影處理。本發(fā)明提出的晶圓蝕刻工藝中的顯影方法，其能夠消除顯影后的光阻殘渣，提高顯影能力，從而大大提高產(chǎn)品良率。
文檔編號H01L21/306GK101894754SQ200910051548
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者劉艷松, 尹朝麗 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司