测试片及其制造方法和光刻胶缺陷的检测方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种测试片及其制造方法和光刻胶缺陷的检测方法以及半导体器件的制作方法。

背景技术：

在半导体生产的过程中，涂覆光刻胶于晶圆上之前，在某个制程(例如plasma电浆清洗)中使得晶圆的表面产生大量的电荷，而表面带有大量电荷的晶圆在涂覆光刻胶之后，由于有些光刻胶具有极性，使得晶圆表面的电荷与极性光刻胶中的电荷发生一定的中和作用，进而使得涂覆的光刻胶中产生超出规格的空洞缺陷(如图1中的位置a1)，从而导致刻蚀后的晶圆出现异常，导致良率损失。而且，由于晶圆表面带有的电荷量在不同的制程中也不同，使得同一型号的光刻胶在晶圆上的不同膜层上涂覆后出现的空洞缺陷的严重程度也不同，进而使得涂覆的光刻胶中的空洞缺陷很难被及时检测出来，这样就可能导致刻蚀工艺之后出现批量的产品异常。

因此，如何在某型号的光刻胶正式投入产线量产使用之前即能确认此型号的光刻胶在涂覆后是否产生超出规格的空洞缺陷，避免降低产品良率是目前亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种测试片及其制造方法和光刻胶缺陷的检测方法以及半导体器件的制作方法，能够检测出光刻胶中产生的空洞缺陷是否超出规格，以避免因量产时使用不符合要求(即能产生超出规格的空洞缺陷)的光刻胶而导致产品良率下降的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种测试片的制造方法，所述测试片用于检测某半导体制程下涂覆的光刻胶中的空洞缺陷，所述的测试片的制造方法包括：提供一基底，所述基底具有所述半导体制程下的未涂覆所述光刻胶时的膜层结构；以及，

在所述基底上形成电荷分布，所述电荷分布的电荷极性与所述光刻胶的电荷极性相反。

可选的，所述基底的膜层结构包括自下向上依次堆叠的半导体衬底、金属层和底部抗反射层；在所述基底上形成电荷分布之后，在所述底部抗反射层上依次形成增粘剂层和光刻胶减量消耗剂层。

可选的，在所述基底上形成电荷分布的方法包括：

将所述基底放置在扫描电子显微镜中扫描；或者，

将所述基底放置在扫描电子显微镜中，进行x射线能谱检测；或者，

将所述基底放置在等离子体腔体中进行等离子体溅射。

可选的，将所述基底放置在扫描电子显微镜中扫描的时间为30min～60min；将所述基底放置在等离子体腔体中进行等离子体溅射的时间为5min～15min。

可选的，所述半导体衬底包括硅片、氧化铝陶瓷片和碳化硅陶瓷片中的任一种；所述金属层的材质包括铝、钛、镍、氮化铝、氮化钛和氮化镍中的一种或至少两种的组合；所述底部抗反射层的材质包括氮氧化硅、氧化硅或氧化硅-氮化硅-氧化硅；所述增粘剂层的材质包括六甲基二硅氮烷；所述光刻胶减量消耗剂层的材质包括丙二醇甲醚、乙酸丙二醇甲酯、ok73、环已酮、γ-丁内酯中的一种或者至少两种的组合。

本发明还提供了一种测试片，用于检测某半导体制程下涂覆的光刻胶中的空洞缺陷，所述测试片包括一具有电荷分布的基底，所述基底具有所述半导体制程下的未涂覆所述光刻胶时的膜层结构，所述电荷分布的电荷极性与所述光刻胶的电荷极性相反。

可选的，所述基底的膜层结构包括自下向上依次堆叠的半导体衬底、金属层、底部抗反射层、增粘剂层和光刻胶减量消耗剂层。

可选的，所述半导体衬底包括硅片、氧化铝陶瓷片和碳化硅陶瓷片中的任一种；所述金属层的材质包括铝、钛、镍、氮化铝、氮化钛和氮化镍中的一种或至少两种的组合；所述底部抗反射层的材质包括氮氧化硅、氧化硅或氧化硅-氮化硅-氧化硅；所述增粘剂层的材质包括六甲基二硅氮烷；所述光刻胶减量消耗剂层的材质包括丙二醇甲醚、乙酸丙二醇甲酯、ok73、环已酮、γ-丁内酯中的一种或者至少两种的组合。

本发明还提供了一种光刻胶缺陷的检测方法，包括：

提供本发明提供的所述测试片；

在所述测试片上形成光刻胶层，所述光刻胶层与所述测试片之间产生电荷中和作用；以及，

扫描所述测试片上的所述光刻胶层，以获得所述光刻胶层中的空洞缺陷的分布情况。

可选的，形成所述光刻胶层的步骤包括：涂覆光刻胶于所述测试片上，并依次进行烘烤、曝光和显影。

本发明还提供了一种半导体器件的制作方法，包括：

提供某半导体制程下的待涂覆光刻胶的晶圆；

采用本发明提供的所述光刻胶缺陷的检测方法，从多种型号的光刻胶中为所述晶圆选出符合要求的光刻胶，或者，在采用本发明提供的所述光刻胶缺陷的检测方法检测出某型号的光刻胶不符合要求时，将所述型号的光刻胶进行去电荷处理，以使其转换为符合要求的光刻胶；

将所述符合要求的光刻胶涂覆到所述晶圆的表面上，形成光刻胶层；

对所述光刻胶层进行烘烤、曝光和显影，以形成所述半导体制程所需的图案；以及，

以具有所述图案的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述晶圆中的相应膜层，以将所述图案转移到所述晶圆中的相应膜层上。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明的测试片的制造方法，通过在具有某半导体制程下的未涂覆光刻胶时的膜层结构的基底上形成电荷分布，且所述电荷分布的电荷极性与所述光刻胶的电荷极性相反，从而能够在将所述光刻胶应用到正式量产中之前，通过制得的测试片检测出该光刻胶是否会产生超出规格的空洞缺陷，进而避免因量产时使用不符合要求(即能产生超出规格的空洞缺陷)的光刻胶而导致产品良率下降的问题。

2、本发明的测试片，由于包括具有电荷分布的基底，所述基底具有所述半导体制程下的未涂覆光刻胶时的膜层结构，且所述电荷分布的电荷极性与所述光刻胶的电荷极性相反，因此能够在将所述光刻胶应用到正式量产中之前，被用于检测所述光刻胶中产生的空洞缺陷是否会超出规格(即不符合要求)，进而避免因量产时使用不符合要求(即能产生超出规格的空洞缺陷)的光刻胶而导致产品良率下降的问题。

3、本发明的光刻胶缺陷的检测方法，采用本发明提供的所述测试片，并在所述测试片上形成光刻胶层后对所述光刻胶层进行扫描，以获得所述光刻胶层中的空洞缺陷的分布情况，由此使得能够判断该光刻胶是否适合用于正式量产中，进而避免导致因量产时使用不符合要求(即能产生超出规格的空洞缺陷)的光刻胶而导致产品良率下降的问题。

4、本发明的半导体器件的制作方法，由于采用本发明提供的所述光刻胶缺陷的检测方法从多种型号的光刻胶中为晶圆选出符合要求的光刻胶，或者，采用本发明提供的所述光刻胶缺陷的检测方法检测出某型号的光刻胶不符合要求时，将所述型号的光刻胶进行去电荷处理，以使其转换为符合要求的光刻胶，使得应用到正式量产中的为符合要求的光刻胶，避免因涂覆的光刻胶本身含有超出规格的空洞缺陷而导致制作的半导体器件的良率下降的问题。

附图说明

图1是光刻胶层中的空洞缺陷的扫描电子显微镜图；

图2本发明一实施例的测试片的制造方法的流程图；

图3a是光刻胶层中的空洞缺陷分布图(不具有电荷分布的测试片上的光刻胶层)；

图3b是光刻胶层中的空洞缺陷分布图(具有电荷分布的测试片上的光刻胶层)。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图1～3b对本发明提出的测试片及其制造方法和光刻胶缺陷的检测方法以及半导体器件的制作方法作进一步详细说明。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例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明一实施例提供一种测试片的制造方法，参阅图2，图2是本发明一实施例的测试片的制造方法的流程图，所述测试片用于检测某半导体制程下涂覆的光刻胶中的空洞缺陷，所述测试片的制造方法包括：

步骤s1，提供一基底，所述基底具有所述半导体制程下的未涂覆所述光刻胶时的膜层结构；

步骤s2，在所述基底上形成电荷分布，所述电荷分布的电荷极性与所述光刻胶的电荷极性相反。

下面更为详细的介绍本实施例提供的测试片的制造方法：

首先，按照步骤s1，提供一基底，所述基底具有所述半导体制程下的未涂覆所述光刻胶时的膜层结构。所述基底的膜层结构包括自下向上依次堆叠的半导体衬底、金属层和底部抗反射层(barc)。其中，所述底部抗反射层的作用是减少后续曝光过程中在光刻胶层的下表面的反射，以使得曝光的大部分的能量都能够被所述光刻胶层吸收。

所述半导体衬底包括硅片、氧化铝陶瓷片和碳化硅陶瓷片中的任一种；所述金属层的材质包括铝、钛、镍、氮化铝、氮化钛和氮化镍中的一种或至少两种的组合；所述底部抗反射层的材质包括氮氧化硅、氧化硅或氧化硅-氮化硅-氧化硅，所述底部抗反射层的材质也可以是富含碳或硅的有机材料。

然后，按照步骤s2，在所述基底上形成电荷分布，以得到所述测试片，所述电荷分布的电荷极性与所述光刻胶的电荷极性相反。在所述基底上形成电荷分布的方法包括：将所述基底放置在扫描电子显微镜(sem)中扫描，扫描电子显微镜在对所述基底进行扫描时，扫描电子显微镜中发射的高能的入射电子轰击到所述基底的表面，使得所述基底的表面产生电荷，将所述基底放置在扫描电子显微镜中扫描的时间可以为30min～60min(例如为40min、50min等)；或者，将所述基底放置在扫描电子显微镜中，进行x射线能谱检测(edx)，在对所述基底进行x射线能谱检测时，也是需要从扫描电子显微镜中发射高能的入射电子轰击到所述基底的表面，因此，也能使得所述基底的表面产生电荷；或者，将所述基底放置在等离子体腔体中进行等离子体溅射，在进行等离子体溅射的过程中，大量的离子以高能量和高速度轰击所述基底的表面，以使得所述基底的表面产生电荷，将所述基底放置在等离子体腔体中进行等离子体溅射的时间可以为5min～15min(例如为7min、10min、13min等)。

由于在所述测试片上涂覆光刻胶，以将所述测试片应用到检测某半导体制程下涂覆的所述光刻胶中的空洞缺陷之前，需要先对所述测试片进行清洁，以去除所述测试片表面的有机物和金属杂质，进而确保后续涂覆光刻胶、曝光等工序得以顺利进行。但是，经过清洁的所述测试片的表面会覆盖一层水分子，并在所述测试片的表面形成亲水性的硅醇基，而待涂覆的所述光刻胶是疏水性的材料，这样就导致涂覆的所述光刻胶的附着力不够。因此，就需要在所述测试片的表面形成增粘剂层(即在所述基底上形成电荷分布之后，在所述底部抗反射层上形成增粘剂层)，所述增粘剂层能够使得所述测试片的表面由亲水性变为疏水性，进而使得所述光刻胶的附着力得到增加。可以采用旋转涂布的方法形成所述增粘剂层，所述增粘剂层的材质可以包括六甲基二硅氮烷(hmds)。

并且，为了节省后续在所述测试片上涂覆的所述光刻胶的用量，可以在所述增粘剂层上形成光刻胶减量消耗剂层。所述光刻胶减量消耗剂层可以对所述测试片的表面进行预湿，以使得涂覆的所述光刻胶的用量减少，降低测试成本。可以采用旋转涂布的方法形成所述光刻胶减量消耗剂层，所述光刻胶减量消耗剂层的材质可以包括丙二醇甲醚、乙酸丙二醇甲酯、ok73(单乙基醚丙二醇和丙二醇单甲醚乙酸酯的混合物)、环已酮、γ-丁内酯中的一种或者至少两种的组合。

另外，由于所述增粘剂层和光刻胶减量消耗剂层的材质是中性的，且所述增粘剂层和光刻胶减量消耗剂层的厚度都很薄，同时，在依次形成所述增粘剂层和光刻胶减量消耗剂层于所述底部抗反射层上的工艺过程中也不会引入新的电荷，因此，不会对所述基底上的电荷分布产生影响，进而不会影响所述测试片的使用。

上述的所述测试片的制造方法是模拟正常的半导体制程下未涂覆所述光刻胶的晶圆的生产过程，而且，由于所述晶圆表面带有的电荷量在不同半导体制程中不同，因此，对应不同的半导体制程，可以制造具有不同电荷分布(即所述基底上的总电荷量不同，且所述基底上不同位置的电荷量也不同)的测试片，每个测试片能够检测出其对应的半导体制程条件下涂覆的光刻胶中的空洞缺陷是否会超出规格，由此，可以通过这些测试片对半导体产品制造的整个过程中的各个需要用到光刻胶的半导体制程的光刻胶空洞缺陷进行检测和判断，从而能够避免有问题(即不符合要求)的光刻胶应用到量产中而导致产品良率下降的现象。

综上所述，本发明提供的测试片的制造方法，包括：提供一基底，所述基底具有所述半导体制程下的未涂覆所述光刻胶时的膜层结构；以及，在所述基底上形成电荷分布，所述电荷分布的电荷极性与所述光刻胶的电荷极性相反。本发明的测试片的制造方法使得所述测试片能够在将所述光刻胶应用到正式量产中之前判断出其中产生的空洞缺陷是否超出规格(即是否影响产品性能)，进而避免因量产时使用不符合要求(即能产生超出规格的空洞缺陷)的光刻胶而导致产品良率下降的问题。

本发明一实施例提供一种测试片，用于检测某半导体制程下涂覆的光刻胶中的空洞缺陷，所述测试片包括一具有电荷分布的基底，所述基底具有所述半导体制程下的未涂覆所述光刻胶时的膜层结构，所述电荷分布的电荷极性与所述光刻胶的电荷极性相反。所述基底的膜层结构包括自下向上依次堆叠的半导体衬底、金属层、底部抗反射层(barc)、增粘剂层和光刻胶减量消耗剂层。

其中，所述底部抗反射层的作用是减少后续曝光过程中在光刻胶层的下表面的反射，以使得曝光的大部分的能量都能够被所述光刻胶层吸收；所述增粘剂层能够使得所述测试片的表面由亲水性变为疏水性，以增加后续在所述测试片上涂覆的所述光刻胶的附着力；所述光刻胶减量消耗剂层能够节省后续在所述测试片上涂覆的所述光刻胶的用量，降低测试成本。

所述半导体衬底包括硅片、氧化铝陶瓷片和碳化硅陶瓷片中的任一种；所述金属层的材质包括铝、钛、镍、氮化铝、氮化钛和氮化镍中的一种或至少两种的组合；所述底部抗反射层的材质包括氮氧化硅、氧化硅或氧化硅-氮化硅-氧化硅，所述底部抗反射层的材质也可以是富含碳或硅的有机材料；所述增粘剂层的材质包括六甲基二硅氮烷(hmds)；所述光刻胶减量消耗剂层的材质包括丙二醇甲醚、乙酸丙二醇甲酯、ok73(单乙基醚丙二醇和丙二醇单甲醚乙酸酯的混合物)、环已酮、γ-丁内酯中的一种或者至少两种的组合。

上述的所述测试片的结构是模拟正常的半导体制程下未涂覆所述光刻胶的晶圆的结构，而且，由于所述晶圆表面带有的电荷量在不同半导体制程中不同，因此，对应不同的半导体制程，可以采用具有不同电荷分布(即所述基底上的总电荷量不同，且所述基底上不同位置的电荷量也不同)的测试片对所述光刻胶进行检测，每个测试片能够检测出其对应的半导体制程条件下涂覆的光刻胶中的空洞缺陷是否会超出规格，由此，可以通过这些测试片对半导体产品制造的整个过程中的各个需要用到光刻胶的半导体制程的光刻胶空洞缺陷进行检测和判断，从而能够避免有问题(即不符合要求)的光刻胶应用到量产中而导致产品良率下降的现象。

综上所述，本发明提供的测试片，包括一具有电荷分布的基底，所述基底具有所述半导体制程下的未涂覆所述光刻胶时的膜层结构，所述电荷分布的电荷极性与所述光刻胶的电荷极性相反。本发明的测试片能够在将所述光刻胶应用到正式量产中之前，被用于检测所述光刻胶中产生的空洞缺陷是否会超出规格(即不符合要求)，进而避免因量产时使用不符合要求(即能产生超出规格的空洞缺陷)的光刻胶而导致产品良率下降的问题。

本发明一实施例提供一种光刻胶缺陷的检测方法，包括：首先，提供本发明提供的所述测试片；然后，在所述测试片上形成光刻胶层，所述光刻胶层与所述测试片之间产生电荷中和作用；接着，扫描所述测试片上的所述光刻胶层，以获得所述光刻胶层中的空洞缺陷的分布情况。

下面对所述光刻胶缺陷的检测方法进行详细说明：

首先，提供本发明提供的所述测试片。从上述对所述测试片的描述可知，所述测试片上的电荷分布的电荷极性与所述光刻胶的电荷极性相反，因此，能够使得后续形成的光刻胶层与所述测试片之间产生电荷中和作用。

然后，在所述测试片上形成光刻胶层，所述光刻胶层与所述测试片之间产生电荷中和作用。由于正式量产过程中，所述晶圆表面带有的电荷量在不同半导体制程中不同，因此，对应不同的半导体制程，可以在具有不同电荷分布的所述测试片上形成光刻胶层。

形成所述光刻胶层的步骤包括：涂覆光刻胶于所述测试片上，并依次进行烘烤、曝光和显影。烘烤(即前烘)能够去除所述光刻胶中的溶剂，提高所述光刻胶的粘着力；而经过曝光和显影，使得能够更清楚的检测到所述光刻胶层内部的空洞缺陷，进而使得检测结果更加准确。

接着，扫描所述测试片上的所述光刻胶层，以获得所述光刻胶层中的空洞缺陷的分布情况。可以采用扫描电子显微镜扫描所述测试片上的所述光刻胶层。参阅图3a和图3b，图3a是光刻胶层中的空洞缺陷分布图(不具有电荷分布的测试片上的光刻胶层)，图3b是光刻胶层中的空洞缺陷分布图(具有电荷分布的测试片上的光刻胶层)，从图3a和图3b中可看出，在采用所述测试片对某型号的所述光刻胶中产生的空洞缺陷进行检测时，不具有电荷分布的所述测试片上的所述光刻胶层中检测到的空洞缺陷b1的数量明显少于具有电荷分布的所述测试片上的所述光刻胶层中检测到的空洞缺陷c1的数量，说明了所述测试片上的电荷分布使得所检测的此型号的所述光刻胶中产生了更加明显的空洞缺陷分布，进而说明了具有电荷分布的所述测试片能够使得不符合要求(即能产生超出规格的空洞缺陷)的所述光刻胶更容易被检测出来。

并且，通过采用具有不同电荷分布的所述测试片对所述光刻胶进行检测，使得每个测试片能够检测出其对应的半导体制程条件下涂覆的光刻胶中的空洞缺陷是否会超出规格，由此，可以通过这些测试片对半导体产品制造的整个过程中的各个需要用到光刻胶的半导体制程的光刻胶空洞缺陷进行检测和判断，从而能够避免有问题(即不符合要求)的光刻胶应用到量产中而导致产品良率下降的现象。

综上所述，本发明提供的光刻胶缺陷的检测方法，包括：提供本发明提供的所述测试片；在所述测试片上形成光刻胶层，所述光刻胶层与所述测试片之间产生电荷中和作用；以及，扫描所述测试片上的所述光刻胶层，以获得所述光刻胶层中的空洞缺陷的分布情况。本发明的光刻胶缺陷的检测方法能够判断所述光刻胶是否适合用于正式量产中，进而避免导致因量产时使用不符合要求(即能产生超出规格的空洞缺陷)的光刻胶而导致产品良率下降的问题。

本发明一实施例提供一种半导体器件的制作方法，包括：

首先，提供某半导体制程下的待涂覆光刻胶的晶圆。所述晶圆表面具有电荷分布，且所述晶圆上的电荷分布的电荷极性与本发明提供的所述测试片的电荷极性相同。

然后，采用本发明提供的所述光刻胶缺陷的检测方法，从多种型号的光刻胶中为所述晶圆选出符合要求的光刻胶；或者，在采用本发明提供的所述光刻胶缺陷的检测方法检测出某型号的光刻胶不符合要求(即能产生超出规格的空洞缺陷)时，将所述型号的光刻胶进行去电荷处理，以使其转换为符合要求的光刻胶，进而使得应用到正式量产中的为符合要求的光刻胶。

接着，将所述符合要求的光刻胶涂覆到所述晶圆的表面上，形成光刻胶层。

接着，对所述光刻胶层进行烘烤、曝光和显影，以形成所述半导体制程所需的图案。

最后，以具有所述图案的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述晶圆中的相应膜层，以将所述图案转移到所述晶圆中的相应膜层上。

从上述半导体器件的制作方法中可知，通过采用本发明提供的所述光刻胶缺陷的检测方法，使得应用到正式量产中的为符合要求的光刻胶，避免因涂覆的所述光刻胶本身含有超出规格的空洞缺陷而导致制作的半导体器件的良率下降的问题。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。