专利名称：有效减少孔显影缺陷的显影方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体的光刻领域，尤其涉及一种有效减少孔显影缺陷的显影方法。
背景技术：
在半导体集成电路制造工艺中，光刻工艺有着举足轻重的地位。在进行离子注入或刻蚀之前，需要通过光刻工艺形成光刻胶图案，以预先定义出待刻蚀或离子注入的区域。因而，光刻工艺水平的高低、质量的好坏会直接影响刻蚀或离子注入的结果，并最终会影响形成的半导体器件的电性和良率。在光刻工艺过程中，随着技术节点的不断提高，图形尺寸的不断缩小，显影缺陷的影响也越来越大，显影缺陷是造成产品成品率损失的主要原因。比较各显影缺陷中，残渣缺陷是经常出现的问题。其中有一类残渣来自于显影反应的生成物，没有被清洗步骤冲洗掉，残留在晶圆表面，造成图形的失效。我们在小分辨率图形上所用的光刻胶一般都是光学放大光刻胶，其主要成份是:1.光酸引发剂:遇到光照射后产生光酸；2.树脂:光刻胶的主要材料，是一种聚合物，可溶于碱性溶液；3.抑制剂:抑制树脂的反应；4.溶剂:溶解光酸引发剂、树脂及抑制剂。其反应机理见图1，光酸引发剂通过紫外线(hv)照射产生H+，通过曝光后烘烤(Post Exposure Bake, PEB)将H+扩散到光刻胶的内部，H+与抑制剂反应，使抑制剂变成碱性可溶的材料。现有的显影方法可参阅，
公开日为2009年11月25日、公开号为CN101587305A、发明名称为可有效去除晶圆光刻工艺过程中显影缺陷的显影方法的中国发明专利。该专利中的斜线缺陷就是由显影反应生成物的残渣缺陷造成的，除了斜线缺陷，上述残渣也可能造成接触孔堵塞，刻蚀后特别明显，如图2所示，其中I是正常的孔，2是整个孔被堵塞，3是部分被堵塞。曝光图形上只要发生一个接触孔堵塞，就会发生电路的断路或接触不良，影响器件的电性和良率。其产生机理为:1.初始的剧烈反应产生大量的生成物不溶于显影液；2.晶圆浸泡在显影液中，长时间的静止，使残渣在晶圆表面沉淀，部分落在显影出来的孔中，浸润时间越长，黏附得更为牢固，不易被后续的清洗步骤冲洗掉。除了上述残渣，显影不充分，有光刻胶残留，也会造成接触孔堵塞。其产生机理是曝光处的光刻胶未与显影液充分反应，有光刻胶残留在曝光孔中，刻蚀时进行阻挡，造成接触孔堵塞。随着曝光分辨率的不断提高，接触孔的尺寸越来越小，孔中的光刻胶与显影液的接触面也变得更小，显影难以充分；并且随着接触孔的减小，孔中的残渣也更难以去除，所以接触孔堵塞的缺陷变得越来越严重。该专利中的显影方法可以有效减少斜线缺陷，其显影流程如图3所示，但由于第一次显影是在短暂显影后就用清洗液清洗，部分清洗液会稀释第二次喷的显影液，造成显影不充分，有光刻胶的残留。而且残渣沉淀在孔中比较难去除，上述专利中第二次清洗的时间较短，不能充分去除孔中的残渣，所以上述专利的显影方式并不能减少接触孔堵塞缺陷的发生。
因此，如何提供一种可以有效地减少斜线缺陷和接触孔堵塞缺陷的发生，从而有效提高半导体器件的电性和良率的显影方法是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有效减少孔显影缺陷的显影方法，可以让显影液与光刻胶进行充分的反应，使之没有光刻胶的残留，同时可以完全去除显影反应产生的残渣，以有效地减少斜线缺陷和接触孔堵塞缺陷的发生，从而有效提高半导体器件的电性和良率。为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案:一种有效减少孔显影缺陷的显影方法，包括如下步骤:第一步、对涂敷有光刻胶的硅片进行表面活性剂润湿，使后续喷的显影液与光刻胶充分接触；第二步、表面活性剂去除；第三步、第一次显影，先将部分曝光处的光刻胶反应掉；第四步、去除显影液和反应后的残渣；第五步、第二次显影，与曝光处剩下的光刻胶进行充分的反应；第六步、去除显影液和反应后的残渣；第七步、第一次高速长时清洗，将大部分的显影液和残渣去除；第八步、清洗液去除，去除混有显影液和残渣的清洗液；第九步、第二次高速长时清洗，将残留的显影液和残渣都去掉；第十步、清洗液去除，将硅片表面的清洗液全部去除。优选地，在上述的有效减少孔显影缺陷的显影方法中，所述表面活性剂含有70%(重量百分比)的丙二醇甲醚和30% (重量百分比)的丙二醇甲醚醋酸酯。优选地，在上述的有效减少孔显影缺陷的显影方法中，表面活性剂润湿时，硅片的转速在500-600rpm之间，喷洒时间为4-7S。优选地，在上述的有效减少孔显影缺陷的显影方法中，表面活性剂去除时，硅片的转速在2000-3000rpm之间，时间为8-15S。优选地，在上述的有效减少孔显影缺陷的显影方法中，第一次显影和第二次显影中，采用的显影液是质量百分比浓度为2.38 %的四甲基氢氧化铵溶液，采用的喷嘴为直线移动喷嘴。优选地，在上述的有效减少孔显影缺陷的显影方法中，第一次显影的时间为10-20S，第二次显影时间为8-15S。优选地，在上述的有效减少孔显影缺陷的显影方法中，第一次显影和第二次显影时，硅片的转速均在2000-3000rpm之间，时间均为4-7S。优选地，在上述的有效减少孔显影缺陷的显影方法中，两次清洗液去除时，硅片的转速分别在2000-3000rpm之间。优选地，在上述的有效减少孔显影缺陷的显影方法中，第一次高速长时清洗和第二次高速长时清洗时，硅片的转速均在1000-1500rpm之间，时间均为30-50S。优选地，在上述的有效减少孔显影缺陷的显影方法中，在第一次高速长时清洗前，先进行低速短时清洗，使光刻胶表面被水润湿后再进行第一次高速长时清洗。
优选地，在上述的有效减少孔显影缺陷的显影方法中，进行低速短时清洗时，硅片的转速在50-150rpm之间，时间为2-4S。本发明提供的有效减少孔显影缺陷的显影方法，通过对涂敷光刻胶的硅片喷洒表面活性剂(Resist Reduction Consumption, RRC),对光刻胶层进行预湿润,可以改变所述光刻胶表面的亲水疏水状态，以使后续喷洒的显影液能够充分与光刻胶表面接触，从而使得显影液与光刻胶进行充分的反应，使之没有光刻胶的残留。并且，通过两次高速长时清洗并且在两次高速长时清洗之间进行清洗液去除，可以完全去除显影反应产生的残渣，从而有效地减少斜线缺陷和接触孔堵塞缺陷的发生，最终提高半导体器件的电性和良率。另外，通过在第一次高速长时清洗前，先进行低速短时清洗，可以使上面被去除显影液的光刻胶表面润湿，防止后续的高速清洗对光刻胶表面造成破坏，从而有效保护晶圆，进一步提高产品良率。
本发明的有效减少孔显影缺陷的显影方法由以下的实施例及附图给出。图1是光学放大光刻胶反应机理；图2是现有的显影方法显影后硅片上的接触孔状态图；图3是现有的显影方法的流程图；图4是为本发明的有效减少孔显影缺陷的显影方法的实施例的流程图
具体实施例方式以下将对本发明的有效减少孔显影缺陷的显影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。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，必须作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。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。请参阅图4，图4为本发明的实施例的流程图。本发明提出的可有效减少孔显影缺陷的显影方法，其步骤包括:A.RRC润湿；B.RRC去除；C.第一次显影；D.显影液去除；E.第二次显影；F.显影液去除；G.低速短时清洗；H.第一次高速长时清洗；1.清洗液去除；J.第二次高速长时清洗；K.清洗液去除。根据本发明的实施例，在向曝光硅片喷洒显影液前，首先，要进行步骤Α，即向涂敷有光刻胶的硅片表面喷洒表面活性剂，对光刻胶层进行预湿润，改变所述光刻胶表面的亲水疏水状态，以使后续喷洒的显影液能够充分与光刻胶表面接触，在喷洒RRC时，以较低的速度旋转上述硅片，转速在500-600rpm之间，喷洒时间为4-7S，以使整个硅片得到湿润。本实施例中，所述表面活性剂按重量计有70 %的丙二醇甲醚和30 %的丙二醇甲醚醋酸酯，即所述表面活性剂含有70% (重量百分比)的丙二醇甲醚和30% (重量百分比)的丙二醇甲醚醋酸酯。接着进行步骤B，以较高的速度将RRC去除，硅片的转速在2000-3000rpm之间，时间为8-15S。接着，进行步骤C，进行第一次显影，先将部分曝光处的光刻胶反应掉，显影出接触孔。采用的显影液是质量百分比浓度为2.38%的四甲基氢氧化铵溶液(Tetramethylammonium Hydroxide, TMAH)。采用的显影喷嘴是直线移动喷嘴，由于其对特征尺寸具有较好的均匀性控制能力，所以广泛用于线宽较小的光刻工艺中。该喷嘴对于显影液的涂覆方式为:喷嘴在静止的硅片上做直线移动并喷涂，使显影液完全覆盖硅片表面，之后在等待一定时间后立即进行步骤D，即去除显影液和反应后的残渣。上述等待的时间可设定在10-20S，这样显影液与光刻胶既有一定的时间反应，反应时间又不是很长，因此，反应生成的大量残渣没有足够的时间堆积并沉积黏附在硅片表面。通过步骤D，以较快的速度将显影液和生成的残渣甩掉，由于光刻胶表面没有图形阻挡，可以方便的去除显影液和残渣，硅片的转速可以在2000-3000rpm，去除时间为4-7S。然后，进行步骤E，重新喷涂显影液进行第二次显影，与曝光处剩下的光刻胶进行充分的反应。显影时间在8-15S之间，使显影液与光刻胶能充分反应，使之没有光刻胶的残留。因为这次显影不是初次反应，所以不会因为剧烈反应而产生大量的生成物残渣，从而有效减少残渣数量。然后进行步骤F，去除显影液和反应后的残渣，即将显影液和残渣甩掉，硅片的转速和时间同步骤D。之后进行步骤G，进行低速短时清洗，采用的清洗液一般为去离子水，先在较低的转速下喷清洗液进行清洗，硅片的转速可以为50-150rpm，清洗时间为2-4S。然后进行步骤H，第一次高速长时清洗，将大部分的显影液和残渣去除，即在较高的转速下喷清洗液，进行长时间的清洗，清洗时间在30-50S之间，硅片的转速在1000-1500rpm之间。上述，增加步骤G (即低速短时清洗)的主要目的是使上面被去除显影液的光刻胶表面润湿，防止后续的第一次高速长时清洗对光刻胶表面造成破坏。然后是步骤I，进行清洗液去除，去除混有显影液和残渣的清洗液，即在高的转速下将混有显影液和残渣的清洗液去除，硅片的转速在2000-3000rpm,时间不需要太长，使光刻胶表面还是处于湿润的状态。再后是步骤J，进行第二次高速长时清洗，将残留的显影液和残渣都去掉，本实施例中，是在较高的转速下进行长时间的清洗，清洗的转速和时间同步骤H。最后是步骤K，进行清洗液去除，将硅片表面的清洗液全部去除，本实施例中，是在高的转速下将清洗液去除，硅片的转速在2000-3000rpm，甩干时间稍微长一点，在10-20S，以便清洗液完全去除。进行两次高速长时清洗并且清洗时间较长的原因是孔底部的关键尺寸(CD)特别小，显影反应的残渣还是有部分沉积在底部，所以需要长时间的清洗，步骤I将清洗液甩掉的目的是第一次高速长时清洗时，残渣混在清洗液中，继续加清洗液只会稀释它，所以需要甩掉再进行清洗，这样才会清洗的更干净。通过上述的显影方式，可以让显影液与光刻胶进行充分的反应，使之没有光刻胶的残留，同时可以完全去除显影反应产生的残渣，减少接触孔堵塞的发生。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种有效减少孔显影缺陷的显影方法，其特征在于，包括如下步骤: 第一步、对涂敷有光刻胶的硅片进行表面活性剂润湿，使后续喷的显影液与光刻胶充分接触； 第二步、表面活性剂去除； 第三步、第一次显影，先将部分曝光处的光刻胶反应掉； 第四步、去除显影液和反应后的残渣； 第五步、第二次显影，与曝光处剩下的光刻胶进行充分的反应； 第六步、去除显影液和反应后的残洛; 第七步、第一次高速长时清洗，将大部分的显影液和残渣去除； 第八步、清洗液去除，去除混有显影液和残渣的清洗液； 第九步、第二次高速长时清洗，将残留的显影液和残渣都去掉； 第十步、清洗液去除，将硅片表面的清洗液全部去除。
2.如权利要求1所述的有效减少孔显影缺陷的显影方法，其特征在于，所述表面活性剂含有70% (重量百分比)的丙二醇甲醚和30% (重量百分比)的丙二醇甲醚醋酸酯。
3.如权利要求1所述的有效减少孔显影缺陷的显影方法，其特征在于，表面活性剂润湿时，硅片的转速在500-600rpm之间，喷洒时间为4-7S。
4.如权利要求1所述的有效减少孔显影缺陷的显影方法，其特征在于，表面活性剂去除时，硅片的转速在2000-3000rpm之间，时间为8-15S。
5.如权利要求1所述的有效减少孔显影缺陷的显影方法，其特征在于，第一次显影和第二次显影中，采用的显影液是质量百分比浓度为2.38%的四甲基氢氧化铵溶液，采用的喷嘴为直线移动喷嘴。
6.如权利要求1所述的有效减少孔显影缺陷的显影方法，其特征在于，第一次显影的时间为10-20S，第二次显影时间为8-15S。
7.如权利要求1所述的有效减少孔显影缺陷的显影方法，其特征在于，第一次显影和第二次显影时，硅片的转速均在2000-3000rpm之间，时间均为4-7S。
8.如权利要求1所述的有效减少孔显影缺陷的显影方法，其特征在于，两次清洗液去除时，硅片的转速均在2000-3000rpm之间。
9.如权利要求1所述的有效减少孔显影缺陷的显影方法，其特征在于，第一次高速长时清洗和第二次高速长时清洗时，硅片的转速均在1000-1500rpm之间，时间均为30-50S。
10.如权利要求1 9中任意一项所述的有效减少孔显影缺陷的显影方法，其特征在于，在第一次高速长时清洗前，先进行低速短时清洗，使光刻胶表面被水润湿后再进行第一次高速长时清洗。
11.如权利要求10所述的有效减少孔显影缺陷的显影方法，其特征在于，进行低速短时清洗时，硅片的转速在50-150rpm之间，时间为2-4S。
全文摘要
本发明提出的可有效减少孔显影缺陷的显影方法，其步骤包括A.RRC润湿；B.RRC去除；C.第一次显影；D.显影液去除；E.第二次显影；F.显影液去除；G.低速短时清洗；H.第一次高速长时清洗；I.清洗液去除；J.第二次高速长时清洗；K.清洗液去除。通过对涂敷光刻胶的硅片喷洒表面活性剂，对光刻胶层进行预湿润，可以使后续喷洒的显影液能够充分与光刻胶表面接触，从而使得显影液与光刻胶进行充分的反应。并且，通过两次高速长时清洗并且在两次高速长时清洗之间进行清洗液去除，可以完全去除显影反应产生的残渣，从而有效地减少斜线缺陷和接触孔堵塞缺陷的发生，最终提高半导体器件的电性和良率。
文档编号G03F7/16GK103197514SQ201210005668
公开日2013年7月10日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者闵金华, 段立峰 申请人:上海微电子装备有限公司