专利名称：一种晶圆蚀刻工艺中的显影方法
技术领域：
本发明设计半导体制造领域，且特别涉及一种晶圆蚀刻工艺中的显影方法。
背景技术：
集成电路制造技术随着摩尔定律而快速向着微小化方向发展，晶片尺寸因集成 度提高而不断缩小以增加晶片单位面积的元件数量。生产线上使用的线宽(critical dimension，⑶)已由次微米进入纳米领域，并且变得越来越重要，因此对于光刻工艺的要求 也越来越高，所使用的曝光光源已由248nm逐步向193nm的波长发展，甚至更小的波长也在 进一步研究之中。现有光刻工艺中形成光阻图案的方法请参考专利号为01140031的中国专利中公 开的技术方案。如图IA所示，首先提供晶圆100，在晶圆100上形成有半导体器件结构(未 标出)；在带有半导体器件结构的晶圆100上形成待蚀刻层102，此待蚀刻层102例如金属 层、多晶硅层、氮化硅层或氧化硅层；在待蚀刻层102上形成光阻层104。继续参照图1A，以光罩106为罩幕对光阻层104进行曝光工艺108，以使光阻层 104分为曝光区104a以及未曝光区104b，其中的曝光区104a经由光罩106的透光区106a 被照射光线而分解，未曝光区104b则经由光罩106的不透光区106b的遮蔽而未受光线的 照射，其中于曝光工艺108中所使用曝光光源例如是i线、氟化氢激光、氟化氨激光等。接 着，请参照图1B，经由显影工艺将光阻层104中的曝光区104a移除，以使未曝光区104b留 下，形成图案化光阻层。继续参考图1B，在显影过程中，由于显影机台的显影参数(显影时间、温度或显影 液成分)以及光罩的透射率大小可能会影响光阻显影不充分，从而在曝光区有残留光阻层 104c。现有光刻工艺中，通常会因为显影不充分而造成光阻残留，进而影响后续半导体 器件的质量；为了评估显影机台的显影能力一一显影光阻的效果，一般要在形成的半导体 器件后进行切片，制作成电子扫描电镜样品，观察光阻是否有残留，使成本增加且影响半导 体器件的成品率。在某晶圆显影工艺中，当光罩的透射率小于2%时，在显影后的检查中会发现光阻 残渣，造成这种残渣出现的原因是当光罩的透射率很低，甚至小于2%时，由于未曝光区的 光阻不溶解于水，晶圆表面的亲水性很低，导致曝光区的光阻因为表面张力效果而不能完 全的溶解掉，从而会导致晶圆表面图形区的光阻残渣降低了显影效果。由于光阻残渣的存 在，严重影响了产品的良率(约20% 45%)。同时在半导体器件制造过程中，工艺非常复杂，会有多层结构，而层间界面会导致 光反射，在193nm(氟化氩准分子镭射ArF Excimer Laser)波长时，对顶层的反射光的影响 更为明显，将使得特征尺寸，即线宽(critical dimension，⑶)的控制更加困难。因为在曝 光时入射光到达光阻顶层后会反射，导致反射光和入射光发生干涉现象，在光阻中形成驻 波，并造成光阻曝光强度的不均勻，甚至导致线宽控制发生误差。
本发明提出一种晶圆蚀刻工艺中的显影方法，其能够消除显影后的光阻残渣，提 高显影能力，从而大大提高产品良率。为了达到上述目的，本发明提出一种晶圆蚀刻工艺中的显影方法，包括在带有半导体器件结构的晶圆上形成待蚀刻层；在待蚀刻层上形成光阻层；在光阻层上形成抗反射层；对抗反射层和光阻层进行曝光显影处理。可选的，所述抗反射层为透明的有机材料。可选的，所述形成光阻层和形成抗反射层之后进行冷却机台处理。可选的，所述冷却机台处理温度为20摄氏度 25摄氏度，时间为大于等于40秒。可选的，所述形成抗反射层的步骤包括在光阻层上喷涂抗反射层；对上述结构进行甩胶处理以得到均勻厚度的抗反射层。可选的，所述喷涂抗反射层的剂量为4毫升 7毫升。可选的，所述甩胶处理的转速为750转/分 3500转/分。本发明提出的晶圆蚀刻工艺中的显影方法，在光阻层上增加了抗反射层，由于抗 反射层既有较高的光透射率，能够增强光阻对光的吸收，同时抗反射层不溶解于水，但是其 曝光后的部分在显影液中却有着更好的溶解性(相对于曝光的光阻)，从而提供晶圆表面 曝光部分的亲水性，因此其能够消除显影后的光阻残渣，提高显影能力，从而大大提高产品 良率。此外在形成抗反射层时通过均勻喷涂和甩胶处理，可在光阻层上均勻地覆盖一层 抗反射层，通过喷涂抗反射层的剂量控制抗反射层的层厚，将其反射率降低到以下，从 而减少驻波，提供蚀刻均勻性。
图IA和图IB所示为现有技术中晶圆蚀刻工艺中的显影方法的结构示意图。图2所示为本发明较佳实施例的晶圆蚀刻工艺中的显影方法流程图。图3A和图3B所示为本发明较佳实施例的晶圆蚀刻工艺中的显影方法的结构示意 图。
具体实施例方式为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所
如下。本发明提出一种晶圆蚀刻工艺中的显影方法，其能够消除显影后的光阻残渣，提 高显影能力，从而大大提高产品良率。抗反射层(Top Anti Reflective Coating, TARC)是被涂布在光阻层上表面的一 层减少光的反射的物质。其作用是减少曝光过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。
请同时参考图2，图2所示为本发明较佳实施例的晶圆蚀刻工艺中的显影方法流 程图。本发明提出一种晶圆蚀刻工艺中的显影方法，包括步骤SlOO 在带有半导体器件结构的晶圆上形成待蚀刻层；步骤S200 在待蚀刻层上形成光阻层；步骤S300 在光阻层上形成抗反射层；步骤S400 对抗反射层和光阻层进行曝光显影处理。请参考图3A和图3B，图3A和图3B所示为本发明较佳实施例的晶圆蚀刻工艺中 的显影方法的结构示意图。首先提供晶圆200，在晶圆200上形成有半导体器件结构(未 标出)；在带有半导体器件结构的晶圆200上形成待蚀刻层202，此待蚀刻层202例如金属 层、多晶硅层、氮化硅层或氧化硅层；在待蚀刻层202上形成光阻层204 ；然后在光阻层204 上形成抗反射层205。抗反射层205为透明的有机材料，不会吸收光，而是通过光线之间相 位相消来消除反射。继续参照图3A，以光罩206为罩幕对抗反射层205和光阻层204进行曝光工艺 208，所述光罩206的透射率小于2%，光罩206是带有图形的模具，光照把光罩206上的图 形转移到晶片上。曝光工艺208使得抗反射层205分为曝光区205a以及未曝光区205b，同 时光阻层204同样分为曝光区204a以及未曝光区204b，其中的曝光区204a经由光罩206 的透光区206a被照射光线而分解，未曝光区204b则经由光罩206的不透光区206b的遮蔽 而未受光线的照射，其中于曝光工艺208中所使用曝光光源例如是i线、氟化氢激光、氟化 氨激光等。接着，请参照图3B，经由显影工艺将光阻层204中的曝光区204a移除，以使未曝 光区204b留下，形成图案化光阻层。根据本发明较佳实施例，在形成光阻层和形成抗反射层之后需要进行冷却机台处 理，所述冷却机台处理温度为20摄氏度 25摄氏度，本发明较佳实施例采用22摄氏度的 冷却机台，即把晶圆送到恒温为22摄氏度的冷却板上进行冷却，以使得晶圆冷却到22摄氏 度，时间为大于等于40秒，以保证形成的光阻层和抗反射层保持特性。其中，形成抗反射层的步骤包括在光阻层上喷涂抗反射层和对上述结构进行甩 胶处理以得到均勻厚度的抗反射层两个步骤。根据不同的光阻和曝光波长，喷涂抗反射层 的剂量为4毫升 7毫升，以便调整抗反射层的层厚。而所述甩胶处理的转速为750转/ 分 3500转/分，其使用的甩胶机(Spin Coater)，也称为胶机，旋涂仪，旋转涂敷仪，勻 胶台、涂层机、旋转涂布机、旋转涂膜仪等，甩胶机工作原理是高速旋转基片，利用离心力使 滴在基片上的胶液均勻的涂在基片上。通过均勻喷涂和甩胶处理，可在光阻层上均勻地覆 盖一层抗反射层，通过喷涂抗反射层的剂量控制抗反射层的层厚，将其反射率降低到以 下，从而减少驻波，提供蚀刻均勻性。综上所述，本发明提出的晶圆蚀刻工艺中的显影方法，在光阻层上增加了抗反射 层，由于抗反射层既有较高的光透射率，反射率一般随机台的数值孔径数值不同而略有变 化，但小于0. 8%，因此能够增强光阻对光的吸收，同时抗反射层不溶解于水，但是其曝光后 的部分在显影液中却有着更好的溶解性(相对于曝光的光阻)，从而提供晶圆表面曝光部 分的亲水性，因此其能够消除显影后的光阻残渣，提高显影能力，从而大大提高产品良率。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技 术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
一种晶圆蚀刻工艺中的显影方法，其特征在于，包括在带有半导体器件结构的晶圆上形成待蚀刻层；在待蚀刻层上形成光阻层；在光阻层上形成抗反射层；对抗反射层和光阻层进行曝光显影处理。
2.根据权利要求1所述的显影方法，其特征在于，所述抗反射层为透明的有机材料。
3.根据权利要求1所述的显影方法，其特征在于，所述形成光阻层和形成抗反射层之 后进行冷却机台处理。
4.根据权利要求3所述的显影方法，其特征在于，所述冷却机台处理温度为20摄氏 度 25摄氏度，时间为大于等于40秒。
5.根据权利要求1所述的显影方法，其特征在于，所述形成抗反射层的步骤包括 在光阻层上喷涂抗反射层；对上述结构进行甩胶处理以得到均勻厚度的抗反射层。
6.根据权利要求5所述的显影方法，其特征在于，所述喷涂抗反射层的剂量为4毫升 7毫升。
7.根据权利要求5所述的显影方法，其特征在于，所述甩胶处理的转速为750转/分 3500转/分。
全文摘要
本发明提出一种晶圆蚀刻工艺中的显影方法，包括在带有半导体器件结构的晶圆上形成待蚀刻层；在待蚀刻层上形成光阻层；在光阻层上形成抗反射层；对抗反射层和光阻层进行曝光显影处理。本发明提出的晶圆蚀刻工艺中的显影方法，其能够消除显影后的光阻残渣，提高显影能力，从而大大提高产品良率。
文档编号H01L21/306GK101894754SQ200910051548
公开日2010年11月24日 申请日期2009年5月19日 优先权日2009年5月19日
发明者刘艳松, 尹朝丽 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司