CN101211778A

CN101211778A - 防止有机底部防反射层上缺陷形成的方法

Info

Publication number: CN101211778A
Application number: CNA2006101488234A
Authority: CN
Inventors: 张雷; 姚欣; 单朝杰; 陈杰
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-02

Abstract

一种防止有机底部防反射层上缺陷形成的方法，包括下列步骤：在晶圆上形成有机底部防反射层；将晶圆在空气中放置，其中放置时间小于等于8小时；在有机底部防反射层上形成光刻胶，并对光刻胶进行曝光和显影；将晶圆在空气中放置，其中放置时间小于等于48小时；以光刻胶为掩膜，刻蚀有机底部防反射层。经过上述步骤，有机底部防反射层表面不会产生颗粒，进而实现在刻蚀有机底部防反射层下方的膜层时不会产生残留。

Description

防止有机底部防反射层上缺陷形成的方法

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造，尤其涉及半导体器件微影工艺中防止有机底部防反射层表面缺陷形成的方法。

背景技术

随着半导体器件的集成度提高，半导体器件的线宽要求越来越小，关键尺寸的控制也越来越重要，当然对刻蚀工艺的要求也越来越高。为了满足光刻的要求，除了在光刻机设备方面的不断升级换代以外，人们还使用了其它的技术来提高光刻的质和精度，使用防反射层(ARC)。防反射层的作用是：防止光线通过光刻胶后在晶圆界面发生反射，因为反射回光刻胶的光线会与入射光发生干涉，导致光刻胶不能均匀曝光。ARC的发展经过了顶部防反射层(TARC)和底部防反射层(BARC)两个阶段。

目前主要使用的是底部防反射层，底部防反射层又分为有机、无机两种。由于有机底部防反射层具有以下优点：成本低、折射率重复性好、平面性好(在对景深要求高时，这个优点很突出，同时由于是有机物质，可以返工，所以目前主要使用有机底部防反射层。一般有机底部防反射层的折射率要与光刻胶匹配，这样可以消除入射光在光刻胶-有机底部防反射层界面的反射；此外，有机底部防反射层还可以吸收光线，所以光线在通过有机底部防反射层时就已经被吸收了，而不会到达下一个界面发生反射。

现有在包含有机底部防反射层的晶圆上形成半导体器件图形的方法请参考申请号为02141023的中国专利申请，具体步骤如图1A所示，在晶圆100上用化学气相沉积法形成硅化物层102；在硅化物层102上形成有机底部防反射层104，用以防止后续曝光工艺中入射光进入有机底部防反射层104下面硅化物层102。

如图1B所示，用旋涂法在有机底部防反射层104上涂覆光刻胶106；然后用激光束将光罩上的图形转移至光刻胶106上；用显影液对光刻胶106上的图形进行显影，形成图形开口107。

如图1C所示，以光刻胶106为掩膜，采用干法蚀刻法依次刻蚀有机底部防反射层104和硅化物层102。

如图1D所示，先用灰化法去除光刻胶106，但仍会有光刻胶残留；然后用湿法蚀刻法去除光刻胶106残留和有机底部防反射层104，在硅化物层102上形成半导体器件图形109。

现有技术在形成半导体器件图形的过程中，在涂覆完有机底部防反射层以后可能因为光刻胶涂布机此时正忙于或者正准备加工优先级更高的晶圆，因此要将这批晶圆放置空气中48小时以上再涂覆光刻胶；并且在光刻胶显影后，如果刻蚀机也正忙于或者正准备加工优先级更高的晶圆，也要将这批晶圆放置空气中48小时以上再蚀刻有机底部防反射层，由于有机底部防反射层暴露空气中会吸收环境中的水汽和氨等物质，凝结为耐刻蚀的结晶状物质于有机底部防反射层表面。如图2A所示，用电子扫描电镜观察有机底部防反射层残留，这些0.5um至2um大小，形状不规则的颗粒(图中椭圆圈出部分)会在后续的刻蚀工艺步骤中导致有机底部防反射层下方的薄膜不完全刻蚀而形成残留，进而导致器件间短路。

为解决上述有机底部防反射层的缺陷，现有技术在涂覆完有机底部防反射层后，将晶圆放置空气中的时间控制在小于等于8小时，然后再涂覆光刻胶。这样的做法只解决了将透过率(透过率指光罩上图形范围内透光部分总和占整个图形范围面积的比重)小于50％的光罩上图形转移至光刻胶后，经过显影，并蚀刻有机底部防反射层后，如图2B所示，在用透过率为14.4％的光罩时，经过显影工艺后，将晶圆放置空气中大于200小时，用电子扫描电镜观察到晶圆上的有机底部防反射层的残留很少。但是在将透过率大于等于50％的光罩上的图形转移至光刻胶后，经过显影并蚀刻有机底部防反射层后，有机底部防反射层的残留很多，如图2C所示，在光罩的透过率为56.7％时，经过显影工艺后，将晶圆放置空气中大于200小时，再经过刻蚀步骤后，由缺陷扫描机台获得缺陷数较多。如图2D所示，在光罩的透过率为84.8％时，经过显影工艺后，将晶圆放置空气中大于200小时，再经过刻蚀步骤后，由缺陷扫描机台进行扫描，可以明显看到大量缺陷分布在晶圆表面。

现有技术形成半导体器件图形的过程中，由于光刻胶显影工艺后，将晶圆放置空气中的时间过长，导致有机底部防反射层表面产生颗粒，从而导致有机底部防反射层下方的膜层不完全刻蚀形成残留；尤其是将透过率大于50％的光罩图形转移至光刻胶，显影后，由于暴露空气的有机底部防反射层面积大且时间长，因此导致有机底部防反射层表面产生大量颗粒，从而导致有机底部防反射层下方的膜层不完全刻蚀形成大量残留。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种防止有机底部防反射底层上缺陷形成的方法，防止由于光刻胶显影工艺后，将晶圆放置空气中的时间过长，导致有机底部防反射层表面产生颗粒，从而导致有机底部防反射层下方的膜层不完全刻蚀形成残留。

为解决上述问题，本发明提供一种防止有机底部防反射底层上缺陷形成的方法，其特征在于，包括下列步骤：在晶圆上形成有机底部防反射层；将晶圆在空气中放置，其中放置时间小于等于8小时；在有机底部防反射层上形成光刻胶，并对光刻胶进行曝光和显影；将晶圆在空气中放置，其中放置时间小于等于48小时；以光刻胶为掩膜，刻蚀有机底部防反射层。

用旋涂法形成有机底部防反射层。所述有机底部防反射层的厚度为200埃～400埃。

用干法蚀刻法刻蚀有机底部防反射层。

用旋涂法形成光刻胶，所述光刻胶的厚度为3000nm～5000nm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明在光刻胶显影工艺后，将晶圆放置空气中的时间过调节至小于等于48小时，有机底部防反射层表面产生颗粒的机率下降，进而在刻蚀有机底部防反射层下方的膜层时降低产生残留的机率。

附图说明

图1A至图1D是现有技术形成半导体器件图形示意图；

图2A至图2D是现有技术形成半导体器件图形过程中产生底部有机防反射层缺陷的示意图；

图3是本发明形成半导体器件图形流程图；

图4A至图4D是本发明形成半导体器件图形示意图；

图5是本发明和现有技术形成半导体器件图形过程中底部有机防反射层缺陷比较图。

具体实施方式

半导体器件的制造过程中，超微细图案的形成步骤不可避免地会引起光刻胶下方膜层的光学性质以及感光膜厚度的变动产生的驻波和来自反射刻槽与前述下方膜层的衍射光以及反射光造成的光刻胶图案的关键尺寸的变动。因此，导入在曝光源中使用的光的波长带内光吸收良好的物质，把可防止下方膜层反射的膜层导入下方膜层与光刻胶之间，就是底部防反射层。依照经常使用的物质的种类，底部防反射层可分为无机底部防反射层与有机底部防反射层。近来，主要使用有机底部防反射层。现有技术在形成底部防反射层过程中，由于光刻胶显影工艺后，将晶圆放置空气中的时间过长，导致有机底部防反射层表面产生颗粒，从而导致有机底部防反射层下方的膜层不完全刻蚀形成残留。本发明在光刻胶显影工艺后，将晶圆放置空气中的时间过调节至小于等于48小时，有机底部防反射层表面产生颗粒的机率下降，进而在刻蚀有机底部防反射层下方的膜层时降低产生残留的机率。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图3是本发明形成半导体器件图形流程图。如图3所示，执行步骤S201在晶圆上形成有机底部防反射层；S202将晶圆在空气中放置，其中放置时间小于等于8小时；S203在有机底部防反射层上形成光刻胶，并对光刻胶进行曝光和显影；S204将晶圆在空气中放置，其中放置时间小于等于48小时；S205以光刻胶为掩膜，刻蚀有机底部防反射层。

图4A至图4D是本发明形成半导体器件图形示意图。下述为制作控制栅的步骤，如图4A所示，在晶圆200上用化学气相沉积法形成多晶硅层202；用旋涂法在多晶硅层202上形成有机底部防反射层204，用以防止后续曝光工艺中入射光进入有机底部防反射层204多晶硅层202；将晶圆200放置空气中，放置空气中的时间为小于等于8小时。

本实施例中，多晶硅层202的厚度为1000埃～3000埃，具体厚度为1000埃、1500埃、2000埃、2500埃或3000埃。

本实施例中，有机底部防反射层204的材料为氮化硅，厚度为200埃～400埃，具体厚度为200埃、250埃、300埃、350埃或400埃。

如图4B所示，用旋涂法在有机底部防反射层204上涂覆光刻胶206；然后用激光束将光罩上的控制栅图形转移至光刻胶206上，其中包含控制栅图形的光罩透过率为14.4％；用显影液对光刻胶206上的图形进行显影，形成图形开口207。

本实施例中，光刻胶206的厚度为3000nm～5000nm，具体厚度为3000nm、3500nm、4000nm、4500nm或5000nm。

本实施例中，显影液为浓度为2.38％的四甲基氢氧化铵(TMAH)。

如图4C所示，然后将晶圆200在空气中放置，放置的时间为小于等于48小时；以光刻胶206为掩膜，采用干法蚀刻法依次刻蚀有机底部防反射层204和多晶硅层202。

如图4D所示，先用灰化法去除光刻胶206，但仍会有光刻胶残留；然后用湿法蚀刻法去除光刻胶206残留和有机底部防反射层204，在多晶硅层202上形成控制栅209。

本实施例中，灰化光刻胶206的温度为灰化防反射层的温度为20℃至30℃，具体温度为20℃、25℃或30℃；灰化时间为10秒至15秒，具体时间例如10秒、11秒、12秒、13秒或15秒。

用有机溶液刻蚀去除光刻胶206残留和有机底部防反射层204。

继续参考图4A至图4D，下述为制作外围电路栅极的步骤，如图4A所示，首先，在炉管中通入氧气氧化晶圆200表面的单晶硅形成栅氧化层，然后用化学气相沉积法形成多晶硅层202；在硅化物层202上形成有机底部防反射层204，用以防止后续曝光工艺中入射光进入有机底部防反射层204下面多晶硅层202；将晶圆200放置空气中，放置空气中的时间为小于等于8小时。

如图4B所示，用旋涂法在有机底部防反射层204上涂覆光刻胶206；然后用激光束将光罩上的外围电路栅极图形转移至光刻胶206上，其中包含外围电路栅极图形的光罩透过率为56.7％；用显影液对光刻胶206上的图形进行显影，形成图形开口207。

本实施例中，显影液为四甲基氢氧化铵(TMAH)。

如图4C所示，然后将晶圆200在空气中放置，放置的时间为小于等于48小时；以光刻胶206为掩膜，采用干法蚀刻法依次刻蚀有机底部防反射层204、多晶硅层202和栅氧化层。

如图4D所示，先用灰化法去除光刻胶206，但仍会有光刻胶残留；然后用湿法蚀刻法去除光刻胶206残留有机底部防反射层204，在多晶硅层202和栅氧化层上形成外围电路栅极209。

再参考图4A至图4D，下述为制作浮栅的步骤，如图4A所示，首先用热氧化法在晶圆200上热生长一层氧化物层，厚度大约为60埃到100埃；用化学气相沉积法在氧化物层上形成多晶硅层202，厚度为1000埃到3000埃；在多晶硅层202上形成多晶硅电介质层；用旋涂法在多晶硅电介质层上形成有机底部防反射层204，用以防止后续曝光工艺中入射光进入有机底部防反射层204下面多晶硅层202；将晶圆200放置空气中，放置空气中的时间为小于等于8小时。

多晶硅间电介质层是氧化物、氮化物和氧化物的组合(ONO)，其中，下部氧化物层厚度为40埃到60埃的、中间氮化物层厚度为60埃到80埃及上部氧化物层厚度为40埃到60埃。除实施列外，多晶硅电介质层还可以是纯的氧化物。

如图4B所示，用旋涂法在有机底部防反射层204上涂覆光刻胶206；然后用激光束将光罩上的浮栅图形转移至光刻胶206上，其中包含外围电路栅极图形的光罩透过率为84.8％；用显影液对光刻胶206上的图形进行显影，形成图形开口207。

本实施例中，显影液为四甲基氢氧化铵(TMAH)。

如图4C所示，然后将晶圆200在空气中放置，放置的时间为小于等于48小时；以光刻胶206为掩膜，采用干法蚀刻法依次刻蚀有机底部防反射层204、多晶硅层202和氧化物层。

如图4D所示，先用灰化法去除光刻胶206，但仍会有光刻胶残留；然后用湿法蚀刻法去除光刻胶206残留和有机底部防反射层204，在多晶硅层202和氧化物层上形成浮栅209。

图5是本发明和现有技术形成半导体器件图形过程中底部有机防反射层缺陷比较图。如图5所示，每批次晶圆处理过程中，由于第一片晶圆形成有机底部防反射层后，在空气中放置时间小于等于8小时，并且对有机底部防反射层上的光刻胶显影后，第一片晶圆在空气中放置的时间小于等于48小时，因此第一片晶圆上的缺陷少；而最后一片晶圆形成有机底部防反射层后，在空气中放置时间一般会大于8小时，并且对有机底部防反射层上的光刻胶显影后，最后一片晶圆在空气中放置的时间大于48小时，因此最后一片晶圆上的缺陷比第一片晶圆上的缺陷多。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种防止有机底部防反射层上缺陷形成的方法，其特征在于，包括下列步骤：

在晶圆上形成有机底部防反射层；

将晶圆在空气中放置，其中放置时间小于等于8小时；

在有机底部防反射层上形成光刻胶，并对光刻胶进行曝光和显影；

将晶圆在空气中放置，其中放置时间小于等于48小时；

以光刻胶为掩膜，刻蚀有机底部防反射层。

2.根据权利要求1所述的防止有机防底部反射层上缺陷形成的方法，其特征在于：用旋涂法形成有机底部防反射层。

3.根据权利要求2所述的防止有机底部防反射层上缺陷形成的方法，其特征在于：所述有机底部防反射层的厚度为200埃～400埃。

4.根据权利要求3所述的防止有机底部防反射层上缺陷形成的方法，其特征在于：用干法蚀刻法刻蚀有机底部防反射层。

5.根据权利要求1所述的防止有机底部防反射层上缺陷形成的方法，其特征在于：用旋涂法形成光刻胶。

6.根据权利要求1所述的防止有机底部防反射层上缺陷形成的方法，其特征在于：所述光刻胶的厚度为3000nm～5000nm。