CN101393840B

CN101393840B - 涂底的方法及光刻胶的涂布方法

Info

Publication number: CN101393840B
Application number: CN2007100462072A
Authority: CN
Inventors: 杨光宇
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2007-09-17
Filing date: 2007-09-17
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2027-09-17
Also published as: CN101393840A

Abstract

一种涂底的方法，包括：将半导体晶片置于密闭的腔室中；降低所述腔室中的压力，使所述腔室中的压力小于该腔室外部的压力；对所述半导体晶片进行脱水烘烤；继续对所述半导体晶片执行烘烤工艺，向所述腔室中通入气态的涂底材料，在所述半导体晶片表面形成涂底膜层；向所述腔室中通入惰性气体或氮气，并将残余的涂底材料抽出。本发明还提供一种光刻胶的涂布方法。本发明的涂底方法可减少涂底的时间，提高涂底的速度，且能够防止涂底材料泄漏，避免造成污染。

Description

涂底的方法及光刻胶的涂布方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及光刻工艺中的涂底的(Priming)方法及光刻胶的涂布方法。

背景技术

在半导体集成电路的制造工艺中，需要通过光刻工艺将掩模板的版图图案转移到半导体晶片的光刻胶上，定义出刻蚀或离子注入的区域。因而，光刻工艺的好坏会直接影响后续的刻蚀或离子注入工艺。

光刻工艺首先在半导体晶片上形成光刻胶层；将该光刻胶层进行烘烤(Bake)后置于曝光设备中，通过曝光工艺对所述光刻胶层进行曝光，将掩模板上的图案转移到光刻胶层中；接着对曝光后的光刻胶层进行曝光后烘烤(Post Exposure Bake，PEB)，并通过显影工艺进行显影，在光刻胶层中形成光刻图形。

公开号为CN 1904739 A的中国专利申请文件公开了一种光刻图案的制造方法，其公开的申请文件中的制造方法包括以下步骤：在半导体晶片上形成牺牲氧化物层；在该牺牲氧化物层上施加六甲基硅氮烷(HMDS)；在该HMDS上施加光致抗蚀剂(即光刻胶)；对该光致抗蚀剂进行软烘烤；将光致抗蚀剂曝光；对光致抗蚀剂进行曝光后烘烤；对所曝光的光致抗蚀剂进行显影以形成光致抗蚀剂图案；以及对光致抗蚀剂图案进行硬烘烤。

其中，HMDS用于改善半导体晶片表面的亲水疏水状态，提高光刻胶层在半导体晶片表面的附着力。涂底即是在半导体晶片表面形成涂底膜层，提高光刻胶与半导体晶片表面附着力的工艺。

现有的一种涂布HMDS的方法如下：

将半导体晶片置于密闭的HMDS涂布腔室中；

对所述半导体晶片烘烤，去除表面的水分；

向所述涂布腔室中通入气态的HMDS，HMDS与半导体晶片表面接触后附着在半导体晶片的表面；

持续向所述腔室中通入HMDS，例如30至60s，在半导体晶片表面涂布一HMDS层。

然而，所述的涂布HMDS的工艺时间较长，浪费时间，降低了产量(throughput)。

发明内容

本发明提供一种涂底的方法及光刻胶的涂布方法，本发明的涂底的方法时间较短，可提高产量。

本发明提供的一种涂底的方法，包括：

将半导体晶片置于密闭的腔室中；

降低所述腔室中的压力，使所述腔室中的压力小于该腔室外部的压力；

对所述半导体晶片进行脱水烘烤；

继续对所述半导体晶片执行烘烤工艺，向所述腔室中通入气态的涂底材料，在所述半导体晶片表面形成涂底膜层；

向所述腔室中通入惰性气体或氮气，并将残余的涂底材料抽出。

可选的，根据通入的气态涂底材料的流量的大小决定通入的时间。

可选的，在向所述腔室中通入惰性气体或氮气之前，向所述腔室中通入气态的涂底材料之后，

继续对所述半导体晶片执行烘烤工艺。

可选的，进一步包括：在向所述腔室中通入惰性气体之前，向所述腔室中通入气态的涂底材料之后，

降低所述腔室中的压力，并再次向所述腔室中通入气态的涂底材料。

可选的，进一步包括：在向所述腔室中通入惰性气体之前，

多次降低所述腔室中的压力，并向所述腔室中通入气态的涂底材料。

可选的，所述惰性气体包括氩气或氦气。

可选的，所述涂底材料为HMDS。

可选的，降低所述腔室中的压力到100hPa至300hPa。

可选的，所述脱水烘烤工艺中的烘烤温度为100℃至130℃，时间为10至30s。

本发明还提供一种光刻胶的涂布方法，包括：

提供半导体晶片；

将所述半导体晶片置于密闭的腔室中；

对所述半导体晶片进行脱水烘烤；

向所述腔室中通入惰性气体或氮气，并将残余的涂底材料抽出；

打开所述腔室，将所述半导体晶片置于冷却装置中冷却；

将冷却的半导体晶片置于涂布装置中；在所述半导体晶片表面涂布光刻胶层。

继续对所述半导体晶片执行烘烤工艺。

可选的，进一步包括：向所述腔室中通入惰性气体之前，

可选的，所述惰性气体包括氩气或氦气。

可选的，所述涂底材料为HMDS。

可选的，在向所述半导体晶片中央喷出光刻胶之前，先向所述半导体晶片表面喷出表面活性剂，并旋转所述半导体晶片。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

降低腔室中压力，可减少涂底的工艺的时间，由于所述腔室中的压力降低，该腔室中没有其它气体的阻拦，可更快的向所述腔室中通入涂底气体；此外，由于腔室中的空气已经被抽出，减少或消除了对通入所述腔室中的涂底气体的稀释，可通入更多的涂底气体，从而提高涂底气体在半导体晶片上形成涂底膜层的速度；

由于降低了腔室中的压力，在所述腔室中形成负压，在执行涂底工艺时，涂底材料不会外泄，一方面不会造成浪费，另一方面也可减少对环境的污染；

此外，由于后续中需要对半导体晶片执行烘烤工艺，将所述腔室中的空气抽出，同时也抽出悬浮于空气中的污染物微粒、以及一些对光刻胶有害的气体，例如氨气、硫化物等，降低在执行烘烤工艺时在半导体晶片表面形成污染的几率；

此外，负压可使涂布材料较快的充满整个涂布腔室，有助于在半导体晶片表面形成特性均匀的涂布膜层，从而有助于提高光刻胶在半导体晶片表面各处粘附性的一致性，进而有助于提高形成的光刻胶图案的线宽的一致性，减小光刻工艺偏差，提高工艺窗口。

附图说明

图1为本发明的涂底的方法的实施例的流程图；

图2为本发明的光刻胶的涂布方法的实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在光刻工艺中，光刻胶是以液态形式存在的，并且需要通过旋涂的方式将光刻胶涂布于待执行光刻工艺的半导体晶片上。半导体晶片表面的亲水、疏水状态会影响光刻胶的附着性，半导体晶片表面的亲水、疏水状态一般通过接触角(Contact angle)来判断，若接触角较小，则半导体晶片表面呈疏水性；接触角较大，半导体晶片表面呈亲水性；但如果接触角过大或过小，会不利于光刻胶和半导体晶片表面之间的粘附；因而，为了改善光刻胶在半导体晶片表面的附着(Adhesion)力，需要改变半导体晶片表面的亲水疏水状态，也即需要对所述半导体晶片表面进行涂底，在半导体晶片表面形成涂底膜层。

本发明提供一种涂底的方法，通过在处于负压的密闭腔室(即腔室中的压力小于腔室外部的压力)中对半导体晶片进行涂底，可减少涂底的时间，提高涂底的速度，且能够防止涂底材料泄露，避免造成污染。

图1为本发明的涂底的方法的实施例的流程图。

如图1所示，步骤S100，将半导体晶片置于密闭的腔室中。

提供待执行光刻工艺的半导体晶片，所述半导体晶片可以是裸片(Bare Wafer)或者已经具有半导体结构或器件的晶片，该半导体晶片需要涂布光刻胶，以执行光刻工艺。

将所述半导体晶片置于密闭的腔室(chamber)中。

步骤S110，降低所述腔室中的压力，使所述腔室中的压力小于该腔室外部的压力；

抽出密闭于所述腔室中的空气，使所述腔室中的压力降低，小于该腔室外部的压力，即在所述腔室中形成负压。

降低所述腔室中压力，可减少涂底的工艺的时间，由于所述腔室中的压力降低，该腔室中没有其它气体的阻拦，可更快的向所述腔室中通入涂底气体；

由于腔室中的空气已经被抽出，减少或消除了对通入所述腔室中的涂底气体的稀释，可通入更多的涂底气体，从而提高涂底气体在半导体晶片上形成涂底膜层的速度；

由于降低了所述腔室中的压力，在所述腔室中形成负压，在执行涂底工艺时，涂底材料不会外泄，一方面不会造成浪费，另一方面也可减少对环境的污染。

此外，由于后续工艺中需要对半导体晶片执行烘烤工艺；将所述腔室中的空气抽出，同时也抽出悬浮于空气中的污染物微粒、以及一些对光刻胶有害的气体，例如氨气、硫化物等，降低在执行烘烤工艺时在半导体晶片表面形成污染的几率。

此外，负压可使涂布材料较快的充满整个涂布腔室，有助于在半导体晶片表面形成特性均匀的涂布膜层，从而有助于提高光刻胶在半导体晶片表面各处粘附性的一致性，进而有助于提高形成的光刻胶图案的线宽的一致性，减小光刻工艺偏差，提高工艺窗口(Process window)。

根据产品或层的不同，形成不同压力的负压腔室；例如，所述腔室的压力可以是100至300hPa。

在其中的一个实施例中，所述腔室中的压力为230hPa.

步骤S120，对所述半导体晶片进行脱水烘烤(Dehydration Bake)。

由于半导体晶片在进入所述腔室之前，处于空气环境中，会吸附空气中的水分；在抽出所述腔室中的空气，使所述腔室至合适的压力后，对所述腔室中的半导体晶片执行脱水烘烤工艺，去除所述半导体晶片表面的水分。去除半导体晶片表面的水分有助于提高光刻胶在半导体晶片表面的附着力。

在其中的一个实施例中，所述脱水烘烤的温度为温度100℃至130℃，烘烤的为时间10至20s。

步骤S130，继续对所述半导体晶片执行烘烤工艺，向所述腔室中通入气态的涂底材料，在所述半导体晶片表面形成涂底膜层；

对所述半导体晶片执行一段时间的烘烤，去除所述半导体晶片表面的水分；然后继续对所述半导体晶片执行烘烤工艺，保持所述半导体晶片表面具有100℃至130℃的高温，向所述腔室中通入气态的涂底材料，由于所述腔室处于负压状态，气态的涂底材料很快(例如在7秒之内)进入所述腔室，并充满整个腔室，同时与所述半导体晶片表面接触的涂底材料与所述半导体晶片表面在所述的较高的温度下反应，在所述半导体晶片表面形成薄的涂底膜层，该涂底膜层作为光刻胶和半导体晶片表面之间的膜层，可以增加光刻胶在半导体晶片表面的附着力。

在其中的一个实施例中，所述涂底材料为HMDS，通过空气携带HMDS进入所述涂布腔室中，在所述的较高的温度下与经过脱水烘烤的半导体晶片表面发生反应，所述HMDS中的氢与所述半导体晶片表面的二氧化硅中的氧键合，生成能够提高光刻胶与半导体晶片表面粘附力的化合物，将所述半导体晶片表面的表面能调整到与光刻胶的表面能相当的程度，从而可提高光刻胶在半导体晶片表面的粘附力。

向所述涂布腔室中通入的涂布材料的量根据流量和时间来决定，在随着向所述涂布腔室中通入气态的涂布材料，所述涂布腔室中的压力会越来越大，并接近所述涂布腔室外部的压力，可在涂布装置中的压力大于外部的压力之前，停止向所述半导体晶片中继续通入涂布材料。并降低所述腔室中的压力，然后再次向所述腔室中通入气态的涂底材料。也即在首次向所述涂布腔室中的通入气态的涂底材料，致使所述涂布腔室中的压力不断的增大，并接近于该涂布腔室外部的压力，此时应停止通入涂布材料，并对所述涂布腔室进行抽真空，使所述涂布腔室压力降低，然后再次通入所述的气态的涂底材料，进行涂底。

在另外的实施例中，可多次降低所述腔室中的压力，并向所述腔室中通入气态的涂底材料。也即需要多次通入所述的气态的涂底材料才能完成涂底工艺。

在停止向涂布腔室中通入涂底材料之后，可继续对所述半导体晶片执行烘烤工艺一段时间，以使所述腔室中的涂底材料继续与所述半导体晶片反应，有助于提高涂底材料的利用率，并形成特性较好的涂底膜层。

步骤S140，向所述腔室中通入惰性气体或氮气，并将残余的涂底残留抽出。

完成涂底工艺后，对所述腔室进行抽真空，将没有参加反应的残余气体抽出，同时向所述涂底设备中通入惰性气体或氮气，所述惰性气体可以是氦气或氩气。

通入惰性气体或氮气一方面加速将所述腔室中的残余气体赶出，另一方面，通入惰性气体或氮气可保护所述已经涂底的半导体晶片表面不会生成其它的缺陷，例如，在所述涂底材料是HMDS时，在长时间的高温下，容易在所述半导体晶片表面形成氨离子或含有氨的物质，会对以后的光刻胶产生影响，易造成光刻胶残留(scum)。

本发明还提供一种光刻胶的涂布方法，图2为本发明的光刻胶的涂布方法的实施例的流程图。

如图2所示，步骤S200，提供半导体晶片。

所述半导体晶片可以是裸片或者已经具有半导体结构或器件的晶片。

步骤S210，将所述半导体晶片置于密闭的腔室中。

步骤S220，降低所述腔室中的压力，使所述腔室中的压力小于该腔室外部的压力。

步骤S230，对所述半导体晶片进行脱水烘烤。去除所述半导体晶片表面的水分。

步骤S240，继续对所述半导体晶片执行烘烤工艺，向所述腔室中通入气态的涂底材料，在所述半导体晶片表面形成涂底膜层。

向所述腔室中通入气态的涂底材料，由于所述腔室处于负压状态，气态的涂底材料以较快的速度进入所述腔室，并充满整个腔室，同时与所述半导体晶片表面接触的涂底材料与所述半导体晶片表面在所述的较高的温度下反应，在所述半导体晶片表面形成薄的涂底膜层，该涂底膜层作为光刻胶和半导体晶片表面之间的膜层，可以增加光刻胶在半导体晶片表面的附着力。

在其中的一个实施例中，所述涂底材料为HMDS，所述HMDS中的氢与所述半导体晶片表面的二氧化硅中的氧键合，生成能够提高光刻胶与半导体晶片表面粘附力的化合物，将所述半导体晶片表面的表面能调整到与光刻胶的表面能相当的程度，从而可提高光刻胶在半导体晶片表面的粘附力。

在随着向所述涂布腔室中通入气态的涂布材料，所述涂布腔室中的压力会越来越大，并接近所述涂布腔室外部的压力，可在涂布装置中的压力大于外部的压力之前，停止向所述半导体晶片中继续通入涂布材料。并降低所述腔室中的压力，然后再次向所述腔室中通入气态的涂底材料。也即在首次向所述涂布腔室中的通入气态的涂底材料，致使所述涂布腔室中的压力不断的增大，并接近于该涂布腔室外部的压力，此时应停止通入涂布材料，并再次对所述涂布腔室进行抽真空，使所述涂布腔室压力降低，然后再次通入所述的气态的涂底材料，进行涂底。

步骤S250，向所述腔室中通入惰性气体或氮气，并将残余的涂底残留抽出。

完成涂底工艺后，对所述腔室进行抽真空，将没有参加反应的残余气体抽出，并向所述涂底设备中通入惰性气体或氮气，所述惰性气体可以使氦气或氩气。通入惰性气体或氮气一方面加速将所述腔室中的残余气体赶出，另一方面，通入惰性气体或氮气可保护所述已经涂底的半导体晶片表面不会生成其它的缺陷，例如，在所述涂底材料是HMDS时，在长时间的高温下，容易在所述半导体晶片表面形成氨离子或含有氨的物质，会对以后的光刻胶产生影响，易造成光刻胶残留(scum)。

步骤S260，打开所述腔室，将所述半导体晶片置于冷却装置中冷却。

步骤S270，将冷却至室温的半导体晶片置于涂布装置中；在所述半导体晶片表面涂布光刻胶层。

在涂布装置中，向所述半导体晶片表面中央喷出光刻胶；旋转所述半导体晶片，使光刻胶沿所述半导体晶片表面铺开，在所述半导体晶片表面形成光刻胶层。

在其它的实施例中，在喷出光刻胶之前，可先向所述半导体晶片表面中央喷出表面活性剂(Resist Reduction Consumption，RRC)，然后旋转所述半导体晶片，使所述RRC铺开，然后再向所述RRC上喷出光刻胶。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims

1.一种涂底的方法，其特征在于，包括：

将半导体晶片置于密闭的腔室中；

对所述半导体晶片进行脱水烘烤；

继续对所述半导体晶片执行烘烤工艺，向所述形成负压的腔室中通入气态的涂底材料，以使所述涂底材料快速进入所述腔室，同时与所述半导体晶片表面接触的涂底材料与所述半导体晶片表面在高温下反应，在所述半导体晶片表面形成薄的涂底膜层；

多次降低所述腔室中的压力，并向所述腔室中通入气态的涂底材料；

2.如权利要求1所述的涂底的方法，其特征在于：根据通入的气态涂底材料的流量的大小决定通入的时间。

3.如权利要求1所述的涂底的方法，其特征在于：在向所述腔室中通入惰性气体或氮气之前，向所述腔室中通入气态的涂底材料之后，

继续对所述半导体晶片执行烘烤工艺。

4.如权利要求1至3任一权利要求所述的涂底的方法，其特征在于：所述惰性气体包括氩气或氦气。

5.如权利要求1至3任一权利要求所述的涂底的方法，其特征在于：所述涂底材料为HMDS。

6.如权利要求5所述的涂底的方法，其特征在于：降低所述腔室中的压力到100hPa至300hPa。

7.如权利要求5所述的涂底的方法，其特征在于：所述脱水烘烤工艺中的烘烤温度为100℃至130℃，时间为10s至30s。

8.一种光刻胶的涂布方法，其特征在于，包括：

提供半导体晶片；

将所述半导体晶片置于密闭的腔室中；

对所述半导体晶片进行脱水烘烤；

打开所述腔室，将所述半导体晶片置于冷却装置中冷却；

9.如权利要求8所述的光刻胶的涂布方法，其特征在于：在向所述腔室中通入惰性气体或氮气之前，向所述腔室中通入气态的涂底材料之后，

继续对所述半导体晶片执行烘烤工艺。

10.如权利要求8所述的光刻胶的涂布方法，其特征在于：所述惰性气体包括氩气或氦气。

11.如权利要求8至10任一权利要求所述光刻胶的涂布方法，其特征在于：所述涂底材料为HMDS。

12.如权利要求11所述的光刻胶的涂布方法，其特征在于：所述脱水烘烤工艺中的烘烤温度为100℃至130℃，时间为10至30s。

13.如权利要求8所述的光刻胶的涂布方法，其特征在于：在向所述半导体晶片中央喷出光刻胶之前，先向所述半导体晶片表面喷出表面活性剂，并旋转所述半导体晶片。