CN102375342A

CN102375342A - 光刻胶的涂覆方法

Info

Publication number: CN102375342A
Application number: CN2010102675836A
Authority: CN
Inventors: 杨晓松
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2012-03-14

Abstract

本发明提供一种光刻胶的涂覆方法，包括：a)提供半导体晶片；b)对所述半导体晶片进行预处理，所述预处理包括向所述半导体晶片的表面涂布有机溶剂；c)在所述半导体晶片的表面涂覆所述光刻胶。根据本发明的方法，可以使随后形成的光刻胶层中几乎不包含气泡，从而避免刻蚀过程中，由于光刻胶的消耗导致刻蚀气体穿过气泡而对半导体晶片造成损伤。

Description

光刻胶的涂覆方法

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，特别涉及光刻胶的涂覆方法。

背景技术

光刻工艺是半导体制造技术中最频繁使用、最关键的技术之一，凡是半导体元件、光电器件等，都需要用光刻工艺将所需元件的基本组成单元和线路的掩膜图形转移到衬底表面的光刻胶上。因此，光刻工艺的稳定性、可靠性和工艺成品率对产品的质量、良率和成本有着重要的影响。通常，光刻的基本工艺包括涂胶、曝光和显影等三大步骤。

目前，通常采用旋涂方法在半导体晶片表面形成光刻胶层，所述半导体晶片可以为裸片或者已经具有半导体结构或器件的晶片等，旋涂光刻胶的具体步骤包括：

在半导体晶片表面旋涂光刻胶层；

通过旋转半导体晶片将多余的光刻胶甩出所述半导体晶片的表面之外，并使得半导体晶片表面不同位置的光刻胶厚度尽可能一致，并使光刻胶层中的溶剂挥发；

进行边洗工艺(EBR)去除半导体晶片边缘和背面的光刻胶边圈。

上述的涂胶工艺需保证在半导体晶片表面形成厚度均匀、并且没有缺陷的光刻胶层。然而，对采用上述旋涂方法形成光刻胶层进行质量检测时，发现在半导体晶片边缘的光刻胶层中存在大量微小的气泡。这些微小的气泡在后续刻蚀过程中会导致半导体晶片受到损伤，在其表面形成直径约为4000埃，深度约为1000埃的凹坑。

图1A-1C为半导体晶片表面形成凹坑的示意图。如图1A所示，在半导体晶片101表面形成光刻胶层102过程中，光刻胶层102中含有气泡103，气泡103上方的光刻胶层102较薄。如图1B所示，后续刻蚀过程中，光刻胶层102也存在一定的消耗，因此可能导致气泡103破裂从而露出光刻胶层102的表面，从而导致刻蚀气体穿过光刻胶层102并刻蚀半导体晶片101上的非刻蚀区。如图1C所示，去除光刻胶层102后，由于存在的气泡103导致在半导体晶片101表面形成凹坑104。

当半导体晶片为裸片时，这些凹坑破坏了半导体晶片表面的平整度，从而使后续形成的半导体器件由于半导体晶片表面的平整度较差而出现重叠现象。当半导体晶片为已经具有半导体结构或器件的晶片时，刻蚀气体穿过光刻胶层对非刻蚀区进行刻蚀，会损坏已经形成的半导体结构或器件。无论是半导体器件的重叠现象还是半导体结构或器件的损坏，都会影响整个晶片上半导体器件的完整性，甚至会导致半导体晶片的报废，从而增加了生产成本，降低了良品率。

因此，需要一种光刻胶的涂覆方法，以避免涂覆过程中在光刻胶层中形成气泡，防止刻蚀过程中在半导体衬底表面形成凹坑。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决现有技术的问题，本发明提供一种光刻胶的涂覆方法，包括：a)提供半导体晶片；b)对所述半导体晶片进行预处理，所述预处理包括向所述半导体晶片的表面涂布有机溶剂；c)在所述半导体晶片的表面涂覆所述光刻胶。执行预处理步骤，可以使随后形成的光刻胶层中几乎不包含气泡，从而避免刻蚀过程中，由于光刻胶的消耗导致刻蚀气体穿过气泡而对半导体晶片造成损伤。

优选地，涂布所述有机溶剂的方法为向所述半导体晶片表面中央或接近中央的区域喷涂所述有机溶剂。

优选地，a)步骤所提供的所述半导体晶片表面已执行成底膜处理，以增强半导体晶片和光刻胶之间的粘附性。

优选地，在b)步骤和c)步骤之间还包括：向所述半导体晶片表面中央或接近中央的区域喷涂光刻胶减量涂层涂布所用溶剂；旋转所述半导体晶片，使所述光刻胶减量涂层涂布所用溶剂沿所述半导体晶片表面向边缘铺开。喷涂光刻胶减量涂层涂布所用溶剂可减少后续工艺中光刻胶在半导体晶片表面流动的阻力，有助于减小光刻胶的用量。

优选地，所述有机溶剂选自乳酸乙酯、单乙基醚丙二醇、丙二醇单甲醚乙酸酯和N-甲基-2-砒咯酮中的一种或多种。

优选地，所述有机溶剂的成分为质量比等于7∶3的单乙基醚丙二醇和丙二醇单甲醚乙酸酯。可以直接通过RRC喷嘴在半导体晶片表面进行预处理，从而避免对光刻胶涂布装置的改造。

优选地，所述有机溶剂的涂布时间大于等于5秒，并且小于等于20秒。

优选地，所述有机溶剂的涂布时间为8-10秒。涂布时间为8-10秒既有效地控制了光刻胶层中的气泡含量，又兼顾了涂布时间过长可能对工艺时间产生的不利影响。

优选地，所述预处理步骤还包括甩干涂布在所述半导体晶片上的所述有机溶剂。

优选地，所述甩干时间为2-5秒。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1A-1C为半导体晶片表面形成凹坑的示意图；

图2为根据本发明的光刻胶的涂覆方法的工艺流程图；

图3为根据本发明涂覆光刻胶的具体步骤的工艺流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便说明本发明的光刻胶的涂覆方法。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明的光刻胶的涂覆方法的步骤如下：首先，提供半导体晶片；接着，对半导体晶片进行预处理，该预处理步骤包括向半导体晶片的表面涂布有机溶剂，以去除半导体晶片表面的杂质；然后，涂覆光刻胶，形成光刻胶层。该方法通过执行预处理步骤，在随后形成的光刻胶层中几乎不包含气泡，从而避免刻蚀过程中，由于光刻胶的消耗导致刻蚀气体穿过气泡而对半导体晶片造成损伤。

下面将结合具体实施例对本发明的方法进行详细描述。图2为根据本发明的光刻胶的涂覆方法的工艺流程图。

在步骤201中，提供待执行光刻工艺的半导体晶片，此半导体晶片可以为裸片或者已经具有半导体结构或器件的晶片等，该半导体晶片需要涂布光刻胶，以执行光刻工艺。

可选地，对所述半导体晶片表面进行成底膜处理，成底膜处理为在脱水烘焙后的半导体晶片表面利用六甲基二硅胺烷(HMDS)进行成膜处理，以增强半导体晶片和光刻胶之间的粘附性。

在步骤202中，对半导体晶片进行预处理，该预处理步骤包括向半导体晶片的表面涂布有机溶剂，以去除半导体晶片表面的杂质。所述有机溶剂选自乳酸乙酯(EL)、单乙基醚丙二醇(PGMA)、丙二醇单甲醚乙酸酯(PGMEA)和N-甲基-2-砒咯酮(NMT)等中的一种或多种。

涂布所述有机溶剂的方法例如是向所述半导体晶片表面中央或接近中央的区域喷涂所述有机溶剂。具体地，将喷嘴移动至半导体晶片中央或靠近中央区域的上方位置，并与该半导体晶片表面保持一定距离。该半导体晶片处于静止状态或旋转状态时，向半导体晶片表面中央或靠近中央区域喷出有机溶剂。其中，半导体晶片的转速为0-500rpm，优选地为200-500rpm。喷出的有机溶剂的量大于等于5cc，优选地为8-10cc。

在预处理过程中，为了有效减少随后形成的光刻胶层中气泡，所述有机溶剂的涂布时间大于等于5秒；为了节省有机溶剂使用量，同时尽量减少对工艺时间的影响，涂布时间小于等于20秒，优选地，涂布时间为8-10秒。发明人对不同的涂布时间进行对比试验发现：随着涂布时间的延长，光刻胶层中的气泡含量不断减小。涂布时间为8-10秒既有效地控制了光刻胶层中的气泡含量，又兼顾了涂布时间过长可能对工艺时间产生的不利影响。

此外，所述预处理还包括甩干涂布在半导体晶片上的有机溶剂。所述甩干时间大于等于2秒，优选地，为2-5秒。甩干过程的晶片转速为1000-2000rpm。

因为对于大部分涂胶工艺来说，在涂胶之前(即预处理步骤之后，涂光刻胶之前)都需要在半导体晶片表面进行光刻胶减量涂层(ResistReduction Coating，RRC)涂布。RRC涂布所用溶剂的成分为质量比等于7∶3的PGMA和PGMEA的混合溶液。因此，根据本发明优选实施方式的有机溶剂可以与RRC涂布所用溶剂具有相同的成分，从而利用现有的RRC喷嘴就可以完成预处理，这样能避免改造现有的光刻胶涂布装置，以简化工艺步骤。

在步骤203中，在半导体晶片表面涂覆光刻胶，形成光刻胶层。结合图3描述涂覆光刻胶的具体步骤。

在步骤301中，向半导体晶片表面中央或接近中央的区域喷涂RRC涂布所用溶剂。在半导体晶片表面先进行RRC涂布，可减少后续工艺中光刻胶在半导体晶片表面流动的阻力，有助于减小光刻胶的用量。接着，旋转半导体晶片，使RRC涂布沿半导体晶片表面向边缘铺开。

其中，上述工艺中半导体晶片的旋转时间约为0.55-1.55秒，旋转速度为1500-2500rpm。通过旋转使得RRC涂布所用溶剂铺满整个半导体晶片的表面，并将多余的RRC涂布所用溶剂通过旋转甩出半导体晶片的表面。

在步骤302中，在半导体晶片表面涂覆光刻胶。

涂胶工艺例如是采用动态喷涂法，即先使半导体晶片以较低的速度旋转，此时光刻胶喷嘴移动至半导体晶片中央或靠近中央区域的上方位置，将光刻胶喷涂于晶片表面。喷出的光刻胶的用量根据要形成的光刻胶层的厚度决定，光刻胶的种类根据光刻工艺的工艺参数，例如线宽，以及刻蚀工艺的工艺参数决定。

低速旋转的作用是帮助光刻胶最初的扩散。用这种方法可以用较少量的光刻胶达到均匀的光刻胶膜。光刻胶扩展开之后，加速至高速甩开光刻胶，使光刻胶扩展得到光刻胶层。通过旋转将多余的光刻胶甩出所述半导体晶片的表面之外，使半导体晶片表面不同位置的光刻胶厚度尽可能一致，并使光刻胶层中的溶剂挥发。

在步骤303中，边洗去除半导体晶片边缘和背面的光刻胶边圈。所述边圈为在半导体晶片旋转过程中，由于离心力光刻胶向半导体晶片边缘流动并流到背面，而阻碍半导体晶片边缘和背面形成的光刻胶隆起。干燥后，边圈会脱落，导致晶片污染。因此，光刻胶涂覆完成后，需要进行边洗工艺。

综上所述，根据本发明的方法存在以下优点：第一，在涂覆光刻胶之前，先执行预处理步骤，可以使随后形成的光刻胶层中几乎不包含气泡，从而避免刻蚀过程中，由于光刻胶的消耗导致刻蚀气体穿过气泡而对半导体晶片造成损伤；第二，选择RRC涂布所用溶剂作为预处理的有机溶剂，可以直接通过RRC喷嘴在半导体晶片表面进行喷涂，这样可以简化工艺步骤，避免对光刻胶涂布装置的改造。

根据如上所述的实施例制造的半导体器件可应用于多种集成电路(IC)中。根据本发明的IC例如是存储器电路，如随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、静态RAM(SRAM)、或只读存储器(ROM)等等。根据本发明的IC还可以是逻辑器件，如可编程逻辑阵列(PLA)、专用集成电路(ASIC)、合并式DRAM逻辑集成电路(掩埋式动态随机存取存储器)、射频器件或任意其他电路器件。根据本发明的IC芯片可用于例如用户电子产品，如个人计算机、便携式计算机、游戏机、蜂窝式电话、个人数字助理、摄像机、数码相机、手机等各种电子产品中，尤其是射频产品中。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种光刻胶的涂覆方法，包括：

a)提供半导体晶片；

b)对所述半导体晶片进行预处理，所述预处理包括向所述半导体晶片的表面涂布有机溶剂；

c)在所述半导体晶片的表面涂覆所述光刻胶。

2.如权利要求1所述的光刻胶的涂覆方法，其特征在于，涂布所述有机溶剂的方法为向所述半导体晶片表面中央或接近中央的区域喷涂所述有机溶剂。

3.如权利要求1所述的光刻胶的涂覆方法，其特征在于，a)步骤所提供的所述半导体晶片表面已执行成底膜处理。

4.如权利要求1所述的光刻胶的涂覆方法，其特征在于，在b)步骤和c)步骤之间还包括：

向所述半导体晶片表面中央或接近中央的区域喷涂光刻胶减量涂层涂布所用溶剂；

旋转所述半导体晶片，使所述光刻胶减量涂层涂布所用溶剂沿所述半导体晶片表面向边缘铺开。

5.如权利要求1所述的光刻胶的涂覆方法，其特征在于，所述有机溶剂选自乳酸乙酯、单乙基醚丙二醇、丙二醇单甲醚乙酸酯和N-甲基-2-砒咯酮中的一种或多种。

6.如权利要求5所述的光刻胶的涂覆方法，其特征在于，所述有机溶剂的成分为质量比等于7∶3的单乙基醚丙二醇和丙二醇单甲醚乙酸酯。

7.如权利要求1所述的光刻胶的涂覆方法，其特征在于，所述有机溶剂的涂布时间大于等于5秒，并且小于等于20秒。

8.如权利要求7所述的光刻胶的涂覆方法，其特征在于，所述有机溶剂的涂布时间为8-10秒。

9.如权利要求1所述的光刻胶的涂覆方法，其特征在于，所述预处理步骤还包括甩干涂布在所述半导体晶片上的所述有机溶剂。

10.如权利要求9所述的光刻胶的涂覆方法，其特征在于，所述甩干时间为2-5秒。