CN102385262A - 光刻工艺的显影方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光刻工艺的显影方法，包括：以第一速率旋转半导体晶片，同时向所述半导体晶片的圆心喷射显影液，使显影液浸润所述半导体晶片表面；以第二速率旋转浸润后的半导体晶片，同时向半导体晶片表面喷射显影液；以第三速率旋转喷射显影液后的半导体晶片，使显影液与半导体晶片表面的光刻胶层进行显影反应；采用去离子水清洗半导体晶片表面；其中，所述第一速率大于所述第二速率。通过应用所述方法，可以降低半导体晶片的光刻胶层的表面张力，增强表面的亲水性和界面亲和力，避免经显影后的半导体晶片上的不同区域形成的光刻图形尺寸不一致的缺陷，从而能够提高半导体晶片内的光刻图形尺寸均匀性，进而提高半导体器件电性的均匀性。

Description

光刻工艺的显影方法

技术领域：

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种光刻工艺的显影方法。

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图形，以预先定义出待刻蚀或离子注入的区域。光刻图形尺寸对半导体器件的性能有极其重要的影响，尤其整个半导体晶片内的光刻图形尺寸均匀性是工艺控制过程中的一个关键参数，如果均匀性控制不好，就会直接影响刻蚀或离子注入的结果，并最终会影响半导体器件的电性。

光刻工艺主要包括三个过程：涂胶，曝光，显影。其中显影过程是影响光刻图形尺寸均匀性的主要光刻过程。如图1所示，为现有技术中通常应用的一种显影工艺的流程图，包括：步骤101，对经过曝光的半导体晶片进行去离子水浸润；步骤102，喷射显影液覆盖整个半导体晶片表面；步骤103，进行显影反应；步骤104，旋转半导体晶片甩掉显影液；步骤105，采用去离子水清洗半导体晶片并甩干。上述步骤102中，喷射显影液覆盖整个半导体晶片表面，可以通过两种方式实现：(1)，显影液喷嘴移动到半导体晶片的圆心后，在半导体晶片静止或低速转动时(每分钟100转以下)，喷出显影液。(2)，显影液喷嘴从半导体晶片的边缘移动到圆心的过程中，喷出显影液，同时半导体晶片先以每分钟500-1000转的转速转动，并持续线性降低转速，当显影液喷嘴移动到半导体晶片的圆心时，半导体晶片停止转动，或控制转速在每分钟100转以下，然后持续喷射显影液2-3秒。

然而问题在于，经由上述现有技术中的显影工艺处理过的半导体晶片，往往存在半导体晶片上不同区域的光刻图形尺寸不一致的缺陷，该缺陷会进一步影响刻蚀或离子注入的结果，并最终影响半导体器件电性的均匀性。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种光刻工艺的显影方法，以解决经显影处理后的半导体晶片上的不同区域的光刻图形尺寸不一致的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种光刻工艺的显影方法，包括：

以第一速率旋转半导体晶片，同时向所述半导体晶片的圆心喷射显影液，使显影液浸润所述半导体晶片表面；

以第二速率旋转浸润后的半导体晶片，同时向半导体晶片表面喷射显影液；

以第三速率旋转喷射显影液后的半导体晶片，使显影液与半导体晶片表面的光刻胶层进行显影反应；

采用去离子水清洗半导体晶片表面；

其中，所述第一速率大于所述第二速率。

优选的，所述第一速率为1000-2000转/分钟；

所述以第一速率旋转半导体晶片的时间为5-7秒。

优选的，所述第二速率为0-100转/分钟；

所述以第二速率旋转浸润后的半导体晶片的时间为2-3秒。

优选的，所述第三速率为0-30转/分钟；

所述以第三速率旋转喷射显影液后的半导体晶片的时间为15-45秒。

优选的，利用所述浸润将半导体晶片的表面由油性转变为碱性，以降低表面张力、增强界面亲和力。

优选的，在以第一速率旋转半导体晶片之前，还包括：

对经过曝光的半导体晶片进行去离子水浸润。

优选的，在所述采用去离子水清洗半导体晶片表面之前，还包括：

以第四速率旋转显影反应后的半导体晶片，同时向半导体晶片表面补充喷射显影液。

优选的，所述第四速率为20-100转/分钟；

所述以第四速率旋转显影反应后的半导体晶片的时间为1-2秒。

优选的，以第二速率旋转浸润后的半导体晶片时，所述向半导体晶片表面喷射显影液通过以下方式实现：

以第二速率旋转所述浸润后的半导体晶片的同时，显影液喷嘴位于半导体晶片的圆心位置，并向所述圆心位置喷射显影液。

应用本发明实施例所提供的技术方案，在进行显影反应处理之前，首先使用显影液对半导体晶片的光刻胶层的表面进行显影液浸润，利用所述浸润降低光刻胶层表面张力，可以增强表面的亲水性和界面亲和力，能够使浸润操作后喷射的显影液均匀快速且全面的覆盖到半导体晶片光刻胶层的表面，使得半导体晶片表面各个区域获得基本一致的显影反应时间，避免经显影后的半导体晶片上的不同区域形成的光刻图形尺寸不一致的缺陷，从而能够提高半导体晶片内的光刻图形尺寸均匀性，进而提高半导体器件电性的均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的一种光刻胶显影反应方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的光刻胶显影反应方法的一种流程图；

图3为本发明实施例三提供的光刻胶显影反应方法的一种流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

通过对现有技术的研究，发明人发现：半导体晶片上的光刻胶层的表面接近于油性，而显影液一般为碱性，因此，由于表面张力和界面亲和力的原因，半导体晶片的部分区域在显影液喷射完毕后，不会立即有显影液覆盖，而是随后由该区域周围的显影液慢慢扩展过来，且周围显影液扩展后也不一定能够完全覆盖该区域，造成了该区域与其它区域相比，进行显影反应的时间较短，且该区域得到的显影液的量可能不足以使该区域的光刻胶层充分反应，同时其它区域也可能因为显影液过量而导致光刻胶层过度反应，这样会导致经显影处理后的半导体晶片上的不同区域的光刻图形尺寸不一致，进而会影响刻蚀或离子注入的结果，并最终影响半导体器件的电性均匀性。为此本发明实施例提供了一种光刻工艺的显影方法，以解决经显影处理后的半导体晶片上的不同区域的光刻图形尺寸不一致的缺陷。

实施例一：

图2为本发明实施例一提供的光刻工艺显影方法的一种流程图。该方法具体可以包括以下步骤：

提供半导体晶片，所述半导体晶片表面具有经过曝光的光刻胶层。

如图2所示，步骤S201：以第一速率旋转半导体晶片，同时向所述半导体晶片的圆心喷射显影液，使显影液浸润所述半导体晶片表面。

具体的，在进行显影液浸润操作时，显影液的喷嘴位于半导体晶片的圆心位置，在半导体晶片以第一速率旋转的同时，显影液喷嘴持续向半导体晶片的圆心位置喷射显影液，使显影液浸润半导体晶片光刻胶层的表面。利用显影液浸润半导体晶片光刻胶层的表面，可以改善亲油性光刻胶表面的亲水性质，这样一来，可以降低表面张力，增强表面的亲水性和界面亲和力，从而使浸润操作后喷射的显影液能够均匀快速且全面的覆盖到半导体晶片光刻胶层的表面上。

优选的，显影液浸润步骤中喷射显影液时的转速需要控制在一定范围内，例如，对于8英寸半导体晶片，其典型的转速应可控制在每分钟1000-2000转，转速太低，光刻胶层会被显影，转速过高，会造成不必要的显影液回溅缺陷。进行浸润操作时，喷射显影液的时间需要控制在一定范围内，对于8英寸半导体晶片，其典型时间可以为5秒左右，喷射时间过长，会浪费显影液，喷射时间过短，无法达到浸润效果。因此，所述第一速率可以为1000-2000转/分钟；较佳的，所述第一速率可以为1000-1200转/分钟，所述以第一速率旋转半导体晶片的持续时间可以为5-7秒。

步骤S202，以第二速率旋转浸润后的半导体晶片，同时向半导体晶片表面喷射显影液。

具体的，经过显影液浸润的半导体晶片光刻胶层的表面，其表面张力降低，表面的亲水性和界面亲和力增强，因此本步骤中喷射的显影液能够均匀快速且全面的覆盖到半导体晶片光刻胶层的表面上。在显影液浸润步骤结束后，需要立即将半导体晶片的旋转速率降低，即所述第二速率需要小于所述第一速率，以确保显影浸润时，半导体晶片高速转动，在产生的较强的离心力的作用下，显影液与光刻胶层无充分的时间接触，显影浸润后喷射显影液时，半导体晶片低速转动或，在产生的较弱的离心力的作用下，显影液液与光刻胶层有充分的时间接触，具体的所述第二速率可以为0-100转/分钟，其中，当半导体晶片的旋转速率为0转/分钟时，该半导体晶体静止。所述以第二速率旋转浸润后的半导体晶片的时间可以为2-3秒。

其中，本步骤中向所述半导体晶片光刻胶层喷射显影液可以通过以下方式实现：

当显影液喷嘴位于半导体晶片的圆心位置时，显影液喷嘴直接向所述圆心位置持续喷射显影液。在喷射显影液的过程中，所述半导体晶片以第二速率旋转，喷射显影液的过程可以持续为2-3秒。

步骤S203，以第三速率旋转喷射显影液后的半导体晶片，使显影液与半导体晶片表面的光刻胶层进行显影反应；

喷射显影液结束后，需要使显影液与所述半导体晶片光刻胶层进行显影反应，显影液与所述半导体晶片光刻胶层的可溶解区域反应，溶解掉所述可溶解区域的光刻胶层，形成光刻图形。在显影反应过程中需要使半导体晶片低速转动或静止，因此具体的，所述第三速率可以为0-30转/分钟，其中，当半导体晶片的旋转速率为0转/分钟时，该半导体晶片静止。根据光刻胶层种类和光刻层次，该步骤一般的持续时间可以为15-45秒。

步骤S204，采用去离子水清洗半导体晶片表面；

本步骤中进行去离子水清洗时，半导体晶片的转速为500-1500转/分钟，同时去离子水喷嘴向半导体晶片的光刻胶层持续喷射去离子水，以清洗所述半导体晶片上溶解有光刻胶的显影液和多余的显影液，该步骤的持续时间可以为15-45秒。

其中，本步骤中向所述半导体晶片光刻胶层喷射去离子水可以通过以下方式实现：

去离子水喷嘴从半导体晶片的边缘移动到圆心，在移动过程中，去离子水喷嘴持续喷射去离子水。

或者，去离子水喷嘴从半导体晶片的边缘移动到圆心，在移动到圆心位置后，去离子水喷嘴向所述圆心位置喷射显影液。

所述采用去离子水清洗半导体晶片表面之后，还可以包括：旋转甩干半导体晶片表面上的去离子水，所述甩干过程具体可包括：

停止喷射去离子水，并持续旋转所述半导体晶体片；

停止旋转所述半导体晶体片。

此外，在以第一速率旋转半导体晶片，进行显影液浸润步骤之前，本发明实施例提供的光刻工艺的显影方法，还可以包括：

对经过曝光的半导体晶片进行去离子水浸润。

在对经过曝光的半导体晶片进行去离子水浸润的过程中，可以旋转所述半导体晶片，使去离子水与半导体晶片的光刻胶层充分均匀接触。通过去离子水浸润，可以进一步的增加半导体晶片的光刻胶层表面的亲水性，使随后进行显影液浸润步骤时，显影液可以快速均匀的覆盖到整个光刻胶层。

此外，在采用去离子水清洗半导体晶片表面之前，还可以包括：旋转甩掉半导体晶片表面上的显影液。

本步骤中可以通过旋转产生的离心力甩掉半导体晶片上的溶解有光刻胶的显影液和多余的显影液，在靠近半导体晶片的边缘位置，旋转产生的离心力较大，在靠近半导体晶片的圆心的位置，旋转产生的离心力较小，若半导体晶片的旋转速率过大，很容易导致半导体晶面的表面被甩干，造成增大残留物在半导体晶片上的粘附力，若半导体晶片的旋转速率过小，则产生的离心力较小，就很难使半导体晶片圆心位置的溶解有光刻胶的显影液和多余的显影液被甩掉，因此，本发明实施例提供的具体实现方式可以如下所述：

以100-1500转/分钟的速度旋转半导体晶片，持续时间为1-2秒，以甩掉半导体晶片表面上的显影液。

本步骤可以旋转产生的离心力甩掉溶解有光刻胶的显影液和多余的显影液，使随后进行的去离子水清洗的清洗效果提高。

应用本实施例所提供的技术方案，在进行显影反应处理之前，首先使用显影液对半导体晶片的光刻胶层的表面进行显影液浸润，利用所述浸润降低光刻胶层的表面张力，增强了表面的亲水性和界面亲和力，能够使浸润操作后喷射的显影液均匀快速且全面的覆盖到半导体晶片光刻胶层的表面，使得半导体晶片表面各个区域获得基本一致的显影反应时间，避免经显影后的半导体晶片上的不同区域形成的光刻图形尺寸不一致的缺陷，从而能够提高半导体晶片内的光刻图形尺寸均匀性，进而提高了半导体器件电性的均匀性。

实施例二：

如果显影反应结束后，直接采用去离子水清洗半导体晶片表面，可能会使显影反应不彻底，造成半导体晶片光刻胶层可溶解区域的光刻胶残留，最终会导致得到的产品失效。因此，为了防止因显影反应不充分而导致的光刻胶残留，在采用去离子水清洗半导体晶片表面之前，还包括：

以第四速率旋转显影反应后的半导体晶片，同时向半导体晶片表面补充喷射显影液。

具体的，在补充喷射显影液的过程中，不能将光刻胶层上原有的显影液全部甩掉，此时，半导体晶片可以保持一定的转速，将部分已反应的显影液甩掉，同时补充喷射新的显影液，使半导体晶片表面始终覆盖有显影液，对于直径为8英寸的半导体晶片，该步骤中，其旋转速率可以为20-100转/分钟。因此所述第四速率为20-100转/分钟；所述以第四速率旋转显影反应后的半导体晶片的时间为1-2秒。在此过程中，显影液喷嘴可位于半导体晶片的圆心位置，并向所述圆心区域补充喷射新的显影液，当补充喷射显影液完成后，显影液喷嘴可以返回初始位置，即半导体晶片的边缘位置。

在实际应用中，可以根据光刻胶种类、光刻层次和显影反应的程度，多次补充新的显影液。在补充新的显影液后，无需再提供显影反应时间，可以直接采用去离子水清洗半导体晶片表面。

本实施例所提供的光刻工艺的显影方法的其它部分和具体实施方式与实施例一中所提供的光刻工艺的显影方法相同，两者可相互参见，在此不再赘述。

应用本实施例所提供的技术方案，在进行显影反应之后，补充喷射了新的显影液，新补充的显影液可以与残留的光刻胶继续反应，解决了因显影反应不充分而导致的光刻胶残留的问题，提高了成品率。

实施例三：

参见图3所示，为结合实施例一提供的显影方法中的显影液浸润步骤和实施例二提供的显影方法中的补充新的显影液步骤，所得到的光刻工艺显影方法的一种流程示意图，如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤S301，对经过曝光的半导体晶片进行去离子水浸润；

步骤S302，以第一速率旋转半导体晶片，同时向所述半导体晶片的圆心喷射显影液，使显影液浸润所述半导体晶片表面；

步骤S303，以第二速率旋转浸润后的半导体晶片，同时向半导体晶片表面喷射显影液；

步骤S304，以第三速率旋转喷射显影液后的半导体晶片，使显影液与半导体晶片表面的光刻胶层进行显影反应；

步骤S305，以第四速率旋转显影反应后的半导体晶片，同时向半导体晶片表面补充喷射显影液；

步骤S306，旋转甩掉半导体晶片表面上的显影液；

步骤S307，采用去离子水清洗半导体晶片表面并旋转甩干表面的去离子水。

其中，所述第一速率大于所述第二速率。

本实施例所提供的光刻工艺的显影方法的具体实施方式可参见实施例一和实施例二，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种光刻工艺的显影方法，其特征在于，包括：

以第一速率旋转半导体晶片，同时向所述半导体晶片的圆心喷射显影液，使显影液浸润所述半导体晶片表面；

以第二速率旋转浸润后的半导体晶片，同时向半导体晶片表面喷射显影液；

以第三速率旋转喷射显影液后的半导体晶片，使显影液与半导体晶片表面的光刻胶层进行显影反应；

采用去离子水清洗半导体晶片表面；

其中，所述第一速率大于所述第二速率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一速率为1000-2000转/分钟；

所述以第一速率旋转半导体晶片的时间为5-7秒。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二速率为0-100转/分钟；

所述以第二速率旋转浸润后的半导体晶片的时间为2-3秒。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第三速率为0-30转/分钟；

所述以第三速率旋转喷射显影液后的半导体晶片的时间为15-45秒。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

利用所述浸润降低光刻胶层表面张力、增强界面亲和力。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在以第一速率旋转半导体晶片之前，还包括：

对经过曝光的半导体晶片进行去离子水浸润。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述采用去离子水清洗半导体晶片表面之前，还包括：

以第四速率旋转显影反应后的半导体晶片，同时向半导体晶片表面补充喷射显影液。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

所述第四速率为20-100转/分钟；

所述以第四速率旋转显影反应后的半导体晶片的时间为1-2秒。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以第二速率旋转浸润后的半导体晶片时，所述向半导体晶片表面喷射显影液通过以下方式实现：

以第二速率旋转所述浸润后的半导体晶片的同时，显影液喷嘴位于半导体晶片的圆心位置，并向所述圆心位置喷射显影液。

Images