CN103390540A - 在制造半导体器件过程中去除残留物的方法 - Google Patents

在制造半导体器件过程中去除残留物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种方法，包括在半导体衬底上形成第一光刻胶部件和第二光刻胶部件。在半导体衬底上形成化学材料涂层。该化学材料涂层介入第一光刻胶部件和第二光刻胶部件之间。然后清洗该半导体衬底；该清洗从半导体衬底去除了化学材料涂层。化学材料可以与第一光刻胶部件和第二光刻胶部件之间的衬底上设置的残留物混合。从衬底去除化学材料涂层也可以去除残留物。本发明提供在制造半导体器件过程中去除残留物的方法。

Description

在制造半导体器件过程中去除残留物的方法
技术领域
本发明涉及一种方法，具体而言，涉及一种在制造半导体器件过程中去除残留物的方法。
背景技术
半导体集成电路(IC)工业经历了迅速的发展。IC材料和技术的技术发展产生出多代IC，每个新一代IC都具有比前一代更小但更复杂的电路。在IC的发展过程中，通常增大了功能密度(即，每个芯片区域的互连器件数量)，而减小了几何尺寸(即，使用制造工艺可以产生的最小部件(或线))。这种按比例缩小的工艺的优点在于提高了生产效率并且降低了相关费用。然而，这些发展增加了IC的加工和制造的复杂性，并且为了实现这些发展，IC的加工和制造也需要类似的发展。
在半导体衬底上形成不需要的残留物是随着半导体集成电路的几何尺寸的减小和该几何尺寸所提供的高纵横比而产生的挑战之一。在具有高形貌(topography)或形貌差异的器件中这尤其是个问题。因此，需要一种减少和/或去除形成在衬底上的残留物的方法。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种方法，包括：在半导体衬底上形成第一光刻胶部件和第二光刻胶部件；在所述半导体衬底上施加化学材料涂层，其中，所述化学材料涂层介入第一光刻胶部件和第二光刻胶部件之间；以及清洗所述半导体衬底，其中，清洗去除了所述半导体衬底上的所述化学材料涂层。
在上述方法中，其中，所述化学材料涂层是顶部抗反射涂层材料(TARC)。
在上述方法中，进一步包括：在清洗所述半导体衬底后旋转干燥所述半导体衬底。
在上述方法中，其中，施加所述化学材料涂层包括将将所述涂层施加至具有感光材料残留物的区域。
在上述方法中，其中，所述第一光刻胶部件和所述第二光刻胶部件的形成包括：在底部抗反射层(BARC)上提供感光材料涂层；将所述感光材料涂层曝光成图案，以及显影曝光的光刻胶以形成设置在BARC上的第一光刻胶部件和第二光刻胶部件。
在上述方法中，其中，在清洗所述半导体衬底后实施硬烘。
根据本发明的另一方面，还提供了一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：在衬底上形成感光材料层；将所述感光材料层曝光成图案；显影所述感光材料层，其中，所述显影提供间隔介于其间的第一部件和第二部件；以及在显影的感光材料层上形成涂层，其中，所述涂层包括顶部抗反射涂层(TARC)。
在上述方法中，其中，显影后所述感光材料层的残留物设置在所述间隔中。
在上述方法中，进一步包括：在形成所述涂层后清洗所述衬底。
在上述方法中，其中，清洗包括从所述衬底去除所述涂层。
在上述方法中，进一步包括：在形成所述涂层后清洗所述衬底，进一步包括：在清洗所述衬底之后干燥所述衬底。
在上述方法中，进一步包括：在形成所述涂层后清洗所述衬底，进一步包括：在清洗所述衬底之后干燥所述衬底，其中，干燥工艺是旋转干燥工艺。
在上述方法中，进一步包括：在形成所述涂层后清洗所述衬底，其中，显影后所述感光材料层的残留物设置在所述间隔中，而且清洗去除了所述残留物和所述涂层。
在上述方法中，其中，在硬烘工艺之前形成所述涂层。
根据本发明的又一方面，还提供了一种方法，包括：在衬底上形成感光材料层；将所述感光材料层曝光成图案；显影曝光的感光材料层，其中，显影提供间隔介于其间的第一部件和第二部件，所述间隔由图案限定，而且感光材料的残留物形成在所述间隔中；在显影的感光材料层上形成涂层，其中，所述涂层包括抗反射涂层，其中，所述涂层形成在所述残留物上；混合所述残留物和涂层材料；以及使用清洗工艺去除所述涂层材料和所述残留物。
在上述方法中，进一步包括：在所述清洗工艺之后干燥所述衬底；以及在干燥工艺之后烘烤所述衬底。
在上述方法中，进一步包括：在形成感光材料之前在所述衬底上形成底部抗反射涂层(BARC)。
在上述方法中，进一步包括：在形成感光材料之前在所述衬底上形成底部抗反射涂层(BARC)，其中，所述涂层的形成包括在介于所述第一部件和所述第二部件之间的间隔中的BARC层上直接形成所述涂层。
在上述方法中，其中，所述涂层的形成包括旋转涂布抗反射材料。
在上述方法中，其中，所述涂层的形成包括在介于所述第一部件和所述第二部件之间的衬底的表面上形成所述涂层。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。
图1是流程图，该图示出了根据本公开的一个或多个方面制造半导体器件的方法的一个实施例。
图2、图5、图6和图7是根据图1的方法的一个或多个步骤的半导体器件的一个实施例的截面图。
图3是从本发明的一个或多个方面受益的半导体器件的实施例的截面图。
图4是从本发明的一个或多个方面受益的半导体器件的另一个实施例的透视图。
具体实施方式
以下公开提供了多种不同实施例或实例，用于实现本发明的不同特征。以下将描述组件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括其他部件可以形成在第一部件和第二部件之间使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。为了简单和清楚，可以不同比例任意绘制各个部件。
图1示出了制造半导体器件的方法100的流程图。图2、图5、图6和图7是根据图1的方法100制造的半导体器件200的截面图。半导体器件200可以是图3所示器件300，图4所示器件400和/或任何其他适合的半导体器件的一部分。
可以理解，方法100和/或器件200、300和/或400的部分由互补金属氧化物半导体(CMOS)技术工艺流程所提供，因此，此处只简单介绍一些工艺。此外，半导体器件200、300和/或400可以包括各种其他器件和部件，例如，附加晶体管、双极结型晶体管、电阻器、电容器、二极管和熔丝等，但是为了更好地理解本公开的发明理念而对其进行了简化。半导体器件200、300和/或400包括多个互连的半导体器件(如，晶体管)。
方法100从框102开始，其中提供了衬底。该衬底可以是硅衬底。该衬底也可以包括其他的元素半导体，如，锗和金刚石。可选地，该衬底可以包括化合物半导体和/或合金半导体。此外，衬底可以任选地包括外延层(epi layer)，可以为了增强性能而应变，可以包括绝缘体上硅(SOI)结构，和/或具有其他适合的增强部件。该衬底可以包括在其上能够形成MOS器件的有源区域；该有源区域可掺杂有适合的N型或P型掺杂物(杂质)从而形成阱区域。可以通过隔离结构，诸如，浅沟槽隔离(STI)部件来限定该有源区域的边界。衬底可以包括任意多个形成在其上的层，包括：导电层、绝缘层、掩模层、抗反射涂层、蚀刻停止层、栅极层、互连层和/或其他部件。例如，在一个实施例中，半导体衬底上设置有抗反射涂层。该抗反射涂层(ARC)可以是，诸如，布鲁尔科技(Brewer Science)公司所制造的底部抗反射涂层(BARC)、介电抗反射涂层(DARC)和/或其他合适的材料。在一个实施例中，ARC包括氮氧化硅，旋涂聚合物和/或其他合适的材料。可以通过旋涂沉积技术、等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)和/或其他合适的形成方法来形成ARC。在实施例中，ARC可以是多层部件。
参看图2所示的实例，示出了半导体衬底202。在该半导体衬底上设置有抗反射涂层(ARC)204。在一个实施例中，层204是BARC。
方法100随后进行框104，其中在衬底上形成了感光层。可以适合的方式，诸如，旋涂来沉积该感光层。图案化感光层的图案化工艺可以继续进行为使用光刻工具(例如，光刻工具或电子束直写仪)将光刻胶曝光成图案。可以通过光刻掩模来限定图案。用于曝光的辐射束可以是紫外线和/或可以扩展包括其他辐射束，如离子束、X光、远紫外线、深紫外线和/或其他合适的辐射能。可以进行曝光后烘烤(PEB)来使得曝光的光刻胶聚合物裂开。
然后将包括有裂开的聚合物光刻胶的衬底转移到显影室以去除曝光的光刻胶。通常将显影液(诸如，四甲基氢氧化铵(TMAH))应用于坑状的抗蚀表面来显影曝光的光刻胶。在实施例中，随后对衬底进行第一次清洗以去除溶解的光刻胶聚合物；在另一个实施例中，可以通过旋转干燥工艺处理该衬底。
显影之后所提供的光刻胶部件(也就是掩模部件)可以用在图案化衬底和/或设置在其上的层的后续步骤中，诸如，在蚀刻工艺中保护衬底的区域。该图案通常限定出介于光刻胶部件之间的一个或多个间隔(例如提供未受保护的区域)。
参看图2所示实例，示出了图案化的感光层206具有第一光刻胶部件206a和第二光刻胶部件206b。间隔206c介于光刻胶部件之间。图2示出的是曝光和显影后的感光层206。衬底202上仍存有具有光刻胶210的微粒的残留物208。特别的，由于被间隔206c介入的第一光刻胶部件206a和第二光刻胶部件206b的形貌，很难去除间隔206c底部的残留物208。由于范德华力、共价键合力和/或其他结构使得残留物208残留在衬底202上。
常规工艺可以包括：曝光和显影后，清洗和干燥衬底。但是，这样的工艺对于去除残留物208是无效和/或无用的。
器件300和400也存有残留物208。器件300和/或器件400可以是包括器件200或其部分的半导体器件的代表。在一个实施例中，器件300是闪存器件。在一个实施例中，器件400是finFET器件。图3示出器件300包括第一区域302和第二区域304。在一个实施例中，第一区域302包括逻辑器件而第二区域304包括闪存器件。部件308可以包括多晶硅。在一个实施例中，部件308可以被包括在栅极结构中。第一区域302中的感光层306在衬底202上面具有大约介于1000A和2000A之间的高度(示出为H1和H2)。相反，第二区304中的感光层306具有大约介于0至5000A之间的高度，如图所示其最大高度为H3。器件300示出了形貌差异，这导致了残留物208。因此，器件300可以是从方法100提供的本发明的一个或多个方面获得益处的示例性器件。
同样地，图4示出的是具有栅极结构402的器件400，该栅极结构形成在从衬底202开始延伸并且被隔离区406所包围的鳍元件404上。残留物208设置在隔离区域406上。器件400示出了形貌差异，这导致了残留物208。因此，说明器件400可以是从方法100提供的本发明的一个或多个方面获得益处的示例性器件。
再次参见方法100，在图案化感光材料之后，方法100进行框106，其中向衬底施加化学材料涂层。该化学材料涂层可以被设置在图案化的感光材料上。化学材料涂层可以设置在衬底上，这使得它与图案化感光材料后所剩下的残留物相互作用。化学材料涂层可以液态的。在一个实施例中，该化学材料涂层施加在感光材料显影之后，而在使图案化的感光材料“固定”的任意烘烤工艺(诸如，硬烘)之前使用该化学材料。
在一个实施例中，化学材料涂层包括抗反射涂层材料(ARC)。在其他实施例中，化学材料涂层可以包括顶部抗反射材料涂层(TARC)。化学材料涂层可以包括表面活性剂。可以使用旋涂沉积在衬底上沉积该化学材料涂层。需要注意，如上述框104所述，在感光材料曝光和显影之后方可施加该化学材料涂层。
参考图5示出的实例，化学材料涂层502可以形成在衬底202上。化学材料涂层502可以形成在光刻胶部件206a和206c之间的间隔206c中。特别是，化学材料涂层502可以与残留物208相互作用。在一个实施例中，化学材料涂层502是TARC。
化学材料涂层可以与残留物相互反应，这样可以去除衬底表面上的全部或部分残留物。例如，残留物和/或其中的微粒可与化学材料涂层混合、悬浮在化学材料涂层中和/或被化学材料涂层溶解。
方法100随后进行框108，在其中对衬底进行清洗和干燥工艺。在一个实施例中，用去离子水(DIH2O)清洗衬底。在一个实施例中，干燥工艺采用旋转干燥工艺。清洗和/或干燥工艺可以去除衬底上的化学材料涂层。通过清洗和/或干燥工艺能够进一步去除任何残留物和/或微粒，包括悬浮在化学材料涂层中的微粒。
参看图6示出的实例，清洗和/或干燥工艺可以提供将部件从衬底202去除的力602。例如，清洗和/或干燥工艺可以提供从衬底202中去除残留物、微粒和/或化学材料涂层的力602。如图6所示，清洗和/或干燥工艺提供的力602能够从衬底202中去除化学材料涂层部分604。图6还示出由清洗和/或干燥工艺提供的力602从衬底202中去除了包括有微粒210的残留部分606。因此，清洗和/或干燥工艺从光刻胶部件206a和206b之间的间隔206c中去除了化学材料涂层502，残留物208以及微粒210。
然后方法100进行框110，在其中对衬底进行了烘烤。烘烤工艺可以是硬烘工艺。该烘烤工艺可以“固定”或固化图案化的感光材料层以备进一步加工。在其他实施例中，可以省略烘烤工艺。在一个实施例中，在大约120到180℃的条件下进行烘烤工艺。参见图7的实例，烘烤图案化的光刻胶材料层以形成掩模元件702。图7还示出了掩模元件702之间的间隔具有表面704，该表面没有或具有减少了的残留物。
方法100可以继续提供其他CMOS制造的典型工艺。例如，在一些实施例中，在后续的干式蚀刻、等离子体蚀刻、湿式蚀刻、离子注入和/或其他适合的工艺中可以使用掩模元件。随后可以从衬底中剥除该掩模元件。
总之，此处提供的方法和器件用于去除由感光材料带来的残留物。在这种情况下，本公开提供了多种优于现有技术器件的优点。可以理解，此处公开的不同实施例提供了不同的公开内容，并且在不违背本公开精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变、替换和变更。例如，在光刻胶材料曝光和显影之后实施在此所公开的实施例，然而，半导体制造中的其他典型工艺也可以具有本公开的各方面的优点。
因此，在更宽泛实施例之一中所描述的方法包括：在半导体衬底上形成第一光刻胶部件和第二光刻胶部件。在半导体衬底上形成化学材料涂层。该化学材料涂层介于第一光刻胶部件和第二光刻胶部件之间。然后清洗半导体衬底；该清洗将化学材料涂层从半导体衬底中去除。
在另一个实施例中，化学材料涂层是顶部抗反射涂层(TARC)材料。具有感光材料残留物的区域上可以使用化学材料涂层。在一个实施例中，该方法在清洗半导体衬底之后继续干燥该半导体衬底。在另一个实施例中，在清洗半导体后烘烤该半导体衬底。在另外的实施例中，烘烤可以是硬烘工艺。
在此处所描述的半导体器件制造的方法的另一个更宽泛的形式中，在衬底上形成了感光材料层；然后将该感光材料层曝光成图案(例如，由光掩模限定的)。然后显影该曝光的感光材料层，其提供间隔介于其间的第一部件和第二部件。然后在显影的感光材料层上形成涂层，该涂层包括顶部抗反射涂层(TARC)。
在一个实施例中，在显影后，在间隔中存在感光材料层的残留物。在另外的实施例中，清洗可以去除该残留物。在另一个实施例中，在形成涂层之后清洗衬底。该清洗可以包括去除衬底上的涂层。清洗后可以干燥衬底(例如，旋转干燥工艺)。
在本公开的更为宽泛的另一个形式中描述了一种方法，该方法包括：在衬底上形成感光材料层并且将该感光材料层曝光给图案。然后显影曝光的感光材料层；该显影提供了间隔介于其间的第一部件和第二部件，该间隔由图案限定。感光材料的残留物设置在该间隔中。然后在显影的感光材料层上形成涂层(例如，通过旋转沉积)。该涂层包括形成在残留物上的抗反射涂层层。残留物随后与涂层材料相混合。之后，采用清洗工艺去除该涂层材料和残留物。
在其他实施例中，在清洗工艺之后干燥衬底并且在干燥工艺之后烘烤衬底。在实施例中，在形成感光材料之前在衬底上形成了底部抗反射涂层(BARC)层。在介于第一部件和第二部件之间的间隔中，涂层可以直接形成在BARC层上。

Claims (10)

1.一种方法，包括：
在半导体衬底上形成第一光刻胶部件和第二光刻胶部件；
在所述半导体衬底上施加化学材料涂层，其中，所述化学材料涂层介入第一光刻胶部件和第二光刻胶部件之间；以及
清洗所述半导体衬底，其中，清洗去除了所述半导体衬底上的所述化学材料涂层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述化学材料涂层是顶部抗反射涂层材料(TARC)。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在清洗所述半导体衬底后旋转干燥所述半导体衬底。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，施加所述化学材料涂层包括将将所述涂层施加至具有感光材料残留物的区域。
5.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：
在衬底上形成感光材料层；
将所述感光材料层曝光成图案；
显影所述感光材料层，其中，所述显影提供间隔介于其间的第一部件和第二部件；以及
在显影的感光材料层上形成涂层，其中，所述涂层包括顶部抗反射涂层(TARC)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，显影后所述感光材料层的残留物设置在所述间隔中。
7.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
在形成所述涂层后清洗所述衬底。
8.一种方法，包括：
在衬底上形成感光材料层；
将所述感光材料层曝光成图案；
显影曝光的感光材料层，其中，显影提供间隔介于其间的第一部件和第二部件，所述间隔由图案限定，而且感光材料的残留物形成在所述间隔中；
在显影的感光材料层上形成涂层，其中，所述涂层包括抗反射涂层，其中，所述涂层形成在所述残留物上；
混合所述残留物和涂层材料；以及
使用清洗工艺去除所述涂层材料和所述残留物。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
在所述清洗工艺之后干燥所述衬底；以及
在干燥工艺之后烘烤所述衬底。
10.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
在形成感光材料之前在所述衬底上形成底部抗反射涂层(BARC)。
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