CN104238280B - 半导体装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种半导体装置的制造方法，其能够进一步减少显影液滴下时所产生的微泡，并能够实现图案缺陷的进一步减少，由此适用于碳化硅半导体装置的制造。半导体装置的制造方法具有照相制版工序，该照相制版工序具有进行显影液浸渍处理的工序。进行显影液浸渍处理的工序具有工序(a)和工序(b)，在工序(a)中，将显影液(3)滴在碳化硅半导体衬底(1)上，以膜厚大于6μm的方式形成显影液膜(4)，在工序(b)中，使显影液膜(4)的膜厚变薄至小于或等于6μm。

Description

半导体装置的制造方法

技术领域

本发明涉及一种能够在具有照相制版工序的半导体装置的制造方法中，使造成图案缺陷的微泡减少的技术。

背景技术

在半导体装置的制造工序中，照相制版工序中的抗蚀图案形成是重要的微加工工序，由以下的子工序构成。(1)首先，在半导体衬底的表面上涂敷光致抗蚀剂(感光性材料)而形成光致抗蚀剂膜。(2)然后，使用掩模，由紫外线曝光装置将电路图案印刷在光致抗蚀剂膜上。(3)最后，进行光致抗蚀剂膜的显影处理工序，完成抗蚀图案的形成。

显影处理工序由以下工序构成。(4)首先，使印刷有电路图案的光致抗蚀剂膜浸渍于显影液中。(5)然后，浸渍于纯水等显影停止液(清洗液)中，由清洗液置换显影液而使显影停止。(6)最后，使半导体衬底旋转而将清洗液甩出，使半导体衬底干燥。

在进行(4)的显影液浸渍处理的工序中，大多在将显影液滴在半导体衬底上之后或者同时使半导体衬底旋转，将显影液扩展至半导体衬底上表面的整个区域，但此时存在将空气卷入的情况。另外，为了滴下显影液，有时使用氮气等对显影液进行加压，但此时存在氮气溶入在显影液中，溶解在显影液中的氮气在显影液滴下后恢复至大气压而发泡的情况。并且，在对使用了酚醛树脂的正型光致抗蚀剂进行曝光的情况下，在感光反应中释放出氮气，氮气在显影前进入光致抗蚀剂膜中，存在在浸渍于显影液时发泡的情况。

由于以上多个原因，在将显影液滴在光致抗蚀剂膜的表面上时，在显影液膜中产生微泡(气泡)，一部分微泡附着在光致抗蚀剂膜的表面。所附着的微泡阻碍显影液与光致抗蚀剂膜的接触而诱发显影不良，成为引起图案缺陷的原因，使半导体装置的成品率降低。作为去除该微泡、提高半导体装置的生产效率的制造方法，存在专利文献1所公开的制造方法。

专利文献1中记载的制造方法用于解决上述问题，在将显影液滴在半导体衬底上，对形成于半导体衬底上的光致抗蚀剂膜进行显影的半导体装置的制造方法中，包含下述工序：第1工序，在该工序中，一边使半导体衬底以100～500rpm的速度旋转，一边将显影液滴在半导体衬底上，使半导体衬底表面处于浸润性较高的状态；第2工序，在该工序中，使显影液的滴下停止，使半导体衬底以500～1500rpm的速度旋转；以及第3工序，在该工序中，在使半导体衬底静止或者以小于或等于100rpm的速度旋转的状态下，再次使显影液滴下，在进行充液(puddling)后，将清洗液滴在半导体衬底上，对显影液进行冲洗。

在专利文献1记载的制造方法中，在第1工序中，能够大幅度减少显影液滴下时的气泡产生，在第2工序中，能够减少由于原本存在于显影液中的气泡停留在同一部位处并经过规定时间而产生的图案缺陷，在第3工序中，能够减少在显影液滴在半导体衬底上时的气泡产生。

专利文献1：日本专利第3708433号公报

但是，本申请的发明人确认到在专利文献1记载的制造方法中，存在即使进行显影处理工序也无法减少显影液滴下时产生的微泡的情况，因此，存在无法减少图案缺陷的情况。特别是在晶圆价格高的碳化硅半导体装置的制造中，期望改善这一点而进一步提高成品率。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种半导体装置的制造方法，该半导体装置的制造方法能够进一步减少显影液滴下时产生的微泡，并能够实现图案缺陷的进一步减少，由此适用于碳化硅半导体装置的制造。

本发明所涉及的半导体装置的制造方法具有照相制版工序，其中，所述照相制版工序具有进行显影液浸渍处理的工序，进行所述显影液浸渍处理的工序具有：工序(a)，在该工序中，将显影液滴在半导体衬底上，以膜厚大于6μm的方式形成显影液膜；以及工序(b)，在该工序中，使所述显影液膜的膜厚变薄至小于或等于6μm。

发明的效果

根据本发明，进行显影液浸渍处理的工序具有：工序(a)，在该工序中，将显影液滴在半导体衬底上，以膜厚大于6μm的方式形成显影液膜；以及工序(b)，在该工序中，使显影液膜的膜厚变薄至小于或等于6μm。

因此，通过使显影液膜变薄至与在将显影液滴在半导体衬底上时附着的微泡大小相比更小，即小于或等于6μm，从而能够进一步减少显影液膜中的微泡，能够实现图案缺陷的进一步减少。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的半导体装置的制造方法的图。

图2是旋转夹头的转速和显影液膜的膜厚之间的关系图。

图3是表示实施方式2所涉及的半导体装置的制造方法的图。

标号的说明

1碳化硅半导体衬底，3显影液，4显影液膜，13刮片。

具体实施方式

＜实施方式1＞

以下使用附图，对本发明的实施方式1进行说明。图1是表示实施方式1所涉及的半导体装置(例如碳化硅半导体装置)的制造方法，更具体地说，是照相制版工序中的进行显影液浸渍处理的工序的图。图1(a)是表示滴下显影液3的工序的图，图1(b)是表示在滴下显影液3的工序中形成了显影液膜4的状态的图，图1(c)是表示使碳化硅半导体衬底1旋转的工序的图，图1(d)是表示再次滴下显影液3的工序的图。碳化硅半导体装置的制造方法具有照相制版工序，该照相制版工序具有进行显影液浸渍处理的工序，以下，对进行显影液浸渍处理的工序进行说明。

如图1(a)所示，以真空力将碳化硅半导体衬底1固定在旋转夹头11上，在碳化硅半导体衬底1上形成有光致抗蚀剂膜2。显影液3从喷嘴12滴在形成有光致抗蚀剂膜2的碳化硅半导体衬底1上。如图1(b)所示，在碳化硅半导体衬底1上充入足够的显影液3，以膜厚大于6μm的方式形成显影液膜4(工序(a))。此时，在显影液膜4中产生有微泡5，微泡5的一部分附着在光致抗蚀剂膜2的表面。在此，工序(a)可以在使与旋转夹头11连接的电动机(省略图示)旋转而使碳化硅半导体衬底1旋转的状态下进行，也可以在不使碳化硅半导体衬底1旋转而使其静止的状态下进行。

然后，如图1(c)所示，使与旋转夹头11连接的电动机旋转，使碳化硅半导体衬底1旋转。通过使碳化硅半导体衬底1旋转，将充液后的显影液膜4表面侧的部分从碳化硅半导体衬底1上推至外部，从而使显影液膜4的膜厚变薄(工序(b))。在此，显影液膜4的膜厚变薄至小于或等于6μm，更具体地说是1μm～6μm的范围。

下面，使用图2，对将显影液膜4的膜厚设为1μm～6μm的范围的理由进行说明。图2是旋转夹头11(碳化硅半导体衬底1)的转速和显影液膜4的膜厚之间的关系图。

本申请的发明人通过实验确认出，在显影液膜4中产生的微泡5的大小为几μm～几十μm的范围。认为上述大小的微泡5位于光致抗蚀剂膜2的表面处称为层流底层的、流动不易紊乱的位置处，几乎不移动。

因此，为了消除微泡5，将显影液膜4的膜厚设为比微泡5的大小更小是有效的。如果将显影液膜4的膜厚设为小于或等于6μm，则微泡5基本都消失，但使膜厚变薄存在极限。其原因在于，有时会由于显影液膜4中的水分蒸发，从而显影液3的浓度上升，产生显影不均匀。在此，在图2中，由单点划线示出用于表示显影液浓度上升极限的直线，另外，显影液膜4的膜厚小于或等于6μm，且与表示显影液浓度上升极限的直线相比位于上侧的斜线部分，是能够消泡且不发生显影液浓度上升的区域。

例如，关于旋转夹头11，如果使转速为1000rpm，并将旋转时间延长至大于或等于10秒，则显影液膜4的膜厚变薄至2μm左右。在此情况下，如果保持该状态，则由于超过显影液浓度上升极限而产生显影不均匀的可能性增高，为了防止上述情况，采取后述的图1(d)的工序。在将旋转夹头11的转速提高至大于1000rpm的情况下，与转速为1000rpm的情况相比，显影液膜4的膜厚变薄，但相反地，可旋转时间变短。例如，在旋转夹头11的转速为4000rpm的情况下，可旋转时间为3秒，能够使显影液膜4的膜厚变薄至大约1μm。但是，如果可旋转时间变短，则对旋转夹头11进行控制的难度增大。

由于存在上述微泡5基本被消除的最大为6μm的薄显影液膜4，从而，即使在之后的工序中滴下显影液3，微泡5也会被薄显影液膜4阻挡而不会附着在光致抗蚀剂膜2的表面。

返回到图1(c)的说明，使与旋转夹头11连接的电动机旋转而使碳化硅半导体衬底1旋转时的旋转夹头11的旋转时间t或转速ω，可以通过以下的关系式而得到。

【公式1】

k＝ρω²/3η

其中，h：膜厚，ρ：比重，η：粘度。

这样，通过使显影液膜4的膜厚小于或等于6μm，且对应于转速ω而设定旋转时间t，从而使得显影液膜4的膜厚小于微泡5的大小，微泡5被消除。另外，也不会产生由于显影液膜4的膜厚过薄而产生的显影不均匀。通过在该状态下等待规定时间，然后滴下清洗液，从而能够使显影液浓度降低，最终由清洗液置换显影液膜4，停止显影。

另外，在由于希望消除的微泡5的大小很小，因此，使显影液膜4的膜厚变薄至1μm左右的情况下，由于水分蒸发而使显影液浓度上升，产生显影不均匀的可能性增高。为了防止上述情况，如图1(d)所示，优选在将显影液膜4的膜厚变薄后立即再次滴下显影液3(工序(c))。这样，能够减少暴露在高浓度显影液3中的时间，进行均匀的显影处理。

如上所述，在实施方式1所涉及的碳化硅半导体装置的制造方法中，进行显影液浸渍处理的工序具有：工序(a)，在该工序中，将显影液3滴在碳化硅半导体衬底1上，以膜厚大于6μm的方式形成显影液膜4；以及工序(b)，在该工序中，使显影液膜4的膜厚变薄至小于或等于6μm。

因此，通过使显影液膜4变薄至与在将显影液3滴在碳化硅半导体衬底1上时所附着的微泡5的大小相比更小，即小于或等于6μm，从而能够进一步减少显影液膜4中的微泡5，能够实现图案缺陷的进一步减少。由此，能够提高碳化硅半导体装置的成品率。

在工序(b)中，由于将显影液膜4的膜厚变薄至1μm～6μm的范围，因此如图2所示，能够抑制显影液3的浓度上升，能够抑制显影不均匀的产生。

在工序(b)中，在使碳化硅半导体衬底1以1000rpm的转速进行旋转的情况下，例如在使显影液膜4的膜厚变薄至2μm左右的情况下，旋转夹头11的旋转时间成为大于或等于10秒的较长时间，旋转夹头11的控制不存在难度。

在工序(b)中，碳化硅半导体衬底1的旋转时间t由于满足上述的公式，因此能够基于该公式容易地设定使显影液膜4达到期望膜厚的旋转时间t。

在工序(c)中，由于再次将显影液3滴在碳化硅半导体衬底1上，使显影液膜4的膜厚与在工序(b)中变薄后的膜厚相比变厚，因此能够减少由于水分蒸发而暴露在高浓度显影液3中的时间，进行均匀的显影处理。另外，由于存在没有微泡5的最大6μm以下的薄显影液膜4，从而无论之后怎样滴下显影液3，微泡5都会被薄显影液膜4阻挡而不会附着在光致抗蚀剂膜2的表面。

＜实施方式2＞

下面，对实施方式2所涉及的半导体装置的制造方法进行说明。图3是表示实施方式2所涉及的半导体装置的制造方法的图。此外，在实施方式2中，针对与实施方式1中所说明的结构相同的结构要素标注相同的标号，省略说明。

在实施方式2所涉及的半导体装置的制造方法中，在工序(b)中取代使碳化硅半导体衬底1旋转，而使用刮片13将在碳化硅半导体衬底1上形成的显影液膜4的膜厚变薄。

如图3(a)所示，利用真空力而将碳化硅半导体衬底1固定在旋转夹头11上，在碳化硅半导体衬底1上形成有光致抗蚀剂膜2。将显影液3从喷嘴12滴在形成有光致抗蚀剂膜2的碳化硅半导体衬底1上。如图3(b)所示，在碳化硅半导体衬底1上充入足够的显影液3，以膜厚大于6μm的方式形成显影液膜4(工序(a))。在显影液膜4中产生有微泡5，微泡5的一部分附着在光致抗蚀剂膜2的表面。该微泡5的大小为几μm至几十μm。

然后，使刮片13沿着碳化硅半导体衬底1上的显影液膜4的表面移动(工序(b))。刮片13的前端部与显影液膜4的表面接触，随着刮片13的移动而将显影液膜4的表面侧的部分从碳化硅半导体衬底1上推至外部，由此，能够使显影液膜4的膜厚落入1μm～6μm的范围。如图3(c)所示，显影液膜4的膜厚变得比微泡5的大小更薄，微泡5被消除。通过在该状态下等待规定时间，然后滴下清洗液，从而能够使显影液浓度降低，最终以清洗液置换显影液膜4，停止显影。

另外，在希望消泡的微泡5的大小很小，将显影液膜4的膜厚变薄至1μm左右的情况下，由于水分蒸发而使显影液浓度上升，产生显影不均匀的可能性增高。为了防止上述情况，如图3(d)所示，优选在将显影液膜4的膜厚变薄后立即再次滴下显影液3(工序(c))。这样，能够减少暴露在高浓度显影液3中的时间，进行均匀的显影处理。

如上所述，在实施方式2所涉及的半导体装置的制造方法中，在工序(b)中，由于使刮片13沿着在碳化硅半导体衬底1上形成的显影液膜4的表面移动，因此，能够将显影液膜4的膜厚变薄至1μm～6μm的范围。由此，能够进一步减少微泡5，能够实现图案缺陷的进一步减少，并且，通过抑制显影液3的浓度上升而能够抑制显影不均匀的产生。

在工序(c)中，由于再次将显影液3滴在碳化硅半导体衬底1上，使显影液膜4的膜厚与在工序(b)中变薄后的膜厚相比变厚，因此能够减少由于水分蒸发而暴露在高浓度显影液3中的时间，进行均匀的显影处理。另外，由于存在没有微泡5的最大6μm以下的薄显影液膜4，因此无论之后怎样滴下显影液3，微泡5都会被薄显影液膜4阻挡而不会附着在光致抗蚀剂膜2的表面。

在实施方式1、2中，对于将本发明应用于作为半导体装置的一个例子的碳化硅半导体装置的情况进行了说明，但对于使用其他化合物半导体而形成的半导体装置，也能够广泛地应用本发明。

此外，本发明能够在其发明范围内将各实施方式自由地进行组合，或者对各实施方式进行适当地变形、省略。

Claims (7)

1.一种半导体装置的制造方法，其具有照相制版工序，其中，

所述照相制版工序具有进行显影液浸渍处理的工序，

进行所述显影液浸渍处理的工序具有：

工序(a)，在该工序中，将显影液滴在半导体衬底上，以膜厚大于6μm的方式形成显影液膜；以及

工序(b)，在该工序中，使所述显影液膜的膜厚变薄至小于或等于6μm。

2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，

在所述工序(b)中，使所述显影液膜的膜厚变薄至1μm～6μm的范围。

3.根据权利要求2所述的半导体装置的制造方法，其中，

进行所述显影液浸渍处理的工序还具有工序(c)，在该工序(c)中，再次将显影液滴在所述半导体衬底上，使所述显影液膜的膜厚与在所述工序(b)中变薄后的膜厚相比变厚。

4.根据权利要求2或3所述的半导体装置的制造方法，其中，

在所述工序(b)中，使所述半导体衬底以1000rpm的转速旋转。

5.根据权利要求4所述的半导体装置的制造方法，其中，

在所述工序(b)中，所述半导体衬底的旋转时间t满足以下的公式：

【公式1】

<mrow> <mi>h</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <msqrt> <mn>4</mn> <mi>kt</mi> </msqrt> </mrow>

k＝ρω²/3η

在该公式中，

h：膜厚

ρ：比重

ω：转速

η：粘度。

6.根据权利要求2或3所述的半导体装置的制造方法，其中，

在工序(b)中，使刮片沿着在所述半导体衬底上形成的所述显影液膜的表面移动。

7.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，

所述半导体装置是碳化硅半导体装置。