CN104238286A - 半导体装置的制造方法 - Google Patents

半导体装置的制造方法 Download PDF

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绫淳
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Abstract

本发明的目的在于，提供一种半导体装置的制造方法，其简单地减少由微泡引起的显影缺陷。本发明的半导体装置的制造方法具有以下工序：(a)准备在一个主面上形成有光致抗蚀剂膜(2)的碳化硅衬底(1)的工序；(b)将第1显影液(3)滴下至光致抗蚀剂膜(2)上的工序；(c)在工序(b)结束后经过第1显影时间后，使碳化硅衬底(1)旋转，从光致抗蚀剂膜(2)上甩掉第1显影液(3)的工序；(d)在工序(c)之后向光致抗蚀剂膜(2)上滴下第2显影液(3)的工序；以及(e)在工序(d)结束后经过第2显影时间后，使碳化硅衬底(1)旋转，从光致抗蚀剂膜(2)上甩掉第2显影液(3)的工序。

Description

半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体装置的制造工序中的显影处理。
背景技术
在半导体装置的制造工序中，抗蚀图案的形成是重要的精密加工工序，由以下的工序构成。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)膜。2)然后，使用掩模，通过紫外线曝光装置将电路图案印至光致抗蚀剂膜上。3)最后，进行光致抗蚀剂膜的显影处理。经过这3个工序，形成抗蚀图案。
显影处理工序由以下的工序构成。1)首先，将印有电路图案的光致抗蚀剂膜浸渍在显影液中。2)然后，将光致抗蚀剂膜浸渍在纯水等显影停止液(清洗液)中，置换显影液而使显影停止。3)最后，使晶圆旋转，甩掉清洗液，并对晶圆进行干燥。
在1)的使光致抗蚀剂膜浸渍至显影液中的工序中，为了使显影液扩展至半导体衬底的整个面，大多采用下述方式，即，在向半导体衬底上滴下显影液后或者滴下的同时，使半导体衬底旋转。此时，在显影液滴下时，有时会挤入空气。另外，在通过氮气等对显影液进行加压后使其滴下的情况下，如果显影液被滴下至半导体衬底上并恢复大气压，则在加压过程中溶入至显影液中的氮气等会发泡。另外，在光致抗蚀剂膜是使用酚醛树脂的正型的情况下，通过曝光时的感光反应生成的氮气进入光致抗蚀剂膜中。由于上述多种原因，在向光致抗蚀剂膜表面滴下的显影液中产生微泡(气泡)。其中，附着在光致抗蚀剂膜的表面上的微泡，成为阻碍显影液与光致抗蚀剂膜接触而引起显影缺陷的原因，使半导体装置的合格率下降。
作为去除该微泡的方法，在专利文献1～3中公开了：分多次进行显影液的喷出这一方式是有效的。在专利文献1公开的方法中，首先，一边使半导体衬底以100～500rpm的速度旋转，一边向半导体衬底滴下显影液，得到半导体衬底表面的浸润性高的状态。然后，使显影液的滴下停止，使半导体衬底以500～1500rpm的速度旋转。最后，在使半导体衬底静止的状态下，或者在使半导体衬底以小于或等于100rpm的速度旋转的同时，再次滴下显影液形成液池后，向半导体衬底滴下清洗液，对显影液进行冲洗。
另外，在专利文献2中公开了下述内容，即，通过第2次及第2次以后的显影液的喷出，去除在通过第一次的显影液喷出而形成液池时附着在光致抗蚀剂膜表面上的微泡。另外，公开了下述内容，即，在向半导体衬底上喷出显影液而形成液池后，通过反复进行半导体衬底的高加速度旋转和停止，也能够去除微泡。
另外，在专利文献3中公开了下述方法，即，在将显影液向光致抗蚀剂膜上喷出后，间隔规定时间再次将显影液向光致抗蚀剂膜上喷出的方法。通过将第2次显影液的浓度设为比第1次显影液的浓度低，从而在第2次显影工序中，与第1次显影工序相比能够抑制显影的进展，有效地去除微泡。
专利文献1：日本专利第3708433号公报
专利文献2：日本特开平9-244258号公报
专利文献3：日本特开2011-77120号公报
发明内容
在专利文献1～3的方法中，通过分多次进行显影液的喷出，或者在喷出显影液后使半导体衬底旋转，从而使与光致抗蚀剂膜的表面接触的微泡移动。通过这些方法，能够减少由微泡引起的显影缺陷，但还是要求更稳定地减少显影缺陷，甚至是消除显影缺陷。
另外，根据专利文献3的方法，存在下述问题，即，需要在显影装置中准备浓度不同的多种显影液，会使成本增加。
本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种半导体装置的制造方法，其简单地减少由微泡引起的显影缺陷。
本发明的半导体装置制造方法具有以下工序：(a)准备在一个主面上形成有光致抗蚀剂膜的半导体衬底的工序；(b)将第1显影液滴下至光致抗蚀剂膜上的工序；(c)在工序(b)结束后经过第1显影时间后，使半导体衬底旋转，从光致抗蚀剂膜上甩掉第1显影液的工序；(d)在工序(c)之后向光致抗蚀剂膜上滴下第2显影液的工序；以及(e)在工序(d)结束后经过第2显影时间后，使半导体衬底旋转，从光致抗蚀剂膜上甩掉第2显影液的工序。
发明的效果
本发明的半导体装置制造方法具有以下工序：(a)准备在一个主面上形成有光致抗蚀剂膜的半导体衬底的工序；(b)将第1显影液滴下至光致抗蚀剂膜上的工序；(c)在工序(b)结束后经过第1显影时间后，使半导体衬底旋转，从光致抗蚀剂膜上甩掉第1显影液的工序；(d)在工序(c)之后向光致抗蚀剂膜上滴下第2显影液的工序；以及(e)在工序(d)结束后经过第2显影时间后，使半导体衬底旋转，从光致抗蚀剂膜上甩掉第2显影液的工序。由于在甩掉第1显影液之后滴下第2显影液，所以在由第2显影液实现的显影处理中，不会受到第1显影液中的微泡的影响。另外，在由第1显影液实现的显影处理和由第2显影液实现的显影处理中，在光致抗蚀剂膜上的同一部位处产生微泡的概率极低。由此，减少显影缺陷。另外，不需要准备浓度不同的多种显影液。
附图说明
图1是表示实施方式1的光致抗蚀剂膜的显影工序的图。
图2是表示实施方式1的光致抗蚀剂膜的显影工序的图。
图3是表示实施方式2的光致抗蚀剂膜的显影工序的图。
图4是表示实施方式2的光致抗蚀剂膜的显影工序的图。
具体实施方式
<A.实施方式1>
<A-1制造工序>
图1、2是表示实施方式1所涉及的半导体装置的制造方法、即光致抗蚀剂膜的显影处理工序的图。图1示出了第1次显影处理工序，图2示出了继第1次显影处理工序之后进行的第2次显影处理工序。下面，按照图1、2对实施方式1的显影处理工序进行说明。
首先，将光致抗蚀剂膜2受到曝光后的碳化硅衬底1固定于晶圆卡盘11上，从显影液喷出嘴12向光致抗蚀剂膜2上喷出显影液3(图1(a))。此外，由于本发明适合于从晶圆成本的角度出发而期望高成品率的碳化硅半导体装置，所以在以下的说明中对碳化硅衬底1进行说明，但也可以使用Si等其他半导体衬底。
图1(b)示出了显影液3盛载于碳化硅衬底1上的状态。由于在滴下显影液3时挤入空气，所以产生微泡4。另外，在通过氮气等对显影液3加压并使该显影液3滴下的情况下，如果显影液3滴下至碳化硅衬底1上并恢复大气压，则在加压过程中溶入显影液3中的氮气发泡而成为微泡4。另外，在光致抗蚀剂膜2是使用酚醛树脂的正型的情况下，在曝光时的感光反应中生成的氮气等进入光致抗蚀剂膜2，这一点成为产生微泡4的主要原因。
在图1(b)的状态下，例如通过使晶圆卡盘11以旋转速度40rpm、旋转时间0.1秒进行旋转，使上述动作以5秒的间隔进行共计5次，从而对显影液3进行搅拌。通过该步进式旋转(stepwise rotation)，从而能够抑制由没有附着在光致抗蚀剂膜2表面上的微泡4、或稍大的微泡4引起的显影缺陷，能够使碳化硅衬底1面内的光致抗蚀剂膜2的完成形状稳定。
在显影液3在光致抗蚀剂膜2的表面上扩展开的状态下，以规定的显影时间(第1显影时间)等待。在该期间，与显影液3接触的光致抗蚀剂膜2，按照预先形成的曝光图案而开口。但是，如图1(b)所示，如果在光致抗蚀剂膜2的表面上形成了微泡4，则该部分的光致抗蚀剂膜2不与显影液3接触，因此，即使是应开口的区域也不会开口而成为显影缺陷。
然后，一边从清洗液喷出嘴13喷出清洗液(例如纯水)，一边使晶圆卡盘11旋转，使碳化硅衬底1旋转而甩掉显影液3(图1(c))。通过一边喷出清洗液一边甩掉显影液3，从而防止水溶性的显影液3浓缩而使显影条件大幅变化的情况、以及由于图案配置而在碳化硅衬底1面内产生显影不均匀的情况。
接下来，进行第2次显影处理。从显影液喷出嘴12再次喷出显影液3(图2(a))，将显影液3盛载至碳化硅衬底1上。此外，与第1次显影处理相同地，在盛有显影液3的状态下对碳化硅衬底1进行步进式旋转，对显影液3进行搅拌。与第1次显影处理相同地，在光致抗蚀剂膜2的表面上产生微泡4。但是，通过第1次显影处理和第2次显影处理，使在相同位置处产生微泡4的概率极小。如图2(b)所示，第2次显影处理中产生的微泡，在与第1次显影处理中的产生位置不同的位置处产生。因此，第1次显影处理中成为显影缺陷的位置，在第2次显影处理中与显影液3接触而正常地进行图案化。
此外，期望将第2次的显影时间(第2显影时间)设定为比第1次的显影时间(第1显影时间)短。其原因在于，在第1次显影处理中形成了碳化硅衬底1上的几乎全部的抗蚀图案，由于在第2次显影处理中形成图案的区域极小，所以即使缩短显影时间，也能够实现图案化。由此，抑制在第1次显影处理中形成于光致抗蚀剂膜2上的图案的变动，同时能够消除第1次显影处理中的显影缺陷。
然后，一边从清洗液喷出嘴13喷出清洗液(例如纯水)，一边使晶圆卡盘11旋转，使碳化硅衬底1旋转而甩掉显影液3(图2(c))。通过一边喷出清洗液一边甩掉显影液3，从而防止水溶性的显影液3浓缩而使显影条件大幅变化的情况、以及由于图案配置而在碳化硅衬底1面内产生显影不均匀的情况。
图2(d)示出了第2次显影处理结束之后的碳化硅衬底1，并且示出了通过第2次显影处理使在第1次显影处理中产生的微泡4正下方的光致抗蚀剂膜2形成图案。
在通过以上的方法实际进行显影处理后，在1次显影处理中每1片衬底产生的3个左右的显影缺陷，减少到0个。另外，光致抗蚀剂膜2的图案不会通过第2次显影处理而变动。根据实施方式1的显影处理工序，即使存在附着于光致抗蚀剂膜2上并且不随着浸渍在显影液3中时的步进式旋转而移动的微泡4，也能够通过第2次显影处理形成抗蚀图案，而不受该微泡4的影响。因此，减少显影缺陷，并提高产品合格率。
此外，在本实施方式的说明中举出的数值是例示，也可以使用与这些数值不同的数值。另外，说明了进行2次显影处理的方法，但也可以进行大于或等于3次显影处理。通过反复进行多次在甩掉显影液3后进行的再次的显影处理，从而能够更进一步减少显影缺陷。在此情况下，通过将第3次以及第3次以后的显影时间设为比第1次的显影时间(第1显影时间)短，从而尽可能不使在第1次显影处理中形成于光致抗蚀剂膜2上的图案变动，能够消除显影缺陷。
<A-2.效果>
实施方式1的半导体装置的制造方法具有以下工序：(a)准备在一个主面上形成有光致抗蚀剂膜2的碳化硅衬底1的工序；(b)将显影液3(第1显影液)滴下至光致抗蚀剂膜2上的工序；(c)在工序(b)结束后经过第1显影时间后，使碳化硅衬底1旋转，从光致抗蚀剂膜2上甩掉显影液3的工序；(d)在工序(c)之后向光致抗蚀剂膜2上滴下显影液3(第2显影液)的工序；以及(e)在工序(d)结束后经过第2显影时间后，使碳化硅衬底1旋转，从光致抗蚀剂膜2上甩掉显影液3的工序。通过在甩掉第1次显影处理中的显影液3后进行第2次显影处理，从而在第2次显影处理中，不会受到在第1次显影处理中产生的微泡4的影响。另外，在多次显影处理中，在光致抗蚀剂膜2上的同一个部位产生微泡4的概率极低。因此，减少显影缺陷。另外，不需要准备浓度不同的多种显影液。
另外，通过将第2显影时间设为比第1显影时间短，从而抑制在第1次显影处理中形成于光致抗蚀剂膜2上的图案的变动，同时能够消除第1次显影处理中的显影缺陷。
另外，在实施方式1的半导体装置的制造方法中，工序(c)是一边将清洗液滴下至碳化硅衬底1上，一边使碳化硅衬底1旋转而从光致抗蚀剂膜2上甩掉第1显影液3的工序，工序(e)是一边将清洗液滴下至碳化硅衬底1上，一边使碳化硅衬底1旋转而从光致抗蚀剂膜2上甩掉第2显影液3的工序。由此，防止水溶性的显影液3浓缩而使显影条件大幅变化的情况、以及由于图案配置而在碳化硅衬底1面内产生显影不均匀的情况。
另外，实施方式1的半导体装置的制造方法还具有以下工序：(f)在工序(b)和(c)之间使碳化硅衬底1进行步进式旋转的工序；(g)在工序(d)和(e)之间使碳化硅衬底1进行步进式旋转的工序。因此，能够抑制由没有附着在光致抗蚀剂膜2表面上的微泡4、或稍大的微泡4引起的显影缺陷，能够使碳化硅衬底1面内的光致抗蚀剂膜2的完成形状稳定。
另外，实施方式1的半导体装置的制造方法具有以下工序：(h)在工序(e)之后将显影液3(第3显影液)滴下至光致抗蚀剂膜2上的工序；以及(i)在工序(h)结束后经过第3显影时间之后，使碳化硅衬底1旋转而从光致抗蚀剂膜2上甩掉显影液3的工序。能够通过第3次显影处理工序消除在第1次、第2次显影处理工序中依然残留的显影缺陷，进一步减少显影缺陷。
另外，通过将第3显影时间设为比第1显影时间短，从而抑制在第1次显影处理中形成于光致抗蚀剂膜2上的图案的变动，同时能够消除第1、2次显影处理中的显影缺陷。
另外，在实施方式1的半导体装置的制造方法中，工序(i)是一边将清洗液滴下至碳化硅衬底1上一边使碳化硅衬底1旋转而从光致抗蚀剂膜2上甩掉显影液3(第3显影液)的工序。由此，防止水溶性的显影液3浓缩而使显影条件大幅变化的情况、以及由于图案配置而在碳化硅衬底1面内产生显影不均匀的情况。
另外，在实施方式1的半导体装置的制造方法中，通过使用碳化硅半导体衬底作为碳化硅衬底1，从而有助于提高碳化硅半导体装置的成品率。
<B.实施方式2>
<B-1.制造工序>
图3、4是表示实施方式2所涉及的半导体装置的制造方法、即光致抗蚀剂膜的显影处理工序的图。图3示出了第1次显影处理工序，图4示出了继第1次显影处理工序之后进行的第2次显影处理工序。由于图3所示的第1次显影处理工序与图1所示的实施方式1的第1次显影处理工序相同，所以省略说明，下面，对图4所示的第2次显影处理工序进行说明。
继第1次显影处理之后进行第2次显影处理。从显影液喷出嘴12再次喷出显影液3(图4(a))，将显影液3盛载至碳化硅衬底1上。然后，如图4(b)所示，在碳化硅衬底1上盛有显影液3的状态下，适量地喷出清洗液(例如纯水)，降低显影液3的浓度。此外，与第1次显影处理相同地，在该状态下对碳化硅衬底1进行步进式旋转，对显影液3进行搅拌。与第1次显影处理相同地，在光致抗蚀剂膜2的表面产生微泡4。但是，在第1次显影处理和第2次显影处理中，在相同位置处产生微泡4的概率极小。如图4(b)所示，第2次显影处理中产生的微泡，在与第1次显影处理中的产生位置不同的位置处产生。因此，第1次显影处理中成为显影缺陷的位置，在第2次显影处理中与显影液3接触而正常地进行图案化。与实施方式1相同地，通过将第2次显影时间设定为比第1次显影时间短，从而能够抑制在第1次显影处理中形成的光致抗蚀剂膜2图案的变动，但通过降低显影液3的浓度，能够更进一步抑制图案变动。另外，由于使用清洗液而使显影液3的浓度变化，所以不需要预先准备浓度不同的多种显影液3。
然后，一边从清洗液喷出嘴13喷出清洗液(例如纯水)，一边使晶圆卡盘11旋转，使碳化硅衬底1旋转而甩掉显影液3(图4(d))。通过一边喷出清洗液一边甩掉显影液3，从而防止水溶性的显影液3浓缩而使显影条件大幅变化的情况、以及由于图案配置而在碳化硅衬底1面内产生显影不均匀的情况。
图4(e)示出了第2次显影处理结束之后的碳化硅衬底1，并且示出了通过第2次显影处理使在第1次显影处理中产生的微泡4正下方的光致抗蚀剂膜2形成图案。
<B-2.效果>
在实施方式2的半导体装置的制造方法中，在将显影液3(第2显影液)滴下至光致抗蚀剂膜2之后，滴下清洗液而降低显影液3浓度，因此，能够抑制在第1次显影处理中形成的光致抗蚀剂膜2图案的变动，同时能够消除第1次显影处理中产生的显影缺陷。另外，由于使用清洗液而使显影液3的浓度变化，所以不需要预先准备浓度不同的多种显影液3。
此外，本发明可以在其发明的范围内对各实施方式进行自由组合，或适当地对各实施方式进行变形、省略。

Claims (9)

1.一种半导体装置的制造方法，其具有以下工序：
(a)准备在一个主面上形成有光致抗蚀剂膜的半导体衬底的工序；
(b)将第1显影液滴下至所述光致抗蚀剂膜上的工序；
(c)在所述工序(b)结束后经过第1显影时间后，使所述半导体衬底旋转，从所述光致抗蚀剂膜上甩掉所述第1显影液的工序；
(d)在所述工序(c)之后向所述光致抗蚀剂膜上滴下第2显影液的工序；以及
(e)在所述工序(d)结束后经过第2显影时间后，使所述半导体衬底旋转，从所述光致抗蚀剂膜上甩掉所述第2显影液的工序。
2.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，
所述第2显影时间比所述第1显影时间短。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置的制造方法，
所述工序(c)是一边将清洗液滴下至所述半导体衬底上，一边使所述半导体衬底旋转而从所述光致抗蚀剂膜上甩掉所述第1显影液的工序，
所述工序(e)是一边将清洗液滴下至所述半导体衬底上，一边使所述半导体衬底旋转而从所述光致抗蚀剂膜上甩掉所述第2显影液的工序。
4.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，
还具有以下工序：
(f)在所述工序(b)和(c)之间使所述半导体衬底进行步进式旋转的工序；以及
(g)在所述工序(d)和(e)之间使所述半导体衬底进行步进式旋转的工序。
5.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，
还具有以下工序：
(h)在所述工序(e)之后将第3显影液滴下至所述光致抗蚀剂膜上的工序；以及
(i)在所述工序(h)结束后经过第3显影时间之后，使所述半导体衬底旋转而从所述光致抗蚀剂膜上甩掉所述第3显影液的工序。
6.根据权利要求5所述的半导体装置的制造方法，
所述第3显影时间比所述第1显影时间短。
7.根据权利要求5所述的半导体装置的制造方法，
所述工序(i)是一边将清洗液滴下至所述半导体衬底上一边使所述半导体衬底旋转而从所述光致抗蚀剂膜上甩掉所述第3显影液的工序。
8.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，
所述工序(d)是在将所述第2显影液滴下至所述光致抗蚀剂膜上后，滴下清洗液而降低所述第2显影液的浓度的工序。
9.根据权利要求1所述的半导体装置的制造方法，
所述半导体衬底是碳化硅衬底。
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