CN1179621A

CN1179621A - 构图方法

Info

Publication number: CN1179621A
Application number: CN 96121038
Authority: CN
Inventors: 罗馨柱; 赵敬和
Original assignee: Daewoo Electronics Co Ltd
Current assignee: WiniaDaewoo Co Ltd
Priority date: 1996-10-14
Filing date: 1996-10-14
Publication date: 1998-04-22

Abstract

一种构图方法,在半导体衬底上用光刻胶形成光刻胶图形后,防止半导体衬底在干燥中在其上形成水印。半导体衬底上形成绝缘层,绝缘层上形成光刻胶图形。用紫外线对光刻胶图形表面部分曝光,以降低其疏水性。然后,用光刻胶图形作腐蚀掩模,湿腐蚀由光刻胶图形露出的绝缘层部分。与光刻胶图形相比,半导体衬底变得更具疏水性。从而能良好地除去半导体衬底表面上的去离子水。

Description

构图方法

本发明涉及一种构图方法，特别涉及在半导体器件的绝缘层形成后，在半导体衬底干燥过程中，防止在半导体衬底上产生水印的构图方法。

通常，用光刻工艺以形成掩模，并用湿腐蚀工艺或干腐蚀工艺，将沉积于半导体衬底上的绝缘层按预定形状构图。

图1A和1B展示了用常规湿腐蚀工艺在半导体衬底上的构图方法，参见图1A，首先，在半导体衬底10上通过沉积有预定厚度的诸如氧化硅的绝缘材料形成绝缘层12，然后，在绝缘层12上用旋涂法涂光刻胶，形成光刻胶层14。随后，通过预烘干并对光刻胶层14用有预定图形的掩模曝光及以常规光刻工艺显影，形成用来暴露出绝缘层12的待蚀刻部分的开孔16。随后对光刻胶图形14坚膜，以提高它的耐腐蚀性和粘接强度，并去除残留溶剂。

现在，参见图1B，用有开口16的光刻胶图形14作腐蚀掩摸，用缓冲的氧化物腐蚀剂(BOE：NH₄F∶HF＝6∶1体积比的混合物)作为含氢氟酸的腐蚀液，湿腐蚀绝缘层12。除去由开口16露出的绝缘层12的一部分，形成绝缘图形12A。随后，在去离子水中漂洗半导体衬底10，然后，在干燥器中干燥，去除去离子水。然后，用剥离法去除保留的光刻胶图形14。

通过上述方法，用光刻胶图形14作腐蚀掩模对绝缘层12构图后，把保留有光刻胶图形14的半导体衬底10浸泡在去离子水中，然后，去除去离子水。这时，一部分去离子水会部分地存留在半导体衬底10上。图2展示出去除去离子水后，在绝缘图形12A与相邻绝缘图形之间露出的半导体衬底10的部分上残留的去离子水18。

在随后的干燥工艺中能去掉去离子水。但是，在半导体衬底上残留的去离子水形成了水印。所形成的水印在栅氧化层形成之前构成了污染。用热氧化工艺形成栅氧化层时，水印成了氧源。因而，形成了局部厚氧化层。因而造成半导体器件的电性能变坏。

据报导，形成水印的原因与硅的浸润性有关(见：Effect of DryingMethods and Wettability of Silicon on the Formation of Water Marks inSemiconductor Processing by Jin-Goo Park and Michael F.Pas，J.Electrochem.Soc.Vol.142，No.6，pp2028-2031)。据Park等人报道，用任何干燥方法，如旋转干燥法，蒸气干燥法等，在亲水晶片上均不会形成水印，但是用旋转干燥法，在疏水晶片上形成大量水印。因而，在随后的蒸气干燥中，有均匀亲水表面或疏水表面的晶片不形成水印。但是，在构图工艺之后，在异丙醇(IPA)蒸气干燥工艺后，在即有亲水部分又有疏水部分表面的晶片上形成水印。这就是说，在干燥中能均匀地从有亲水表面的晶片去掉水，因而不形成水印。而与硅的浸润性有很大差异的晶片上形成大量水印。而且，晶片表面的浸润性差别对水印的形成起重要作用。

在形成栅氧化层时，广泛采用使用氢氟酸的湿腐蚀工艺。用氢氟酸的湿腐蚀工艺而暴露出的半导体衬底或绝缘层的表面有高的疏水性。

由光致抗蚀剂(光刻胶)形成的光刻胶图形是用有机材料制成的，因而，它是疏水性的。有这种疏水性的光刻胶图形的疏水性与要变成疏水性的半导体衬底或绝缘层的表面的疏水性不同。因为这种疏水性差别形成了水印。

因此，考虑到上述的方法中存在的问题，本发明提出一种构图方法，在半导体衬底上形成有预定图形的光刻胶图形后，防止半导体衬底干燥时在其上形成水印。

为实现上述目的，按本发明的构图方法包括以下工艺步骤：

在半导体衬底上形成光刻胶图形：

用紫外线对光刻胶图形曝光，以减小光刻胶图形表面部分的疏水性；和

用光刻胶图形作腐蚀掩模，湿腐蚀由光刻胶图形露出的半导体衬底。

用紫外线对光刻胶图形曝光是在加热室内对半导体衬底加热时进行的。半导体衬底的加热理想地采取下述的方式：将半导体衬底背面先在约105至约120℃，最好在约120℃加热约10至约35秒；然后，用高温板在约145℃至约170℃，最好在约170℃加热约40至约80秒。紫外线曝光以下述方式实现：以约20mW/cm²与30mW/cm²之间，最好是约25mW/cm²的低功率曝光5秒钟；然后，以约850mW/cm²与约870mW/cm²之间，最好是860mW/cm²的大功率曝光约60至约100秒，最好是80秒。

用包括以下工艺步骤的半导体器件的构图方法也能实现本发明目的：

在绝缘衬底上形成绝缘层；

在绝缘层上形成光刻胶图形；

用紫外线对光刻胶图形曝光，以便使光刻胶图形的表面部分为亲水性；以及

用光刻胶图形作腐蚀掩模，湿腐蚀由光刻胶图形露出的绝缘层部分。

此时，形成厚度为约250或以上的氧化硅绝缘层。可用氧化半导体衬底的表面部分，或用化学气相沉积法淀积氧化硅来形成绝缘层。用含氢氟酸的腐蚀液如BOE进行湿腐蚀。湿腐蚀后，在去离子水中漂洗半导体衬底，并在大气中自然干燥。

用紫外线曝光光刻胶图形表面时，光刻胶图形被曝光的表面部分的疏水性下降。光刻胶图形是疏水的，但是，经过紫外线曝光，表面部分的光刻胶材料与光刻胶中局部残留的氧反应，形成分子中的氧键，它降低光刻胶的疏水性，增大光刻胶图形的亲水性。因而，去离子水从光刻胶图形表面薄层脱离时间延长。由于半导体衬底的疏水性大于光刻胶图形的疏水性，因而，半导体衬底上残留的去离子水的薄层脱离时间较短。结果，能完全除去半导体衬底表面上的去离子水。

通过以下结合附图对优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将变得更清楚。附图中：

图1A和1B是展示用常规湿腐蚀工艺在半导体衬底上的构图方法的剖视图；

图2是按图IA和1B所示方法去除去离子水时残留在绝缘层图形之间露出的半导体衬底上的去离水的示意图；

图3A至3C是按本发明实施例的构图方法的剖视图。

以下将结合附图详细说明本发明的优选实施例。

图3A至3C是按本发明优选实施例的构图方法的剖视图。参见图3A，用热氧化法氧化半导体衬底10的表面部分，形成有预定厚度，例如厚度是250或以上的绝缘层112。所获得的绝缘层112由氧化硅构成。用旋涂法在绝缘层112上涂覆光刻胶形成光刻胶层114。随后，对光刻胶层114预烘，由有预定图形的掩模曝光，然后，用通用光刻法显影，形成露出待腐蚀绝缘层112的一部分的开口116。

参见图3B，用紫外线150对光刻胶图形114曝光，以减小光刻胶图形114的表面的疏水性。也就是说，使光刻胶图形的亲水性比原来的亲水性更强。在常规的坚膜工艺中用紫外线处理，能提高光刻胶图形114的耐腐蚀性和粘接强度，并除去残留的溶剂。而且，由紫外线150的作用能使用高分子材料制成的光刻胶图形114的表面局部活化，以与残留溶剂中残留的氧分子化合。可以认识到，这将减小光刻胶图形114的疏水性，增大它的亲水性。

用于光刻胶图形114表面进行紫外线曝光的设备包括大气室。在该大气室中，设置有支承带光刻胶图形114的半导体衬底110的支架，和设置在支架上方与支架离开预定距离的紫外线曝光灯在支架下面设置有加热半导体衬底用的加热器。

也就是说，由支架支承的半导体衬底110被加热器加热，用紫外线曝光灯的紫外线对形成在半导体衬底110上的光刻胶图形114曝光。

紫外线曝光以下述方式实现：首先，在约105至约120℃加热约10至约35秒，然后，用加热板使其温度升高，在约145℃至约170℃加热约40至约80秒。此时，用波长范围为大约220至320nm的紫外线对光刻胶图形曝光，或者，在约20mW/cm²与约30mW/cm²之间的低功率，最好是大约25mW/cm²曝光大约3至7秒，最好是5秒，在约850mW/cm²与约870mW/cm²的大功率下，最好是约860mW/cm²曝光约60至约100秒，最好是约80秒。

参见图3C，用有开口116并使其表面变成亲水性的光刻胶图形114作腐蚀掩模，用含氢氟酸的BOE(缓冲氧化腐蚀剂：NH₄F∶HF＝6∶1体积比的混合物)作腐蚀剂对绝缘层112湿腐蚀。除去由开口116露出的绝缘层112的部分，构成绝缘层图形112A。随后，在去离子水中漂洗半导体衬底110。然后，用在干燥器中进行干燥处理从半导体衬底110上去除残留的去离子水。

此时，光刻胶图形114的疏水性减小，而用湿腐蚀工艺露出的绝缘层图形112A和半导体110的露出表面部分变成疏水性。即，光刻胶图形114的疏水性小于半导体衬底110的露出表面部分的疏水性。因而，残留在绝缘层图形112A之间空隙中的去离子水由亲水的光刻胶图形114吸引朝光刻胶图形114移动，并在移动中干燥。即，首先除去疏水性较强的绝缘层图形112A之间的间隙中的去离子水，随后去除疏水性较低的光刻胶图形114上的去离子水。从而，漂洗工艺中用的去离子水，在干燥工艺中首先去除半导体衬底110上的去离子水，然后，去掉光刻胶图形114上的去离子水，以便完全去除半导体衬底110上的去离子水，防止形成水印。这就是说，由于绝缘层图形112A形成过程中露出的半导体衬底10是强疏水性的，而光刻胶图形114是弱疏水性时，因此，在光刻胶图形114表面上的部分去离子水仍存在时，能完全除去在去离子水除去工艺中残留在半导体衬底10上的去离子水。在干燥器中的干燥过程中能除去残留在光刻胶图形114上的去离水子。因而能防止在半导体衬底10上形成水印。剥离残留的光刻胶图形114制成有预定形状的绝缘层图形112A。

图3A到3C示出按本发明方法形成的光刻胶图形。图1A和1B是常规方法形成的光刻胶图形。

首先，热氧化半导体衬底的表面部分，形成厚度为大约250的氧化层。结果，形成光刻胶图形。按本发明方法用紫外线处理光刻胶图形。按以下方式进行紫外线处理，首先，在大约120℃处理约35秒，其次，用支承半导体衬底的加热板在约170℃处理约40秒，在大约25mW/cm²的低功率处理约5秒，并在860mW/cm²的大功率处理约80秒。随后，用光刻胶图形作腐蚀掩模，用BOE作腐蚀剂，湿腐蚀氧化层，并在去离子水中漂洗半导体衬底，形成氧化层图形。

同时，用与上述相同的方法形成氧化层图形，只是紫外线处理步骤以常规坚膜工艺替代。此时，在炉内在大约130℃经30分钟进行坚膜工艺。

光刻胶图形形成后，在去离子水中漂洗光刻胶图形。此时，观察残留在光刻胶图形上的去离子水的薄层脱离时间。

此外，用本发明方法和常规方法形成的光刻胶图形，用湿腐蚀，腐蚀形成氧化层图形，在去离子水中漂洗，在大气中自然干燥。然后，用显微镜观察水印产生情况。观察到随机选择的样品晶片上有20个水印点。

所观察到的薄层脱离时间(sheet off time)和水印产生情况列于表1中。

表1

薄层脱离时间(秒) 水印发生率(％)

本发明方法 190.0 0.0

常规方法 0.8 80.0

如表1所示，按本发明方法，用紫外线处理过的光刻胶图形上去离子水的薄层脱离时间是190.0秒，而用常规坚膜工艺形成的光刻胶图形上去离子水的薄层脱离时间是0.8秒。

即，可以认为，用紫外线曝光的光刻胶图形表面部分转变成亲水性的，薄层脱离时间延长约200倍以上。

此外，用本发明方法形成的晶片上没观察到水印，而用常规方法形成的晶片上观察到16个水印。也就是说，像常规方法一样，没用紫外线曝光的光刻胶表面水印发生率是80.0％，而按本发明方法，用紫外线曝光的光刻胶图形表面的水印发生率为0.0％。而且，发现用本发明方法能有效防止水印形成。

用本发明方法，用紫外线对光刻胶图形曝光时，光刻胶图形表面部分变成亲水性的，延长了光刻胶图形上去离子水的薄层脱离时间。此外，与光刻胶图形相比，半导体衬底变得更具疏水性。因而，残留在半导体衬底上的去离子水的薄层脱离时间比光刻胶图形上去离子水的薄层脱离时间短。结果，能很好地除去半导体衬底表面上的去离子水。

使半导体衬底干燥前残留在半导体衬底上的去离子水的薄层脱离时间比光刻胶图形上的去离子水的薄层脱离时间短，因而，能很好地除去半导体衬底表面上的去离子水，并能防止形成水印。

为防止形成水印，本发明能用于以下工艺，其中，在半导体形成期间，光刻胶图形形成后，用BOE腐蚀液，在氧化层湿腐蚀期间，露出的半导体晶片表面，如，氧化层湿腐蚀工艺，或掩埋接触区的湿腐蚀工艺。因此，提高了对绝缘层湿腐蚀工艺的信任度。

尽管是用优选实施例说明了本发明，但本发明并不限于优选实施例。本领域的技术人员可对其进行各种变化和改型，这些均不脱离本发明的精神和要求保护的范围。

Claims

1、一种构图方法，其包括以下各工艺步骤：

在半导体衬底上形成光刻胶图形；

用紫外线对光刻胶图形曝光，以降低光刻胶图形表面部分的疏水性；

用所述光刻胶图形作腐蚀掩模，湿腐蚀露出的所述半导体衬底。

2、根据权利要求1所述的构图方法，其中，所述对光刻胶图形进行紫外线曝光是以下述方式实现的：在大气下，同时对所述半导体衬底加热。

3、根据权利要求2所述的构图方法，其中，对所述半导体衬底加热是以下述方式实现的：首先，在约105至约120℃之间的温度对半导体衬底背面加热约10至约35秒，其次，在约145℃至约170℃，用加热板对衬底加热约40至约80秒。

4、根据权利要求1所述的构图方法，其中，所述紫外线曝光的进行方式是，在约20mW/cm²至约30mW/cm²之间的低功率经大约5秒处理，然后，在大约850mW/cm²至约870mW/cm²之间的高功率处理大约80秒。

5、一种半导体器件的构图方法，包括以下步骤：

在半导体衬底上形成绝缘层；

在所述绝缘层上形成光刻胶图形；

用紫外线对光刻胶图形曝光，以降低所述光刻胶图形表面部分的疏水性，在随后的湿腐蚀工艺后，所述光刻胶图形表面的疏水性低于半导体衬底的疏水性；和

用所述光刻胶图形作腐蚀掩模，湿腐蚀由所述光刻胶图形露出的所述绝缘层。

6、根据权利要求5所述的半导体器件的构图方法，其中，所述绝缘层用氧化硅形成，厚度约250或以上。

7、根据权利要求5所述的半导体器件的构图方法，其中，所述绝缘层通过氧化所述半导体衬底的表面部分形成。

8、根据权利要求6所述的半导体器件的构图方法，其中，所述绝缘层通过用化学气相沉积法沉积所述氧化硅形成。

9、根据权利要求5所述的半导体器件的构图方法，其中，用含氢氟酸的腐蚀液进行所述湿腐蚀。

10、根据权利要求5所述的半导体器件的构图方法，还包括以下步骤：

在所述湿腐蚀后，所述半导体衬底在去离子水中漂洗；和

在常压下自然干燥所述半导体衬底。

11、根据权利要求5所述的半导体器件的构图方法，其中，在真空下并对所述半导体衬底加热的条件下对所述半导体衬底进行紫外线曝光。

12、根据权利要求11所述的半导体器件的构图方法，其中，所述半导体衬底加热的方式是、采用高温板，首先，在约105至约120℃的温度之间加热所述半导体衬底的背面约10到约35秒，然后，在约145至约170℃之间的温度加热大约80秒。

13、根据权利要求11所述的半导体器件的构图方法，其中，所述紫外线曝光的方式是，在约20mW/cm²至约30mW/cm²之间的低功率曝光大约5秒，然后，在约850mW/cm²至约870mW/cm²之间的大功率曝光大约80秒。