TWI697031B

TWI697031B - 圖案化方法

Info

Publication number: TWI697031B
Application number: TW105123509A
Authority: TW
Inventors: 蔡宗洵
Original assignee: 聯華電子股份有限公司
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2020-06-21
Also published as: TW201804514A

Abstract

一種圖案化方法包括下列步驟。首先，於一基底上形成一圖案化光阻，然後以圖案化光阻為遮罩對基底進行一蝕刻製程。於蝕刻製程進行之前，對形成有圖案化光阻之基底進行一第一清洗，第一清洗包括利用二氧化碳水溶液進行清洗。於蝕刻製程之後，進行一第二清洗，其中第二清洗包括一化學清洗以及於化學清洗之前利用二氧化碳水溶液進行清洗。藉由本發明之清洗方式，一方面可減少電荷產生並殘留於基底上，另一方面亦可於蝕刻製程後之化學清洗前減少基底上的電荷，避免於化學清洗時與殘留之電荷發生反應而產生靜電破壞。

Description

圖案化方法

本發明係關於一種圖案化方法，尤指一種可減少靜電破壞而提升製程良率之圖案化方法。

隨著科技進步，積體電路製程技術也隨之不斷精進，因此各種電子電路可集積/成形於單一晶片上。製造晶片的半導體製程包括許多步驟，例如形成薄膜之沉積製程、形成圖案化光阻之光阻塗佈、曝光與顯影製程、對薄膜進行圖案化之蝕刻製程等。在上述各種半導體製程中均可能於晶圓上產生靜電荷累積，而此靜電荷若無法藉由適當的方式移排除或導引至其他地方，當靜電荷累積至一定程度時則會產生放電而容易造成晶圓上的電路損毀，使得生產良率受到嚴重的影響。

本發明提供了一種圖案化方法，利用於圖案化光阻形成之後以二氧化碳水溶液進行清洗，並於蝕刻製程之後在化學清洗之前進行另一次的二氧化碳水溶液清洗，藉此可減少電荷產生並殘留於基底上，進而避免於化學清洗時與殘留於基底上之電荷發生反應而對基底產生靜電破壞，故可因此達到提升良率的效果。

根據本發明之一實施例，本發明提供了一種圖案化方法，包括下列步驟。首先，於一基底上形成一圖案化光阻，然後以圖案化光阻為遮罩對基底進行一蝕刻製程。於蝕刻製程進行之前，對形成有圖案化光阻之基底進行一第一清洗，第一清洗包括利用二氧化碳水溶液進行清洗。於蝕刻製程之後，進行一第二清洗，其中第二清洗包括一化學清洗以及於化學清洗之前利用二氧化碳水溶液進行清洗。

10:基底

11:閘極介電層

12:閘極材料層

13:蓋層

21:隔離結構

22:側壁子

23:介電層

30:圖案化光阻

C1-C4:清洗步驟

D1:垂直方向

D2:水平方向

G:閘極結構

R:凹陷

S1-S5:步驟

第1圖所繪示為本發明第一實施例之圖案化方法的流程示意圖。

第2圖所繪示為本發明第一實施例之第二清洗的流程示意圖。

第3圖與第4圖所繪示為本發明第一實施例之圖案化方法的示意圖。

第5圖所繪示為本發明第二實施例之圖案化方法的流程示意圖。

第6圖所繪示為本發明第二實施例之圖案化方法的示意圖。

請參閱第1圖至第4圖。第1圖所繪示為本發明第一實施例之圖案化方法的流程示意圖，第2圖所繪示為本實施例之第二清洗的流程示意圖，而第3圖與第4圖所繪示為本實施例之圖案化方法的示意圖。本實施例提供一種圖案化方法，包括下列步驟。如第1圖與第3圖所示，首先，提供一基底10。基底10可包括半導體基底例如矽基底、磊晶矽基底、矽鍺基底、碳化矽基底或絕緣層覆矽(silicon-on-insulator，SOI)基底，但並不以此為限。基底10上形成有複數個閘極結構G。在一些實施例中，閘極結構G可包括於垂直方向D1上堆疊之閘極介電層 11、閘極材料層12以及蓋層13，但並不以此為限。在另一些實施例中，閘極結構G亦可包括虛置閘極材料例如非晶矽，用以於後續進行取代金屬閘極(replacement metal gate，RMG)製程。在本實施例中，閘極介電層11可包括氧化矽、氮化矽、高介電常數介電材料或其他適合之介電材料，閘極材料層12可包括導電材料例如金屬、多晶矽或金屬矽化物，而蓋層13可包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或碳化矽，但並不以此為限。閘極結構G所對應之不同區域之間可藉由至少部分形成於基底10中的隔離結構21形成隔離效果，閘極結構G的側壁上可形成有側壁子22，而位於閘極結構G於水平方向D2上兩側之基底10中可形成有輕摻雜區(未繪示)，但並不以此為限。此外，基底10上可形成一介電層23覆蓋各閘極結構G以及基底10。介電層23較佳可包括氮化矽，且大體上係共形地形成於基底10、側壁子22以及閘極結構G上。

值得說明的是，本發明之方法可應用於形成平面型電晶體(planar type transistor)或非平面型電晶體。舉例來說，在一些實施例中，基底10可視需要具有鰭狀結構(未圖示)，而閘極結構G可形成於基底10之鰭狀結構上。

接著，如第1圖與第3圖所示，於步驟S1中，在基底10上形成一圖案化光阻30。圖案化光阻30可覆蓋部分之閘極結構G，而部分之閘極結構G可未被圖案化光阻30覆蓋。值得說明的是，本實施例係以於不同區域例如NMOS區與PMOS區中分別進行不同的磊晶製程時利用圖案化光阻30進行隔離之狀況進行說明，但本發明並不以此為限。在本發明之其他實施例中，亦可將本發明之圖案化方法應用於其他半導體製程中。在本實施例中，圖案化光阻30的形成方式可包括光阻塗布與曝光顯影製程，而本實施例之方法可接著於步驟S2中對形成有圖案化光阻30之基底10進行一第一清洗，且第一清洗包括利用二氧化碳水溶液進行清洗。值得說明的是，本實施例之第一清洗較佳係與上述之曝光顯影製程於同一製程機台中進行，但並不以此為限。換句話說，第一清洗可為曝光顯影製程後直接接續進行之清洗製程，對顯影製程後可能殘留於基板10上之殘留物例如顯影液進行清洗，但並不以此為限。此外，在第一清洗中，二氧化碳水溶液的清洗方式可包括覆液(puddle)方式、噴灑(spray)方式、浸泡(soaking)方式或其他適合之清洗方式，而清洗時間可為約30秒，但並不以此為限。

在本實施例之第一清洗中，二氧化碳水溶液可由將二氧化碳溶入去離子水(deionized water，DI water)所形成，而藉由控制去離子水之溢流率(overflow rate)以及二氧化碳之供應壓力可控制二氧化碳水溶液之電阻抗於一預定之範圍之內，藉以降低於形成圖案化光阻30的製程中於基底10上所形成之靜電荷殘留。舉例來說，上述之去離子水之溢流率可控制介於0.7公升/分鐘(1/min)至1.2公升/分鐘之間，二氧化碳之供應壓力可控制介於0.06百萬帕(Mpa)至0.1百萬帕之間，進而使得二氧化碳水溶液之電阻抗被控制在介於0.09百萬歐姆(M ohm)至0.1百萬歐姆之間，但並不以此為限。換句話說，本實施例之第一清洗中之二氧化碳水溶液較佳係以定壓之二氧化碳溶入去離子水中，且所形成之二氧化碳水溶液之電阻抗亦為一具有大體上固定阻值的水溶液。

然後，如第1圖與第4圖所示，於步驟S3中，以圖案化光阻30為遮罩對基底10進行一蝕刻製程。換句話說，上述之第一清洗係於蝕刻製程之前進行。在本實施例中，上述之蝕刻製程可用以於基底10中形成複數個凹陷(recess)R，且凹陷R係形成於閘極結構G兩側的基底10中。用以形成凹陷R之蝕刻製程較佳可為一非等向性(anisotropic)蝕刻製程，例如一乾式蝕刻製程。此外，上述之蝕刻製程亦可包括複數個蝕刻步驟，例如可於對基底10進行蝕刻之前先對介電層23 進行蝕刻以將部分之基底10暴露出，接著再針對基底10進行蝕刻以形成凹陷R。本實施例之凹陷R可用以於後續製程中進行磊晶成長製程而形成磊晶區(未圖示)，而磊晶區可包括磷化矽(SiP)磊晶區、鍺化矽(SiGe)磊晶區、碳化矽(SiC)磊晶區或其他適合材料之磊晶區。值得說明的是，在本發明之一些實施例中，亦可於圖案化光阻30為遮罩對介電層23進行蝕刻之後先將圖案化光阻30移除，而以被圖案化之介電層23當作遮罩對基底10進行蝕刻而形成凹陷R。

在上述之蝕刻製程之後以及磊晶成長製程之前，可於步驟S4進行一第二清洗，而第二清洗可包括一化學清洗以及於化學清洗之前利用二氧化碳水溶液進行清洗。舉例來說，請參考第2圖與第4圖，本實施例之第二清洗可包括一凹陷清洗製程，而此凹陷清洗製程可包括依序進行之清洗步驟C1、清洗步驟C2、清洗步驟C3以及清洗步驟C4，其中於清洗步驟C1中係以二氧化碳水溶液進行清洗，而清洗步驟C2、清洗步驟C3與清洗步驟C4則分別為第一化學清洗、第二化學清洗與第三化學清洗。在本實施例之第二清洗中，於二氧化碳水溶液進行清洗之前(也就是於清洗步驟C1之前)並未進行任何化學清洗。換句話說，在上述之用以形成凹陷R之蝕刻製程之後以及上述之二氧化碳水溶液進行清洗之前並未進行任何化學清洗。此外，第二清洗之化學清洗可包括例如SPM清洗(以硫酸、過氧化氫以及去離子水之混合化學溶液進行之清洗)、SC-1清洗(以氫氧化氨、過氧化氫以及去離子水之混合化學溶液進行之清洗，亦可稱為APM清洗)、稀釋氫氟酸(DHF)清洗或其他適合之化學清洗。舉例來說，上述之第一化學清洗可為稀釋氫氟酸清洗，上述之第二化學清洗可為SPM清洗，而上述之第三化學清洗可為SC-1清洗，但並不以此為限。

在本實施例之第二清洗的清洗步驟C1中，二氧化碳水溶液亦可由將二氧化碳溶入去離子水所形成，而藉由控制去離子水之溢流率以及二氧化碳之供應壓力可控制二氧化碳水溶液之電阻抗於一預定之範圍之內，藉以可於第二清洗中之化學清洗進行之前先降低基底10上的殘留靜電荷，避免過多的靜電荷殘留而於化學清洗時(例如上述之SPM清洗時)被引爆而造成靜電破壞。舉例來說，在本實施例之第二清洗的清洗步驟C1中，上述之去離子水之溢流率可控制介於0.7公升/分鐘至1.2公升/分鐘之間，二氧化碳之供應壓力可控制介於0.06百萬帕至0.1百萬帕之間，進而使得二氧化碳水溶液之電阻抗被控制在介於0.09百萬歐姆至0.1百萬歐姆之間，但並不以此為限。換句話說，第二清洗之二氧化碳水溶液清洗之製程條件可大體上與上述之第一清洗之二氧化碳水溶液清洗之製程條件相同，第二清洗之二氧化碳水溶液較佳亦係以定壓之二氧化碳溶入去離子水中，且所形成之二氧化碳水溶液之電阻抗亦為一具有大體上固定阻值的水溶液，但並不以此為限。此外，在第二清洗的清洗步驟C1中，二氧化碳水溶液的清洗方式亦可包括覆液方式、噴灑方式、浸泡方式或其他適合之清洗方式，而清洗時間可為約30秒，但並不以此為限。此外，在本實施例中，於第二清洗進行時圖案化光阻30可仍存在於基底10上，但本發明並不以此為限。在本發明之一些實施例中，亦可視需要於第二清洗進行之前或/及形成凹陷R之蝕刻製程進行之前即將圖案化光阻30移除。

值得說明的是，在本實施例之第二清洗的清洗步驟C1中，二氧化碳水溶液的電阻抗較佳係高於第二清洗中之化學清洗所使用之化學溶液的電阻抗。舉例來說，第二清洗的清洗步驟C1中之二氧化碳水溶液的電阻抗較佳係高於上述第二清洗的清洗步驟C2中所使用之稀釋氫氟酸的電阻抗、上述第二清洗的清洗步驟C3中所使用之SPM溶液的電阻抗或/及上述第二清洗的清洗步驟C4中所使用之SC-1溶液的電阻抗，但並不以此為限。由於本實施例之二氧化碳水溶液的電阻抗相對較高，故相對於電阻抗較低之化學溶液，二氧化碳水溶液可避免於清洗時造成較強的電場效應，故可將部分靜電荷移除且不會引發靜電破壞。此外，本實施例之圖案化方法係於圖案化光阻形成之後以及蝕刻製程進行之前，先利用二氧化碳水溶液清洗來降低於形成圖案化光阻的製程中於基底上所形成之靜電荷殘留，並且於蝕刻製程之後以及化學清洗之前再進行一次二氧化碳水溶液清洗來降低被蝕刻製程困於基底上之靜電荷，避免過多的靜電荷殘留而於化學清洗時被引爆而造成靜電破壞。換句話說，上述之第一清洗以及第二清洗之二氧化碳水溶液清洗較佳係互相搭配進行，藉以確保有效地降低於蝕刻製程後之化學清洗時發生之靜電破壞。

下文將針對本發明的不同實施例進行說明，且為簡化說明，以下說明主要針對各實施例不同之處進行詳述，而不再對相同之處作重覆贅述。此外，本發明之各實施例中相同之元件係以相同之標號進行標示，以利於各實施例間互相對照。

請參考第5圖與第6圖。第5圖所繪示為本發明第二實施例之圖案化方法的流程示意圖，而第6圖所繪示為本實施例之圖案化方法的示意圖。如第5圖與第6圖所示，與上述第一實施例不同的地方在於，本實施例之圖案化方法可更包括於步驟S4後進行步驟S5，於上述之第二清洗之後對至少一凹陷R進行一側向蝕刻製程，用以於水平方向D2上擴大凹陷R。在本實施例中，側向蝕刻製程較佳可為一濕式蝕刻製程，但並不以此為限。換句話說，本實施例之第二清洗係於側向蝕刻製程之前進行，而於側向蝕刻製程之後以及後續之磊晶成長製程之前可再進一清洗製程，例如可利用包括有鹽酸之化學溶液進行清洗，但並不以此為限。

綜上所述，在本發明之圖案化方法中，係於圖案化光阻形成之後以及蝕刻製程進行之前，先利用二氧化碳水溶液清洗來降低於形成圖案化光阻的製程中在基底上所形成之靜電荷殘留。接著，再於蝕刻製程之後以及化學清洗之前再進行一次二氧化碳水溶液清洗來降低可能被蝕刻製程困住在基底上之靜電荷，避免過多的靜電荷殘留而於化學清洗時被引爆而造成靜電破壞，進而達到提升生產良率的效果。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

S1-S4:步驟

Claims

一種圖案化方法，包括：於一基底上形成一圖案化光阻；以該圖案化光阻為遮罩對該基底進行一蝕刻製程；於該蝕刻製程進行之前，對形成有該圖案化光阻之該基底進行一第一清洗，其中該第一清洗包括利用二氧化碳水溶液進行清洗；以及於該蝕刻製程之後，進行一第二清洗，其中該第二清洗包括：一化學清洗；以及於該化學清洗之前利用二氧化碳水溶液進行清洗，其中該第一清洗與該第二清洗中之該二氧化碳水溶液之電阻抗係介於0.09百萬歐姆(M ohm)至0.1百萬歐姆之間，且於該第二清洗進行時該圖案化光阻存在於該基底上。
如請求項1所述之圖案化方法，其中該第一清洗或/及該第二清洗中之該二氧化碳水溶液係由將二氧化碳溶入去離子水(deionized water，DI water)所形成。
如請求項2所述之圖案化方法，其中於該第一清洗或/及該第二清洗中，該去離子水之溢流率(overflow rate)係介於0.7公升/分鐘(1/min)至1.2公升/分鐘之間。
如請求項2所述之圖案化方法，其中於該第一清洗或/及該第二清洗中，該二氧化碳之供應壓力係介於0.06百萬帕(Mpa)至0.1百萬帕之間。
如請求項1所述之圖案化方法，其中該第一清洗或/及該第二清洗中之該二氧化碳水溶液的清洗方式包括覆液(puddle)方式、噴灑(spray)方式或浸泡(soaking)方式。
如請求項1所述之圖案化方法，其中該第二清洗之該化學清洗包括SPM清洗、SC-1清洗或稀釋氫氟酸(DHF)清洗。
如請求項1所述之圖案化方法，其中在該第二清洗中，於該二氧化碳水溶液進行清洗之前未進行任何化學清洗。
如請求項1所述之圖案化方法，其中在該第二清洗中，該二氧化碳水溶液的電阻抗係高於該化學清洗所使用之化學溶液的電阻抗。
如請求項1所述之圖案化方法，其中該圖案化光阻的形成方式包括一曝光顯影製程，且該曝光顯影製程係與該第一清洗於同一製程機台中進行。
如請求項1所述之圖案化方法，其中該蝕刻製程係用以於該基底中形成至少一凹陷(recess)，且該第二清洗包括一凹陷清洗製程。
如請求項10所述之圖案化方法，更包括於該第二清洗之後對該至少一凹陷進行一側向蝕刻製程。
如請求項1所述之圖案化方法，其中該第一清洗之該二氧化碳水溶液清洗之製程條件係大體上與該第二清洗之該二氧化碳水溶液清洗之製程條件相同。