專利名稱：有效減少孔顯影缺陷的顯影方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體的光刻領域，尤其涉及一種有效減少孔顯影缺陷的顯影方法。
背景技術：
在半導體集成電路制造工藝中，光刻工藝有著舉足輕重的地位。在進行離子注入或刻蝕之前，需要通過光刻工藝形成光刻膠圖案，以預先定義出待刻蝕或離子注入的區(qū)域。因而，光刻工藝水平的高低、質量的好壞會直接影響刻蝕或離子注入的結果，并最終會影響形成的半導體器件的電性和良率。在光刻工藝過程中，隨著技術節(jié)點的不斷提高，圖形尺寸的不斷縮小，顯影缺陷的影響也越來越大，顯影缺陷是造成產品成品率損失的主要原因。比較各顯影缺陷中，殘渣缺陷是經常出現(xiàn)的問題。其中有一類殘渣來自于顯影反應的生成物，沒有被清洗步驟沖洗掉，殘留在晶圓表面，造成圖形的失效。我們在小分辨率圖形上所用的光刻膠一般都是光學放大光刻膠，其主要成份是:1.光酸引發(fā)劑:遇到光照射后產生光酸；2.樹脂:光刻膠的主要材料，是一種聚合物，可溶于堿性溶液；3.抑制劑:抑制樹脂的反應；4.溶劑:溶解光酸引發(fā)劑、樹脂及抑制劑。其反應機理見圖1，光酸引發(fā)劑通過紫外線(hv)照射產生H+，通過曝光后烘烤(Post Exposure Bake, PEB)將H+擴散到光刻膠的內部，H+與抑制劑反應，使抑制劑變成堿性可溶的材料?，F(xiàn)有的顯影方法可參閱，
公開日為2009年11月25日、公開號為CN101587305A、發(fā)明名稱為可有效去除晶圓光刻工藝過程中顯影缺陷的顯影方法的中國發(fā)明專利。該專利中的斜線缺陷就是由顯影反應生成物的殘渣缺陷造成的，除了斜線缺陷，上述殘渣也可能造成接觸孔堵塞，刻蝕后特別明顯，如圖2所示，其中I是正常的孔，2是整個孔被堵塞，3是部分被堵塞。曝光圖形上只要發(fā)生一個接觸孔堵塞，就會發(fā)生電路的斷路或接觸不良，影響器件的電性和良率。其產生機理為:1.初始的劇烈反應產生大量的生成物不溶于顯影液；2.晶圓浸泡在顯影液中，長時間的靜止，使殘渣在晶圓表面沉淀，部分落在顯影出來的孔中，浸潤時間越長，黏附得更為牢固，不易被后續(xù)的清洗步驟沖洗掉。除了上述殘渣，顯影不充分，有光刻膠殘留，也會造成接觸孔堵塞。其產生機理是曝光處的光刻膠未與顯影液充分反應，有光刻膠殘留在曝光孔中，刻蝕時進行阻擋，造成接觸孔堵塞。隨著曝光分辨率的不斷提高，接觸孔的尺寸越來越小，孔中的光刻膠與顯影液的接觸面也變得更小，顯影難以充分；并且隨著接觸孔的減小，孔中的殘渣也更難以去除，所以接觸孔堵塞的缺陷變得越來越嚴重。該專利中的顯影方法可以有效減少斜線缺陷，其顯影流程如圖3所示，但由于第一次顯影是在短暫顯影后就用清洗液清洗，部分清洗液會稀釋第二次噴的顯影液，造成顯影不充分，有光刻膠的殘留。而且殘渣沉淀在孔中比較難去除，上述專利中第二次清洗的時間較短，不能充分去除孔中的殘渣，所以上述專利的顯影方式并不能減少接觸孔堵塞缺陷的發(fā)生。
因此，如何提供一種可以有效地減少斜線缺陷和接觸孔堵塞缺陷的發(fā)生，從而有效提高半導體器件的電性和良率的顯影方法是本領域技術人員亟待解決的一個技術問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，可以讓顯影液與光刻膠進行充分的反應，使之沒有光刻膠的殘留，同時可以完全去除顯影反應產生的殘渣，以有效地減少斜線缺陷和接觸孔堵塞缺陷的發(fā)生，從而有效提高半導體器件的電性和良率。為了達到上述的目的，本發(fā)明采用如下技術方案:一種有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，包括如下步驟:第一步、對涂敷有光刻膠的硅片進行表面活性劑潤濕，使后續(xù)噴的顯影液與光刻膠充分接觸；第二步、表面活性劑去除；第三步、第一次顯影，先將部分曝光處的光刻膠反應掉；第四步、去除顯影液和反應后的殘渣；第五步、第二次顯影，與曝光處剩下的光刻膠進行充分的反應；第六步、去除顯影液和反應后的殘渣；第七步、第一次高速長時清洗，將大部分的顯影液和殘渣去除；第八步、清洗液去除，去除混有顯影液和殘渣的清洗液；第九步、第二次高速長時清洗，將殘留的顯影液和殘渣都去掉；第十步、清洗液去除，將硅片表面的清洗液全部去除。優(yōu)選地，在上述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法中，所述表面活性劑含有70%(重量百分比)的丙二醇甲醚和30% (重量百分比)的丙二醇甲醚醋酸酯。優(yōu)選地，在上述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法中，表面活性劑潤濕時，硅片的轉速在500-600rpm之間，噴灑時間為4-7S。優(yōu)選地，在上述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法中，表面活性劑去除時，硅片的轉速在2000-3000rpm之間，時間為8-15S。優(yōu)選地，在上述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法中，第一次顯影和第二次顯影中，采用的顯影液是質量百分比濃度為2.38 %的四甲基氫氧化銨溶液，采用的噴嘴為直線移動噴嘴。優(yōu)選地，在上述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法中，第一次顯影的時間為10-20S，第二次顯影時間為8-15S。優(yōu)選地，在上述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法中，第一次顯影和第二次顯影時，硅片的轉速均在2000-3000rpm之間，時間均為4-7S。優(yōu)選地，在上述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法中，兩次清洗液去除時，硅片的轉速分別在2000-3000rpm之間。優(yōu)選地，在上述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法中，第一次高速長時清洗和第二次高速長時清洗時，硅片的轉速均在1000-1500rpm之間，時間均為30-50S。優(yōu)選地，在上述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法中，在第一次高速長時清洗前，先進行低速短時清洗，使光刻膠表面被水潤濕后再進行第一次高速長時清洗。
優(yōu)選地，在上述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法中，進行低速短時清洗時，硅片的轉速在50-150rpm之間，時間為2-4S。本發(fā)明提供的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，通過對涂敷光刻膠的硅片噴灑表面活性劑(Resist Reduction Consumption, RRC),對光刻膠層進行預濕潤,可以改變所述光刻膠表面的親水疏水狀態(tài)，以使后續(xù)噴灑的顯影液能夠充分與光刻膠表面接觸，從而使得顯影液與光刻膠進行充分的反應，使之沒有光刻膠的殘留。并且，通過兩次高速長時清洗并且在兩次高速長時清洗之間進行清洗液去除，可以完全去除顯影反應產生的殘渣，從而有效地減少斜線缺陷和接觸孔堵塞缺陷的發(fā)生，最終提高半導體器件的電性和良率。另外，通過在第一次高速長時清洗前，先進行低速短時清洗，可以使上面被去除顯影液的光刻膠表面潤濕，防止后續(xù)的高速清洗對光刻膠表面造成破壞，從而有效保護晶圓，進一步提高產品良率。


本發(fā)明的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法由以下的實施例及附圖給出。圖1是光學放大光刻膠反應機理；圖2是現(xiàn)有的顯影方法顯影后硅片上的接觸孔狀態(tài)圖；圖3是現(xiàn)有的顯影方法的流程圖；圖4是為本發(fā)明的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法的實施例的流程圖
具體實施例方式以下將對本發(fā)明的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法作進一步的詳細描述。下面將參照附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發(fā)明而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須作出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如按照有關系統(tǒng)或有關商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應當認為這種開發(fā)工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規(guī)工作。為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。請參閱圖4，圖4為本發(fā)明的實施例的流程圖。本發(fā)明提出的可有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，其步驟包括:A.RRC潤濕；B.RRC去除；C.第一次顯影；D.顯影液去除；E.第二次顯影；F.顯影液去除；G.低速短時清洗；H.第一次高速長時清洗；1.清洗液去除；J.第二次高速長時清洗；K.清洗液去除。根據本發(fā)明的實施例，在向曝光硅片噴灑顯影液前，首先，要進行步驟Α，即向涂敷有光刻膠的硅片表面噴灑表面活性劑，對光刻膠層進行預濕潤，改變所述光刻膠表面的親水疏水狀態(tài)，以使后續(xù)噴灑的顯影液能夠充分與光刻膠表面接觸，在噴灑RRC時，以較低的速度旋轉上述硅片，轉速在500-600rpm之間，噴灑時間為4-7S，以使整個硅片得到濕潤。本實施例中，所述表面活性劑按重量計有70 %的丙二醇甲醚和30 %的丙二醇甲醚醋酸酯，即所述表面活性劑含有70% (重量百分比)的丙二醇甲醚和30% (重量百分比)的丙二醇甲醚醋酸酯。接著進行步驟B，以較高的速度將RRC去除，硅片的轉速在2000-3000rpm之間，時間為8-15S。接著，進行步驟C，進行第一次顯影，先將部分曝光處的光刻膠反應掉，顯影出接觸孔。采用的顯影液是質量百分比濃度為2.38%的四甲基氫氧化銨溶液(Tetramethylammonium Hydroxide, TMAH)。采用的顯影噴嘴是直線移動噴嘴，由于其對特征尺寸具有較好的均勻性控制能力，所以廣泛用于線寬較小的光刻工藝中。該噴嘴對于顯影液的涂覆方式為:噴嘴在靜止的硅片上做直線移動并噴涂，使顯影液完全覆蓋硅片表面，之后在等待一定時間后立即進行步驟D，即去除顯影液和反應后的殘渣。上述等待的時間可設定在10-20S，這樣顯影液與光刻膠既有一定的時間反應，反應時間又不是很長，因此，反應生成的大量殘渣沒有足夠的時間堆積并沉積黏附在硅片表面。通過步驟D，以較快的速度將顯影液和生成的殘渣甩掉，由于光刻膠表面沒有圖形阻擋，可以方便的去除顯影液和殘渣，硅片的轉速可以在2000-3000rpm，去除時間為4-7S。然后，進行步驟E，重新噴涂顯影液進行第二次顯影，與曝光處剩下的光刻膠進行充分的反應。顯影時間在8-15S之間，使顯影液與光刻膠能充分反應，使之沒有光刻膠的殘留。因為這次顯影不是初次反應，所以不會因為劇烈反應而產生大量的生成物殘渣，從而有效減少殘渣數(shù)量。然后進行步驟F，去除顯影液和反應后的殘渣，即將顯影液和殘渣甩掉，硅片的轉速和時間同步驟D。之后進行步驟G，進行低速短時清洗，采用的清洗液一般為去離子水，先在較低的轉速下噴清洗液進行清洗，硅片的轉速可以為50-150rpm，清洗時間為2-4S。然后進行步驟H，第一次高速長時清洗，將大部分的顯影液和殘渣去除，即在較高的轉速下噴清洗液，進行長時間的清洗，清洗時間在30-50S之間，硅片的轉速在1000-1500rpm之間。上述，增加步驟G (即低速短時清洗)的主要目的是使上面被去除顯影液的光刻膠表面潤濕，防止后續(xù)的第一次高速長時清洗對光刻膠表面造成破壞。然后是步驟I，進行清洗液去除，去除混有顯影液和殘渣的清洗液，即在高的轉速下將混有顯影液和殘渣的清洗液去除，硅片的轉速在2000-3000rpm,時間不需要太長，使光刻膠表面還是處于濕潤的狀態(tài)。再后是步驟J，進行第二次高速長時清洗，將殘留的顯影液和殘渣都去掉，本實施例中，是在較高的轉速下進行長時間的清洗，清洗的轉速和時間同步驟H。最后是步驟K，進行清洗液去除，將硅片表面的清洗液全部去除，本實施例中，是在高的轉速下將清洗液去除，硅片的轉速在2000-3000rpm，甩干時間稍微長一點，在10-20S，以便清洗液完全去除。進行兩次高速長時清洗并且清洗時間較長的原因是孔底部的關鍵尺寸(CD)特別小，顯影反應的殘渣還是有部分沉積在底部，所以需要長時間的清洗，步驟I將清洗液甩掉的目的是第一次高速長時清洗時，殘渣混在清洗液中，繼續(xù)加清洗液只會稀釋它，所以需要甩掉再進行清洗，這樣才會清洗的更干凈。通過上述的顯影方式，可以讓顯影液與光刻膠進行充分的反應，使之沒有光刻膠的殘留，同時可以完全去除顯影反應產生的殘渣，減少接觸孔堵塞的發(fā)生。
顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，其特征在于，包括如下步驟: 第一步、對涂敷有光刻膠的硅片進行表面活性劑潤濕，使后續(xù)噴的顯影液與光刻膠充分接觸； 第二步、表面活性劑去除； 第三步、第一次顯影，先將部分曝光處的光刻膠反應掉； 第四步、去除顯影液和反應后的殘渣； 第五步、第二次顯影，與曝光處剩下的光刻膠進行充分的反應； 第六步、去除顯影液和反應后的殘洛; 第七步、第一次高速長時清洗，將大部分的顯影液和殘渣去除； 第八步、清洗液去除，去除混有顯影液和殘渣的清洗液； 第九步、第二次高速長時清洗，將殘留的顯影液和殘渣都去掉； 第十步、清洗液去除，將硅片表面的清洗液全部去除。
2.如權利要求1所述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，其特征在于，所述表面活性劑含有70% (重量百分比)的丙二醇甲醚和30% (重量百分比)的丙二醇甲醚醋酸酯。
3.如權利要求1所述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，其特征在于，表面活性劑潤濕時，硅片的轉速在500-600rpm之間，噴灑時間為4-7S。
4.如權利要求1所述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，其特征在于，表面活性劑去除時，硅片的轉速在2000-3000rpm之間，時間為8-15S。
5.如權利要求1所述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，其特征在于，第一次顯影和第二次顯影中，采用的顯影液是質量百分比濃度為2.38%的四甲基氫氧化銨溶液，采用的噴嘴為直線移動噴嘴。
6.如權利要求1所述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，其特征在于，第一次顯影的時間為10-20S，第二次顯影時間為8-15S。
7.如權利要求1所述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，其特征在于，第一次顯影和第二次顯影時，硅片的轉速均在2000-3000rpm之間，時間均為4-7S。
8.如權利要求1所述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，其特征在于，兩次清洗液去除時，硅片的轉速均在2000-3000rpm之間。
9.如權利要求1所述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，其特征在于，第一次高速長時清洗和第二次高速長時清洗時，硅片的轉速均在1000-1500rpm之間，時間均為30-50S。
10.如權利要求1 9中任意一項所述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，其特征在于，在第一次高速長時清洗前，先進行低速短時清洗，使光刻膠表面被水潤濕后再進行第一次高速長時清洗。
11.如權利要求10所述的有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，其特征在于，進行低速短時清洗時，硅片的轉速在50-150rpm之間，時間為2-4S。
全文摘要
本發(fā)明提出的可有效減少孔顯影缺陷的顯影方法，其步驟包括A.RRC潤濕；B.RRC去除；C.第一次顯影；D.顯影液去除；E.第二次顯影；F.顯影液去除；G.低速短時清洗；H.第一次高速長時清洗；I.清洗液去除；J.第二次高速長時清洗；K.清洗液去除。通過對涂敷光刻膠的硅片噴灑表面活性劑，對光刻膠層進行預濕潤，可以使后續(xù)噴灑的顯影液能夠充分與光刻膠表面接觸，從而使得顯影液與光刻膠進行充分的反應。并且，通過兩次高速長時清洗并且在兩次高速長時清洗之間進行清洗液去除，可以完全去除顯影反應產生的殘渣，從而有效地減少斜線缺陷和接觸孔堵塞缺陷的發(fā)生，最終提高半導體器件的電性和良率。
文檔編號G03F7/16GK103197514SQ201210005668
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權日2012年1月9日
發(fā)明者閔金華, 段立峰 申請人:上海微電子裝備有限公司