形成膜層的方法
2023-05-17 13:13:26 1
專利名稱：形成膜層的方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件的製造領域，尤其涉及形成膜層的方法。
技術背景隨著半導體器件的集成度提高，半導體器件的線寬要求越來越小，關鍵 尺寸的控制也越來越重要，當然對刻蝕工藝的要求也越來越高。為了滿足光 刻的要求，除了在光刻機設備方面的不斷升級換代以外，人們還使用抗反射層(ARC)來提高光刻的質量和精度。抗反射層的作用是防止光線通過光 刻膠後在晶圓界面發生反射，因為反射回光刻膠的光線會與入射光發生幹涉， 導致光刻膠不能均勻曝光。抗反射層的發展經過了頂部抗反射層(TARC)和 底部抗反射層(BARC)兩個階段。目前主要使用的是底部抗反射層，底部抗反射層具有以下優點成本低、 折射率重複性好、平面性好。 一般底部抗反射層的折射率要與光刻膠匹配， 這樣可以消除入射光在光刻膠-有機底部抗反射層界面的反射；此外，底部抗 反射層還可以吸收光線，所以光線在通過底部抗反射層時就已經被吸收了 ， 而不會到達下一個界面發生反射。現有在形成半導體器件圖形過程中塗覆底部抗反射層的工藝，具體步驟 如圖1A所示，提供晶圓100,所述晶圓100上包含有矽化物層102，其中形成矽 化物層102的方法為化學氣相沉積法；在石圭化物層102上形成底部抗反射層 104，用以防止後續曝光工藝中入射光反射回光刻膠層中，影響光刻膠層的性 質。在形成底部抗反射層104過程中，先將底部抗反射層104塗覆至矽化物層 102上，然後將包含有底部抗反射層104的晶圓100放入烘烤裝置中的20(TC 350。C的熱板上，烘烤底部抗反射層102;接著將晶圓IOO從烘烤裝置中取出， 再》丈入冷卻裝置中20 °C ~25 °C的冷板上，冷卻底部抗反射層102 。如圖1B所示，用旋塗法在底部抗反射層104上塗覆光刻膠106;然後用激 光束將光罩上的圖形轉移至光刻膠106上；用顯影液對光刻膠106上的圖形進 行顯影，形成圖形開口107。如圖1C所示，以光刻膠106為掩膜，採用幹法蝕刻法依次刻蝕底部抗反射 層104和矽化物層102。如圖1D所示，先用灰化法去除光刻膠106,但仍會有光刻膠殘留；然後用 溼法蝕刻法去除光刻膠106殘留和底部抗反射層104,在矽化物層102上形成半 導體器件圖形109。在如下中國專利申請02141023還可以發現更多與上述技術方案相關的信 息，先在熱板上烘烤底部抗反射層，然後再在冷板上冷卻底部抗反射層。現有技術在形成底部抗反射層過程中，晶圓容易發生破成兩半的狀況(如 圖2所示)。發明內容本發明解決的問題是才是供一種形成膜層的方法，減少晶圓破裂的可能性， 提高晶圓質量。為解決上述問題，本發明提供一種形成膜層的方法，包括下列步驟將 帶有膜層的晶圓放置於熱板上，烘烤膜層；將晶圓懸置於氣體中，緩衝溫差； 將晶圓放置於冷板上，冷卻膜層。可選的，所述氣體為空氣。晶圓懸置於空氣中的時間為8秒 20秒。所述 空氣環境為常溫常壓。所述將晶圓懸置於空氣中包括升高冷板上的三個支 撐腳，將晶圓放置於三個支撐腳上，且與冷板不接觸。所述將晶圓懸置於空 氣中包括將晶圓放置於空氣室中的平臺上。可選的，所述熱板的材料為金屬，具體為陽極氧化鋁。所述熱板的溫度
為200。C 350。C。可選的，所述冷板的材料為金屬，具體為陽極氧化鋁。所述冷板的溫度 為20。C 25。C。將晶圓放置於冷板上還包括將晶圓放置於冷板的三個支撐腳 上，降低三個支撐腳，使晶圓與冷板接觸。可選的，所述膜層為底部抗反射層。與現有技術相比，上述方案具有以下優點在將帶有膜層的晶圓在熱板 上烘烤膜層後，使晶圓懸置於氣體中，緩衝溫差，然後再將帶有膜層的晶圓 放置於冷板上冷卻膜層。由於氣體的熱傳導係數比金屬冷板要低，可以起到 緩解晶圓溫度急劇下降，有效降低熱應力的產生，從而減少晶圓破裂事件的 發生。
圖1A至圖1D是現有形成半導體器件圖形過程中塗覆底部抗反射層的示 意圖；圖2是現有技術形成底部抗反射層過程中造成晶圓破裂的示意圖；圖3是本發明形成膜層過程中減少晶圓破裂的流程圖；圖4A至圖4D是本發明形成半導體器件圖形過程中形成底部抗反射層的 示意圖。
具體實施方式
本發明在將帶有膜層的晶圓在熱板上烘烤膜層後，使晶圓懸置於氣體中， 緩衝溫差，然後再將帶有膜層的晶圓放置於冷板上冷卻膜層。由於氣體的熱 傳導係數比金屬冷板要低，可以起到緩解晶圓溫度急劇下降，有效降低熱應 力的產生，從而減少晶圓破裂事件的發生。下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。
圖3是本發明形成膜層過程中減少晶圓破裂的流程圖。如圖3所示，執 行步驟S101，將帶有膜層的晶圓放置於熱板上，烘烤膜層。 本實施例中，所述膜層為底部抗反射層。所述熱板為烘烤裝置中的放置晶圓的平臺，熱板的材料為金屬，具體為 陽極氧化鋁。所述熱々反的溫度為200。C 350。C。執行步驟S102,將晶圓懸置於氣體中，緩衝溫差。本實施例中，所述氣體為空氣，所述g氣環境為常溫常壓。晶圓懸置於 空氣中的時間為8秒 20秒。如果晶圓在空氣中懸置少於8秒，達不到緩沖溫 差的效果，晶圓中的熱應力不能^皮有效降低；而如果晶圓在空氣中懸置大於 20秒，則會造成工藝成本提高。本實施例中，所述將晶圓懸置於空氣中包括升高冷板上的三個支撐腳， 將晶圓放置於三個支撐腳上，且與冷板不接觸。所述將晶圓懸置於空氣中包 括將晶圓放置於空氣室中的平臺上。除此本實施例外，還可以將晶圓放置於氮氣室或氧氣室中等，只要使氣 體循環，且氣體的傳導係數低，使晶圓溫度緩慢下降即可。本實施例中，採 用空氣， 一是空氣環境容易營造，二是因為不需要額外工藝步驟、且節省時 間和成本。執行步驟S103,將晶圓放置於冷板上，冷卻膜層。所述冷板為冷卻裝置中的放置晶圓的平臺，冷板的材料為金屬，具體為 陽極氧化鋁。所述冷板的溫度為20°C~25°C。將晶圓放置於冷板上還包括將 晶圓放置於冷板的三個支撐腳上，P爭低三個支撐腳，使晶圓與冷板接觸。現有技術對包含有膜層的晶圓在200。C 350。C的熱板上烘烤完後，直接放 到2(TC 25。C的冷板上進行冷卻，溫差過大，且冷板由金屬製成，熱傳導係數 高，晶圓由於熱應力作用，容易發生破成兩半的狀況。本實施例在將帶有膜層的晶圓在熱板上烘烤膜層後，使晶圓懸置於氣體
中，緩衝溫差，然後再將帶有膜層的晶圓放置於冷板上冷卻膜層。由於氣體 的fe傳導係數比金屬冷板要低，可以起到緩解晶圓溫度急劇下降，有效降低 熱應力的產生，從而減少晶圓破裂事件的發生。圖4A至圖4D是本發明形成半導體器件圖形過程中塗覆底部抗反射層的 示意圖。如圖4A所示，提供晶圓200，所述晶圓200上包含有^f圭化物層200, 所述形成矽化物層202的方法為化學氣相沉積法；用旋塗法在石圭化物層202 上形成厚度為1200埃~1600埃的底部抗反射層204,用以防止後續曝光工藝 中入射光反射回光刻膠層中，影響光刻膠層的性質。形成底部抗反射層204的工藝為在矽化物層202上塗覆完底部抗反射 層204後，先將包含有底部抗反射層204的晶圓200放置於烘烤裝置中溫度 為20(TC 35(TC的熱板上，對底部抗反射層204進行烘烤，蒸發底部抗反射層 204裡的溶劑，達到堅膜的效果；然後，將包含有底部抗反射層204的晶圓 200懸置於氣體，所述氣體為空氣，懸置8秒 20秒，緩解晶圓200溫度急劇 下降，有效降低熱應力的產生；最後將包含有底部抗反射層204的晶圓200 放置於冷卻裝置中溫度為2(TC 25。C的冷板上，使底部抗反射層204冷卻。本實施例中，底部抗反射層204的具體厚度例如1200埃、1300埃、1400 埃、1500埃或1600埃等。本實施例中，所述熱板的具體溫度例如200°C、 210°C、 220°C、 230°C、 240°C、 250°C、 260°C、 270°C、 280°C、 290°C、 300。C、 310°C、 320°C、 330°C、 340。C或350。C等。所述熱板的材料為陽極氧化鋁。本實施例中，將晶圓200放置於空氣中的時間具體例如8秒、9秒、10 秒、11秒、12秒、13秒、、14秒、15秒、16秒、、17秒、18秒、19秒或20秒等。本實施例中，所述將包含有底部抗反射層204的晶圓200懸置於空氣中 包括升高冷卻裝置中冷板上的三個支撐腳，將包含有底部抗反射層204的 晶圓200放置於三個支撐腳上，且與冷板不接觸，而與空氣充分接觸。或者 也可以將包含有底部抗反射層204的晶圓200放置於空氣室中的平臺上，緩 衝溫差。除此本實施例外，還可以將晶圓200放置於氮氣室或氧氣室中等，只要 使氣體循環，且氣體的傳導係數低，使晶圓溫度緩慢下降即可。本實施例中， 採用空氣， 一是空氣環境容易營造，二是因為不需要額外工藝步驟、且節省 時間和成本。在本實施例中，如果晶圓200在空氣中懸置少於8秒，達不到緩衝溫差 的效果，晶圓200中的熱應力不能被有效降低；而如果晶圓200在空氣中懸 置大於20秒，則會造成工藝成本提高。本實施例中，所述冷板的溫度具體為20°C、 21°C、 22°C、 23°C、 24。C或 25。C等。所述冷板的材料為陽極氧化鋁。本實施例中，將包含有底部抗反射層204的晶圓200放置於冷板上還包 括將包含有底部抗反射層204的晶圓200放置於冷板的三個支撐腳上，降 低三個支撐腳，使晶圓200與冷板接觸。現有技術將包含有底部抗反射層的晶圓在200。C 35(TC的熱板上烘烤完 後，直接放到2(TC 25。C的冷板上進行冷卻，溫差過大，且冷板由金屬製成， 熱傳導係數高，晶圓由於熱應力作用，容易發生破成兩半的狀況。本實施例在將包含有底部抗反射層204的晶圓200在熱板上烘烤膜層後， 使包含有底部抗反射層204的晶圓200懸置於氣體中，緩衝溫差，然後再將 包含有底部抗反射層204的晶圓200放置於冷板上冷卻膜層。由於氣體的熱 傳導係數比金屬冷板要低，可以起到緩解晶圓200溫度急劇下降，有效P爭低 熱應力的產生，^v而減少晶圓200;皮裂事件的發生。
如圖4B所示，用旋塗法在底部抗反射層204上塗覆光刻膠206;然後用 雷射束將光罩上的圖形轉移至光刻膠206上；用顯影液對光刻膠206上的圖 形進行顯影，形成圖形開口 207。如圖4C所示，以光刻膠206為掩膜，採用幹法蝕刻法依次刻蝕有機底部抗 反射層204和矽化物層202。如圖4D所示，先用灰化法去除光刻膠206,但仍會有光刻膠殘留；然後用 溼法蝕刻法去除光刻膠206殘留和底部抗反射層204,在矽化物層202上形成半 導體器件圖形209。繼續參考圖4A至圖4D,提供一種本發明的優化實施例，如圖4A所示， 提供晶圓200，所述晶圓200上包含有矽化物層200，所述形成矽化物層202 的方法為化學氣相沉積法；用旋塗法在矽化物層202上形成厚度為1400埃的 底部抗反射層204,用以防止後續曝光工藝中入射光反射回光刻膠層中，影響 光刻膠層的性質。塗覆底部抗反射層204的工藝為在矽化物層202上塗覆完底部抗反射 層204後，先將包含有底部抗反射層204的晶圓200放置於烘烤裝置中溫度 為20(TC的熱板上，對底部抗反射層204進行烘烤，蒸發底部抗反射層204裡 的溶劑，達到堅膜的效果；然後，升高冷卻裝置中冷板上的三個支撐腳，將 包含有底部抗反射層204的晶圓200放置於三個支撐腳上，且與冷板不接觸， 使晶圓200懸置於空氣中8秒，緩解晶圓200溫度急劇下降，有效降低熱應 力的產生；最後降低冷板上的三個支撐腳，使包含有底部抗反射層204的晶 圓200與冷卻裝置中溫度為23'C的冷板接觸，使底部抗反射層204冷卻。本實施例中，所述熱^L和冷板的材料為陽極氧化鋁。如圖4B所示，用旋塗法在底部抗反射層204上塗覆光刻膠206;然後用 雷射束將光罩上的圖形轉移至光刻膠206上；用顯影液對光刻膠206上的圖
形進行顯影，形成圖形開口 207。如圖4C所示，以光刻膠206為掩膜，採用幹法獨刻法依次刻蝕有機底部抗 反射層204和矽化物層202。如圖4D所示，先用灰化法去除光刻膠206,但仍會有光刻膠殘留；然後用 溼法蝕刻法去除光刻膠206殘留和底部抗反射層204，在矽化物層202上形成半 導體器件圖形209。本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何 本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和 修改，因此本發明的保護範圍應當以本發明權利要求所界定的範圍為準。
權利要求
1. 一種形成膜層的方法，其特徵在於，包括下列步驟將帶有膜層的晶圓放置於熱板上，烘烤膜層；將晶圓懸置於氣體中，緩衝溫差；將晶圓放置於冷板上，冷卻膜層。
2. 根據權利要求1所述形成膜層的方法，其特徵在於，所述氣體為空氣。
3. 根據權利要求1或2所述形成膜層的方法，其特徵在於，晶圓懸置於空氣 中的時間為8秒 20秒。
4. 根據權利要求3所述形成膜層的方法，其特徵在於，所述空氣環境為常溫 常壓。
5. 根據權利要求4所述形成膜層的方法，其特徵在於，所述將晶圓懸置於空 氣中包括升高冷板上的三個支撐腳，將晶圓放置於三個支撐腳上，且與 冷才反不4妄觸。
6. 根據權利要求4所述形成膜層的方法，其特徵在於，所述將晶圓懸置於空 氣中包括將晶圓放置於空氣室中的平臺上。
7. 根據權利要求1或2所述形成膜層的方法，其特徵在於，所述熱板的材料 為金屬，具體為陽極氧化鋁。
8. 根據權利要求7所述形成膜層的方法，其特徵在於，所述熱板的溫度為 200。C 350。C。
9. 根據權利要求1或2所述形成膜層的方法，其特徵在於，所述冷板的材料 為金屬，具體為陽極氧化鋁。
10. 根據權利要求9所述形成膜層的方法，其特徵在於，所述冷板的溫度為 20。C 25。C。
11. 根據權利要求1所述形成膜層的方法，其特徵在於，將晶圓放置於冷板上 還包括將晶圓放置於冷板的三個支撐腳上，降低三個支撐腳，使晶圓與 冷才反接觸。
12.根據權利要求1所述形成膜層的方法，其特徵在於，所述膜層為底部抗反 射層。
全文摘要
一種形成膜層的方法，包括下列步驟將帶有膜層的晶圓放置於熱板上，烘烤膜層；將晶圓懸置於氣體中，緩衝溫差；將晶圓放置於冷板上，冷卻膜層。本發明在晶圓從熱板放置至冷板過程中，加入一個步驟，使晶圓懸置於空氣中，由於空氣的熱傳導係數比金屬冷板要低，可以起到緩解晶圓溫度急劇下降，有效降低熱應力的產生，從而減少晶圓破裂事件的發生。
文檔編號H01L21/027GK101399187SQ20071004649
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月26日 優先權日2007年9月26日
發明者木建秀, 華 龔 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司