減少晶片邊緣顆粒缺陷的方法
2023-06-11 17:49:56 1
專利名稱：減少晶片邊緣顆粒缺陷的方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件製造技術，特別涉及一種減少晶片邊緣顆粒缺陷的方法。
背景技術：
在半導體器件製造的前段工藝中，包括淺溝槽隔離(STI)的製作、柵氧化層的形成、多晶矽柵極的形成以及接觸孔(CT)的形成等多道工序。隨著半導體技術的發展，半導體器件的運行速度越來越快，晶片電路的集成度越來越高，從而使得半導體器件的各項特徵尺寸參數逐漸變小，對於65納米或更高精度的技術代而言，光刻時可分辨的器件尺寸越小越好，即光刻的解析度越高越好。其中，為提高解析度，採用新一代浸沒式光刻的方法，圖案化光阻膠層。所述浸沒式光刻的方法，指的是用水作為介質，在水中進行光刻。例如，在淺溝槽隔離、多晶矽柵極以及接觸孔的製作過程中都會用到浸沒式光刻。需要說明一下，現有技術中柵氧化層的製作對尺寸要求不是特別嚴格，所以該過程中仍然採用普通的光刻方法，即以空氣為介質的光刻方法。現有技術進行浸沒式光刻時晶片邊緣的結構示意圖如圖1所示。半導體襯底100 上依次形成有底部抗反射層(BARC) 101、第一光阻膠層(PR) 102和頂部塗層(Topcoat) 103。 其中，頂部塗層103將第一光阻膠層102完全覆蓋，且落在底部抗反射層101上。從圖中可以看出，第一光阻膠層102和底部抗反射層101都是經過邊圈去除(EBR)的，也就是說將底部抗反射層101和第一光阻膠層102在塗布之後，分別採用相應溶劑去除其晶片邊緣上的部分，使得距離晶片邊界各自具有一定寬度。該實施例中經過EBR後底部抗反射層101距離晶片邊界0. 7毫米，第一光阻膠層102距離晶片邊界2. 3毫米。如果底部抗反射層101不進行EBR，則在EBR之後乾燥時，晶片邊緣上的底部抗反射層就會容易剝落產生顆粒缺陷。光阻膠為油性物質，與浸入式光刻的水介質不能很好地接觸，如果光阻膠直接與水介質接觸， 曝光時晶片在水中移動，很容易將晶片邊緣的各種顆粒帶到晶片中央區域，晶片中央區域位置一般布有各個器件層，如果在其器件層的關鍵位置粘有顆粒，很容易導致器件的失效。 所以第一光阻膠層102需要有頂部塗層103覆蓋，頂部塗層103為與底部抗反射層性質類似的有機物層，不但具有很好的親水性，而且既可以與光阻膠層很好地接觸，也可以與底部抗反射層很好地接觸。第一光阻膠層102為完全被頂部塗層103覆蓋，就需要在塗布之後進行EBR，該實施例中對第一光阻膠層102進行EBR之後，第一光阻膠層102距離晶片邊界 2. 3毫米。同樣，為防止頂部塗層103在晶片邊緣出現與底部抗反射層101類似的顆粒缺陷，頂部塗層103在塗布之後也需要進行EBR，本實施例中頂部塗層103距離晶片邊界1.4 毫米。按照上述各層的塗布之後，需要對頂部塗層103和第一光阻膠層102進行浸沒式光刻，以所述浸沒式光刻後的圖案為掩膜進行半導體襯底100的刻蝕之後，形成淺溝槽隔離區，然後在刻蝕的淺溝槽隔離區內填充氧化物201。其中，頂部塗層103和第一光阻膠層 102會同時被光刻，然後顯露出底部抗反射層101，底部抗反射層101需要溼法去除，由於這一步是現有技術，為描述簡便起見，所以省略了底部抗反射層需要溼法去除的描述，將這一步驟直接歸為光刻過程中。由於在距離晶片邊界2. 3毫米的表面上不存在光阻膠層，在距離晶片邊界0. 7毫米的表面上不存在底部抗反射層，所以刻蝕淺溝槽隔離區時，對晶片邊緣的襯底阻擋程度不同，因此晶片邊緣2. 3毫米的範圍內會被不同程度的刻蝕而出現高低不平的臺階，然後在刻蝕的淺溝槽隔離區內填充氧化物時，也會在晶片邊緣2. 3毫米的範圍內沉積有氧化物而相應地出現高低不平的臺階202。如圖2所示，圖2為現有技術在淺溝槽隔離區內填充氧化物之後晶片邊緣出現高低不平臺階的示意圖。接著，在半導體襯底100表面形成柵氧化層，具體步驟為沉積柵氧化層材料；在柵氧化層材料表面塗布第二光阻膠層；對晶片邊緣的第二光阻膠層進行EBR，本實施例中柵氧化層材料表面的第二光阻膠層經EBR之後距離晶片邊界1毫米；對所述經過EBR之後的第二光阻膠層進行光刻以及以所述光刻後的圖案為掩膜進行柵氧化層材料的溼法刻蝕之後，形成柵氧化層203。由於對柵氧化層材料進行溼法刻蝕時，晶片邊緣1毫米的表面上沒有光阻膠層保護，而且柵氧化層材料與之前溝槽內填充的氧化物成分相同，所以在沒有光阻膠保護的位置，溼法刻蝕所採用的硫酸很快會刻蝕完柵氧化層材料，然後對具有臺階高度的氧化物進行刻蝕，所產生的凹陷如圖3所示。更重要的是，在這個刻蝕過程中隨著臺階高度的塌陷，未被硫酸刻蝕去除的氧化物會產生氧化物殘渣的顆粒缺陷，這種顆粒缺陷在後續多晶矽柵極以及CT形成的過程中，就會導致多晶矽柵極斷線，或者CT被堵塞等問題。需要說明的是，各道工藝在完成時都遵循一定的統一規則，也就是說如果在淺溝槽隔離的製作中光阻膠層進行了 EBR，那麼一般在後續柵氧化層的製作中光阻膠層也需要進行EBR，所以上述柵氧化層形成時，需要對第二光阻膠層進行EBR。
發明內容
有鑑於此，本發明解決的技術問題是如何在形成柵氧化層時防止晶片邊緣出現氧化物顆粒缺陷。為解決上述技術問題，本發明的技術方案具體是這樣實現的本發明公開了一種減少晶片邊緣顆粒缺陷的方法，應用於半導體器件的前段製造工藝中，該方法包括在半導體襯底表面上依次塗布六甲基二矽氮烷HMDS、底部抗反射層、第一光阻膠層以及頂部塗層；其中，HMDS、底部抗反射層、第一光阻膠層以及頂部塗層還附著於晶片邊緣的厚度方向上；對頂部塗層和第一光阻膠層進行浸沒式光刻，以及以所述浸沒式光刻後的第一光阻膠層圖案為掩膜進行半導體襯底的刻蝕之後，形成淺溝槽隔離區；在淺溝槽隔離區內填充氧化物之後，在半導體襯底表面沉積柵氧化層材料；在柵氧化層材料表面塗布第二光阻膠層；對所述第二光阻膠層進行光刻，以及以所述光刻後的第二光阻膠層圖案為掩膜進行柵氧化層材料的溼法刻蝕之後，形成柵氧化層。在塗布頂部塗層之後，對頂部塗層和第一光阻膠層進行浸沒式光刻之前，該方法進一步包括對晶片邊緣的厚度方向上的HMDS、底部抗反射層、第一光阻膠層以及頂部塗層進行清洗。
所述清洗採用等離子水或者丙烯乙二醇以太醋酸鹽PGMEA或者乙烯二醇一甲胺以太醋酸鹽EGMEA。由上述的技術方案可見，本發明在形成淺溝槽隔離的過程中，浸沒式光刻時在半導體襯底表面首先塗布了具有黏性的六甲基二矽氮烷(HMDS)，然後依次塗布底部抗反射層、光阻膠層以及頂部塗層，而且這些塗層由於具有黏性的HMDS的存在，可以附著在晶片邊緣的厚度方向上。本發明不對上述塗層進行EBR，所以晶片邊緣有了上述塗層的保護，不會出現高低不平的臺階。接下來，在形成柵氧化層時，在柵氧化層材料表面塗布的光阻膠層也不需進行EBR，晶片邊緣完全被光阻膠層覆蓋，所以對柵氧化層材料進行溼法刻蝕形成柵氧化層時，晶片邊緣就不會被溼法刻蝕所採用的硫酸刻蝕到，也就不會出現氧化物顆粒缺陷。因此，後續在多晶矽柵極以及CT形成的過程中，就不會存在顆粒缺陷，導致多晶矽柵極斷線，或者CT被堵塞等問題。
圖1為現有技術進行浸沒式光刻時晶片邊緣的結構示意圖。圖2為現有技術在淺溝槽隔離區內填充氧化物之後晶片邊緣出現高低不平臺階的示意圖。圖3為現有技術形成柵氧化層之後晶片邊緣的臺階處出現凹陷的示意圖。圖4為本發明減少晶片邊緣顆粒缺陷的方法的流程示意圖。圖如為本發明進行浸沒式光刻時晶片邊緣的結構示意圖。圖4b為採用本發明的方法形成柵氧化層之後晶片邊緣的示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案、及優點更加清楚明白，以下參照附圖並舉實施例， 對本發明進一步詳細說明。本發明利用示意圖進行了詳細描述，在詳述本發明實施例時，為了便於說明，表示結構的示意圖會不依一般比例作局部放大，不應以此作為對本發明的限定，此外，在實際的製作中，應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。為與本發明的方法相比較，包括淺溝槽隔離和柵氧化層形成過程的現有技術總結來說，包括以下步驟步驟11、在半導體襯底表面上塗布底部抗反射層後進行EBR ；在底部抗反射層表面上塗布第一光阻膠層後進行EBR ；在第一光阻膠層表面上塗布頂部塗層後進行EBR ；步驟12、對頂部塗層和第一光阻膠層進行浸沒式光刻以及以所述浸沒式光刻後的圖案為掩膜進行半導體襯底的刻蝕之後，形成淺溝槽隔離區；步驟13、在淺溝槽隔離區內填充氧化物之後，在半導體襯底表面沉積柵氧化層材料；步驟14、在柵氧化層材料表面塗布第二光阻膠層後進行EBR ；步驟15、對所述第二光阻膠層進行光刻以及以所述光刻後的圖案為掩膜進行柵氧化層材料的溼法刻蝕之後，形成柵氧化層。本發明的核心思想是在製作淺溝槽隔離的過程中，採用浸沒式光刻，在半導體襯底表面依次塗布HMDS、底部抗反射層、光阻膠層以及頂部塗層。關鍵的是，上述各層不需要進行EBR，具有粘性的HMDS可以附著在晶片邊緣的厚度方向上，頂部塗層就可以在晶片邊緣的厚度方向上與HMDS接觸，將底部抗反射層和光阻膠層包裹在裡面。因此包裹在裡面的底部抗反射層和光阻膠層不需要進行EBR，即晶片邊緣可以保留有底部抗反射層和光阻膠層。這樣在浸沒式光刻之後，晶片邊緣有了各層的保護覆蓋，所以在刻蝕半導體襯底形成淺溝槽隔離區的時候，晶片邊緣就不存在現有技術中的高低不平的臺階，然後在淺溝槽隔離區內填充氧化物時，也不會出現高低不平的臺階。接下來，在形成柵氧化層時，在柵氧化層材料表面塗布的光阻膠層也不需進行EBR，晶片邊緣完全被光阻膠層覆蓋，所以對柵氧化層材料進行溼法刻蝕形成柵氧化層時，晶片邊緣就不會被溼法刻蝕所採用的硫酸刻蝕到，也就不會出現氧化物顆粒缺陷，從而實現本發明的目的。本發明減少晶片邊緣顆粒缺陷的方法的流程示意圖如圖4所示，其包括以下步驟步驟41、在半導體襯底400表面上依次塗布HMDS401、底部抗反射層402、第一光阻膠層403以及頂部塗層404 ；其中，HMDS、底部抗反射層、第一光阻膠層以及頂部塗層還附著於晶片邊緣的厚度方向上。請參閱圖如，圖如為本發明進行浸沒式光刻時晶片邊緣的結構示意圖。其中，在半導體襯底表面上塗布HMDS401，主要目的是對晶片表面進行增黏處理， 具體為在減壓下採用HMDS蒸氣在半導體襯底表面形成HMDS單分子層，該方法為現有技術， 也可以採用其它形成HMDS401塗層的方法，在此不再贅述。由於HMDS具有黏性，使得晶片邊緣的厚度方向上也附著有HMDS，不會像液體般流動。頂部塗層404就可以在晶片邊緣的厚度方向上與HMDS接觸，將第一光阻膠層403和底部抗反射層402裹在裡面。這樣，第一光阻膠層403就不會現有技術那樣向晶片中央縮，即不需要進行EBR，底部抗反射層402與第一光阻膠層403在晶片邊緣相對齊即可，這是因為具有黏性的HMDS的存在，足以確保第一光阻膠層403和底部抗反射層402在晶片邊緣的黏附性，不會出現剝落產生顆粒缺陷的現象。步驟42、對頂部塗層404和第一光阻膠層403進行浸沒式光刻，以及以所述浸沒式光刻後的第一光阻膠層圖案為掩膜進行半導體襯底的刻蝕之後，形成淺溝槽隔離區。其中，頂部塗層404和第一光阻膠層403會同時被光刻，然後顯露出底部抗反射層 402，底部抗反射層402需要溼法去除，接著顯露出的HMDS401也需要溼法去除，為描述簡便起見，所以省略了底部抗反射層以及HMDS需要溼法去除的描述，簡單地歸為光刻過程中。步驟43、在淺溝槽隔離區內填充氧化物之後，在半導體襯底表面沉積柵氧化層材料。步驟44、在柵氧化層材料表面塗布第二光阻膠層。步驟45、對所述第二光阻膠層進行光刻，以及以所述光刻後的第二光阻膠層圖案為掩膜進行柵氧化層材料的溼法刻蝕之後，形成柵氧化層。請參閱圖4b，圖4b為採用本發明的方法形成柵氧化層之後晶片邊緣的示意圖。如圖所示，淺溝槽隔離區內填充有氧化物 405，在其兩側的半導體襯底表面形成有柵氧化層406，晶片邊緣比較平滑，沒有出現現有技術中所述的高低臺階，經過測試發現，在該步驟之後，晶片表面也沒有出現如現有技術所述的氧化物顆粒缺陷。
由於淺溝槽隔離的形成過程中，並沒有對其各塗層進行EBR，本著各道工藝規則統一的原則，所以柵氧化層的形成過程中，塗布的第二光阻膠層也不需要進行EBR，這樣，不但在淺溝槽隔離的形成過程中，刻蝕半導體襯底時，晶片邊緣有了各塗層的覆蓋，不會受到損傷，而且柵氧化層的形成過程中，刻蝕柵氧化層材料時，晶片邊緣也有第二光阻膠層的覆蓋，也不會受到損傷，也就是說，晶片邊緣被完好保護，不會出現高低不平的臺階，溼法刻蝕柵氧化層材料時，其柵氧化層材料下面不存在氧化物，所以就不會出現現有技術所述的氧化物顆粒缺陷。因此，後續在多晶矽柵極以及CT形成的過程中，就不會存在顆粒缺陷，導致多晶矽柵極斷線，或者CT被堵塞等問題。進一步地，雖然HMDS黏性很強，但也有可能在晶片邊緣的厚度方向上剝落塗層， 為了更好地避免晶片邊緣出現顆粒缺陷，本發明優選實施例為在步驟41和步驟42之間加入對晶片邊緣的厚度方向上的HMDS、底部抗反射層、第一光阻膠層以及頂部塗層進行清洗的步驟。該步驟比較簡單，一般採用等離子水(DI water)或者丙烯乙二醇以太醋酸鹽 (PGMEA)或者乙烯二醇一甲胺以太醋酸鹽(EGMEA)進行清洗，將晶片厚度方向上的各塗層去除。需要說明的是，本發明所述EBR，也可以在進行光阻膠層的EBR操作時，將其替換為晶片邊緣曝光(WEE)操作，WEE就是採用晶片邊緣曝光後，顯影液直接顯掉。此為現有技術不再贅述。另外，本發明主要介紹如何在形成柵氧化層時避免氧化物顆粒缺陷的出現，為描述清楚起見，關於其他前段製程，例如阱的形成等都進行了省略，這些都為現有技術，在此不再贅述。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的範圍之內。
權利要求
1.一種減少晶片邊緣顆粒缺陷的方法，應用於半導體器件的前段製造工藝中，該方法包括在半導體襯底表面上依次塗布六甲基二矽氮烷HMDS、底部抗反射層、第一光阻膠層以及頂部塗層；其中，HMDS、底部抗反射層、第一光阻膠層以及頂部塗層還附著於晶片邊緣的厚度方向上；對頂部塗層和第一光阻膠層進行浸沒式光刻，以及以所述浸沒式光刻後的第一光阻膠層圖案為掩膜進行半導體襯底的刻蝕之後，形成淺溝槽隔離區；在淺溝槽隔離區內填充氧化物之後，在半導體襯底表面沉積柵氧化層材料；在柵氧化層材料表面塗布第二光阻膠層；對所述第二光阻膠層進行光刻，以及以所述光刻後的第二光阻膠層圖案為掩膜進行柵氧化層材料的溼法刻蝕之後，形成柵氧化層。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，在塗布頂部塗層之後，對頂部塗層和第一光阻膠層進行浸沒式光刻之前，該方法進一步包括對晶片邊緣的厚度方向上的HMDS、底部抗反射層、第一光阻膠層以及頂部塗層進行清洗。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述清洗採用等離子水或者丙烯乙二醇以太醋酸鹽PGMEA或者乙烯二醇一甲胺以太醋酸鹽EGMEA。
全文摘要
本發明提供了一種減少晶片邊緣顆粒缺陷的方法在半導體襯底表面上依次塗布六甲基二矽氮烷HMDS、底部抗反射層、第一光阻膠層以及頂部塗層；其中，HMDS、底部抗反射層、第一光阻膠層以及頂部塗層還附著於晶片邊緣的厚度方向上；對頂部塗層和第一光阻膠層進行浸沒式光刻以及以所述浸沒式光刻後的圖案為掩膜進行半導體襯底的刻蝕之後，形成淺溝槽隔離區；在淺溝槽隔離區內填充氧化物之後，在半導體襯底表面沉積柵氧化層材料；在柵氧化層材料表面塗布第二光阻膠層；對所述第二光阻膠層進行光刻以及以所述光刻後的圖案為掩膜進行柵氧化層材料的溼法刻蝕之後，形成柵氧化層。採用本發明能夠有效減少晶片邊緣出現氧化物顆粒缺陷。
文檔編號H01L21/762GK102446805SQ20101050701
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月14日 優先權日2010年10月14日
發明者武詠琴 申請人:中芯國際集成電路製造(上海)有限公司