光刻工藝的顯影方法

2023-12-01 23:27:41

專利名稱：光刻工藝的顯影方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造技術領域，尤其涉及一種光刻工藝的顯影方法。
背景技術：
在半導體集成電路製造工藝中，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圖形，以預先定義出待刻蝕或離子注入的區域。光刻圖形尺寸對半導體器件的性能有極其重要的影響，尤其整個半導體晶片內的光刻圖形尺寸均勻性是工藝控制過程中的一個關鍵參數，如果均勻性控制不好，就會直接影響刻蝕或離子注入的結果，並最終會影響半導體器件的電性。光刻工藝主要包括三個過程塗膠，曝光，顯影。其中顯影過程是影響光刻圖形尺寸均勻性的主要光刻過程。如圖1所示，為現有技術中通常應用的一種顯影工藝的流程圖， 包括步驟101，對經過曝光的半導體晶片進行去離子水浸潤；步驟102，噴射顯影液覆蓋整個半導體晶片表面；步驟103，進行顯影反應；步驟104，旋轉半導體晶片甩掉顯影液；步驟 105，採用去離子水清洗半導體晶片並甩幹。上述步驟102中，噴射顯影液覆蓋整個半導體晶片表面，可以通過兩種方式實現(1)，顯影液噴嘴移動到半導體晶片的圓心後，在半導體晶片靜止或低速轉動時(每分鐘100轉以下)，噴出顯影液。O)，顯影液噴嘴從半導體晶片的邊緣移動到圓心的過程中，噴出顯影液，同時半導體晶片先以每分鐘500-1000轉的轉速轉動，並持續線性降低轉速，當顯影液噴嘴移動到半導體晶片的圓心時，半導體晶片停止轉動，或控制轉速在每分鐘100轉以下，然後持續噴射顯影液2-3秒。然而問題在於，經由上述現有技術中的顯影工藝處理過的半導體晶片，往往存在半導體晶片上不同區域的光刻圖形尺寸不一致的缺陷，該缺陷會進一步影響刻蝕或離子注入的結果，並最終影響半導體器件電性的均勻性。

發明內容
為解決上述技術問題，本發明的目的在於提供一種光刻工藝的顯影方法，以解決經顯影處理後的半導體晶片上的不同區域的光刻圖形尺寸不一致的缺陷。為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案一種光刻工藝的顯影方法，包括以第一速率旋轉半導體晶片，同時向所述半導體晶片的圓心噴射顯影液，使顯影液浸潤所述半導體晶片表面；以第二速率旋轉浸潤後的半導體晶片，同時向半導體晶片表面噴射顯影液；以第三速率旋轉噴射顯影液後的半導體晶片，使顯影液與半導體晶片表面的光刻膠層進行顯影反應；採用去離子水清洗半導體晶片表面；其中，所述第一速率大於所述第二速率。優選的，所述第一速率為1000-2000轉/分鐘；
所述以第一速率旋轉半導體晶片的時間為5-7秒。優選的，所述第二速率為0-100轉/分鐘；所述以第二速率旋轉浸潤後的半導體晶片的時間為2-3秒。優選的，所述第三速率為0-30轉/分鐘；所述以第三速率旋轉噴射顯影液後的半導體晶片的時間為15-45秒。優選的，利用所述浸潤將半導體晶片的表面由油性轉變為鹼性，以降低表面張力、 增強界面親和力。優選的，在以第一速率旋轉半導體晶片之前，還包括對經過曝光的半導體晶片進行去離子水浸潤。優選的，在所述採用去離子水清洗半導體晶片表面之前，還包括以第四速率旋轉顯影反應後的半導體晶片，同時向半導體晶片表面補充噴射顯影液。優選的，所述第四速率為20-100轉/分鐘；所述以第四速率旋轉顯影反應後的半導體晶片的時間為1-2秒。優選的，以第二速率旋轉浸潤後的半導體晶片時，所述向半導體晶片表面噴射顯影液通過以下方式實現以第二速率旋轉所述浸潤後的半導體晶片的同時，顯影液噴嘴位於半導體晶片的圓心位置，並向所述圓心位置噴射顯影液。應用本發明實施例所提供的技術方案，在進行顯影反應處理之前，首先使用顯影液對半導體晶片的光刻膠層的表面進行顯影液浸潤，利用所述浸潤降低光刻膠層表面張力，可以增強表面的親水性和界面親和力，能夠使浸潤操作後噴射的顯影液均勻快速且全面的覆蓋到半導體晶片光刻膠層的表面，使得半導體晶片表面各個區域獲得基本一致的顯影反應時間，避免經顯影后的半導體晶片上的不同區域形成的光刻圖形尺寸不一致的缺陷，從而能夠提高半導體晶片內的光刻圖形尺寸均勻性，進而提高半導體器件電性的均勻性。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為現有技術中的一種光刻膠顯影反應方法的流程圖；圖2為本發明實施例一提供的光刻膠顯影反應方法的一種流程圖；圖3為本發明實施例三提供的光刻膠顯影反應方法的一種流程圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。通過對現有技術的研究，發明人發現半導體晶片上的光刻膠層的表面接近於油性，而顯影液一般為鹼性，因此，由於表面張力和界面親和力的原因，半導體晶片的部分區域在顯影液噴射完畢後，不會立即有顯影液覆蓋，而是隨後由該區域周圍的顯影液慢慢擴展過來，且周圍顯影液擴展後也不一定能夠完全覆蓋該區域，造成了該區域與其它區域相比，進行顯影反應的時間較短，且該區域得到的顯影液的量可能不足以使該區域的光刻膠層充分反應，同時其它區域也可能因為顯影液過量而導致光刻膠層過度反應，這樣會導致經顯影處理後的半導體晶片上的不同區域的光刻圖形尺寸不一致，進而會影響刻蝕或離子注入的結果，並最終影響半導體器件的電性均勻性。為此本發明實施例提供了一種光刻工藝的顯影方法，以解決經顯影處理後的半導體晶片上的不同區域的光刻圖形尺寸不一致的缺陷。實施例一圖2為本發明實施例一提供的光刻工藝顯影方法的一種流程圖。該方法具體可以包括以下步驟提供半導體晶片，所述半導體晶片表面具有經過曝光的光刻膠層。如圖2所示，步驟S201 以第一速率旋轉半導體晶片，同時向所述半導體晶片的圓心噴射顯影液，使顯影液浸潤所述半導體晶片表面。具體的，在進行顯影液浸潤操作時，顯影液的噴嘴位於半導體晶片的圓心位置，在半導體晶片以第一速率旋轉的同時，顯影液噴嘴持續向半導體晶片的圓心位置噴射顯影液，使顯影液浸潤半導體晶片光刻膠層的表面。利用顯影液浸潤半導體晶片光刻膠層的表面，可以改善親油性光刻膠表面的親水性質，這樣一來，可以降低表面張力，增強表面的親水性和界面親和力，從而使浸潤操作後噴射的顯影液能夠均勻快速且全面的覆蓋到半導體晶片光刻膠層的表面上。優選的，顯影液浸潤步驟中噴射顯影液時的轉速需要控制在一定範圍內，例如，對於8英寸半導體晶片，其典型的轉速應可控制在每分鐘1000-2000轉，轉速太低，光刻膠層會被顯影，轉速過高，會造成不必要的顯影液回濺缺陷。進行浸潤操作時，噴射顯影液的時間需要控制在一定範圍內，對於8英寸半導體晶片，其典型時間可以為5秒左右，噴射時間過長，會浪費顯影液，噴射時間過短，無法達到浸潤效果。因此，所述第一速率可以為 1000-2000轉/分鐘；較佳的，所述第一速率可以為1000-1200轉/分鐘，所述以第一速率旋轉半導體晶片的持續時間可以為5-7秒。步驟S202，以第二速率旋轉浸潤後的半導體晶片，同時向半導體晶片表面噴射顯影液。具體的，經過顯影液浸潤的半導體晶片光刻膠層的表面，其表面張力降低，表面的親水性和界面親和力增強，因此本步驟中噴射的顯影液能夠均勻快速且全面的覆蓋到半導體晶片光刻膠層的表面上。在顯影液浸潤步驟結束後，需要立即將半導體晶片的旋轉速率降低，即所述第二速率需要小於所述第一速率，以確保顯影浸潤時，半導體晶片高速轉動， 在產生的較強的離心力的作用下，顯影液與光刻膠層無充分的時間接觸，顯影浸潤後噴射顯影液時，半導體晶片低速轉動或，在產生的較弱的離心力的作用下，顯影液液與光刻膠層有充分的時間接觸，具體的所述第二速率可以為0-100轉/分鐘，其中，當半導體晶片的旋轉速率為0轉/分鐘時，該半導體晶體靜止。所述以第二速率旋轉浸潤後的半導體晶片的時間可以為2-3秒。其中，本步驟中向所述半導體晶片光刻膠層噴射顯影液可以通過以下方式實現當顯影液噴嘴位於半導體晶片的圓心位置時，顯影液噴嘴直接向所述圓心位置持續噴射顯影液。在噴射顯影液的過程中，所述半導體晶片以第二速率旋轉，噴射顯影液的過程可以持續為2-3秒。步驟S203，以第三速率旋轉噴射顯影液後的半導體晶片，使顯影液與半導體晶片表面的光刻膠層進行顯影反應；噴射顯影液結束後，需要使顯影液與所述半導體晶片光刻膠層進行顯影反應，顯影液與所述半導體晶片光刻膠層的可溶解區域反應，溶解掉所述可溶解區域的光刻膠層， 形成光刻圖形。在顯影反應過程中需要使半導體晶片低速轉動或靜止，因此具體的，所述第三速率可以為0-30轉/分鐘，其中，當半導體晶片的旋轉速率為0轉/分鐘時，該半導體晶片靜止。根據光刻膠層種類和光刻層次，該步驟一般的持續時間可以為15-45秒。步驟S204，採用去離子水清洗半導體晶片表面；本步驟中進行去離子水清洗時，半導體晶片的轉速為500-1500轉/分鐘，同時去離子水噴嘴向半導體晶片的光刻膠層持續噴射去離子水，以清洗所述半導體晶片上溶解有光刻膠的顯影液和多餘的顯影液，該步驟的持續時間可以為15-45秒。其中，本步驟中向所述半導體晶片光刻膠層噴射去離子水可以通過以下方式實現去離子水噴嘴從半導體晶片的邊緣移動到圓心，在移動過程中，去離子水噴嘴持續噴射去離子水。或者，去離子水噴嘴從半導體晶片的邊緣移動到圓心，在移動到圓心位置後，去離子水噴嘴向所述圓心位置噴射顯影液。所述採用去離子水清洗半導體晶片表面之後，還可以包括旋轉甩幹半導體晶片表面上的去離子水，所述甩幹過程具體可包括停止噴射去離子水，並持續旋轉所述半導體晶體片；停止旋轉所述半導體晶體片。此外，在以第一速率旋轉半導體晶片，進行顯影液浸潤步驟之前，本發明實施例提供的光刻工藝的顯影方法，還可以包括對經過曝光的半導體晶片進行去離子水浸潤。在對經過曝光的半導體晶片進行去離子水浸潤的過程中，可以旋轉所述半導體晶片，使去離子水與半導體晶片的光刻膠層充分均勻接觸。通過去離子水浸潤，可以進一步的增加半導體晶片的光刻膠層表面的親水性，使隨後進行顯影液浸潤步驟時，顯影液可以快速均勻的覆蓋到整個光刻膠層。此外，在採用去離子水清洗半導體晶片表面之前，還可以包括旋轉甩掉半導體晶片表面上的顯影液。本步驟中可以通過旋轉產生的離心力甩掉半導體晶片上的溶解有光刻膠的顯影液和多餘的顯影液，在靠近半導體晶片的邊緣位置，旋轉產生的離心力較大，在靠近半導體晶片的圓心的位置，旋轉產生的離心力較小，若半導體晶片的旋轉速率過大，很容易導致半導體晶面的表面被甩幹，造成增大殘留物在半導體晶片上的粘附力，若半導體晶片的旋轉速率過小，則產生的離心力較小，就很難使半導體晶片圓心位置的溶解有光刻膠的顯影液和多餘的顯影液被甩掉，因此，本發明實施例提供的具體實現方式可以如下所述以100-1500轉/分鐘的速度旋轉半導體晶片，持續時間為1-2秒，以甩掉半導體晶片表面上的顯影液。本步驟可以旋轉產生的離心力甩掉溶解有光刻膠的顯影液和多餘的顯影液，使隨後進行的去離子水清洗的清洗效果提高。應用本實施例所提供的技術方案，在進行顯影反應處理之前，首先使用顯影液對半導體晶片的光刻膠層的表面進行顯影液浸潤，利用所述浸潤降低光刻膠層的表面張力， 增強了表面的親水性和界面親和力，能夠使浸潤操作後噴射的顯影液均勻快速且全面的覆蓋到半導體晶片光刻膠層的表面，使得半導體晶片表面各個區域獲得基本一致的顯影反應時間，避免經顯影后的半導體晶片上的不同區域形成的光刻圖形尺寸不一致的缺陷，從而能夠提高半導體晶片內的光刻圖形尺寸均勻性，進而提高了半導體器件電性的均勻性。實施例二 如果顯影反應結束後，直接採用去離子水清洗半導體晶片表面，可能會使顯影反應不徹底，造成半導體晶片光刻膠層可溶解區域的光刻膠殘留，最終會導致得到的產品失效。因此，為了防止因顯影反應不充分而導致的光刻膠殘留，在採用去離子水清洗半導體晶片表面之前，還包括以第四速率旋轉顯影反應後的半導體晶片，同時向半導體晶片表面補充噴射顯影液。具體的，在補充噴射顯影液的過程中，不能將光刻膠層上原有的顯影液全部甩掉， 此時，半導體晶片可以保持一定的轉速，將部分已反應的顯影液甩掉，同時補充噴射新的顯影液，使半導體晶片表面始終覆蓋有顯影液，對於直徑為8英寸的半導體晶片，該步驟中， 其旋轉速率可以為20-100轉/分鐘。因此所述第四速率為20-100轉/分鐘；所述以第四速率旋轉顯影反應後的半導體晶片的時間為1-2秒。在此過程中，顯影液噴嘴可位於半導體晶片的圓心位置，並向所述圓心區域補充噴射新的顯影液，當補充噴射顯影液完成後，顯影液噴嘴可以返回初始位置，即半導體晶片的邊緣位置。在實際應用中，可以根據光刻膠種類、光刻層次和顯影反應的程度，多次補充新的顯影液。在補充新的顯影液後，無需再提供顯影反應時間，可以直接採用去離子水清洗半導體晶片表面。本實施例所提供的光刻工藝的顯影方法的其它部分和具體實施方式
與實施例一中所提供的光刻工藝的顯影方法相同，兩者可相互參見，在此不再贅述。應用本實施例所提供的技術方案，在進行顯影反應之後，補充噴射了新的顯影液， 新補充的顯影液可以與殘留的光刻膠繼續反應，解決了因顯影反應不充分而導致的光刻膠殘留的問題，提高了成品率。實施例三參見圖3所示，為結合實施例一提供的顯影方法中的顯影液浸潤步驟和實施例二提供的顯影方法中的補充新的顯影液步驟，所得到的光刻工藝顯影方法的一種流程示意圖，如圖3所示，該方法包括以下步驟
步驟S301，對經過曝光的半導體晶片進行去離子水浸潤；步驟S302，以第一速率旋轉半導體晶片，同時向所述半導體晶片的圓心噴射顯影液，使顯影液浸潤所述半導體晶片表面；步驟S303，以第二速率旋轉浸潤後的半導體晶片，同時向半導體晶片表面噴射顯影液；步驟S304，以第三速率旋轉噴射顯影液後的半導體晶片，使顯影液與半導體晶片表面的光刻膠層進行顯影反應；步驟S305，以第四速率旋轉顯影反應後的半導體晶片，同時向半導體晶片表面補充噴射顯影液；步驟S306，旋轉甩掉半導體晶片表面上的顯影液；步驟S307，採用去離子水清洗半導體晶片表面並旋轉甩幹表面的去離子水。其中，所述第一速率大於所述第二速率。本實施例所提供的光刻工藝的顯影方法的具體實施方式
可參見實施例一和實施例二，在此不再贅述。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種光刻工藝的顯影方法，其特徵在於，包括以第一速率旋轉半導體晶片，同時向所述半導體晶片的圓心噴射顯影液，使顯影液浸潤所述半導體晶片表面；以第二速率旋轉浸潤後的半導體晶片，同時向半導體晶片表面噴射顯影液； 以第三速率旋轉噴射顯影液後的半導體晶片，使顯影液與半導體晶片表面的光刻膠層進行顯影反應；採用去離子水清洗半導體晶片表面； 其中，所述第一速率大於所述第二速率。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述第一速率為1000-2000轉/分鐘； 所述以第一速率旋轉半導體晶片的時間為5-7秒。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述第二速率為0-100轉/分鐘； 所述以第二速率旋轉浸潤後的半導體晶片的時間為2-3秒。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述第三速率為0-30轉/分鐘； 所述以第三速率旋轉噴射顯影液後的半導體晶片的時間為15-45秒。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於利用所述浸潤降低光刻膠層表面張力、增強界面親和力。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在以第一速率旋轉半導體晶片之前，還包括對經過曝光的半導體晶片進行去離子水浸潤。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述採用去離子水清洗半導體晶片表面之前，還包括以第四速率旋轉顯影反應後的半導體晶片，同時向半導體晶片表面補充噴射顯影液。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於 所述第四速率為20-100轉/分鐘；所述以第四速率旋轉顯影反應後的半導體晶片的時間為1-2秒。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，以第二速率旋轉浸潤後的半導體晶片時， 所述向半導體晶片表面噴射顯影液通過以下方式實現以第二速率旋轉所述浸潤後的半導體晶片的同時，顯影液噴嘴位於半導體晶片的圓心位置，並向所述圓心位置噴射顯影液。
全文摘要
本發明公開了一種光刻工藝的顯影方法，包括以第一速率旋轉半導體晶片，同時向所述半導體晶片的圓心噴射顯影液，使顯影液浸潤所述半導體晶片表面；以第二速率旋轉浸潤後的半導體晶片，同時向半導體晶片表面噴射顯影液；以第三速率旋轉噴射顯影液後的半導體晶片，使顯影液與半導體晶片表面的光刻膠層進行顯影反應；採用去離子水清洗半導體晶片表面；其中，所述第一速率大於所述第二速率。通過應用所述方法，可以降低半導體晶片的光刻膠層的表面張力，增強表面的親水性和界面親和力，避免經顯影后的半導體晶片上的不同區域形成的光刻圖形尺寸不一致的缺陷，從而能夠提高半導體晶片內的光刻圖形尺寸均勻性，進而提高半導體器件電性的均勻性。
文檔編號H01L21/027GK102385262SQ20101026860
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月1日 優先權日2010年9月1日
發明者黃瑋 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司, 無錫華潤上華科技有限公司