一種光刻方法

專利名稱：一種光刻方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種光刻方法。
背景技術：
在半導體晶片的制造過程中，要盡量避免制造過程中產生的結構缺陷，傳統的光刻步驟均是直接在晶片表面進行光刻膠的涂布，之后進行曝光、顯影等步驟，但是，在實際生產中發現，采用傳統的光刻步驟生產出的晶片經常會出現因器件尺寸不合格而報廢的現象，經過檢測后發現，這些報廢的器件中大部分不合格的尺寸出現在尺寸較小的器件結構中，發明人研究發現，出現這種情況的原因是，在生產工藝中的某些光刻過程中，顯 影之后發現，光刻膠層中尺寸比較小的光刻膠區域出現了倒塌現象(以下簡稱倒膠)，進而導致后續工藝制作出的產品尺寸不合格。

發明內容
為解決上述技術問題，本發明提供了一種光刻方法，解決了現有技術中的問題，在很大程度上避免了光刻膠倒膠現象的發生。為解決上述問題，本發明實施例提供了如下技術方案一種光刻方法,包括提供一半導體晶片，所述晶片表面包括掩蔽層，所述掩蔽層表面光滑；使所述晶片接觸具有氧化作用的溶液，以使所述掩蔽層表面變粗糙；在所述晶片表面形成光刻膠層，進行光刻過程。優選的，所述掩蔽層變粗糙后，所述光刻膠層與所述掩蔽層間的粘附力增大，以避免所述光刻膠層出現倒膠現象。優選的，所述晶片接觸具有氧化作用的溶液后，所述掩蔽層的厚度減小至70 人-90A。優選的，使所述晶片接觸具有氧化作用的溶液具體為，將所述晶片浸潤在所述具有氧化作用的溶液中，或者采用噴霧清洗的方式，將所述具有氧化作用的溶液噴射在所述掩蔽層的表面。優選的，所述具有氧化作用的溶液中包括ΝΗ40Η、Η202和H2O,其中，NH4OH^H2O2和H2O按體積比I : 1-5 5-15混合。優選的，將所述晶片浸潤在所述具有氧化作用的溶液中的時間為5min-l5min，或者采用噴霧清洗的方式，將所述具有氧化作用的溶液噴射在所述掩蔽層表面的過程持續時間為 15s_45s。優選的，所述具有氧化作用的溶液中包括H2O2和H2SO4，其中，H2O2和H2SO4按體積比I : 5-15混合。優選的，將所述晶片浸潤在所述具有氧化作用的溶液中的時間為2min-8min，或者采用噴霧清洗的方式，將所述具有氧化作用的溶液噴射在所述掩蔽層表面的過程持續時間為 10s_40s。優選的，使所述晶片接觸具有氧化作用的溶液后，還包括采用去離子水沖洗所述晶片，去除所述晶片上的殘留化學物質；對采用去離子水沖洗后的晶片進行干燥處理。優選的，所述掩蔽層為，在形成所述半導體器件的阱區之前形成的注入阻擋層，或在形成所述半導體器件的源區和漏區之前形成的注入阻擋層。與現有技術相比，上述技術方案具有以下優點本發明實施例所提供的光刻方法，通過在涂布光刻膠層之前，增加了濕法化學清洗的步驟，可以使原本光滑的掩蔽層表面變粗糙，從而使后續的涂布的光刻膠層與表面變粗糙后的掩蔽層之間的粘附力大大增強，從而使光刻膠層中尺寸較小的光刻膠區域能夠緊 固的附著在掩蔽層上，進而在很大程度上避免了光刻膠倒膠現象的發生。


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，對于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I為本發明實施例一公開的光刻方法的流程示意圖；圖2為本發明實施例二公開的光刻方法的流程示意圖；圖3為本發明實施例二中光刻后第一個晶片的倒膠區域圖片；圖4為本發明實施例二中光刻后第一個晶片的倒膠區域數量的條形圖；圖5為本發明實施例二中光刻后第二個晶片的倒膠區域圖片；圖6為本發明實施例二中光刻后第二個晶片的倒膠區域數量的條形圖。
具體實施例方式正如背景技術部分所述，在某些光刻過程中，采用現有技術中的光刻方法進行光刻過程，發現顯影之后的光刻膠層中尺寸比較小的光刻膠區域出現了倒膠現象，發明人總結發生倒膠現象的工藝過程后研究發現，發生倒膠現象的光刻過程都有一定的特點，即在涂布光刻膠之前的晶片表面都非常光滑，如在定義阱區注入區域時的光刻過程，此時晶片表面為進行阱區注入前的起到隔離作用的注入阻擋層，該注入阻擋層表面非常平整且光滑，涂布的光刻膠直接與該注入阻擋層接觸，由于光刻膠與該注入阻擋層間的附著力不夠，導致顯影之后的光刻膠層中尺寸較小的光刻膠區域容易出現倒膠的現象。因此，發明人考慮，如果增大光刻膠與各掩蔽層間的附著力，即可在很大程度上避免倒膠現象的發生，增大附著力的方法有很多，如增加光刻膠本身的濃度和成分、改變接觸表面的粗糙程度等，其中比較簡單可行的是改變掩蔽層的表面狀況，使其表面變得粗糙，進而就可增大光刻膠層與掩蔽層間的粘附力。基于上述研究的基礎上，本發明實施例提供了，該方法包括以下步驟提供一半導體晶片，所述晶片表面包括掩蔽層，所述掩蔽層表面光滑；使所述晶片接觸具有氧化作用的溶液，以使所述掩蔽層表面變粗糙；
在所述晶片表面形成光刻膠層，進行光刻過程。本發明實施例所提供的技術方案，通過在涂布光刻膠層之前，增加了濕法化學清洗的步驟，可以使原本光滑的掩蔽層表面變粗糙，從而使后續的涂布的光刻膠層與表面變粗糙后的掩蔽層之間的粘附力大大增強，從而使光刻膠層中尺寸較小的光刻膠區域能夠緊固的附著在掩蔽層上，進而在很大程度上避免了光刻膠倒膠現象的發生。以上是本申請的核心思想，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。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。其次，本發明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便于說明，表 示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。實施例一本發明實施例提供的光刻方法的流程圖如圖I所示，包括以下步驟步驟Sll :提供一半導體晶片，所述晶片表面包括掩蔽層，所述掩蔽層表面光滑；本實施例所述半導體晶片可以包括半導體元素，例如單晶、多晶或非晶結構的硅或硅鍺(SiGe)，也可以包括混合的半導體結構，例如碳化硅；也可以是絕緣體上外延硅(silicon on insulator, SOI)。此外,半導體晶片還可以包括其它的材料,例如外延層或掩埋層的多層結構。并且，上述半導體晶片還包括在其上制造的多個集成電路，這些集成電路可以處在工序中的任何一個階段，因此，上述半導體晶片包括各種各樣的區域。雖然在此描述了可以形成半導體晶片的材料的幾個示例，但是可以作為半導體晶片的任何材料均落入本發明的精神和范圍。步驟S12 :使所述晶片接觸具有氧化作用的溶液，以使所述掩蔽層表面變粗糙；本實施例中所述晶片接觸具有氧化作用的溶液的方式有多種，如將所述晶片浸潤在所述具有氧化作用的溶液中、采用所述具有氧化作用的溶液沖洗所述晶片、采用噴霧清洗或者采用兆聲清洗等的方式，可采用的清洗設備也有多種，如噴霧清洗設備、刷洗器、溢流清洗器、噴射清洗器等，本實施例中優選采用將所述晶片浸潤在所述具有氧化作用的溶液中，或采用噴霧清洗的方式，將所述具有氧化作用的溶液噴射在所述掩蔽層的表面，相應的，采用哪種接觸方式，就選擇與該接觸方式對應的清洗設備。該步驟的作用是使所述掩蔽層光滑的表面變得粗糙，以增加光刻膠與所述掩蔽層表面的附著力，即所述掩蔽層變粗糙后，所述光刻膠層與所述掩蔽層間的粘附力增大，以避免所述光刻膠層中尺寸較小的光刻膠區域出現倒膠現象。該步驟中采用具有氧化作用的溶液接觸所述掩蔽層，即可腐蝕所述掩蔽層的表面，使其表面變得粗糙，但是需要注意的是對所述具有氧化作用的溶液的選擇，既要通過溶液對掩蔽層的腐蝕作用，使所述掩蔽層的表面變粗糙，但同時還要保證對進行腐蝕之后的所述掩蔽層的厚度仍能夠滿足后續工藝對其厚度的要求，所述掩蔽層與所述具有氧化作用的溶液的接觸方式、接觸時間以及所述具有氧化作用的溶液的選擇，需對所述掩蔽層的厚度以及后續工藝對該掩蔽層厚度的要求等進行綜合考慮后確定。步驟S13 :在所述晶片表面形成光刻膠層，進行光刻過程。本實施例公開的光刻方法，由于在步驟S12中增加的濕法化學清洗的過程已使所述掩蔽層的表面變得粗糙了，因此在掩蔽層粗糙的表面旋涂光刻膠，形成光刻膠層后，光刻膠層與掩蔽層之間的粘附力大大增強了，從而使光刻膠層中尺寸較小的光刻膠區域能夠緊固的附著在掩蔽層上，進而在很大程度上避免了光刻膠倒膠現象的發生。本實施例中的光刻方法可以應用于因掩蔽層表面過于光滑而導致的光刻膠倒膠的工藝過程中，如定義阱區注入區域時的光刻過程，此時半導體晶片表面往往只有外延層和位于外延層表面上起到隔離作用的注入阻擋層，所述掩蔽層即為在形成所述半導體器件的阱區之前形成的注入阻擋層，該注入阻擋層表面非常平整且光滑；或者在定義源區和漏區的注入區域時的光刻過程，并且光刻前半導體晶片表面的掩蔽層較為光滑的情況，此時所述掩蔽層即為在形成所述半導體器件的源區和漏區之前形成的注入阻擋層。具體的應用 情況有多種，這里不再一一列舉，只要旋涂光刻膠之前，掩蔽層表面比較光滑的情況下，均可應用本發明，以下實施例將結合具體的應用情境對本發明實施例公開的光刻方法進行詳細說明。實施例二本實施例提供的光刻方法的流程圖如圖2所示，包括以下步驟步驟S21 :提供一半導體晶片，所述晶片表面包括掩蔽層，所述掩蔽層表面光滑，該步驟與上一實施例類似，不再詳細描述；步驟S22 :使所述晶片接觸具有氧化作用的溶液，以使所述掩蔽層表面變粗糙；一般情況下，本實施例中的掩蔽層多為進行離子注入前的注入阻擋層，具體的，為了滿足離子注入的需求，所述晶片接觸具有氧化作用的溶液后，所述掩蔽層的厚度減小至60A-100A,優選的，所述掩蔽層的厚度減小至70A-90A,掩蔽層太薄或太厚都會導致離子注入的異常，從而影響半導體器件的性能。步驟S23 :采用去離子水沖洗所述晶片，去除所述晶片上的殘留化學物質；本實施例中可采用溢流清洗、排空清洗、噴射清洗、加熱去離子水清洗等多種方式對接觸所述具有氧化作用的溶液后的晶片進行清洗，以去除晶片上殘留的化學物質，具體采用哪種方式可根據晶片的具體情況而定。步驟S24 :對采用去離子水沖洗后的晶片進行干燥處理；本實施例中可采用旋轉式甩干的方式進行干燥處理，也可以采用異丙醇蒸氣進行干燥，或其他方式進行干燥處理，本實施例中優選采用甩干的方式，但具體采用哪種方式進行干燥，應由晶片的尺寸和表面特征以及后續工序等情況綜合確定。步驟S25 :在所述晶片表面形成光刻膠層，進行光刻過程。具體的，本實施例中所述的具有氧化作用的溶液中包括ΝΗ40Η(氨水)、H2O2(雙氧水)和H2O (去離子水)，其中，NH40H、H2O2和H2O按體積比1:1-5: 5-15混合，優選的，NH4OH, H2O2和H2O按體積比1:1-3: 7-12混合，更優選的，NH4OH, H2O2和H2O按體積比1:2: 10 混合。并且，所述晶片接觸所述具有氧化作用的溶液的方式不同，所需的時間也不同，舉例來說，若將所述晶片浸潤在所述具有氧化作用的溶液中，以腐蝕所述掩蔽層的表面，則將所述晶片浸潤在所述具有氧化作用的溶液中的時間為5min-15min，優選的，所需時間為8min-12min,更優選的,所需時間為lOmin。若采用噴霧清洗的方式，將所述具有氧化作用的溶液噴射在所述掩蔽層表面的過程持續時間為15s-45s，優選的，所述具有氧化作用的溶液的噴射時間為25s-35s，更優選的，所述具有氧化作用的溶液的噴射時間為30s，由于噴霧清洗的過程中，需將半導體晶片放置在旋轉的底盤上，之后將所述溶液噴灑在所述掩蔽層表面，由于溶液的噴射過程對所述掩蔽層具有一定的沖擊力，而且晶片一直處于旋轉狀態，更加重了這種沖擊力，因此采用噴霧清洗的方式使所述晶片接觸所述具有氧化作用的溶液的過程所需的時間就更短。需要說明的是，由于使所述掩蔽層接觸所述具有氧化作用的溶液的作用僅是腐蝕掩蔽層的表面，而非去除掩蔽層的大部分厚度，因此，所述具有氧化作用的溶液對所述掩蔽層的腐蝕性不能過大，如氫氟酸溶液的腐蝕性就較大，一般不適用于本發明實施例中。下面以定義阱區注入區域的光刻過程為例，對本實施例的光刻過程和光刻效果進 行說明。在同一批晶片中選擇兩個生長外延層之后的半導體晶片，其中第一個晶片在涂布光刻膠之間沒有進行任何處理，第二個晶片在涂布光刻膠之前采用本實施例中的方法，將所述晶片浸沒在所述具有氧化作用的溶液中約10分鐘左右，之后采用去離子水沖洗第二個晶片上的殘留化學物質，并進行干燥處理，之后，采用同樣的光刻條件對兩個晶片進行光亥IJ，光刻過程具體為，在兩個晶片上旋涂同樣厚度的光刻膠層，并采用同樣的掩模版進行曝光、顯影等一系列光刻過程后，得到具有阱區圖形的光刻膠層，之后，采用KLA(缺陷檢測分析機臺)對完成光刻過程的晶片進行檢測，檢測結果如圖3-圖6所示。其中，圖3和圖4為第一個晶片的檢測結果，圖5和圖6為第二個晶片的檢測結果，圖3和圖5為晶片的圖片，圖中的黑點表示發生倒膠的器件區域，黑點的個數表示倒膠區域的數量，圖4和圖6為，縱坐標表示倒膠區域的數量。從圖中可以看出，未采用本實施例中的方法處理的晶片，發生倒膠的區域很多，而采用本實施例中的方法處理后的晶片，倒膠區域則大量減少了，從而證明了本實施例中的方法可以在很大程度上避免光刻膠倒膠情況的發生，提高了器件的性能。實施例三與上一實施例不同的是，本實施例中的光刻方法采用的具有氧化作用的溶液不同了，具體的，本實施例中所述具有氧化作用的溶液中包括H2O2和H2SO4，其中，H2O2和H2SO4按體積比I : 5-15混合，優選的，!1202和H2SO4按體積比I : 8-12混合，更優選的，H2O2和H2SO4按體積比I : 10混合。同樣的，不同所述晶片接觸所述具有氧化作用的溶液的方式不同，接觸所需的時間就不同，而相比上一實施例中的溶液，本實施例中的溶液的腐蝕性能稍強，但是仍大大的弱于氫氟酸溶液，因此，本實施例中所需的接觸時間就較上一實施例中更短，若將所述晶片浸潤在所述具有氧化作用的溶液中，所需的時間為2min-8min，優選的，所需的時間為4min-6min,更優選的，所需的時間為5min ;或者采用噴霧清洗的方式，將所述具有氧化作用的溶液噴射在所述掩蔽層表面的過程持續時間為10s-40s，優選的，所需的時間為20s-30s，更優選的，所需的時間為25s，由于采用噴霧清洗的方式，所需的接觸時間本來就很短了，因此采用本實施例中的溶液，接觸時間差別不大。本發明實施例中公開的光刻方法，通過在光刻前增加了對掩蔽層的化學清洗的過程，從而使掩蔽層表面變得粗糙，增大了光刻膠層與掩蔽層間的粘附力，從而在很大程度上避免了光刻膠倒膠現象的發生。以上各實施例公開的具有氧化作用的溶液以及所述晶片與所述溶液的接觸時間、接觸方式等并不能用來限定本發明的保護范圍，只要能夠使掩蔽層表面變粗糙，并且不影響后續工藝即可，具體采用哪種溶液、哪種接觸方式等需根據晶片的具體情況進行選擇。本說明書中各個部分采用遞進的方式描述，每個部分重點說明的都是與其他部分的不同之處，各個部分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范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明 將不會被限制于本文所示的實施例，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范圍。
權利要求
1.一種光刻方法，其特征在于，包括 提供一半導體晶片，所述晶片表面包括掩蔽層，所述掩蔽層表面光滑； 使所述晶片接觸具有氧化作用的溶液，以使所述掩蔽層表面變粗糙； 在所述晶片表面形成光刻膠層，進行光刻過程。
2.根據權利要求I所述的光刻方法，其特征在于，所述掩蔽層變粗糙后，所述光刻膠層與所述掩蔽層間的粘附力增大，以避免所述光刻膠層出現倒膠現象。
3.根據權利要求2所述的光刻方法，其特征在于，所述晶片接觸具有氧化作用的溶液后，所述掩蔽層的厚度減小至70A-90A。
4.根據權利要求3所述的光刻方法，其特征在于，使所述晶片接觸具有氧化作用的溶液具體為，將所述晶片浸潤在所述具有氧化作用的溶液中，或者采用噴霧清洗的方式，將所述具有氧化作用的溶液噴射在所述掩蔽層的表面。
5.根據權利要求4所述的光刻方法，其特征在于，所述具有氧化作用的溶液中包括NH4OH, H2O2 和 H2O,其中，NH40H、H2O2 和 H2O 按體積比 1:1-5: 5-15 混合。
6.根據權利要求5所述的光刻方法，其特征在于，將所述晶片浸潤在所述具有氧化作用的溶液中的時間為5min-15min，或者采用噴霧清洗的方式，將所述具有氧化作用的溶液噴射在所述掩蔽層表面的過程持續時間為15s-45s。
7.根據權利要求4所述的光刻方法，其特征在于，所述具有氧化作用的溶液中包括H2O2和H2SO4，其中，H2O2和H2SO4按體積比I : 5-15混合。
8.根據權利要求7所述的光刻方法，其特征在于，將所述晶片浸潤在所述具有氧化作用的溶液中的時間為2min-8min，或者采用噴霧清洗的方式，將所述具有氧化作用的溶液噴射在所述掩蔽層表面的過程持續時間為10s-40s。
9.根據權利要求1-8任一項所述的光刻方法，其特征在于，使所述晶片接觸具有氧化作用的溶液后，還包括 采用去離子水沖洗所述晶片，去除所述晶片上的殘留化學物質； 對采用去離子水沖洗后的晶片進行干燥處理。
10.根據權利要求9所述的光刻方法，其特征在于，所述掩蔽層為，在形成所述半導體器件的阱區之前形成的注入阻擋層，或在形成所述半導體器件的源區和漏區之前形成的注入阻擋層。
全文摘要
本發明實施例公開了一種光刻方法，包括提供一半導體晶片，所述晶片表面包括掩蔽層，所述掩蔽層表面光滑；使所述晶片接觸具有氧化作用的溶液，以使所述掩蔽層表面變粗糙；在所述晶片表面形成光刻膠層，進行光刻過程。本發明實施例所提供的光刻方法，通過在涂布光刻膠層之前，增加了濕法化學清洗的步驟，可以使原本光滑的掩蔽層表面變粗糙，從而使后續的涂布的光刻膠層與表面變粗糙后的掩蔽層之間的粘附力大大增強，從而使光刻膠層中尺寸較小的光刻膠區域能夠緊固的附著在掩蔽層上，進而在很大程度上避免了光刻膠倒膠現象的發生。
文檔編號H01L21/306GK102810464SQ20111014743
公開日2012年12月5日 申請日期2011年6月2日 優先權日2011年6月2日
發明者趙志勇, 楊兆宇 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