CN102709175B - 深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法 - Google Patents

Abstract

一种深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，包括：提供晶圆；在所述晶圆上采用旋涂工艺形成光刻胶层，同时采用去边溶剂去除晶圆边缘部分宽度的光刻胶层，所述光刻胶层的去除宽度为1.7~1.9毫米；对所述光刻胶层进行曝光和显影工艺形成图形化的光刻胶层。提高了光刻胶层边缘厚度和形貌的均匀性。

Description

深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，特别涉及一种深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法。

背景技术

随着集成电路制作工艺的不断进步，线宽的不断减小，半导体的布局也已经从普通的单一功能分离器件，演变成整合高密度多功能的集成电路。

在半导体制作工艺中，光刻是其中一个非常重要的步骤。光刻工艺是将掩模板上的图案复制到晶圆表面，其具体过程为：采用旋涂工艺在晶圆上形成光刻胶层；对该光刻胶层进行热处理后置于曝光设备中，通过曝光工艺对对所述光刻胶层进行曝光，将掩模板上的图案转移到光刻胶层中；接着对曝光后的光刻胶层进行曝光后热处理，并通过显影工艺进行显影，在光刻胶中形成光刻图案。

采用旋涂工艺在晶圆上形成光刻胶层时，容易在晶圆边缘和背面形成光刻胶材料的残留，光刻胶材料的残留会沾污设备，影响后续的曝光工艺，带来颗粒的缺陷。

为了克服上述问题，现有通常采用边缘去胶的方法（EBR，EdgeBeadRemoval）和边缘曝光的方法（WEE，WaferEdgeExposure）相结合的方法去除晶圆边缘和背面形成光刻胶材料的残留。

其中，边缘去胶的方法（EBR）为：采用旋涂工艺在晶圆上形成光刻胶层时，采用去边溶剂去除晶圆边缘和背面的光刻胶材料。边缘曝光的方法（WEE）为：采用激光对晶圆边缘的光刻胶材料进行曝光，使晶圆边缘被曝光的光刻胶材料在显影时被去除。边缘曝光的方法相较于边缘去胶的方法具有较高的精度和较好的边缘形貌，随着节点技术向亚微米方向发展，采用边缘去胶的方法（EBR，EdgeBeadRemoval）和边缘曝光的方法（WEE，WaferEdgeExposure）相结合的方法去除晶圆边缘和背面形成光刻胶材料的残留以广泛应用在半导体的制作过程中，但是采用上述方法处理的光刻胶层容易在边缘形成缺陷，在以所述光刻胶层为掩膜刻蚀晶圆形成深沟槽时，易在边缘形成硅颗粒的缺陷。

更多关于光刻胶层的形成方法请参考公开号为CN102169292A的中国专利。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，减少晶圆边缘光刻胶层的缺陷。

为解决上述问题，本发明一种深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，其特征在于，包括：

提供晶圆；

在所述晶圆上采用旋涂工艺形成光刻胶层，同时采用去边溶剂去除晶圆边缘部分宽度的光刻胶层，所述光刻胶层的去除宽度为1.7~1.9毫米；

对所述光刻胶层进行曝光和显影工艺形成图形化的光刻胶层。

可选的，所述去边溶剂的流量范围为10~20毫升/分钟。

可选的，所述采用去边溶剂去除晶圆边缘部分宽度的光刻胶层时，去边溶剂的喷射方向线与晶圆表面的夹角范围为40~60度。

可选的，所述去边溶剂的喷射方向线在晶圆上的投影线与晶圆的边缘的切线平行。

可选的，所述光刻胶层的材料为深紫外光刻胶。

可选的，所述光刻胶层厚度为4500~5500埃。

可选的，所述旋涂工艺时腔室的温度为21~23度，相对湿度为40%~50%。

可选的，所述旋涂工艺时腔室的下排风的压力为40~60帕。

可选的，所述去边溶剂为有机溶剂。

可选的，采用旋涂工艺形成光刻胶层后，还包括：对所述晶圆进行涂胶后热处理。

可选的，所述涂胶后热处理的温度为70~180摄氏度，时间为20~200秒。

可选的，还包括：以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述晶圆，形成深沟槽。

与现有技术相比，本发明技术方案具有以下优点：

采用去边溶剂去除晶圆边缘部分宽度的光刻胶层后，不需要对晶圆边缘的光刻胶层进行边缘曝光的处理，避免出现漏光的现象，提高了晶圆边缘的光刻胶层的厚度的均匀性，所述光刻胶层的去除宽度为1.7~1.9毫米，去除边缘均匀性不好的部分光刻胶的同时，保证了晶圆的利用率。

所述去边溶剂的流量范围为10~20毫升/分钟，去边溶剂的喷射方向线与晶圆表面的夹角范围为40~60度，且所述去边溶剂的喷射方向线在晶圆上的投影线与晶圆的边缘的切线平行，去边溶剂是斜向相切与光刻胶层的光刻胶材料相接触，减小了去边溶剂对光刻胶材料的冲击力，减小了光刻胶材料沿旋转方向上对去边溶液的阻力，使去除部分宽度后的光刻胶边缘具有较好的形貌，并且去除过程中不会造成对光刻胶层边缘的过去除，使去除部分宽度后的光刻胶层的边缘厚度保持均匀性，后续不需要采用边缘曝光工艺对光刻胶层的边缘进行修正，避免了漏光现象的产生，节省了工艺步骤。

附图说明

图1为本发明实施例深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法的流程示意图；

图2~图4为本发明实施例深沟槽工艺中光刻胶层的形成过程的结构示意图。

具体实施方式

发明人在现有采用光刻胶层为掩膜形成深沟槽的工艺中发现，在晶圆的边缘容易产生硅颗粒的缺陷，这些产生的硅颗粒极易对后续的制程设备和晶圆上形成的半导体器件造成沾污。

发明人经过研究发现，现有工艺形成的光刻胶层边缘的厚度的均匀性较差，在图形化光刻胶层时使晶圆边缘的光刻胶图形过薄或变形，在以图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀晶圆衬底形成深沟槽时，易在晶圆的边缘形成硅颗粒的缺陷。发明人进一步研究发现，旋涂工艺在晶圆上形成的光刻胶层的边缘的厚度的均匀性要差于中间区域的厚度的均匀性，且现有边缘去胶的方法是采用有机溶剂去除边缘的光刻胶，采用有机溶剂去除边缘的光刻胶时，由于有机溶剂的射入角度、流量等因素的影响，会造成晶圆的边缘光刻胶层的过去除，影响晶圆边缘的光刻胶层的厚度和形貌；边缘曝光的方法在对晶圆边缘的光刻胶层进行曝光时，易出现漏光的现象，造成对晶圆边缘的光刻胶层的过曝光，影响晶圆边缘的光刻胶层的厚度和形貌，在深沟槽工艺中，以光刻胶层作为掩膜层时，由于边缘的光刻胶层的厚度和形貌发生了较大的变化，在晶圆的边缘部分形成深沟槽时，光刻胶层的损耗较大，而不能作为正常的掩膜，在晶圆边缘会形成硅颗粒的缺陷。

为解决上述问题，发明人提出深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，采用去边溶剂去除晶圆边缘部分宽度的光刻胶层后，不需要对晶圆边缘的光刻胶层进行边缘曝光的处理，避免出现漏光的现象，提高了晶圆边缘的光刻胶层的厚度的均匀性，所述光刻胶层的去除宽度为1.7~1.9毫米，去除边缘均匀性不好的部分光刻胶的同时，保证了晶圆的利用率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

参考图1，图1为本发明实施例深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法的流程示意图，包括：

步骤S201，提供晶圆；

步骤S202，在所述晶圆上采用旋涂工艺形成光刻胶层，同时采用去边溶剂去除晶圆边缘部分宽度的光刻胶层，所述光刻胶层的去除宽度为1.7~1.9毫米；

步骤S203，对所述光刻胶层进行曝光和显影工艺形成图形化的光刻胶层。

图2~图4为本发明实施例深沟槽工艺中光刻胶层的形成过程的结构示意图，图4为图3沿切割线a-b方向的剖面结构示意图。

参考图2，提供晶圆300。

所述晶圆300的材料为单晶硅，所述晶圆300的尺寸大于等于8英寸。

参考图3和图4，在所述晶圆300上采用旋涂工艺形成光刻胶层301，同时采用去边溶剂去除晶圆300边缘部分宽度的光刻胶层301，所述光刻胶层301的去除宽度为1.7~1.9毫米。

所述旋涂工艺是在涂胶腔室中进行，涂胶过程中，光刻胶从光刻胶中喷头10喷到旋转的晶圆300中心表面上，光刻胶在离心力的作用下涂覆到整片晶圆300表面。

所述光刻胶层301的材料为深紫外（DeepUltraviolet，DUV）光刻胶，包括193纳米和248nm纳米的深紫外光刻胶。在曝光时，深紫外（DeepUltraviolet，DUV）光刻胶会在深紫外光的照射下发生化学反应，根据光刻胶的不同特性，被照射的光刻胶在显影时被显影液去除或不被去除。

在形成光刻胶层301时，光刻胶层301的厚度的均匀性与光刻胶层的厚度、涂胶腔室的温湿度、以及涂胶腔室下排风的压力等参数相关，光刻胶层301的材料不同时对应的参数会存在区别。

本发明实施例中，所述光刻胶层301的厚度为4500~5500埃，在后续以光刻胶层为研磨形成深沟槽时，保证光刻胶层301的厚度满足工艺的要求。形成光刻胶层301时，所述旋涂工艺时腔室的温度为21~23度，相对湿度为40%~50%，使形成的光刻胶层301整体具有较好的均匀性，所述旋涂工艺时腔室的下排风的压力为40~60帕，使形成的光刻胶层301边缘的厚度与中间的厚度相当，不会太厚或太薄，在后续去除边缘的部分宽度的光刻胶时，使光刻胶层的边缘保持良好的形貌。

在晶圆300上涂覆一层光刻胶层301后，为了防止边缘的光刻胶材料对设备的沾污，采用去边溶剂去除晶圆300边缘部分宽度的光刻胶层301。所述去边溶液为有机溶液，去边过程也在涂胶腔中进行，光刻胶材料涂覆晶圆表面后，设置与涂胶腔一侧的去边溶剂喷头喷出去边溶剂到晶圆边缘的光刻胶材料上，去边溶剂溶解晶圆边缘的光刻胶材料，被溶解后的物质随着晶圆的旋转甩出晶圆表面。所述光刻胶层301的去除宽度c为1.7~1.9毫米，去除边缘均匀性不佳的光刻胶材料的同时，保证晶圆的利用率，即距离晶圆300边缘的1.7~1.9毫米宽度的区域内是不能形成半导体器件的，若去除的宽度越宽，晶圆的利用率越低，若去除的宽度较小，会使去边过程很难控制，使最终形成的光刻胶层301的边缘的形貌和厚度的均匀性较差，在后续形成深沟槽时，在晶圆的边缘形成硅颗粒缺陷。

所述去边溶液为有机溶剂，去边时，所述去边溶剂的流量范围为10~20毫升/分钟，去边溶剂的喷射方向线与晶圆表面的夹角22范围为40~60度，去边溶剂的喷射方向与晶圆的旋转方向是同向，所述去边溶剂的喷射方向线在晶圆上的投影线21与晶圆的边缘的切线平行，去边溶剂是斜向相切与光刻胶层301的光刻胶材料相接触，减小了去边溶剂对光刻胶材料的冲击力，减小了光刻胶材料沿旋转方向上对去边溶液的阻力，使去除部分宽度后的光刻胶边缘具有较好的形貌，并且去除过程中不会造成对光刻胶层301边缘的过去除，使去除部分宽度后的光刻胶层301的边缘厚度保持均匀性，后续不需要采用边缘曝光工艺对光刻胶层301的边缘进行修正，避免了漏光现象的产生，节省了工艺步骤。需要说明的是，所述夹角22为去边溶剂的喷射方向线20与喷射方向线20在晶圆上的投影线21之间的夹角，所述切线为垂直于经过晶圆圆心和去边溶剂在晶圆上的喷射点之间射线的直线。

采用旋涂工艺形成光刻胶层301后，对所述晶圆进行涂胶后热处理，去除光刻胶层301中的部分溶剂，进行涂胶后热处理后进行相应的冷却处理。

所述涂胶后热处理的温度为70~180摄氏度，时间为20~200秒。

接着，对所述光刻胶层301进行曝光和显影工艺形成图形化的光刻胶层。由于上述方法形成的光刻胶层301的边缘具有良好的厚度均匀性和边缘形貌，因此经过曝光和显影工艺晶圆边缘形成图形化的光刻胶层具有良好的厚度均匀性和边缘形貌，不会出现厚度太薄或者形貌不佳的情况，后续以图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀晶圆的衬底形成深沟槽时，晶圆边缘的图形化的光刻胶层有很好的掩膜效果，不会在晶圆的边缘形成硅颗粒的缺陷。

形成图形化的光刻胶层后，还包括：以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述晶圆，形成深沟槽。所述深沟槽的深度大于1微米。

由于晶圆300上图形化的光刻胶层的边缘具有良好的厚度均匀性和形貌，刻蚀过程中，晶圆边缘的光刻胶层不会出现过刻蚀或倒塌等现象，边缘的晶圆的衬底正常刻蚀，在形成深沟槽时，在晶圆的边缘不会出现硅颗粒的缺陷。

综上，本发明实施例提供的深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，采用去边溶剂去除晶圆边缘部分宽度的光刻胶层后，不需要对晶圆边缘的光刻胶层进行边缘曝光的处理，避免出现漏光的现象，提高了晶圆边缘的光刻胶层的厚度的均匀性，所述光刻胶层的去除宽度为1.7~1.9毫米，去除边缘均匀性不好的部分光刻胶的同时，保证了晶圆的利用率。

所述去边溶剂的流量范围为10~20毫升/分钟，去边溶剂的喷射方向线与晶圆表面的夹角范围为40~60度，且所述去边溶剂的喷射方向线在晶圆上的投影线与晶圆的边缘的切线平行，去边溶剂是斜向相切与光刻胶层的光刻胶材料相接触，减小了去边溶剂对光刻胶材料的冲击力，减小了光刻胶材料沿旋转方向上对去边溶液的阻力，使去除部分宽度后的光刻胶边缘具有较好的形貌，并且去除过程中不会造成对光刻胶层边缘的过去除，使去除部分宽度后的光刻胶层的边缘厚度保持均匀性，后续不需要采用边缘曝光工艺对光刻胶层的边缘进行修正，避免了漏光现象的产生，节省了工艺步骤。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (12)

1.一种深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，其特征在于，包括：

提供晶圆；

在所述晶圆上采用旋涂工艺形成光刻胶层，同时采用去边溶剂去除晶圆边缘部分宽度的光刻胶层，所述光刻胶层的去除宽度为1.7～1.9毫米，且所述去边溶剂的喷射方向线在晶圆上的投影线与晶圆的边缘的切线平行；

对所述光刻胶层进行曝光和显影工艺形成图形化的光刻胶层。

2.如权利要求1所述的深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，其特征在于，所述去边溶剂的流量范围为10～20毫升/分钟。

3.如权利要求2所述的深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，其特征在于，所述采用去边溶剂去除晶圆边缘部分宽度的光刻胶层时，去边溶剂的喷射方向线与晶圆表面的夹角范围为40～60度。

4.如权利要求1所述的深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，其特征在于，所述光刻胶层的材料为深紫外光刻胶。

5.如权利要求4所述的深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，其特征在于，所述光刻胶层厚度为4500～5500埃。

6.如权利要求5所述的深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，其特征在于，所述旋涂工艺时腔室的温度为21～23度，相对湿度为40％～50％。

7.如权利要求5所述的深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，其特征在于，所述旋涂工艺时腔室的下排风的压力为40～60帕。

8.如权利要求1所述的深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，其特征在于，所述去边溶剂为有机溶剂。

9.如权利要求1所述的深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，其特征在于，采用旋涂工艺形成光刻胶层后，还包括：对所述晶圆进行涂胶后热处理。

10.如权利要求9所述的深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，其特征在于，所述涂胶后热处理的温度为70～180摄氏度，时间为20～200秒。

11.如权利要求1所述的深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，其特征在于，还包括：以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述晶圆，形成深沟槽。

12.如权利要求11所述的深沟槽工艺中光刻胶层的形成方法，其特征在于，所述深沟槽的深度大于1微米。