减少晶片边缘颗粒缺陷的方法
阅读：270发布：2021-06-15
专利汇可以提供减少晶片边缘颗粒缺陷的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种减少晶片边缘颗粒 缺陷 的方法：在 半导体 衬底表面上依次涂布六甲基二 硅 氮烷HMDS、底部抗反射层、第一光阻胶层以及顶部涂层；其中，HMDS、底部抗反射层、第一光阻胶层以及顶部涂层还附着于晶片边缘的厚度方向上；对顶部涂层和第一光阻胶层进行浸没式 光刻 以及以所述浸没式光刻后的图案为掩膜进行半导体衬底的 刻蚀 之后，形成 浅沟槽隔离 区；在浅沟槽隔离区内填充 氧 化物之后，在半导体衬底表面沉积栅氧化层材料；在栅氧化层材料表面涂布第二光阻胶层；对所述第二光阻胶层进行光刻以及以所述光刻后的图案为掩膜进行栅氧化层材料的湿法刻蚀之后，形成栅氧化层。采用本发明能够有效减少晶片边缘出现氧化物颗粒缺陷。，下面是减少晶片边缘颗粒缺陷的方法专利的具体信息内容。
1.一种减少晶片边缘颗粒缺陷的方法，应用于半导体器件的前段制造工艺中，该方法包括：
在半导体衬底表面上依次涂布六甲基二硅氮烷HMDS、底部抗反射层、第一光阻胶层以及顶部涂层；其中，HMDS、底部抗反射层、第一光阻胶层以及顶部涂层还附着于晶片边缘的厚度方向上；
对顶部涂层和第一光阻胶层进行浸没式光刻，以及以所述浸没式光刻后的第一光阻胶层图案为掩膜进行半导体衬底的刻蚀之后，形成浅沟槽隔离区；
在浅沟槽隔离区内填充氧化物之后，在半导体衬底表面沉积栅氧化层材料；
在栅氧化层材料表面涂布第二光阻胶层；
对所述第二光阻胶层进行光刻，以及以所述光刻后的第二光阻胶层图案为掩膜进行栅氧化层材料的湿法刻蚀之后，形成栅氧化层。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在涂布顶部涂层之后，对顶部涂层和第一光阻胶层进行浸没式光刻之前，该方法进一步包括：对晶片边缘的厚度方向上的HMDS、底部抗反射层、第一光阻胶层以及顶部涂层进行清洗。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述清洗采用等离子水或者丙烯乙二醇以太醋酸盐PGMEA或者乙烯二醇一甲胺以太醋酸盐EGMEA。
减少晶片边缘颗粒缺陷的方法
技术领域
背景技术
[0002] 在半导体器件制造的前段工艺中，包括浅沟槽隔离(STI)的制作、栅氧化层的形成、多晶硅栅极的形成以及接触孔(CT)的形成等多道工序。随着半导体技术的发展，半导体器件的运行速度越来越快，芯片电路的集成度越来越高，从而使得半导体器件的各项特征尺寸参数逐渐变小，对于65纳米或更高精度的技术代而言，光刻时可分辨的器件尺寸越小越好，即光刻的分辨率越高越好。其中，为提高分辨率，采用新一代浸没式光刻的方法，图案化光阻胶层。所述浸没式光刻的方法，指的是用水作为介质，在水中进行光刻。例如，在浅沟槽隔离、多晶硅栅极以及接触孔的制作过程中都会用到浸没式光刻。需要说明一下，现有技术中栅氧化层的制作对尺寸要求不是特别严格，所以该过程中仍然采用普通的光刻方法，即以空气为介质的光刻方法。
[0003] 现有技术进行浸没式光刻时晶片边缘的结构示意图如图1所示。半导体衬底100上依次形成有底部抗反射层(BARC)101、第一光阻胶层(PR)102和顶部涂层(Topcoat)103。其中，顶部涂层103将第一光阻胶层102完全覆盖，且落在底部抗反射层101上。从图中可以看出，第一光阻胶层102和底部抗反射层101都是经过边圈去除(EBR)的，也就是说将底部抗反射层101和第一光阻胶层102在涂布之后，分别采用相应溶剂去除其晶片边缘上的部分，使得距离晶片边界各自具有一定宽度。该实施例中经过EBR后底部抗反射层101距离晶片边界0.7毫米，第一光阻胶层102距离晶片边界2.3毫米。如果底部抗反射层101不进行EBR，则在EBR之后干燥时，晶片边缘上的底部抗反射层就会容易剥落产生颗粒缺陷。光阻胶为油性物质，与浸入式光刻的水介质不能很好地接触，如果光阻胶直接与水介质接触，曝光时晶片在水中移动，很容易将晶片边缘的各种颗粒带到晶片中央区域，晶片中央区域位置一般布有各个器件层，如果在其器件层的关键位置粘有颗粒，很容易导致器件的失效。
所以第一光阻胶层102需要有顶部涂层103覆盖，顶部涂层103为与底部抗反射层性质类似的有机物层，不但具有很好的亲水性，而且既可以与光阻胶层很好地接触，也可以与底部抗反射层很好地接触。第一光阻胶层102为完全被顶部涂层103覆盖，就需要在涂布之后进行EBR，该实施例中对第一光阻胶层102进行EBR之后，第一光阻胶层102距离晶片边界
2.3毫米。同样，为防止顶部涂层103在晶片边缘出现与底部抗反射层101类似的颗粒缺陷，顶部涂层103在涂布之后也需要进行EBR，本实施例中顶部涂层103距离晶片边界1.4毫米。
所以第一光阻胶层102需要有顶部涂层103覆盖，顶部涂层103为与底部抗反射层性质类似的有机物层，不但具有很好的亲水性，而且既可以与光阻胶层很好地接触，也可以与底部抗反射层很好地接触。第一光阻胶层102为完全被顶部涂层103覆盖，就需要在涂布之后进行EBR，该实施例中对第一光阻胶层102进行EBR之后，第一光阻胶层102距离晶片边界
2.3毫米。同样，为防止顶部涂层103在晶片边缘出现与底部抗反射层101类似的颗粒缺陷，顶部涂层103在涂布之后也需要进行EBR，本实施例中顶部涂层103距离晶片边界1.4毫米。
[0004] 按照上述各层的涂布之后，需要对顶部涂层103和第一光阻胶层102进行浸没式光刻，以所述浸没式光刻后的图案为掩膜进行半导体衬底100的刻蚀之后，形成浅沟槽隔离区，然后在刻蚀的浅沟槽隔离区内填充氧化物201。其中，顶部涂层103和第一光阻胶层102会同时被光刻，然后显露出底部抗反射层101，底部抗反射层101需要湿法去除，由于这一步是现有技术，为描述简便起见，所以省略了底部抗反射层需要湿法去除的描述，将这一步骤直接归为光刻过程中。由于在距离晶片边界2.3毫米的表面上不存在光阻胶层，在距离晶片边界0.7毫米的表面上不存在底部抗反射层，所以刻蚀浅沟槽隔离区时，对晶片边缘的衬底阻挡程度不同，因此晶片边缘2.3毫米的范围内会被不同程度的刻蚀而出现高低不平的台阶，然后在刻蚀的浅沟槽隔离区内填充氧化物时，也会在晶片边缘2.3毫米的范围内沉积有氧化物而相应地出现高低不平的台阶202。如图2所示，图2为现有技术在浅沟槽隔离区内填充氧化物之后晶片边缘出现高低不平台阶的示意图。
[0005] 接着，在半导体衬底100表面形成栅氧化层，具体步骤为：
[0006] 沉积栅氧化层材料；在栅氧化层材料表面涂布第二光阻胶层；对晶片边缘的第二光阻胶层进行EBR，本实施例中栅氧化层材料表面的第二光阻胶层经EBR之后距离晶片边界1毫米；对所述经过EBR之后的第二光阻胶层进行光刻以及以所述光刻后的图案为掩膜进行栅氧化层材料的湿法刻蚀之后，形成栅氧化层203。由于对栅氧化层材料进行湿法刻蚀时，晶片边缘1毫米的表面上没有光阻胶层保护，而且栅氧化层材料与之前沟槽内填充的氧化物成分相同，所以在没有光阻胶保护的位置，湿法刻蚀所采用的硫酸很快会刻蚀完栅氧化层材料，然后对具有台阶高度的氧化物进行刻蚀，所产生的凹陷如图3所示。更重要的是，在这个刻蚀过程中随着台阶高度的塌陷，未被硫酸刻蚀去除的氧化物会产生氧化物残渣的颗粒缺陷，这种颗粒缺陷在后续多晶硅栅极以及CT形成的过程中，就会导致多晶硅栅极断线，或者CT被堵塞等问题。
[0007] 需要说明的是，各道工艺在完成时都遵循一定的统一规则，也就是说如果在浅沟槽隔离的制作中光阻胶层进行了EBR，那么一般在后续栅氧化层的制作中光阻胶层也需要进行EBR，所以上述栅氧化层形成时，需要对第二光阻胶层进行EBR。
发明内容
[0008] 有鉴于此，本发明解决的技术问题是：如何在形成栅氧化层时防止晶片边缘出现氧化物颗粒缺陷。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：
[0010] 本发明公开了一种减少晶片边缘颗粒缺陷的方法，应用于半导体器件的前段制造工艺中，该方法包括：
[0011] 在半导体衬底表面上依次涂布六甲基二硅氮烷HMDS、底部抗反射层、第一光阻胶层以及顶部涂层；其中，HMDS、底部抗反射层、第一光阻胶层以及顶部涂层还附着于晶片边缘的厚度方向上；
[0012] 对顶部涂层和第一光阻胶层进行浸没式光刻，以及以所述浸没式光刻后的第一光阻胶层图案为掩膜进行半导体衬底的刻蚀之后，形成浅沟槽隔离区；
[0013] 在浅沟槽隔离区内填充氧化物之后，在半导体衬底表面沉积栅氧化层材料；
[0014] 在栅氧化层材料表面涂布第二光阻胶层；
[0015] 对所述第二光阻胶层进行光刻，以及以所述光刻后的第二光阻胶层图案为掩膜进行栅氧化层材料的湿法刻蚀之后，形成栅氧化层。
[0016] 在涂布顶部涂层之后，对顶部涂层和第一光阻胶层进行浸没式光刻之前，该方法进一步包括：对晶片边缘的厚度方向上的HMDS、底部抗反射层、第一光阻胶层以及顶部涂层进行清洗。
[0017] 所述清洗采用等离子水或者丙烯乙二醇以太醋酸盐PGMEA或者乙烯二醇一甲胺以太醋酸盐EGMEA。
[0018] 由上述的技术方案可见，本发明在形成浅沟槽隔离的过程中，浸没式光刻时在半导体衬底表面首先涂布了具有黏性的六甲基二硅氮烷(HMDS)，然后依次涂布底部抗反射层、光阻胶层以及顶部涂层，而且这些涂层由于具有黏性的HMDS的存在，可以附着在晶片边缘的厚度方向上。本发明不对上述涂层进行EBR，所以晶片边缘有了上述涂层的保护，不会出现高低不平的台阶。接下来，在形成栅氧化层时，在栅氧化层材料表面涂布的光阻胶层也不需进行EBR，晶片边缘完全被光阻胶层覆盖，所以对栅氧化层材料进行湿法刻蚀形成栅氧化层时，晶片边缘就不会被湿法刻蚀所采用的硫酸刻蚀到，也就不会出现氧化物颗粒缺陷。因此，后续在多晶硅栅极以及CT形成的过程中，就不会存在颗粒缺陷，导致多晶硅栅极断线，或者CT被堵塞等问题。附图说明
[0019] 图1为现有技术进行浸没式光刻时晶片边缘的结构示意图。
[0020] 图2为现有技术在浅沟槽隔离区内填充氧化物之后晶片边缘出现高低不平台阶的示意图。
[0021] 图3为现有技术形成栅氧化层之后晶片边缘的台阶处出现凹陷的示意图。
[0022] 图4为本发明减少晶片边缘颗粒缺陷的方法的流程示意图。
[0023] 图4a为本发明进行浸没式光刻时晶片边缘的结构示意图。
[0024] 图4b为采用本发明的方法形成栅氧化层之后晶片边缘的示意图。
具体实施方式
[0025] 为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
[0026] 本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时，为了便于说明，表示结构的示意图会不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本发明的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0027] 为与本发明的方法相比较，包括浅沟槽隔离和栅氧化层形成过程的现有技术总结来说，包括以下步骤：
[0028] 步骤11、在半导体衬底表面上涂布底部抗反射层后进行EBR；在底部抗反射层表面上涂布第一光阻胶层后进行EBR；在第一光阻胶层表面上涂布顶部涂层后进行EBR；
[0029] 步骤12、对顶部涂层和第一光阻胶层进行浸没式光刻以及以所述浸没式光刻后的图案为掩膜进行半导体衬底的刻蚀之后，形成浅沟槽隔离区；
[0030] 步骤13、在浅沟槽隔离区内填充氧化物之后，在半导体衬底表面沉积栅氧化层材料；
[0031] 步骤14、在栅氧化层材料表面涂布第二光阻胶层后进行EBR；
[0032] 步骤15、对所述第二光阻胶层进行光刻以及以所述光刻后的图案为掩膜进行栅氧化层材料的湿法刻蚀之后，形成栅氧化层。
[0033] 本发明的核心思想是：在制作浅沟槽隔离的过程中，采用浸没式光刻，在半导体衬底表面依次涂布HMDS、底部抗反射层、光阻胶层以及顶部涂层。关键的是，上述各层不需要进行EBR，具有粘性的HMDS可以附着在晶片边缘的厚度方向上，顶部涂层就可以在晶片边缘的厚度方向上与HMDS接触，将底部抗反射层和光阻胶层包裹在里面。因此包裹在里面的底部抗反射层和光阻胶层不需要进行EBR，即晶片边缘可以保留有底部抗反射层和光阻胶层。这样在浸没式光刻之后，晶片边缘有了各层的保护覆盖，所以在刻蚀半导体衬底形成浅沟槽隔离区的时候，晶片边缘就不存在现有技术中的高低不平的台阶，然后在浅沟槽隔离区内填充氧化物时，也不会出现高低不平的台阶。接下来，在形成栅氧化层时，在栅氧化层材料表面涂布的光阻胶层也不需进行EBR，晶片边缘完全被光阻胶层覆盖，所以对栅氧化层材料进行湿法刻蚀形成栅氧化层时，晶片边缘就不会被湿法刻蚀所采用的硫酸刻蚀到，也就不会出现氧化物颗粒缺陷，从而实现本发明的目的。
[0034] 本发明减少晶片边缘颗粒缺陷的方法的流程示意图如图4所示，其包括以下步骤：
[0035] 步骤41、在半导体衬底400表面上依次涂布HMDS401、底部抗反射层402、第一光阻胶层403以及顶部涂层404；其中，HMDS、底部抗反射层、第一光阻胶层以及顶部涂层还附着于晶片边缘的厚度方向上。请参阅图4a，图4a为本发明进行浸没式光刻时晶片边缘的结构示意图。
[0036] 其中，在半导体衬底表面上涂布HMDS401，主要目的是对晶片表面进行增黏处理，具体为在减压下采用HMDS蒸气在半导体衬底表面形成HMDS单分子层，该方法为现有技术，也可以采用其它形成HMDS401涂层的方法，在此不再赘述。由于HMDS具有黏性，使得晶片边缘的厚度方向上也附着有HMDS，不会像液体般流动。顶部涂层404就可以在晶片边缘的厚度方向上与HMDS接触，将第一光阻胶层403和底部抗反射层402裹在里面。这样，第一光阻胶层403就不会现有技术那样向晶片中央缩，即不需要进行EBR，底部抗反射层402与第一光阻胶层403在晶片边缘相对齐即可，这是因为具有黏性的HMDS的存在，足以确保第一光阻胶层403和底部抗反射层402在晶片边缘的黏附性，不会出现剥落产生颗粒缺陷的现象。
[0037] 步骤42、对顶部涂层404和第一光阻胶层403进行浸没式光刻，以及以所述浸没式光刻后的第一光阻胶层图案为掩膜进行半导体衬底的刻蚀之后，形成浅沟槽隔离区。
[0038] 其中，顶部涂层404和第一光阻胶层403会同时被光刻，然后显露出底部抗反射层402，底部抗反射层402需要湿法去除，接着显露出的HMDS401也需要湿法去除，为描述简便起见，所以省略了底部抗反射层以及HMDS需要湿法去除的描述，简单地归为光刻过程中。
[0039] 步骤43、在浅沟槽隔离区内填充氧化物之后，在半导体衬底表面沉积栅氧化层材料。
[0040] 步骤44、在栅氧化层材料表面涂布第二光阻胶层。
[0041] 步骤45、对所述第二光阻胶层进行光刻，以及以所述光刻后的第二光阻胶层图案为掩膜进行栅氧化层材料的湿法刻蚀之后，形成栅氧化层。请参阅图4b，图4b为采用本发明的方法形成栅氧化层之后晶片边缘的示意图。如图所示，浅沟槽隔离区内填充有氧化物405，在其两侧的半导体衬底表面形成有栅氧化层406，晶片边缘比较平滑，没有出现现有技术中所述的高低台阶，经过测试发现，在该步骤之后，晶片表面也没有出现如现有技术所述的氧化物颗粒缺陷。
[0042] 由于浅沟槽隔离的形成过程中，并没有对其各涂层进行EBR，本着各道工艺规则统一的原则，所以栅氧化层的形成过程中，涂布的第二光阻胶层也不需要进行EBR，这样，不但在浅沟槽隔离的形成过程中，刻蚀半导体衬底时，晶片边缘有了各涂层的覆盖，不会受到损伤，而且栅氧化层的形成过程中，刻蚀栅氧化层材料时，晶片边缘也有第二光阻胶层的覆盖，也不会受到损伤，也就是说，晶片边缘被完好保护，不会出现高低不平的台阶，湿法刻蚀栅氧化层材料时，其栅氧化层材料下面不存在氧化物，所以就不会出现现有技术所述的氧化物颗粒缺陷。因此，后续在多晶硅栅极以及CT形成的过程中，就不会存在颗粒缺陷，导致多晶硅栅极断线，或者CT被堵塞等问题。
[0043] 进一步地，虽然HMDS黏性很强，但也有可能在晶片边缘的厚度方向上剥落涂层，为了更好地避免晶片边缘出现颗粒缺陷，本发明优选实施例为在步骤41和步骤42之间加入对晶片边缘的厚度方向上的HMDS、底部抗反射层、第一光阻胶层以及顶部涂层进行清洗的步骤。该步骤比较简单，一般采用等离子水(DI water)或者丙烯乙二醇以太醋酸盐(PGMEA)或者乙烯二醇一甲胺以太醋酸盐(EGMEA)进行清洗，将晶片厚度方向上的各涂层去除。
[0044] 需要说明的是，本发明所述EBR，也可以在进行光阻胶层的EBR操作时，将其替换为晶片边缘曝光(WEE)操作，WEE就是采用晶片边缘曝光后，显影液直接显掉。此为现有技术不再赘述。另外，本发明主要介绍如何在形成栅氧化层时避免氧化物颗粒缺陷的出现，为描述清楚起见，关于其他前段制程，例如阱的形成等都进行了省略，这些都为现有技术，在此不再赘述。
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