[发明专利]防止有机底部防反射层上缺陷形成的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造，尤其涉及半导体器件微影工艺中防止有机底部防反射层表面缺陷形成的方法。

背景技术

随着半导体器件的集成度提高，半导体器件的线宽要求越来越小，关键尺寸的控制也越来越重要，当然对刻蚀工艺的要求也越来越高。为了满足光刻的要求，除了在光刻机设备方面的不断升级换代以外，人们还使用了其它的技术来提高光刻的质和精度，使用防反射层(ARC)。防反射层的作用是：防止光线通过光刻胶后在晶圆界面发生反射，因为反射回光刻胶的光线会与入射光发生干涉，导致光刻胶不能均匀曝光。ARC的发展经过了顶部防反射层(TARC)和底部防反射层(BARC)两个阶段。

目前主要使用的是底部防反射层，底部防反射层又分为有机、无机两种。由于有机底部防反射层具有以下优点：成本低、折射率重复性好、平面性好(在对景深要求高时，这个优点很突出，同时由于是有机物质，可以返工，所以目前主要使用有机底部防反射层。一般有机底部防反射层的折射率要与光刻胶匹配，这样可以消除入射光在光刻胶-有机底部防反射层界面的反射；此外，有机底部防反射层还可以吸收光线，所以光线在通过有机底部防反射层时就已经被吸收了，而不会到达下一个界面发生反射。

现有在包含有机底部防反射层的晶圆上形成半导体器件图形的方法请参考申请号为02141023的中国专利申请，具体步骤如图1A所示，在晶圆100上用化学气相沉积法形成硅化物层102；在硅化物层102上形成有机底部防反射层104，用以防止后续曝光工艺中入射光进入有机底部防反射层104下面硅化物层102。

如图1B所示，用旋涂法在有机底部防反射层104上涂覆光刻胶106；然后用激光束将光罩上的图形转移至光刻胶106上；用显影液对光刻胶106上的图形进行显影，形成图形开口107。

如图1C所示，以光刻胶106为掩膜，采用干法蚀刻法依次刻蚀有机底部防反射层104和硅化物层102。

如图1D所示，先用灰化法去除光刻胶106，但仍会有光刻胶残留；然后用湿法蚀刻法去除光刻胶106残留和有机底部防反射层104，在硅化物层102上形成半导体器件图形109。

现有技术在形成半导体器件图形的过程中，在涂覆完有机底部防反射层以后可能因为光刻胶涂布机此时正忙于或者正准备加工优先级更高的晶圆，因此要将这批晶圆放置空气中48小时以上再涂覆光刻胶；并且在光刻胶显影后，如果刻蚀机也正忙于或者正准备加工优先级更高的晶圆，也要将这批晶圆放置空气中48小时以上再蚀刻有机底部防反射层，由于有机底部防反射层暴露空气中会吸收环境中的水汽和氨等物质，凝结为耐刻蚀的结晶状物质于有机底部防反射层表面。如图2A所示，用电子扫描电镜观察有机底部防反射层残留，这些0.5um至2um大小，形状不规则的颗粒(图中椭圆圈出部分)会在后续的刻蚀工艺步骤中导致有机底部防反射层下方的薄膜不完全刻蚀而形成残留，进而导致器件间短路。

为解决上述有机底部防反射层的缺陷，现有技术在涂覆完有机底部防反射层后，将晶圆放置空气中的时间控制在小于等于8小时，然后再涂覆光刻胶。这样的做法只解决了将透过率(透过率指光罩上图形范围内透光部分总和占整个图形范围面积的比重)小于50％的光罩上图形转移至光刻胶后，经过显影，并蚀刻有机底部防反射层后，如图2B所示，在用透过率为14.4％的光罩时，经过显影工艺后，将晶圆放置空气中大于200小时，用电子扫描电镜观察到晶圆上的有机底部防反射层的残留很少。但是在将透过率大于等于50％的光罩上的图形转移至光刻胶后，经过显影并蚀刻有机底部防反射层后，有机底部防反射层的残留很多，如图2C所示，在光罩的透过率为56.7％时，经过显影工艺后，将晶圆放置空气中大于200小时，再经过刻蚀步骤后，由缺陷扫描机台获得缺陷数较多。如图2D所示，在光罩的透过率为84.8％时，经过显影工艺后，将晶圆放置空气中大于200小时，再经过刻蚀步骤后，由缺陷扫描机台进行扫描，可以明显看到大量缺陷分布在晶圆表面。

现有技术形成半导体器件图形的过程中，由于光刻胶显影工艺后，将晶圆放置空气中的时间过长，导致有机底部防反射层表面产生颗粒，从而导致有机底部防反射层下方的膜层不完全刻蚀形成残留；尤其是将透过率大于50％的光罩图形转移至光刻胶，显影后，由于暴露空气的有机底部防反射层面积大且时间长，因此导致有机底部防反射层表面产生大量颗粒，从而导致有机底部防反射层下方的膜层不完全刻蚀形成大量残留。

发明内容