专利名称：半导体晶圆的表面处理方法、避免光刻胶残留的方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种对半导体晶圆进行表面处理的方法，以达到避免光刻胶残留的目的。
背景技术：
光刻的本质是把临时电路结构复制到以后要进行刻蚀和离子注入的硅片上。通常的光刻是这样进行的首先在硅片上旋转涂敷光刻胶，即光阻层(PR)，然后用某种特定光源(如紫外光、电子束或者X-射线)通过光罩对光阻层(PR)进行选择性曝光，最后经过显影工艺将光罩上的图形转移到晶圆表面，仍保留在硅片上光阻层(PR)就形成了图形保护着其所覆盖的区域。后续可以通过蚀刻工艺将光阻层(PR)的图形转移到衬底表面，也可以对已去除光阻的部分进行离子注入来达到改变载流子浓度和导电类型的目的。
光刻胶分正型光刻胶和负型光刻胶，对正型光刻胶而言，经过曝光照射的部分会发生分子键断裂，经过异化后生成带羧基的有机酸，再与碱性显影液进行酸碱中和反应，就会生成溶解性极强的盐，未经照射的部分会与显影液反应生成溶解性极低的大分子集团， 半导体光刻工艺就是利用二者溶解性的巨大差异来将光罩上图形转移到晶圆表面的。
在实际生产过程中，曝光之后的光刻胶在与显影液进行酸碱中和反应之后，如果有部分光刻胶残留在不需要光刻胶保护的区域，会阻挡后续的蚀刻。随着集成电路工艺中的关键尺寸的缩小，残留的光刻胶对于后续刻蚀工艺的不良影响就会越来越大，当这种光刻胶残留在小尺寸的较深凹槽中，而且处于凹槽底部的残留，其影响甚至是致命的。并且现有检测工具很难检测到凹槽底部的残留光刻胶，只有最终的良率测试结果才能反应出来其影响，这就会造成大批量的晶圆报废，极大地浪费人力，物力，财力。发明内容
本发明的目的是提供一种半导体晶圆的表面处理方法，更好的确保晶圆表面的凹槽底部没有光刻胶的残留。
为了达到上述目的，本发明提供了一种半导体晶圆的表面处理方法，为在涂光刻胶前用显影液对半导体晶圆进行表面处理。
可选的，所述表面处理所用显影液与后续显影工艺中用于酸碱中和反应中的显影液是相同的。
可选的，所述用显影液处理时，用显影液进行表面处理的方式为对晶圆进行喷涂显影液，其包括进行旋转喷涂-浸润-旋转喷涂-浸润的多次重复。
可选的，用显影液进行表面处理是在洁净室环境下进行。
可选的，用显影液进行表面处理后，用去离子水进行清洗。
可选的，用去离子水进行清洗是在洁净室环境下，用去离子水对所述晶圆进行旋转喷涂。
可选的，用去离子水进行清洗后，对晶圆进行旋转甩干和烘干处理。
本发明还提供了一种半导体制程中的避免光刻胶残留的方法，包括前述的所有半导体晶圆的表面处理；
表面处理后，进行光刻胶涂敷，曝光，显影。
本发明具有操作简单，且易于实现的优点，并且在避免较深凹槽中的光刻胶残留方面，有显著的效果。
图1为本发明半导体晶圆进行表面处理的具体实施步骤。
具体实施方式
本发明是在涂光刻胶之前先利用显影液对晶圆表面进行表面处理，去除晶圆表面一些在后续曝光后的光刻胶与显影液的酸碱中和反应中会影响中和反应效果的物质，确保后续显影液与曝光后的光刻胶的酸碱中和反应彻底有效，不会导致在晶圆表面不需要光刻胶保护的地方还有光刻胶残留。
特别是在处理晶圆表面给客户设计的一些比较深的凹槽时，在经过多次的蚀刻， 淀积后，晶圆表面的凹槽会变的非常窄，如果凹槽底部存在某些物质可能会影响在显影工艺中显影液对于曝光后的光刻胶的去除效果，如果里面存在光刻胶残留的话，随着集成电路关键尺寸越来越小，降低到几十纳米级的情况下，这些沟槽中光刻胶残留物对产品质量的影响是致命的。
而即便只是很细微的光刻胶残留物，对于后续的工艺，尤其是蚀刻，对后续形成特定图形有很大的影响，如果阻挡了蚀刻形成特定图形，有可能使器件的电学性能失效。
并且，在几十纳米级的关键尺寸标准下，这些细微的光刻胶残留物对半导体器件性能的影响就越发凸显。
发明人在实践中解决这个问题的时候试过多种方法，比如用过量的显影液来进行显影，或者别的一些方法，但是效果不彻底，只能去除一部分。
经过反复的实践思考总结，本发明的方法是发明人试验的各种解决方法中一个可以复现且彻底有效的方法。
而本发明尤其对于避免在晶圆表面一些较深的凹槽内存在光刻胶残留方面，比通常方法更有效。
本发明的具体实施步骤如图1所示，包括
Si.获得已经经过多道工艺的半导体晶圆。
S2.用后续工艺中用于酸碱中和反应中的显影液对晶圆表面进行处理。
S3.用去离子水对晶圆表面进行清洗。
S4.对晶圆表面进行干燥处理。
S5.涂光刻胶。
S6.曝光。
S7.显影。
S8.检测。
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。
具体的，本发明的实施例以常见的正型光刻胶为例。正型光刻胶是一种有机混合物，曝光前可微溶于碱性显影液。曝光时，对应于光罩透光区域的正型光刻胶经光源照射后，其中的大分子键断裂，其余的有机基团异化后形成带羧基的有机酸，遇碱性显影液就会生成可溶性极强的盐，在酸碱中和反应结束后很容易被去除掉。反之，光罩不透光区域的光刻胶没有被照射过，它与显影液中的氢氧化四甲铵反应生成溶解性急剧降低的，几乎完全不溶的有机大分子基团。基于这种溶解性的差异，在酸碱中和反应结束后，用去离子清洗就可以在晶圆表面得到与光罩图形相似的正相光阻图形。
而如果晶圆表面的某些物质消耗了一些显影液的碱性离子，使得显影液的碱性离子浓度降低，导致晶圆表面曝完光的光刻胶与显影液酸碱中和反应不完全，影响了显影液和曝光后光刻胶的酸碱中和反应，最终晶圆表面光刻胶没有被完全清洗干净。特别是晶圆表面一些尺寸较小的较深凹槽底部的某些物质影响了到达其凹槽底部的显影液的碱性离子浓度的话，就有可能在凹槽底部残留一些光刻胶，在后续蚀刻工艺中阻挡蚀刻形成特定的图形。
故本发明在涂光刻胶之前先用显影液对晶圆表面进行处理，确保了酸碱中和反应不受晶圆表面某些物质的影响，最终确保在晶圆表面，尤其是一些凹槽内没有光刻胶的残&3 甶ο
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
具体的，本实施例的详细实施过程如下
执行步骤Sl 获得已经经过多道工艺的半导体晶圆。
这里所述半导体晶圆一般为待图形化的具备一定介质层的硅晶圆，也可以为砷化镓晶圆，或者别的半导体晶圆。一般经过数道工序之后，晶圆表面就会形成凹凸不平的沟槽图形，根据客户的设计需要，晶圆表面的有些沟槽会特别深，并且，在几十纳米级的关键尺寸标准下，这些沟槽也可能会很狭窄。
同时，此种具备一定介质层的凹凸不平的晶圆，有些是前道工艺结束后，经过清洗再进行光刻工艺的，有些是淀积一定的介质层后直接进行光刻工艺的，一般来讲，此晶圆可以直接进行光刻胶涂敷工艺。
执行步骤S2 用后续工艺中用于酸碱中和反应中的显影液对晶圆表面进行处理。
利用显影液对晶圆表面进行处理。处理的方式为在喷涂显影液的同时对晶圆进行旋转，然后浸润，再旋转喷涂，再浸润，重复几次之后，再进行下道工序。进行旋转喷涂-浸润-旋转喷涂-浸润的多次重复的整个过程，优选的时间为60s (包括旋转喷涂的时间和浸润时间)。
当然，除了旋转涂敷显影液的方法以外，也可以采用扫描涂敷显影液的方式达到相同的目的。
因为显影液是碱性，所以其实利用显影液对晶圆表面进行表面处理，主要就是中和掉晶圆表面一些酸性物质，防止晶圆表面的酸性物质在后续酸碱中和反应中消耗掉显影液中的碱性离子，使得显影液的碱性离子浓度减弱，因而对光刻胶的去除效果不够彻底，最终确保在晶圆表面不需要光刻胶保护的地方没有光刻胶残留。
优选的，此步骤在通常的半导体洁净室进行。
执行步骤S3 用去离子水对晶圆表面进行清洗。
公知的，用碱性显影液对晶圆表面进行旋转喷涂，浸润和用去离子水进行清洗，是为了确保后续酸碱中和反应的完全进行，应该尽量避免晶圆表面受到玷污，所以在利用去离子水对晶圆进行旋转喷涂清洗后，需对晶圆进行旋转甩干。
优选的，此步骤在通常的半导体洁净室，采用常温的去离子水进行清洗。清洗的方式为在喷涂去离子水的同时对晶圆进行旋转，最后对晶圆进行旋转甩干。
执行步骤S4 对晶圆表面进行干燥处理。
在前面的步骤中对晶圆表面进行旋转喷涂显影液和去离子水后，需要进行旋转甩干，此时晶圆表面的显影液，去离子水以及一些可溶性的物质已经被去除掉。但是对于后续晶圆表面涂光刻胶工艺来说，晶圆表面的干燥度和疏水性直接影响光刻胶与晶圆表面的粘附性。所以，有必要在涂光刻胶前进行干燥处理。
本实施例中，优选的方式为甩干之后，对晶圆进行烘干和冷却，来确保晶圆表面的干燥性和疏水性。
总的来说，步骤S2到S4的旋转工艺可以连贯的在同一个旋转设备上进行，显影液和去离子水分别从不同的管路和喷涂设备进行喷涂。其中从旋转喷涂显影液，浸润，用去离子水冲洗到执行完甩干工艺，都是在洁净室室温22°C下进行的，总时间优选为97秒。
执行步骤S5 涂光刻胶。
光刻胶涂敷工艺是通过优选的旋转喷涂的方式在晶圆表面获得一层光阻层。为了提高光阻与晶圆表面的黏附性，在涂光阻之前会淀积一层HMDS(六甲基二硅胺)。公知的， 在旋转涂敷得到光阻层之后，为了让其的抗蚀刻或阻挡离子穿透的能力更强，通常会对光阻层进行软烘烤和冷却。
实施方式为通过热辐射的方式在热板上进行一定时间特定温度的烘烤，然后送到冷板上进行冷却，之后再进入下一道工序曝光。
执行步骤S6:曝光。
在本实施例中，光刻胶为正性光刻胶。为了将光罩上的图形理想的复制到晶圆表面，在光刻机中对晶圆进行精确对准之后，光刻机的光源会经过光罩对晶圆表面的光阻层进行选择性曝光，光罩透光区域对应的光阻层在被曝光后发生一种光化学反应，其中的大分子键断裂，剩下的分子异化后形成带羧基的酸性有机物，通常为了减少光化学反应扩散引起的驻波效应，在曝光后要将晶圆送入热板进行一定时间和特定温度的烘烤；光罩不透光区域对应的光阻层保持不变。
执行步骤S7:显影。
显影液为PH值14，浓度为2. 38%的氢氧化四甲铵水溶性强碱，实际生产过程中， 可以直接用2. 38%的成品，也可以用浓缩的溶液稀释成2. 38%的。
显影方式可以用旋转涂敷，也可以用扫描涂敷的方式，为了让曝光后的光刻胶完全溶解，必须让显影液完全浸没光刻胶足够的时间。在本实施例中采用多次旋转喷涂浸没的显影方式，在确保酸碱中和反映彻底进行的同时，也保证晶圆表面关键尺寸的均勻性。公知的，光刻胶和显影液反应后，还需要用去离子水清洗晶圆表面，将不需要的光刻胶除去的同时，也除去显影后晶圆表面剩余的所有化学物质，最后将晶圆旋转甩干。
为了进一步提高光刻胶的抗蚀刻和抗击穿能力，在显影结束后，须对晶圆进行烘烤，同时去除晶圆表面多余的溶剂，为进入下一道工序做好准备。
执行步骤S8:检测。
所有的光刻图层定义好之后，除了进行与前层的对准检测，关键尺寸的检测，还要进行目检和高倍显微镜的检测，确保进入下一道工序之前没有明显的缺损，大的粉尘颗粒或明显的图形扭曲。然后才能进入蚀刻或离子注入工序。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以此限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。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做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种半导体晶圆的表面处理方法，其特征在于，在涂光刻胶前用显影液对半导体晶圆进行表面处理。
2.如权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，所述表面处理所用显影液与后续工艺中用于酸碱中和反应中的显影液是相同的。
3.如权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，用显影液进行表面处理的方式为对晶圆进行喷涂显影液，其包括进行旋转喷涂-浸润-旋转喷涂-浸润的多次重复。
4.如权利要求3所述的表面处理方法，其特征在于，用显影液进行表面处理是在洁净室环境下进行。
5.如权利要求3所述的表面处理方法，其特征在于，用显影液进行表面处理后，用去离子水进行清洗。
6.如权利要求5所述的表面处理方法，其特征在于，用去离子水进行清洗是在洁净室环境下，用去离子水对所述晶圆进行旋转喷涂。
7.如权利要求6所述的表面处理方法，其特征在于，用去离子水进行清洗后，对晶圆进行旋转甩干和烘干处理。
8.一种半导体制程中的避免光刻胶残留的方法，其特征在于，包括进行如权利要求1至7任一项所述的半导体晶圆的表面处理方法；表面处理后，进行光刻胶涂敷，曝光，显影。
全文摘要
一种半导体晶圆的表面处理方法，为在涂光刻胶前用显影液对半导体晶圆进行表面处理，包括旋转喷涂显影液，浸润，用去离子水冲洗，干燥等步骤。其中，表面处理所用显影液与后续工艺中用于酸碱中和反应中的显影液是相同的。本发明具有操作简单，且易于实现的优点，并且在去除较深凹槽中的光刻胶残留方面，有显著的效果。
文档编号H01L21/02GK102496558SQ201110379499
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者周孟兴, 王彩虹, 胡林, 赵新民, 金乐群 申请人:上海宏力半导体制造有限公司