專利名稱：防止晶圓表面不平及曝光中失焦的方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種防止晶圓表面不平及曝光中失焦 的方法。
背景技術：
半導體制造工藝中，光刻和刻蝕工藝得到廣泛的應用，光刻的過程主要包括形成 光刻膠層；使用光刻機對光刻膠層進行圖案化；以所述圖案化之后的光刻膠層為掩膜進行 刻蝕；刻蝕之后將剩余的光刻膠去除。隨著工藝水平的不斷提高，器件的特征尺寸(CD， critical dimension)在不斷減小，特別是進入90nm工藝以后，光刻膠層圖案化過程中的 聚焦問題越來越重要，聚焦不準或者失焦(defocus)現象將會嚴重降低制造過程的良率 (yield)。在專利號為5780204的美國專利中公開了一種改善光刻工藝的方法，用來避免光 刻工藝中的失焦問題，該方法在光刻前對晶圓背面進行清洗拋光，提高晶圓背面的平整性， 消除先前工藝在晶圓背面形成的缺陷，諸如劃傷(scratch)或是殘留的微粒(particle) 等，防止了光刻過程中的失焦問題。現有技術還公開了一種防止曝光中失焦的方法，具體為在光刻工藝前，使用酸性 清洗液對晶圓背面進行清洗，所述清洗液為氫氟酸(HF)與硝酸(HNO3)的混合溶液，比例為 50 1，以此來消除光刻之前的工藝步驟對晶圓背面造成的污染和缺陷，恢復晶圓背面的 平整性，這些污染和缺陷包括劃傷或是殘留的微粒等。現有技術對晶圓背面清洗過程中，清洗液會對晶圓背面的硅材料形成侵蝕，使得 晶圓的厚度略微減小。發明人發現，晶圓周邊區域受侵蝕的程度要高于晶圓中心區域。由 于半導體制造過程中涉及到多次光刻工藝，在經過多次清洗拋光之后，會造成晶圓中心區 域的厚度大于周邊區域的厚度，如圖1所示，晶圓100中心區域的厚度明顯大于周邊區域的 厚度。晶圓厚度不一致會導致光刻過程中晶圓發生輕微的晃動，造成光刻工藝中的聚焦不 準和失焦問題。特別是在65nm或者更高工藝水平下，由于通孔的直徑非常小，進行光刻工 藝中的曝光時，失焦現象尤其嚴重，嚴重影響了產品的良率。
發明內容
本發明解決的問題是提供一種防止晶圓表面不平及曝光中失焦的方法，避免清洗 過程造成的晶圓厚度不均勻現象，防止由晶圓厚度不均勻造成的曝光過程中的失焦問題。本發明提供了一種防止晶圓表面不平的方法，包括如下步驟提供基底，所述基底具有第一面和第二面，所述第一面與第二面相對，所述第一面 上形成有半導體器件層；在所述基底的第二面形成保護層。可選的，所述保護層的材料為抗酸性溶液侵蝕的材料。可選的，所述保護層的材料為NDC(siliCOn carbon nitride，摻氮碳化硅)。
可選的，所述保護層的厚度為500埃至1500埃。可選的，所述保護層的形成方法為等離子增強化學氣相沉積(PECVD)。本發明還提供了一種防止曝光中失焦的方法，包括如下步驟提供基底，所述基底具有第一面和第二面，所述第一面與第二面相對，所述第一面 上形成有半導體器件層；在所述基底的第二面形成保護層；在所述半導體器件層上形成光刻膠層；對所述光刻膠層進行曝光。可選的，所述保護層的材料為抗酸性溶液侵蝕的材料。可選的，所述保護層材料為NDC(siliCOn carbon nitride，摻氮碳化硅)。可選的，所述保護層的厚度為500埃至1500埃。可選的，所述保護層的形成方法為等離子增強化學氣相沉積(PECVD)。與現有技術相比，上述公開的技術方案有如下優點上述公開的防止晶圓表面不平的方法中，在晶圓背面形成一層抗酸性溶液侵蝕的 保護層，避免了清洗過程造成的晶圓厚度不均勻現象。上述公開的防止曝光中失焦的方法，在晶圓的背面形成一層抗酸性溶液侵蝕的保 護層，防止了由于晶圓被酸性溶液侵蝕導致表面不平以及由此造成的曝光過程中的失焦問 題。
圖1是現有技術下經過多次清洗后的晶圓剖面結構示意圖；圖2是本發明的第一實施例的流程示意圖；圖3至圖7是本發明的第一實施例的剖面結構示意圖；圖8至圖11是本發明的第二實施例的剖面結構示意圖。
具體實施例方式本發明提供了一種防止晶圓表面不平及曝光中失焦的方法，在晶圓背面形成一層 保護層，避免了清洗拋光過程造成的晶圓厚度不均勻現象，防止了光刻曝光過程中的失焦 問題。為使本發明的方法、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具 體實施方式做詳細的說明。本發明提供了一種防止晶圓表面不平的方法，包括提供基底，所述基底具有第一 面和第二面，所述第一面與第二面相對，所述第一面上形成有半導體器件層；在所述基底的 第二面形成保護層。下面以刻蝕晶圓表面的介質層為例，對上述方案的具體實施方式
進行 詳細說明。圖2給出了本發明的第一實施例的流程示意圖。如圖2所示，執行步驟Si，提供基 底，具有第一面和第二面，所述第一面與第二面相對，所述第一面上形成有半導體器件層； 執行步驟S2，在所述基底的第二面形成保護層；執行步驟S3，在所述基底的第一面形成介 質層；執行步驟S4，在所述介質層上旋涂光刻膠，形成光刻膠層；執行步驟S5，對所述基底的第二面進行清洗；執行步驟S6，對所述光刻膠層進行圖案化，以所述光刻膠層為掩膜進 行刻蝕，對所述介質層進行圖案化。圖3至圖7給出了本發明的第一實施例的剖面結構示意圖。如圖3所示，提供基底200，所述基底200具有第一面200a和第二面200b，所述第 一面200a與第二面200b相對，在所述基底200的第一面200a上形成有半導體器件。所述基底200的材質可以是單晶硅、多晶硅、非晶硅中的一種，所述基底200的材 質也可以是鍺硅化合物，所述基底200還可以是絕緣體上硅(S0I，Silicon On Insulator) 結構或者硅上外延層結構。在所述基底200中形成有半導體器件(未示出)，例如具有柵 極、源極和漏極的金屬氧化物半導體場效應晶體管等。如圖4所示，在所述基底200的第二面200b上形成保護層201。所述保護層201的材料為抗酸性溶液侵蝕的材料，本實施例中優選為 NDC(silicon carbon nitride，摻氮碳化硅)。選用NDC作保護層有兩方面作用，一方面是 NDC和所述基底200背面的硅材料相比，對所用的清洗液(HF HNO3 = 50 1)有較高的 選擇比，在清洗過程中受到的侵蝕較小，從而避免了侵蝕造成的所述基底200厚度不均勻 的問題；另一方面，NDC與硅材料之間有著良好的粘附性，較容易在所述基底200的第二面 表面覆蓋形成保護層。所述保護層201的厚度是500埃至1500埃，本實施例中優選的厚度為1000埃。所述保護層203的形成方法是等離子增強化學氣相沉積(PECVD)，將所述晶圓放 入等離子增強化學氣相沉積反應腔中，通入反應物氣體，主要是四甲基硅烷和氨氣，反應后 形成摻氮碳化硅，沉積在所述基底200背面，形成保護層201。所述等離子增強化學氣相沉積的反應氣氛為氦氣(He)；所述等離子增強化學氣 相沉積的壓強為3mtorr至^itorr，本實施例中優選的壓強為3. 5mtorr ；所述等離子增強 化學氣相沉積的功率為600瓦至900瓦，本實施例中優選的功率為800瓦；所述等離子增強 化學氣相沉積的反應時間為20秒至M秒，本實施例中優選的反應時間為22秒；所述等離 子增強化學氣相沉積中四甲基硅烷(TMS)的流量為300sCCm至400sCCm，本實施例中優選 的四甲基硅烷的流量為350sCCm ；所述等離子增強化學氣相沉積中所述反應物氨氣的流量 為llOOsccm至1300sCCm，本實施例中優選的氨氣的流量為1200sCCm ；所述等離子增強化 學氣相沉積中所述氦氣的流量為llOOsccm至1300sCCm，本實施例中優選的氦氣的流量為 1200sccmo如圖5所示，在所述基底200的第一面200a上形成介質層202。所述介質層201可以是氧化硅、硼硅玻璃、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃等中的一種，介 質層的形成方法可以是化學氣相沉積(CVD)。本實施例中優選的介質層材料為氧化硅。如圖6所示，在所述介質層202上旋涂光刻膠，形成光刻膠層203。在形成光刻膠層203之前，為了保證所述基底200的第二面的清潔和平整，對所述 基底200的第二面200b進行清洗，本實施例中選用的清洗液為氫氟酸與硝酸的混合溶液， 比例為50 1。如圖7所示，對所述光刻膠層203進行圖案化，以所述光刻膠層203為掩膜進行刻 蝕，對所述介質層202進行圖案化。由于之前已經形成了保護層201，避免了清洗過程對所述基底200造成侵蝕導致所述第二面200b平整度降低，在對所述光刻膠203曝光圖案化的過程中不會出現失焦現象。本發明還提供了一種防止曝光中失焦的方法，包括提供基底，所述基底具有第一 面和第二面，所述第一面與第二面相對，所述第一面上形成有半導體器件層；在所述基底的 第二面形成保護層；在所述半導體器件層上形成光刻膠層；對所述光刻膠層進行曝光。下 面以刻蝕晶圓表面的金屬層為例，對上述方案的具體實施方式
進行詳細說明。圖8至圖11給出了本發明的第二實施例的剖面結構示意圖。如圖8所示，提供基底300，所述基底300具有第一面300a和第二面300b，所述第 一面300a和第二面300b相對，所述基底300的第一面300a形成有介質層301和金屬層 302。所述基底300的材料及其形成方法參照第一實施例。所述介質層301的材料參照第一實施例中介質層201的材料。所述介質層301中 具有接觸孔和栓塞(plug)(未示出)，栓塞的材料為金屬鎢。所述金屬層302可以是鋁或者銅，本實施例中為銅。銅的形成方法為化學電鍍，首 先在所述介質層301上沉積形成阻擋層和銅籽晶層(seed layer)(未示出)，然后使用化學 電鍍，形成金屬層302，本實施例中所述金屬層302為第一層金屬互連層。如圖9所示，在所述基底300的第二面300b上形成保護層303。所述保護層303的材料參照第一實施例。如圖10所示，在所述金屬層302上形成光刻膠層304。在所述金屬層302上形成光刻膠層304之前，還包括對所述金屬層302進行化學 機械拋光以保證其平整度。由于形成了保護層303，使得所述基底300的厚度比較均勻，在 化學機械拋光的過程中不會發生輕微的晃動，提高了化學機械拋光的拋光質量。在化學機 械拋光之后形成光刻膠層304之前，還包括對所述基底300的第二面300b進行清洗，以保 證其清潔和平整。如圖11所示，經過光刻和刻蝕工藝，對所述金屬層302進行圖案化。由于形成了保護層303，清洗過程不會對所述基底300的第二面300b造成侵蝕，防 止了基底300厚度不一致造成的曝光失焦問題。實際上，所述保護層的形成次序可以調整，比如在對第一層金屬層進行刻蝕之前 或之后，甚至可以在所述基底300的第二面300b仍然平整的情況下，即清洗過程尚未造成 基底表面不平之前形成保護層303，以防止之后的清洗過程對基底300造成侵蝕，避免由此 造成的光刻曝光過程中的失焦問題，本技術領域人員可以根據實際情況進行調整，在此不 應過分限制本發明的保護范圍。另外，本發明的保護層一般不用多次形成，在半導體基底的 第二面形成保護層后，由于保護層不受清洗液的侵蝕，在清洗過程中消耗不大，因此無需在 每次曝光之前進行形成保護層的步驟。同時，由于形成保護層的步驟一般僅需一次，對于半 導體工藝的復雜度影響不大。作為對比，發明人進行了相關實驗，取晶圓A和晶圓B，晶圓A背面沒有形成保護 層，而晶圓B的背面則形成保護層，對晶圓A和晶圓B的背面各進行30次清洗過程，清洗液 為氫氟酸和硝酸的混合液，比例為50 1。所述晶圓A在30次清洗過程中共損失的厚度 約為1500埃，這里厚度的定義是指晶圓外圍邊緣區域的厚度。而增加了 NDC保護層的晶圓B，在經過30次清洗之后，NDC保護層受侵蝕損失的厚度總計為5埃。因此，保護層有效的 保護了晶圓，可以防止由清洗過程造成的厚度不均勻現象，從而避免由此造成的光刻曝光 過程中的失焦問題。綜上，本發明提供了一種防止晶圓表面不平及曝光中失焦的方法。與現有技術相 比，本發明在晶圓的背面形成了一層保護層，避免了在清洗過程造成的晶圓厚度不均勻現 象，防止了光刻曝光過程中的失焦問題。雖然本發明已以較佳實施例披露如上，但本發明并非限定于此。任何本領域技術 人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護范圍應 當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
1.一種防止晶圓表面不平的方法，其特征在于，包括提供基底，所述基底具有第一面和第二面，所述第一面與第二面相對，所述第一面上形 成有半導體器件層；在所述基底的第二面形成保護層。
2.根據權利要求1所述的防止晶圓表面不平的方法，其特征在于 為抗酸性溶液侵蝕的材料。
3.根據權利要求2所述的防止晶圓表面不平的方法，其特征在于 為摻氮碳化硅。
4.根據權利要求1所述的防止晶圓表面不平的方法，其特征在于 為500埃至1500埃。
5.根據權利要求1所述的防止晶圓表面不平的方法，其特征在于 方法是等離子增強化學氣相沉積。
6.根據權利要求1所述的防止晶圓表面不平的方法，其特征在于 步驟在第一層金屬互連層形成之后。
7.一種防止曝光中失焦的方法，其特征在于，包括提供基底，所述基底具有第一面和第二面，所述第一面與第二面相對，所述第一面上形成有半導體器件層；在所述基底的第二面形成保護層；在所述半導體器件層上形成光刻膠層；對所述光刻膠層進行曝光。
8.根據權利要求7所述的防止曝光中失焦的方法，其特征在于所述保護層的材料為 摻氮碳化硅。
9.根據權利要求7所述的防止曝光中失焦的方法，其特征在于所述保護層的厚度為 500埃至1500埃。
10.根據權利要求7所述的防止曝光中失焦的方法，其特征在于所述保護層的形成步 驟在所述基底的第一面上形成第一層金屬互連層形成之后。所述保護層的材料 所述保護層的材料 所述保護層的厚度 所述保護層的形成 所述保護層的形成
全文摘要
一種防止晶圓表面不平的方法，包括提供基底，所述基底具有第一面和第二面，所述第一面與第二面相對，所述第一面上形成有半導體器件層；在所述基底的第二面形成保護層。一種防止曝光中失焦的方法，包括提供基底，所述基底具有第一面和第二面，所述第一面與第二面相對，所述第一面上形成有半導體器件層；在所述基底的第二面形成保護層；在所述半導體器件層上形成光刻膠層；對所述光刻膠層進行曝光。本發明避免了清洗過程造成的晶圓厚度不均勻現象，防止了光刻曝光中的失焦問題。
文檔編號H01L21/314GK102044432SQ20091019708
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月13日 優先權日2009年10月13日
發明者劉煥新, 周鳴 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司