光刻膠去除方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光刻膠去除方法。其包括：采用主要含氧等離子工藝，去除介電層頂部平面的所有光刻膠以及刻蝕開口側壁的部分光刻膠；采用主要既含氧，又含F或CL的等離子工藝，去除步驟1中濺射的介電顆粒，以及刻蝕開口側壁經步驟1后刻蝕開口側壁剩余光刻膠中的部分光刻膠；采用主要含氧等離子工藝去除刻蝕開口側壁經過步驟1和2后剩余的所有光刻膠。通過形成刻蝕開口的過程中，在中間步驟等離子處理過程中在去除刻蝕開口內腔中部分光刻膠的同時，一并去除在前一等離子處理過程中濺射出的、沉積在光刻膠表面的介電顆粒。
【專利說明】光刻膠去除方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體制造【技術領域】，具體地說，涉及一種光刻膠去除方法。
【背景技術】
[0002]在半導體的制造工藝中，通常需要沉積電解質材料，并在半導體器件的表面形成光刻膠圖形，之后，刻蝕電解質材料并選擇性的去除半導體表面形成的光刻膠。
[0003]而目前，在去除半導體表面的光刻膠時，通常有干法刻蝕和濕法刻蝕兩種方式。其中，干法刻蝕是指把半導體表面暴露于氣態(tài)中產生的等離子體，與光刻膠發(fā)生物理或化學反應，從而去掉半導體表面的光刻膠，干法刻蝕大多應用于亞微米尺寸下器件的刻蝕。而所謂濕法刻蝕是液體化學試劑如酸、堿和溶劑等，以化學方式去除半導體表面的光刻膠，濕法刻蝕一般僅應用于尺寸較大的器件刻蝕。
[0004]光刻膠的刻蝕如果按照是否依據電路圖形，而分為有圖形刻蝕以及無圖形刻蝕。其中，有圖形的而刻蝕，采用有圖形的光刻膠定義出刻蝕掉的區(qū)域，之后，再刻蝕去除條剩余的光刻膠，有圖形的刻蝕通常用來在半導體上制作不同的刻蝕開口如柵、金屬互連線、通孔、接觸空和溝槽等。無圖像刻蝕是指剝離整層的光刻膠。無論是光刻膠的有圖形刻蝕還是無圖形的刻蝕，都可以根據器件的尺寸要求，選擇干法刻蝕或者濕法刻蝕。
[0005]在刻蝕的過程中，按照刻蝕圖形的側壁形狀不同，可以將刻蝕剖面分為各向同性刻蝕剖面以及各向異性刻蝕剖面。各向同性的刻蝕剖面是在所有方向如橫向和垂直方向上以相同的刻蝕速率進行刻蝕，導致被刻蝕材料的形成刻蝕面，干法刻蝕和濕法刻蝕都有各向同性刻蝕剖面出現的情況。各向異性的刻蝕剖面是在垂直于半導體表面的方向上進行，很少有橫向刻蝕，從而形成垂直或近似垂直的側壁，如88度、89度、90度垂直度的側壁，各向異性的刻蝕剖面大多采用干法刻蝕來實現。
[0006]圖1為現有技術中制作的去除光刻膠后的通孔示意圖，圖2為去除光刻膠之前的通孔示意圖。如圖1和2所示,在刻蝕阻擋層101 (etch stop layer,簡稱ESL )上沉積有介電層102，旨在制作通孔103，在通孔103的部分內壁涂布有光刻膠第一部分113，以及在介電層102表面上涂布有光刻膠第二部分112。圖3為去除了圖2中光刻膠第二部分112之后繼續(xù)去除光刻膠第一部分113的示意圖。如圖3所示，與圖2相比，已采用含O2 or CO2氣氛的等離子處理去除了圖2中介電層102表面上涂布有光刻膠112，繼續(xù)去除通孔103的部分內壁涂布有光刻膠113。從圖3可看出，由于去除了光刻膠112之后，使得原本被光刻膠112覆蓋的介電層102表面裸露了出來。因此，在使用等離子處理以去除掉光刻膠113時，裸露出來的介電層102會被離子所轟擊濺射出硅顆粒，而這些濺射出的硅顆粒沉積在光刻膠113的表面，隨著使用等離子處理去除光刻膠113過程的不斷進行，累積的硅顆粒不斷增多，會在完成光刻膠被去除完后形成的殘留物(residue)，從而妨礙光刻膠113的去除。另夕卜，如圖4所示，為圖2-圖3中去除光刻膠所使用的反應腔結構示意圖，包括反應氣源501、可作為上電極的氣體噴淋頭502、聚焦環(huán)503、基片504、靜電夾盤505、基座22、排氣口 507、射頻電源508、鋁材料的側壁509，其中，基片504具有圖1所示的通孔結構，基座內還有下電極(未示出)，與可作為上電極氣體噴淋頭502形成電容耦合，各部件的詳細功能作用在此不再贅述。由于基片504在反應腔中，因此，在去除圖2中光刻膠112的過程中，濺射出的硅顆粒，除了會沉積在光刻膠113的表面，同時濺射的硅顆?？赡艹练e在反應腔中的氣體噴淋頭502、下電極表面及側壁509上，從而形成微粒(particle)，一定程度上污染了反應腔的內部環(huán)境。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種光刻膠去除方法，避免對形成刻蝕開口的光刻膠過程中，先期光刻膠的去除完成之后，使得介電層裸露并在后續(xù)光刻膠的去除過程中被轟擊，從而濺射出介電顆粒，沉積在后續(xù)旨在去除的光刻膠表面聚合成絮狀的殘留物妨礙后續(xù)光刻膠的去除，以及濺射出介電顆粒沉積在反應腔中的上下電極表面及側壁上，污染反應腔的內部環(huán)境。
[0008]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種光刻膠的去除方法，其包括:
步驟1、采用主要含氧等離子工藝，去除介電層頂部平面的所有光刻膠以及刻蝕開口側壁的部分光刻膠；
步驟2、采用主要既含氧，又含F或CL的等離子工藝，去除步驟I中濺射的介電顆粒，以及刻蝕開口側壁經步驟I后剩余光刻膠中的部分光刻膠；
步驟3、采用主要含氧等離子工藝去除刻蝕開口側壁經過步驟I和2后剩余的所有光刻膠。
[0009]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實施例中，當步驟2中的等離子工藝含F時，具體為含CF4、C4F8, C4F6, CH2F2, CHF3> CH3F, SiF4 中的任意一種或多種組合。
[0010]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實施例中，所述步驟I中去除的刻蝕開口側壁的部分光刻膠的厚度小于刻蝕開口側壁中初始涂布的光刻膠總厚度的20%。
[0011]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實施例中，所述步驟3中去除的刻蝕開口側壁的所有光刻膠的厚度小于刻蝕開口側壁中初始涂布的光刻膠總厚度的20%。
[0012]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實施例中，所述步驟I和所述步驟3中工藝控制參數相同。
[0013]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實施例中，所述步驟I和步驟3中的等離子工藝采用單頻去除或者雙頻去除方式。
[0014]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實施例中，所述步驟I和步驟3中氣體壓力均為20-600毫托，氣體流量均為100sccnT2000sccm，射頻電源的高頻電壓均為25Mhz~120Mhz，射頻電源的低頻電壓均為2~15Mhz。
[0015]優(yōu)選地，在本發(fā)明的一實施例中，所述步驟2中，分多次去除刻蝕開口側壁經步驟I后剩余光刻膠中的一部分光刻膠，以及步驟I中濺射的介電顆粒。
[0016]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了另一種光刻膠的去除方法，其包括:
步驟1、采用主要含氧等離子工藝，去除介電層頂部平面的所有光刻膠；
步驟2、采用主要既含氧，又含F或CL的等離子工藝，去除介電層中刻蝕開口側壁的部分光刻膠以及步驟I中濺射的介電顆粒；
步驟3、采用含氧等離子工藝，去除刻蝕開口側壁經步驟2處理后剩余的所有光刻膠。
[0017]優(yōu)選地， 在本發(fā)明的一實施例中，當步驟2中含F時，含所述F的氣體與所述氧的氣體比例為:1:300?1:50。
[0018]與現有的方案相比，本發(fā)明中，通過形成刻蝕開口的過程中，在中間步驟等離子處理過程中在去除刻蝕開口內腔中部分光刻膠的同時，一并去除在前一等離子處理過程中濺射出的、沉積在光刻膠表面的介電顆粒，并在最后等離子處理中去除刻蝕開口側壁剩余光刻膠，從而完成刻蝕開口成過程中光刻膠的去除。另外，由于中間步驟等離子處理過程中對濺射到反應腔內腔側壁以及電極上的介電顆粒同樣可以去除，因此，凈化了反應腔的內部環(huán)境。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為現有技術中制作的去除光刻膠后的通孔示意圖；
圖2為去除光刻膠之前的通孔示意圖；
圖3為繼續(xù)去除通孔的部分內壁涂布有光刻膠示意圖；
圖4為圖2-圖3中去除光刻膠所使用的反應腔結構示意圖；
圖5為本發(fā)明實施例一中光刻膠的去除方法流程框圖；
圖6所示為執(zhí)行圖6中步驟601之后的結構示意圖；
圖7為執(zhí)彳丁圖6中步驟602之后的結構不意圖；
圖8為本發(fā)明實施例二中光刻膠的去除方法流程圖；
圖9所不為執(zhí)彳丁圖10中步驟1001之后的結構不意圖；
圖10為執(zhí)行圖10中步驟1002之后的結構示意圖；
圖11為實施上述光刻膠去除的一反應腔的結構示意圖；
圖12為實施上述光刻膠去除的另一反應腔的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，藉此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題并達成技術功效的實現過程能充分理解并據以實施。
[0021]本發(fā)明的下述實施例中，通過形成刻蝕開口的過程中，在中間步驟等離子處理過程中在去除刻蝕開口側壁中部分光刻膠的同時，一并去除在前一等離子處理過程中濺射出的、沉積在光刻膠表面的介電顆粒，并在最后等離子處理中去除刻蝕開口側壁剩余的所有光刻膠，從而完成刻蝕開口成過程中光刻膠的去除。另外，由于中間步驟等離子處理過程中對濺射到反應腔內腔側壁以及電極上的介電顆粒同樣可以去除，因此，凈化了反應腔的內部環(huán)境。
[0022]圖5為本發(fā)明實施例一中光刻膠的去除方法流程框圖。如圖6所示，本實施中，以形成不同半導體器件如晶體管之間互連通孔為刻蝕開口進行說明，為了便于清楚的對本實施例的方案進行說明，省去了具體的半導體器件結構，但是，對于本領域普通技術人員來說，其在本實施例的啟發(fā)下，無須創(chuàng)造性勞動即可再現本發(fā)明的技術方案。本實施中的光刻膠的去除方法具體可以包括:
步驟601、采用主要含氧等離子工藝，去除介電層頂部平面的所有光刻膠以及刻蝕開口側壁的部分光刻膠；
本實施例中，介電層可以采用通用的含硅材料的介電層，如前所述互連通孔作為刻蝕開口。
[0023]步驟601中，可以采用主要含O2或CO2的等離子處理方式去除介電層頂部平面的光刻膠以及刻蝕開口側壁的部分光刻膠。
[0024]步驟602、采用主要含氧，又含F或CL的等離子工藝，去除步驟I中濺射的介電顆粒，以及刻蝕開口側壁經步驟601后剩余光刻膠中的部分光刻膠；
本實施例中，由于介電層中含硅材料，因此，在步驟601進行離子處理過程中會濺射出的大量硅顆粒，沉積在刻蝕開口側壁光刻膠的表面以及反應腔的內壁中，而由于硅顆?？梢耘c等離子工藝中的F或CL反應生成揮發(fā)性的氣體，因此，通過步驟602的處理，可以去除刻蝕開口內光刻膠上沉積的大量硅顆粒，從而避免了絮狀的殘留。
[0025]步驟603、采用主要含氧等離子工藝去除刻蝕開口側壁經過步驟601和602后剩余的所有光刻膠。
[0026]由于步驟602中的F或CL會對刻蝕阻擋層刻蝕ESL造成損傷，因此，步驟602中并未全部去除掉刻蝕開口側壁內的所有剩余光刻膠，而是預留出少量光刻膠，以采用僅含氧的等離子工藝進行去除，從而避免了對刻蝕阻擋層刻蝕ESL的損傷。
[0027]本實施例中，步驟601中，所述步驟601中去除的部分光刻膠的厚度小于刻蝕開口側壁中初始涂布的光刻膠總厚度的20%，比如為20%或者15%。
[0028]本實施例中，步驟602中，當所述與濺射的介電顆粒反應的氣體為含F氣體時，具體為CF4、C4F8, C4F6, CH2F2, CHF3> CH3F, SiF4中的任意一種或多種的組合。當所述能與濺射的介電顆粒反應的氣體為含CL氣體時，具體為Cl2。需要說明的是，在步驟602中，只要可以與濺射的介電顆粒反應生成揮發(fā)性氣體的氣體，即可，不一定局限于F或CL。
[0029]上述實施例中，步驟603中，所述步驟603中去除的所有光刻膠的厚度小于刻蝕開口側壁中初始涂布的光刻膠總厚度的20%，比如為20%或者15%。 [0030]上述實施例中，本實施例中，步驟603中采用與步驟601中同樣的等離子處理，步驟601中等離子處理和步驟603中等離子處理為僅含氧的等離子處理，且處理的工藝控制參數相同，采用單頻去除或者雙頻去除方式，且氣體壓力為20-600毫托，氣體流量IOOsccm~2000sccm( standard-state cubic centimeter per minute, sccm),身寸步頁電源的高頻電壓25Mhz~120Mhz，射頻電源的低頻電壓為2 Mhz~15Mhz。需要說明的是，具體實施時，本領域普通技術人員可以根據工藝設備和產品的特定要求，在這些工藝參數范圍內進行有針對性的選擇，本實施例及其他實施例并不做特殊限定。比如，氣體壓力為20毫托或者600毫托，氣體流量為IOOsccm或者2000sccm，射頻電源的高頻電壓為25Mhz或者120Mhz，射頻電源的低頻電壓為2 Mhz或者15Mhz。
[0031]但是，需要說明的是，步驟601中的等離子處理和步驟603中等離子處理的工藝控制參數也可以不同，比如步驟601中等離子處理采用單頻去除，而步驟603中等離子處理采用雙頻去除方式。
[0032]但是，本實施例中，本領域普通技術人員可以采用含氧氣體的比例為99%，而含其他氣體的比例為1%，當然，也不局限于這種特定的比例。
[0033]以下結合去除光刻膠過程中，對依次執(zhí)行上述步驟601飛03后的結構變化示意圖進行說明。
[0034]圖6所示為執(zhí)行圖5中步驟601之后的結構示意圖。如圖6所示，在刻蝕阻擋層701 (etch stop layer，簡稱ESL )上沉積有介電層702，介電層702頂部平面上涂布的光刻膠712被全部去除，同時，互連通孔703側壁中厚度為b的光刻膠713也被去除，比如厚度b為20%的互連通孔703側壁的光刻膠總厚度a，從而使得互連通孔703中剩余的光刻膠厚度為80%的互連通孔703的光刻膠總厚度a。
[0035]圖7為執(zhí)行圖5中步驟602之后的結構示意圖。如圖7所示，在該步驟中去除光刻膠的厚度為60%的互連通孔703的光刻膠總厚度，從而互連通孔703中最后剩余的光刻膠的厚度c為20%的互連通孔703的光刻膠總厚度a。
[0036]執(zhí)行圖5中步驟603之后的結構示意圖可參見圖1所示，在此不再贅述。
[0037]經過本實施例中的處理之后無任何硅顆粒大量沉積導致的絮狀殘留物。
[0038]圖8為本發(fā)明實施例二中光刻膠的去除方法流程圖，與上述圖5所示實施例不同的是，本實施例中，在步驟1001等離子處理時只去除介電層頂部平面的光刻膠，而在步驟1002等離子處理和步驟1003等離子處理時去除互連通孔內的所有光刻膠。具體地，本實施例中的光刻膠去除方法可以包括:
步驟1001、采用主要含氧等離子工藝，去除介電層頂部平面的所有光刻膠；
步驟1002、采用主要既含氧，又含F或CL的等離子工藝，去除刻蝕開口側壁的部分光刻膠以及步驟1001中濺射的介電顆粒；
步驟1003、采用主要含氧等離子工藝，去除刻蝕開口側壁經步驟1002處理后剩余的所有光刻膠。
[0039]有關步驟1003中等離子處理、步驟1002中等離子處理、步驟1003中等離子處理的詳細內容，可參將上述實施例一的有關部分記載，在此不再贅述。
[0040]圖9所示為執(zhí)行圖8中步驟1001之后的結構示意圖。如圖1所示，在刻蝕阻擋層1101 (etch stop layer,簡稱ESL )上沉積有介電層1102,介電層1102表面上涂布的光刻膠1112被完全去除。
[0041]圖10為執(zhí)行圖8中步驟1002之后的結構示意圖。如圖10所示，在該步驟中去除光刻膠的厚度為80%的互連通孔1103的光刻膠總厚度，從而互連通孔1103中最后剩余的光刻膠的厚度c為20%的互連通孔1103的光刻膠總厚度a。
[0042]執(zhí)行圖8中步驟1003之后的結構示意圖可參見圖1所示，在此不再贅述。
[0043]需要說明的是，在本發(fā)明的另外一實施例中，可以在上述實施例一或實施例二的基礎上，在步驟602或者步驟1002中，采用含F或CL等離子工藝處理光刻膠時，可以分多次進行處理，詳細不再贅述。
[0044]在實施上述光刻膠去除方法可以圖4所示的反應腔，也可以采用圖11或12所示的反應腔。詳細地，圖11為實施上述光刻膠去除的一反應腔的結構示意圖，圖12為實施上述光刻膠去除的另一反應腔的結構示意圖。
[0045]如圖11所示，該反應腔3是電感稱合等離子刻蝕(Inductive CoupledPlasma-1CP, ICP)反應腔，其包括線圈高頻射頻電源9、放電線圈匹配電路10、放電線圈103、反應腔頂部3a、基板5以及基板電極4、電極使用匹配電路7、電極高頻電源6、連接導線線8和11，詳細參見US5558722，在此不再贅述。需要說明的是，也可以使用電容耦合型(capacitive Coupled Plasma-CCP, CCP)反應腔，詳細不再贊述。
[0046]如圖12所示,該反應腔包括:上電極10、高頻電源11、線圈匹配盒17、線圈15、絕緣板14、反應腔內壁9、下電極12 (其上具有基片16)、高頻電源13、以及匹配盒18，詳細參見US5470426，在此不再贅述。
[0047]上述實施例中，光刻膠上下總的厚度大于2um，刻蝕開口的開口大小大于lum。
[0048]需要說明的是，在上述實施例中，當步驟2中含F時，含所述F的氣體與所述氧的氣體比例為:1:300?1:50。
[0049]需要說明的是，在上述實施例中，刻蝕開口側壁上光刻膠與介電層頂部平面上光刻膠的有機材料可以不同，比如前者為常用的有機材料，而后者采用底部抗反射涂層BARC材料。
[0050]需要說明的是，上述實施例只是針對刻蝕開口為互連通孔的情況進行了舉例說明，但是對于刻蝕開口為柵、金屬互連線、通孔、接觸空和溝槽等時形成的結構，同樣也適用本發(fā)明的技術方案，詳細在此不再贅述。本領域普通技術人員根據本發(fā)明實施例的記載，無須創(chuàng)造性勞動即可應用到其他刻蝕開口的光刻膠去除上。
[0051]上述說明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實施例，但如前所述，應當理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應在本發(fā)明所附權利要求的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種光刻膠的去除方法，其特征在于，包括: 步驟1、采用主要含氧等離子工藝，去除介電層頂部平面的所有光刻膠以及刻蝕開口側壁的部分光刻膠； 步驟2、采用主要既含氧，又含F或CL的等離子工藝，去除步驟I中濺射的介電顆粒，以及刻蝕開口側壁經步驟I后剩余光刻膠中的部分光刻膠； 步驟3、采用主要含氧等離子工藝去除刻蝕開口側壁經過步驟I和2后剩余的所有光刻膠。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，當步驟2中的等離子工藝含F時，具體為含 CF4、C4F8, C4F6, CH2F2, CHF3> CH3F, SiF4 中的任意一種或多種組合。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟I中去除的刻蝕開口側壁的部分光刻膠的厚度小于刻蝕開口側壁中初始涂布的光刻膠總厚度的20%。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3 中去除的刻蝕開口側壁的所有光刻膠的厚度小于刻蝕開口側壁中初始涂布的光刻膠總厚度的20%。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟I和所述步驟3中工藝控制參數相同。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于所述步驟I和步驟3中的等離子工藝采用單頻去除或者雙頻去除方式。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟I和步驟3中氣體壓力均為20^600毫托，氣體流量均為100sccnT2000sccm，射頻電源的高頻電壓均為25Mhz~120Mhz，射頻電源的低頻電壓均為2~15Mhz。
8.根據權利要求1-7任意所述的方法，其特征在于，所述步驟2中，分多次去除刻蝕開口側壁經步驟I后剩余光刻膠中的一部分光刻膠，以及步驟I中濺射的介電顆粒。
9.一種光刻膠的去除方法，其特征在于，包括: 步驟1、采用主要含氧等離子工藝，去除介電層頂部平面的所有光刻膠； 步驟2、采用主要既含氧，又含F或CL的等離子工藝，去除介電層中刻蝕開口側壁的部分光刻膠以及步驟I中濺射的介電顆粒； 步驟3、采用主要含氧等離子工藝，去除刻蝕開口側壁經步驟2處理后剩余的所有光刻膠。
10.根據權利要求1或9所述的方法，其特征在于，當步驟2中含F時，含所述F的氣體與所述氧的氣體比例為:1:300~1:50。
【文檔編號】H01L21/027GK103972055SQ201310039528
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月31日 優(yōu)先權日:2013年1月31日
【發(fā)明者】王兆祥, 杜若昕, 劉驍兵, 劉志強 申請人:中微半導體設備(上海)有限公司