CN101651099B - 去除光刻胶层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除光刻胶层的方法，提供一半导体结构，所述半导体结构上具有光刻胶层；对光刻胶层进行第一步灰化，灰化掉部分厚度的光刻胶层；对剩余的光刻胶层进行第二步灰化，将剩余的光刻胶层去除；其中第一步灰化的灰化速率大于第二步灰化的灰化速率。该方法在去除光刻胶层时可以更干净的去除灰化残余物。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种去除光刻胶层的方法。
背景技术
半导体器件制造技术中，通常利用光刻工艺将掩模版上的掩模图形转移到半导体结构表面的光刻胶层中。通常光刻的基本工艺包括涂胶、曝光和显影等步骤。涂胶的目的是在半导体结构表面建立薄而均匀，并且没有缺陷的光掩模层。曝光的目的是利用曝光光源将掩模图形转移到光刻胶层中。显影是图案化光刻胶层，将光刻胶层进行曝光或者未曝光的区域去除，从而在半导体结构表面形成图案化的光刻胶层。之后在图案化的光刻胶层的掩蔽下对半导体结构进行刻蚀，就将掩模图形转移到半导体结构中，从而在半导体结构中形成电路图形。在刻蚀之后还需要将光刻胶层去除。
在现有技术中，去除光刻胶层的方法是利用等离子体干法去胶。将带有光刻胶层的半导体结构置于去胶机内，在射频电压的能量的作用下，灰化气体被解离为等离子体。所述等离子体和光刻胶发生反应，从而将光刻胶层去除。但是现有技术中因为是一步灰化，因此如果灰化速率太慢，会使光刻胶层或者反应生成物去除不尽，从而存在灰化残余物的问题；如果灰化速率太快在去除光刻胶层的反应过程中，会使反应生成物溅落在半导体结构表面形成灰化残余物，因此同样会存在灰化残余物的问题。例如，图1为利用现有技术的去除光刻胶层的方法去除光刻胶层之后，对半导体结构的上表面检测的示意图，从图1可以看出在半导体结构100上存在灰化残余物110。
在2007年12月26公开的，公开号为：CN101095379A，名称为：光刻胶和刻蚀残留物的低压去除的中国专利申请中，提供了一种用于低压等离子体灰化去除光刻胶残余和刻蚀残留物的方法。该灰化方法使用涉及两步等离子体工艺，其中在第一清洁步骤中向半导体结构施加低射频电压或零射频电压以从半导体结构上去除显著量的光刻胶残余和刻蚀残留物，并且从处理室表面上刻蚀并去除有害的氟碳残留物。在第二清洁步骤中向半导体结构施加增大的射频电压以从半导体结构上去除剩余的光刻胶和刻蚀残留物。但是该方法因为采用低偏置电压，针对密度较大或者掺杂之后的光刻胶层可能还是较难去净。
发明内容
本发明提供了一种去除光刻胶层的方法，在去除光刻胶层时可以更干净的去除灰化残余物。
本发明提供的去除光刻胶的方法，提供一半导体结构，所述半导体结构上具有光刻胶层；对光刻胶层进行第一步灰化，灰化掉部分厚度的光刻胶层；对剩余的光刻胶层进行第二步灰化，将剩余的光刻胶层去除；其中第一步灰化中的等离子体灰化速率大于第二步灰化中的等离子体的灰化速率。
可选的，所述第一步灰化中的等离子体的密度大于第二步灰化中的等离子体的密度。
可选的，所述第一步灰化所去除的光刻胶层的厚度大于光刻胶层厚度的一半。
可选的，所述第一步灰化和第二步灰化在反应腔内进行，并且第一步灰化的反应腔内压强大于第二步灰化的反应腔内压强。
可选的，所述第一步灰化中，反应腔内的压强为600mTorr至1500mTorr。
可选的，所述第二步灰化中，反应腔的压强小于600mTorr。
可选的，所述第一步灰化和第二步灰化的灰化气体包括O2和N2H2。
可选的，所述第一步灰化中，O2的流量为6000sccm；N2H2的流量为600sccm；反应腔内的压强为1000mTorr；射频电压为1100W±50W；反应腔内温度为250℃±10℃。
可选的，所述第二步灰化中，O2的流量为6000sccm；N2H2的流量为600sccm；反应腔内的压强为500mTorr；射频电压为1100W±50W；反应腔内温度为250℃±10℃。
可选的，所述第一步灰化的射频电压大于或等于所述第二步灰化的射频电压。
上述技术方案提供的去除光刻胶层的方法的优点是：利用两步等离子体灰化，在第一步灰化中，等离子体的灰化速率大于第二步灰化中等离子体的灰化速率，从而在第一步灰化中可以更干净的去除光刻胶层，在第二步灰化中去除剩余的光刻胶层，因为第二步灰化中等离子体的灰化速率小于第一步灰化中等离子体的灰化速率，因此第二步灰化时溅落在半导体结构表面上的反应生成物较少，从而本发明在更干净的去除灰化残余物。
在本发明的一个可选的技术方案中，第一步灰化去除光刻胶层的厚度大于光刻胶层总厚度的一半，这样可以去除大部分的不易去除的光刻胶层，因此可以进一步减少灰化残余物。
在本发明的一个可选的技术方案中，所述第一步灰化和第二步灰化在反应腔内进行，并且第一步灰化的反应腔内压强大于第二步灰化的反应腔内压强。因此通过调整反应腔内的压强实现了第一步灰化中，等离子体的灰化速率大于第二步灰化中等离子体的灰化速率，操作简单容易控制。
附图说明
图1为存在灰化残余问题的半导体结构表面的示意图；
图2为本发明的去除光刻胶的方法的实施例的流程图；
图3-图5为本发明的去除光刻胶的方法的过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
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。
其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
下面对本发明的方法的实施例进行详细描述。由于本发明涉及去除光刻胶层的过程，因而下面的描述中，光刻胶层去除步骤以外的工艺步骤仅仅是为了配合说明本发明的方法而引入的，并不能构成对本发明的保护范围的限制，而且，下面所描述的光刻胶层去除步骤以外的工艺步骤并不仅仅限于下面的描述，也可采用本领域技术人员所习知的其它工艺。
传统的去除光刻胶层的方法是利用等离子体干法去胶。将带有光刻胶层的半导体结构至于去胶机内，在射频电压的能量的作用下灰化气体被解离为等离子体，所述等离子体和光刻胶发生反应，从而将光刻胶层去除。
但是在对灰化后的半导体结构检测时，发现去除光刻胶层之后的半导体结构的上表面存在灰化残余物。发明人研究后认为：光刻胶层在半导体器件的制造中有时会充当掺杂离子时的光掩模层，因此栅极的掺杂，光刻胶层也被掺杂进离子。以栅极预掺杂为例，在栅极的预掺杂过程中，通常在N型有源区上的栅层中掺杂N型离子，例如磷；在P型有源区上的栅层中掺杂P型离子，例如硼，因此在P型有源区上的栅层中掺杂P型离子时，会用光刻胶层将N型有源区上的栅层进行掩蔽，光刻胶层在P型有源区上的对应位置具有开口。但是由于栅层掺杂时，光刻胶层经过栅层掺杂之后通常也被掺杂了硼离子，这样使得该光刻胶层被掺杂硼离子的位置不容易去除，因此在去除光刻胶层后，会存在灰化残余物，如果增大灰化速率，又会因为灰化速率太快在去除光刻胶层的反应过程中，存在反应生成物溅落在半导体结构表面形成灰化残余物。
因此本发明提供了一种去除光刻胶层的方法，提供一半导体结构，所述半导体结构上具有光刻胶层；对光刻胶层进行第一步灰化，灰化掉部分厚度的光刻胶层；对剩余的光刻胶层进行第二步灰化，将剩余的光刻胶层去除；其中第一步灰化中的等离子体灰化速率大于第二步灰化中的等离子体的灰化速率。
其中，所述第一步灰化中的等离子体的密度大于第二步灰化中的等离子体的密度。
其中，所述第一步灰化灰化掉的光刻胶层的厚度大于光刻胶层厚度的一半。
其中，所述第一步灰化和第二步灰化在反应腔内进行，并且第一步灰化的反应腔内压强大于第二步灰化的反应腔内压强。
其中，所述第一步灰化中，反应腔内的压强为600mTorr至1500mTorr。
其中，所述第二步灰化中，反应腔的压强小于600mTorr。
其中，所述第一步灰化和第二步灰化的灰化气体包括O2和N2H2。
其中，所述第一步灰化中，O2的流量为6000sccm；N2H2的流量为600sccm；反应腔内的压强为1000mTorr；射频电压为1100W±50W；反应腔内温度为250℃±10℃。
其中，所述第二步灰化中，O2的流量为6000sccm；N2H2的流量为600sccm；反应腔内的压强为500mTorr；射频电压为1100W±50W；反应腔内温度为250℃±10℃。
其中，也可以使所述第一步灰化的射频电压大于或等于所述第二步灰化的射频电压。
下面结合图2-5对本发明的去除光刻胶的方法的实施例进行详细说明。图2为本发明的去除光刻胶层的方法的实施例的流程图，请参考图2。
第一实施例
S1：提供一半导体结构，所述半导体结构上具有光刻胶层；
请参考图3，提供半导体结构200，所述的半导体结构200可以是单晶硅、多晶硅或非晶硅；所述半导体结构200也可以是硅、锗、砷化镓或硅锗化合物；该半导体结构200还可以具有外延层或绝缘层上硅结构；所述的半导体结构200还可以是其它单晶硅、氧化物和多晶硅的叠层结构，或者单晶硅、氧化物和金属层的叠层结构，这里不再一一列举。
半导体结构200上具有光刻胶层220，光刻胶层220具有开口。所述光刻胶层220可以根据不同制造工艺具有不同的厚度，例如本实施例中，该半导体结构200包括栅层210，在栅层210上具有厚度为7000埃的光刻胶层220。
在本实施例中还包括对栅层210进行预掺杂的步骤。进行预掺杂时，被掺杂的离子，例如硼离子，会从光刻胶层220的开口进入栅层，同时被掺杂的离子也会进入光刻胶层220，停止在光刻胶层220中。例如采用离子注入的方式，剂量为4E15，硼离子被离化、分离、加速获得动能，形成离子束流，穿过光刻胶层220的开口进入栅层210，同时也有硼离子进入光刻胶层220，停留在光刻胶层220内，例如图3所示的黑点230为离子注入时进入光刻胶层220内的硼离子，因为硼离子注入光刻胶层220，并和光刻胶层220结合，因此该处通常硬度较大，利用传统的去胶方法较难去除。而且进入光刻胶层的硼离子大部分会停留在光刻胶层内靠近上表面的位置，从而在光刻胶层220内靠近上表面位置形成一层光刻胶硬皮，较难去除。
S2：对光刻胶层220进行第一步灰化，灰化掉部分厚度的光刻胶层；
该步骤采用等离子体干法灰化。第一步灰化的灰化气体包括O2和N2H2，在本实施例中，第一步灰化的灰化气体为O2和N2H2的混合气体。第一步灰化中向反应腔内通入O2和N2H2，其中通入O2流量为6000sccm，通入N2H2的流量为600sccm；调整反应腔气体流出的速度，使反应腔内的压强为600mTorr至1500mTorr，例如为600mTorr、1000mTorr或1500mTorr；射频电压为1100W±50W；反应腔内温度为250℃±10℃。
在射频电压的作用下，灰化气体O2和N2H2的混合气体被解离为氧原子O、氮原子N和氢原子H的等离子体，并和光刻胶层220发生化学反应，生成的反应气体被抽出反应腔，如图4所示，第一步灰化去除部分厚度的光刻胶层220，剩余部分厚度的光刻胶层220，在剩余的光刻胶层220存在较少的硼离子。
因为传统方法中，为了保证灰化气体和光刻胶层220充分反应时产生较少的溅落在半导体结构表面的反应生成物，通常在光刻胶层220灰化时，反应室内的压强为500mTorr。在本实施例的第一步灰化中，通过施加较大的压强，从而使等离子体的密度较大，因此互相撞击的频率也较高，使得等离子体的活性较强，从而灰化速率较快，因此传统方法中不容易去除的光刻胶层220中的区域，例如本实施例中的被注入硼离子位置的光刻胶层，可以被去除的更干净，因此这样第一步灰化可以有效地去除光刻胶层220的靠近上表面处的光刻胶硬皮。
在本实施例中，第一步灰化去除大于一半厚度的光刻胶层220，例如灰化时间60s，灰化掉光刻胶的厚度为4375埃±400埃。因此使得光刻胶层的硬皮被有效去除，同时还使得光刻胶层220中的大部分的被注入的硼离子被去除。
S3：对光刻胶层220进行第二步灰化，将剩余的光刻胶层220去除。
该步骤采用等离子体干法灰化。第二步灰化的灰化气体包括O2和N2H2，在本实施例中，第二步灰化的灰化气体为O2和N2H2的混合气体。第二步灰化中向反应腔内通入流量为6000sccm的O2，通入流量为600sccm的N2H2；调整反应腔气体流出的速度，使反应腔内的压强小于600mTorr，例如为500mTorr；射频电压为1100W±50W；温度为250℃±10℃。
在射频电压的能量的作用下，灰化气体O2和N2H2的混合气体被解离为氧原子O、氮原子N和氢原子H的等离子体，所述等离子体和光刻胶层发生化学反应，生成的反应气体被抽出反应腔，如图5所示，从而去除剩余的光刻胶层220，露出半导体结构200的表面。
在第二步灰化中，施加的射频压强小于第一步灰化中施加的射频压强，例如可以等于传统技术中的压强500mTorr，从而使等离子体的密度减小，因此互相撞击的频率也较小，使等离子体的活性降低，从而使第二步灰化中等离子体的灰化速率小于第一步灰化中的灰化速率，从而第二步灰化中，不易出现因灰化过快、反应剧烈，生成的反应物溅落到半导体结构表面的情况，因此第二步灰化在去除剩余的光刻胶层的同时，减少了因反应物溅落到半导体结构表面而形成的灰化残余物。
在本实施例中，第二步灰化的灰化时间为60s，去除厚度为2625埃±200埃的光刻胶层220。
因为第二步灰化目的是去除剩余的光刻胶层220，因此该步的灰化速率应该使得硬度均匀的光刻胶层220可以被去除，而且不至于因为反应过快造成反应物溅落形成灰化残余物，因此第二步灰化除上述实施例之外，也可采用本领域技术人员所习知的其它灰化方法和灰化参数实现。
本发明的去除光刻胶的方法通过改进的两步等离子体干法灰化，其中第一步灰化中的等离子体灰化速率大于第二步灰化中的等离子体的灰化速率，因此第一步灰化可以有效的去除光刻胶层中硬度较大的区域，例如本实施例中的被注入硼离子位置的光刻胶。第二步灰化可完全去除光刻胶层220，同时减少了因反应物溅落到半导体结构表面而形成的灰化残余物。
上述实施例中，利用第一步灰化中的等离子体的密度大于第二步灰化中的等离子体的密度，从而使得第一步灰化等离子体互相撞击的频率较大，等离子体的活性增强；第二步灰化等离子体互相撞击的频率较小，等离子体的活性降低，因此使得第一步灰化的速率大于第二步灰化的速率，使得灰化过程更加精确、容易控制。
上述实施例中，利用第一步灰化的反应腔内压强大于第二步灰化的反应腔内压强，使得第一步灰化中的等离子体的密度大于第二步灰化中的等离子体的密度，方法简便易行。
第二实施例
在第二个实施例中，步骤S1和第一实施例相同。
S2：对光刻胶层220进行第一步灰化，灰化掉部分厚度的光刻胶层。
该步骤采用等离子体干法灰化。第一步灰化的灰化气体包括O2和N2H2，在本实施例中，第一步灰化的灰化气体为O2和N2H2的混合气体。第一步灰化中向反应腔内通入流量为6000sccm的O2，通入流量为600sccm的N2H2；反应腔内的压强为500mTorr；射频电压大于1100W，例如为1200W；反应腔内温度为250℃±10℃。
因为传统方法中，为了保证灰化气体和光刻胶层220充分反应时产生较少的溅落在半导体结构表面的反应生成物，通常在光刻胶层灰化时，射频电压1100W。在本实施例中，在第一步灰化中的等离子体为O2和N2H2的混合气体被解离成氧原子O、氮原子N和氢原子H的等离子体，通过施加较大的射频电压，从而使灰化气体解离出的等离子体较多，因此等离子体的密度较大，互相撞击的频率也较高，使得等离子体的活性较强，从而灰化速率较快，因此传统方法中灰化不掉的光刻胶层220的位置，可以被灰化的更干净，例如本实施例中的被注入硼离子位置的光刻胶，因此这样第一步灰化可以有效地去除光刻胶层的靠近上表面位置的光刻胶硬皮。
在本实施例中，第一步灰化所去除大于一半厚度的光刻胶层220，例如灰化时间60s，灰化掉光刻胶层220的厚度为4375埃±400埃。因此使得光刻胶层220的硬皮被有效去除，同时还使得光刻胶层220被注入的大部分硼离子被去除。
S3：对光刻胶层220进行第二步灰化，将剩余的光刻胶层220去除。
该步骤采用等离子体干法灰化。第二步灰化的灰化气体包括O2和N2H2，在本实施例中，第二步灰化的灰化气体为O2和N2H2的混合气体。第二步灰化中向反应腔内通入流量为6000sccm的O2，通入流量为600sccm的N2H2；反应腔内的压强为500mTorr；射频电压小于或等于1100W，例如为1100W；温度为250℃±10℃。
在射频电压的作用下，灰化气体O2和N2H2的混合气体被解离为氧原子O、氮原子N和氢原子H的等离子体，所述等离子体和光刻胶层220发生化学反应，生成的反应气体被抽出反应腔，如图5所示，从而去除剩余的光刻胶层。
在第二步灰化中，通过施加小于第一步灰化中的射频电压的射频电压，从而使解离的等离子体减少，使等离子体的密度减小，因此互相撞击的频率也较小，使等离子体的活性降低，从而使第二步灰化中等离子体的灰化速率小于第一步灰化中的灰化速率，从而第二步灰化中，不易出现因灰化过快、反应剧烈，生成的反应物溅落到半导体结构表面的情况，因此第二步灰化在去除剩余的光刻胶层的同时，减少了因反应物溅落到半导体结构表面而形成的灰化残余物。
在本实施例中，第二步灰化的灰化时间为60s，去除厚度为2625埃±200埃的剩余光刻胶层220。
除此之外，也可以将第一实施例与第二实施例相结合，在第一步灰化中通过施加大于第二步灰化的压强，并且大于第一步灰化的射频电压，从而使第一步灰化等离子体的密度大于第二步灰化，因此互相撞击的频率更高，使得第一步灰化的灰化速率大于第二步灰化的灰化速率，从而将传统方法中灰化不掉的光刻胶层残余或灰化残余物去除的更干净，同时不易因灰化速率过快而使得反应物溅落到半导体结构表面，从而形成灰化残余物。
另外，在上述实施例中也可以应用于没有进行掺杂硼原子的光刻胶层220的去除。
另外，除栅层上的光刻胶层之外的光刻胶层的去除中，例如浅沟槽隔离区(STI)的制作过程中光刻胶层的去除也可以应用该方法。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种去除光刻胶层的方法，其特征在于，包括：
提供一半导体结构，所述半导体结构上具有光刻胶层；
对光刻胶层进行第一步灰化，灰化掉部分厚度的光刻胶层；
对剩余的光刻胶层进行第二步灰化，将剩余的光刻胶层去除；
其中第一步灰化的灰化速率大于第二步灰化的灰化速率；所述第一步灰化的射频电压大于所述第二步灰化的射频电压。
2.如权利要求1所述的去除光刻胶层的方法，其特征在于，所述第一步灰化中的等离子体的密度大于所述第二步灰化中的等离子体的密度。
3.如权利要求2所述的去除光刻胶层的方法，其特征在于，所述第一步灰化所去除的光刻胶层的厚度大于光刻胶层厚度的一半。
4.如权利要求1、2或3所述的去除光刻胶层的方法，其特征在于，所述第一步灰化和第二步灰化在反应腔内进行，并且第一步灰化的反应腔内压强大于第二步灰化的反应腔内压强。
5.如权利要求4所述的去除光刻胶层的方法，其特征在于，所述第一步灰化中，反应腔内的压强为600mTorr至1500mTorr。
6.如权利要求5所述的去除光刻胶层的方法，其特征在于，所述第二步灰化中，反应腔的压强小于600mTorr。
7.如权利要求6所述的去除光刻胶层的方法，其特征在于，所述第一步灰化和第二步灰化的灰化气体包括O2和N2H2。
8.如权利要求7所述的去除光刻胶层的方法，其特征在于，所述第一步灰化中，O2的流量为6000sccm；N2H2的流量为600sccm；反应腔内的压强为1000mTorr；射频电压为1100W±50W；反应腔内温度为250℃±10℃。
9.如权利要求7所述的去除光刻胶层的方法，其特征在于，所述第二步灰化中，O2的流量为6000sccm；N2H2的流量为600sccm；反应腔内的压强为500mTorr；射频电压为1100W±50W；反应腔内温度为250℃±10℃。
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| CN101099234A (zh) * | 2005-01-11 | 2008-01-02 | 东京毅力科创株式会社 | 光刻胶和刻蚀残留物的低压去除 |
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2008
- 2008-08-14 CN CN2008101184083A patent/CN101651099B/zh active Active
Patent Citations (2)
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