CN101727025A - 去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法 - Google Patents

Abstract

一种去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法，包括：在半导体衬底上依次形成待刻蚀层和图案化光刻胶层；以光刻胶层为掩膜，刻蚀待刻蚀层；灰化法去除光刻胶层；将带有各膜层的半导体衬底放入溶液喷射循环池内，用第一溶液喷射去除光刻胶残留，同时带有光刻胶残留的第一溶液从溶液喷射循环池内流出；通入第二溶液喷射去除刻蚀过程中残留的刻蚀反应物颗粒，同时带有刻蚀反应物颗粒的第二溶液从溶液喷射循环池内流出。本发明保证光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒能被有效去除，提高了半导体器件的性能。

Description

去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法。

背景技术

光刻工艺是芯片制造技术中用得最频繁、最关键的技术之一，凡是半导体器件、光电器件等，都需要用光刻工艺将所需器件的基本组成单元和线路的光掩模图形转移到半导体衬底表面的光刻胶图形上。通常光刻的基本工艺包括涂胶、曝光和显影等三大步骤。

显影后掩模板图形就被固定在光刻胶层上并准备刻蚀。在刻蚀后图案就会被永久地转移到半导体衬底上的各膜层上，并且在刻蚀后，需要先用灰化的方法去除大部分的光刻胶，然后再用湿法刻蚀的方法去除残留的光刻胶层，所述湿法刻蚀采用的硫酸和双氧水混合溶液，如申请号为WO2005/006410A1专利申请中公开的技术方案。

另外，刻蚀过程中，以光刻胶层为掩膜，刻蚀光刻胶层下方的膜层。刻蚀工艺主要分为湿法和干法刻蚀，目前大规模集成电路的精细图形主要采用干法刻蚀。在干法刻蚀中，刻蚀气体会与光刻胶产生反应，生成刻蚀反应物颗粒，现有技术通常会采用氨水、双氧水和水的混合溶液去除这些刻蚀反应物颗粒。

图1至图4为金属布线图案制造工艺剖面图说明现有技术去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法。如图1所示，首先在形成有若干半导体器件(图未显示)的半导体衬底10上形成绝缘层12；接下来，在绝缘层12上形成腐蚀阻挡层14；接着利用例如化学汽相沉积法(CVD)在腐蚀阻挡层14的表面形成金属层16；在金属层16上沉积抗反射层18(anti-reflection coating；ARC)；用旋涂法在抗反射层18上形成光刻胶层20，经过曝光显影工艺，在光刻胶层20上定义出金属布线图形。

如图2所示，以光刻胶层20为掩膜，以干法刻蚀法刻蚀抗反射层18和金属层16至露出腐蚀阻挡层14，形成金属布线16a，由于在干法刻蚀中，刻蚀气体会与光刻胶层20产生反应，生成刻蚀反应物颗粒22。灰化法去除光刻胶层20，灰化气体不能完全将光刻胶层20去除，产生光刻胶层残留20a。

如图3所示，将带有各膜层的半导体衬底10放入包含硫酸和双氧水的反应槽23中浸泡，湿法刻蚀以去除光刻胶层残留20a。其中，硫酸与以双氧水的比例为5∶1，浸泡时所需的温度为125℃，刻蚀时间为5分钟，但仍无法完全去除光刻胶层残留20a；然后将带有各膜层的半导体衬底10从反应槽23中取出，放入水槽中10分钟，以去除湿法刻蚀时残留于膜层表面的化学试剂。

如图4所示，将带有各膜层的半导体衬底10从水槽中取出后，放入包含氨水、双氧水和水的反应槽25中浸泡，即以湿法刻蚀法去除刻蚀反应物颗粒22，由于刻蚀方式及条件影响，刻蚀反应物颗粒22仍会有残留。其中氨水、双氧水和水的比例为1∶2∶50，浸泡时所需的温度为35℃，所需时间为5分钟。

现有在去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒时，由于是采用在酸槽中浸泡的方式，酸槽中的溶液是不断再利用的，因此会对半导体衬底上的各膜层造成污染，且无法将光刻胶残留全部去除(见图5)，刻蚀反应物颗粒也会剩余(见图6)，进而影响后续形成的半导体器件的电性能。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法，防止光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒不能被完全去除。

为解决上述问题，本发明提供一种去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法，包括：在半导体衬底上依次形成待刻蚀层和图案化光刻胶层；以光刻胶层为掩膜，刻蚀待刻蚀层；灰化法去除光刻胶层；将带有各膜层的半导体衬底放入溶液喷射循环池内，用第一溶液喷射去除光刻胶残留，同时带有光刻胶残留的第一溶液从溶液喷射循环池内流出；通入第二溶液喷射去除刻蚀过程中残留的刻蚀反应物颗粒，同时带有刻蚀反应物颗粒的第二溶液从溶液喷射循环池内流出。

可选的，所述喷射循环池为FSI International厂商生产的型号为ZETA 300。

可选的，第一溶液喷射去除光刻胶残留所需温度为140℃～160℃，所需时间为5分钟～7分钟。所述第一溶液为硫酸和双氧水的混合溶液。所述硫酸和双氧水的比例为6∶1。

可选的，第二溶液喷射去除刻蚀过程中残留的刻蚀反应物颗粒所需温度为50℃～70℃，所需时间为5分钟～7分钟。所述第二溶液为氨水、双氧水和水的混合溶液。所述氨水、双氧水和水的比例为1∶1∶5。

可选的，通入第一溶液与通入第二溶液之间还包括步骤：通入去离子水，以去除第一溶液在待刻蚀层上产生的化学残留，同时带有化学残留的去离子水从溶液喷射循环池内流出。去离子水去除化学残留所用时间为9分钟～12分钟。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：将带有各膜层的半导体衬底放入溶液喷射循环池内，用喷射的方式能有效去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒。另外，在第一溶液去除光刻胶残留时，带有光刻胶残留的第一溶液同时从溶液喷射循环池内流出，而不被重复利用，因此也就不会产生交叉污染的情况，保证光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒能被有效去除，提高了半导体器件的性能。

进一步，用第一溶液喷射去除光刻胶残留的温度为140℃～160℃，第二溶液喷射去除刻蚀过程中残留的刻蚀反应物颗粒的温度为50℃～70℃。将去除光刻胶残留和刻蚀反应物颗粒的温度升高，能更有效得被去除，使后续形成的半导体器件的电性能提高。

再进一步，将第一溶液硫酸和双氧水的比例设置为6∶1，第二溶液氨水、双氧水和水的比例设置为1∶1∶5。将去除光刻胶残留和刻蚀反应物颗粒的第一溶液和第二溶液的浓度提高，能更有效得去除光刻胶残留和刻蚀反应物颗粒，使后续形成的半导体器件的电性能提高。

附图说明

图1至图4是现有形成金属布线过程中去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的示意图；

图5和图6是采用现有工艺去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒时，产生残留的效果图；

图7是本发明去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的具体实施方式流程图；

图8至图12是本发明形成金属布线过程中去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的示意图。

具体实施方式

本发明将带有各膜层的半导体衬底放入溶液喷射循环池内，用喷射的方式能有效去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒。另外，在第一溶液去除光刻胶残留时，带有光刻胶残留的第一溶液同时从溶液喷射循环池内流出，而不被重复利用，因此也就不会产生交叉污染的情况，保证光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒能被有效去除，提高了半导体器件的性能。

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。

图7是本发明去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的具体实施方式流程图。如图7所示，执行步骤S101，在半导体衬底上依次形成待刻蚀层和图案化光刻胶层。

本实施方式中，在形成浅沟槽过程中，所述待刻蚀层可以是氧化硅层和氮化硅层叠加。在形成金属布线工艺中，所述待刻蚀层可以依次是抗反射层和金属层的叠加。在形成导电插塞工艺中，所述待刻蚀层可以依次是阻挡层氮化硅和绝缘层氧化硅。

执行步骤S102，以光刻胶层为掩膜，刻蚀待刻蚀层。

刻蚀待刻蚀层的方法可以是干法刻蚀或湿法刻蚀，对于不同性质的膜层采用不同的刻蚀方法。

执行步骤S103，灰化法去除光刻胶层。

将带有光刻胶层的半导体衬底放入灰化炉内，通入氧气对光刻胶层进行灰化去除。

执行步骤S104，将带有各膜层的半导体衬底放入溶液喷射循环池内，用第一溶液喷射去除光刻胶残留，同时带有光刻胶残留的第一溶液从溶液喷射循环池内流出。

本实施方式中，所述喷射循环池为FSI International厂商生产的型号为ZETA 300。

本实施方式中，第一溶液喷射去除光刻胶残留所需温度为140℃～160℃，所需时间为5分钟～7分钟。所述第一溶液为硫酸和双氧水的混合溶液。所述硫酸和双氧水的比例为6∶1。

执行步骤S105，通入第二溶液喷射去除刻蚀过程中残留的刻蚀反应物颗粒，同时带有刻蚀反应物颗粒的第二溶液从溶液喷射循环池内流出。

本实施方式中，第二溶液喷射去除刻蚀过程中残留的刻蚀反应物颗粒所需温度为50℃～70℃，所需时间为5分钟～7分钟。所述第二溶液为氨水、双氧水和水的混合溶液。所述氨水、双氧水和水的比例为1∶1∶5。

除本实施方式以外，将第一溶液抽出后，在通入第二溶液前还包括步骤：通入去离子水，以去除第一溶液在待刻蚀层上产生的化学残留；然后再将去离子水抽出。其中，去离子水去除化学残留所用时间为9分钟～12分钟。

图8至图12是本发明形成金属布线过程中去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的示意图。如图8所示，首先在形成有若干半导体器件(图未显示)的半导体衬底100上用化学气相沉积法形成绝缘层102，所述绝缘层102的材料为氧化硅，用以器件间的绝缘隔离；接下来，用化学气相沉积法在绝缘层102上形成腐蚀阻挡层104，所述腐蚀阻挡层104的材料为氮化硅，用以防止后刻蚀过程中，刻蚀气体或溶液对其下方膜层的影响；接着利用例如化学气相沉积法(CVD)或电镀法在腐蚀阻挡层104的表面形成金属层106，所述金属层106的材料可以是铜、铝或铜铝合金等；在金属层106上涂覆抗反射层108，用以在后续曝光过程中，防止光线反射入光刻胶层中，改变光刻胶的性质，而无法去除；用旋涂法在抗反射层108上形成光刻胶层110，经过曝光显影工艺，在光刻胶层110上定义出金属布线图形。

如图9所示，以光刻胶层110为掩膜，以干法刻蚀法刻蚀抗反射层108和金属层106至露出腐蚀阻挡层104，形成金属布线106a，由于在干法刻蚀中，刻蚀气体会与光刻胶层110产生反应，生成刻蚀反应物颗粒112。灰化法去除光刻胶层110，灰化气体不能完全将光刻胶层110去除，因此会产生光刻胶层残留110a。

如图10所示，将带有各膜层的半导体衬底100放入溶液喷射循环池114内，通入硫酸和双氧水混合溶液115，用喷射的方式湿法刻蚀以去除光刻胶层残留110a。同时带有光刻胶层残留110a的硫酸和双氧水混合溶液115从排出口114a流出。

本实施例中，所述喷射循环池为FSI International厂商生产的型号为ZETA300。其中装置ZETA300中包含有一喷射柱，在喷射柱上开设有多个喷射口，其中喷射柱两侧放置晶圆(即半导体衬底)，各喷射口与晶圆的角度为0°～20°，溶液从喷射口喷出至半导体衬底表面需要清洗的膜层上。

本实施例中，硫酸和双氧水混合溶液115喷射去除光刻胶残留110a所需温度为140℃～160℃，所需时间为5分钟～7分钟。所述硫酸和双氧水的比例为6∶1。作为一个优选实施例，硫酸和双氧水混合溶液115喷射去除光刻胶残留110a所需温度为150℃，所需时间为5分钟，硫酸和双氧水的比例采用6∶1。

如图11所示，然后，再将去离子水116通入溶液喷射循环池114内，将去离水116向各膜层表面进行喷射，以去除湿法刻蚀光刻胶层残留110a时残留于各膜层表面的化学试剂。同时带有化学试剂的去离子水116从排出口114a流出。

本实施例中，去离子水116去除化学试剂残留所用时间为9分钟～12分钟，优选10分钟。

如图12所示，再向溶液喷射循环池114内通入氨水、双氧水和水混合溶液117，用喷射方式湿法刻蚀去除刻蚀反应物颗粒112。同时带有刻蚀反应物颗粒112的氨水、双氧水和水混合溶液117从排出口114a流出。

本实施例中，氨水、双氧水和水混合溶液117喷射去除刻蚀过程中残留的刻蚀反应物颗粒112所需温度为50℃～70℃，所需时间为5分钟～7分钟。所述氨水、双氧水和水的比例为1∶1∶5。作为一个优选实施例，氨水、双氧水和水混合溶液117喷射去除刻蚀过程中残留的刻蚀反应物颗粒112所需温度为60℃，所需时间为5分钟，氨水、双氧水和水的比例为1∶1∶5。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法，其特征在于，包括：

在半导体衬底上依次形成待刻蚀层和图案化光刻胶层；

以光刻胶层为掩膜，刻蚀待刻蚀层；

灰化法去除光刻胶层；

将带有各膜层的半导体衬底放入溶液喷射循环池内，用第一溶液喷射去除光刻胶残留，同时带有光刻胶残留的第一溶液从溶液喷射循环池内流出；

通入第二溶液喷射去除刻蚀过程中残留的刻蚀反应物颗粒，同时带有刻蚀反应物颗粒的第二溶液从溶液喷射循环池内流出。

2.根据权利要求1所述去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法，其特征在于，所述喷射循环池为FSI International厂商生产的型号为ZETA 300。

3.根据权利要求1所述去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法，其特征在于，第一溶液喷射去除光刻胶残留所需温度为140℃～160℃，所需时间为5分钟～7分钟。

4.根据权利要求3所述去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法，其特征在于，所述第一溶液为硫酸和双氧水的混合溶液。

5.根据权利要求4所述去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法，其特征在于，所述硫酸和双氧水的比例为6∶1。

6.根据权利要求1所述去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法，其特征在于，第二溶液喷射去除刻蚀过程中残留的刻蚀反应物颗粒所需温度为50℃～70℃，所需时间为5分钟～7分钟。

7.根据权利要求6所述去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法，其特征在于，所述第二溶液为氨水、双氧水和水的混合溶液。

8.根据权利要求7所述去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法，其特征在于，所述氨水、双氧水和水的比例为1∶1∶5。

9.根据权利要求1所述去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法，其特征在于，通入第一溶液与通入第二溶液之间还包括步骤：

通入去离子水，以去除第一溶液在待刻蚀层上产生的化学残留，同时带有化学残留的去离子水从溶液喷射循环池内流出。

10.根据权利要求1所述去除光刻胶残留及刻蚀反应物颗粒的方法，其特征在于，去离子水去除化学残留所用时间为9分钟～12分钟。

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