CN101738877A - 去除光致抗蚀剂的方法及应用该方法的等离子体处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种去除光致抗蚀剂的方法，包括：100)借助于第一种工艺气体对硅片表面的光致抗蚀剂进行刻蚀，以便至少去除光致抗蚀剂上的硬化层；200)借助于第二种工艺气体继续对所述光致抗蚀剂进行刻蚀，以去除剩余的光致抗蚀剂。此外，本发明还提供一种应用上述去除光致抗蚀剂的方法的等离子体处理设备。本发明提供的去除光致抗蚀剂的方法和等离子体处理设备能够快速均匀地去除硅片表面的光致抗蚀剂，并且可有效减小甚至避免对硅片表面的损伤，同时还具有提高生产效率和加工质量等的优点。
Description
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，具体地，涉及一种去除光致抗蚀剂的方法及应用该方法的等离子体处理设备。
背景技术
随着科技进步，大规模集成电路已经应用到社会生产的各个领域当中，其对集成度和加工精度的要求也越来越高。半导体加工企业必须不断提高自身的生产能力和加工质量才能符合新的市场需求。
半导体器件的加工，是以光致抗蚀剂为中间媒介并利用其抗蚀性能实现图形的变换、转移和处理，最终把图形信息传递到硅片上的一种工艺。加工过程包括：①图形传递工艺，在待加工硅片表面均匀涂布光致抗蚀剂，使之形成光致抗蚀剂薄层，然后通过显影操作将所需图形精确传递到光致抗蚀剂薄层上；②刻蚀工艺，通过化学和/或物理方法，将硅片上未被光致抗蚀剂掩蔽的部分除去，从而获得具有所需图形特征的硅片表面。
经过上述刻蚀工艺处理后的硅片结构如图1所示，多晶硅2附着在介质层3上，多晶硅2的表面为光致抗蚀剂1。其中，光致抗蚀剂主要是由聚合物和其他有机、无机材料组成，其大致可分为正型抗蚀剂和负型抗蚀剂两种。
在实际应用中，要得到硅片成品还需将其表面的光致抗蚀剂去除，然而在经过等离子刻蚀或离子注入等处理后，光致抗蚀剂表面会形成一定厚度的富碳结构或类似富碳结构的硬化层，这使得有效并均匀地去除光致抗蚀剂变得困难，并且在去除光致抗蚀剂的过程中还会对硅片(本文所说的硅片包括介质层及多晶硅/单晶硅层)表面有损伤。特别是近年来，随着低k值材料(k值在2.5以下)的应用、关键尺寸的减小以及多晶硅/单晶硅层和介质层的厚度变薄，也就对快速均匀地去除光致抗蚀剂、同时有效减少甚至避免对硅片表面的损伤提出了更高的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种去除光致抗蚀剂的方法，其能够快速、均匀地去除硅片上含有硬化层的光致抗蚀剂，同时不会损伤硅片表面。
本发明还提供一种应用上述去除光致抗蚀剂的方法的等离子体处理设备，其同样能够快速、均匀地去除硅片上含有硬化层的光致抗蚀剂，同时不会损伤到硅片表面。
为此，本发明提供一种去除光致抗蚀剂的方法，包括下述步骤：
100)借助于第一种工艺气体对硅片表面的光致抗蚀剂进行刻蚀，以便至少去除光致抗蚀剂上的硬化层；
200)借助于第二种工艺气体继续对所述光致抗蚀剂进行刻蚀，以去除剩余的光致抗蚀剂。
其中，所述第一种工艺气体的组分包括O2和CHxFy，或者包括O2、N2和CHxFy，或者包括O2、CO2和CHxFy，或者包括O2、N2、CO2和CHxFy。
其中，所述第二种工艺气体的组分包括O2，或者包括O2和N2，或者包括O2和CO2，或者包括O2、N2和CO2。
其中，所述第一种工艺气体中的O2流量大于所述第一种工艺气体总流量的40％。
其中，所述第一种工艺气体中的CHxFy流量小于等于所述第一种工艺气体总流量的30％。
其中，所述CHxFy气体为CF4、CHF3、CH2F2、CH3F中的一种或几种。
其中，所述第二种工艺气体中的O2流量大于所述第二种工艺气体总流量的40％。
其中，所述第一种工艺气体中O2和N2的流量比例在1∶1～6∶1的范围内，O2和CO2的流量比例在1∶1～8∶1的范围内。
其中，所述第二种工艺气体中O2和N2的流量比例在1∶1～6∶1的范围内，O2和CO2的流量比例在1∶1～8∶1的范围内。
其中，在步骤100)中，采用第一种工艺气体进行刻蚀的时间为5～15秒。
其中，根据520nm谱线控制所述步骤100)和/或步骤200)的终止时刻。
其中，该方法中所采用的工艺参数如下：上电极的功率维持在200～800W之间，下电极的功率维持在0～20W之间，并且反应腔室内的压力维持在20～80mTorr之间。
作为另一个技术方案，本发明还提供了一种等离子体处理设备，其包括反应腔室及上、下电极，并且应用上述去除光致抗蚀剂的方法，以快速、均匀地去除硅片表面的光致抗蚀剂，并减少甚至避免对硅片表面的损伤。
本发明具有下述有益效果：
本发明提供的去除光致抗蚀剂的方法，首先借助于含有O2、CHxFy等组分的第一种工艺气体对光致抗蚀剂的硬化层进行快速刻蚀，待硬化层被完全去除后，再借助于不含CHxFy的第二种工艺气体刻蚀剩余的光致抗蚀剂，以避免CHxFy气体损伤硅片表面(例如硅片上的多晶硅、介质层的表面)。因此，本发明提供的去除光致抗蚀剂的方法既能够快速、均匀地去除含有硬化层的光致抗蚀剂，又能够减少甚至避免损伤硅片表面，进而还能够有效地提高企业的生产效率和加工质量。
类似地，由于本发明提供的等离子体处理设备应用了本发明所提供的上述去除光致抗蚀剂的方法，因而其同样能够快速、均匀地去除含有硬化层的光致抗蚀剂，并且能够减少甚至避免损伤硅片表面(例如硅片上的多晶硅、介质层的表面)，进而还能够有效地提高企业的生产效率和加工质量。
附图说明
图1为带有光致抗蚀剂的硅片结构示意图；
图2为本发明提供的去除光致抗蚀剂的方法的流程示意图；
图3为带有未被去除的光致抗蚀剂的硅片示意图；以及
图4为采用本发明提供的去除光致抗蚀剂的方法处理后的硅片示意图。
具体实施方式
为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的去除光致抗蚀剂的方法及应用该方法的等离子体处理设备进行详细描述。
请参阅图2，本发明提供的去除光致抗蚀剂的方法主要包括以下步骤：
100)在反应腔室中，借助于第一种工艺气体对硅片表面的光致抗蚀剂进行刻蚀，以便至少去除光致抗蚀剂上的硬化层。
200)借助于第二种工艺气体继续对所述光致抗蚀剂进行刻蚀，以去除剩余的光致抗蚀剂。
其中，步骤100)中所采用的第一种工艺气体的组分包括O2、CHxFy、N2、CO2等气体，在此，O2和CHxFy为主要成分，不可或缺；而N2和CO2可以加入也可以不加入，或者只加入其中的一种。例如，第一种工艺气体的组分可以包括O2、CHxFy，或者包括O2、N2、CHxFy，或者包括O2、CO2、CHxFy，或者包括O2、N2、CO2、CHxFy等。其中的CHxFy代表一类含氟气体，具体地，其可以为CF4、CHF3、CH2F2、CH3F中的一种或者为其中几种的混合气体。
至于各组分的含量比值，可以通过调整各组分的流量值来实现。例如，各组分气体的流量值可在下述范围内进行调整，即，O2流量大于第一种工艺气体总流量的40％，例如可以使O2流量介于第一种工艺气体总流量的51％和89％之间；CHxFy流量小于等于第一种工艺气体总流量的30％，例如可以使CHxFy气体流量小于等于总流量的19％；O2和N2的流量比例在1∶1～6∶1的范围内，O2和CO2的流量比例在1∶1～8∶1的范围内。
在实际工艺过程中，使腔室内压力维持在20～80mTorr之间，例如可以使压力维持在30mTorr(如下面应用实例中所示的)，也可以使其维持在20～29mTorr之间或维持在31～49mTorr之间。使上电极的功率维持在200～800W之间，例如可以使其维持在200～390W之间；使下电极的功率维持在0～20W之间，例如可以使其维持在0W(如下面应用实例中所示的)，也可以使其维持在1～20W之间。并且，以一定流量向反应腔室内注入工艺气体。各气体组分的体积流量可以根据实际工艺需要进行调整，例如，可以在下述范围内进行调整：O2，50～290Sccm；CHxFy，6～49Sccm；N2和/或CO2，10～200Sccm。
这样，借助于第一种工艺气体所形成的等离子体对硅片表面的光致抗蚀剂进行刻蚀，能够快速并有效地去除光致抗蚀剂的硬化层。该硬化层的厚度一般为以上，为了防止CHxFy气体所形成的含F等离子体对硅片表面(例如硅片上的多晶硅、介质层的表面)造成损伤，应将刻蚀时间控制在15秒之内，例如控制在5～15秒之间。
事实上，在步骤100)中可以借助于520nm谱线对本步骤的终止时刻进行控制。这是因为，520nm谱线可反映出等离子体气氛中的C-O浓度变化，当光致抗蚀剂的硬化层被去除干净后，反应腔室中的C-O浓度会明显增加，此时的520nm谱线强度也将明显增大，据此便可准确判断出步骤100)的终止时刻。当然，在实际工艺中也可以根据具体工艺需要而采用其他波段的谱线进行终止时刻的判定；或者，也可以根据预先实验获得的本步骤工艺所需时间或经验值来确定步骤100)的终止时刻。
在步骤100)中去除光致抗蚀剂上的硬化层并到达终止时刻后，便可进入到步骤200)以继续对剩余的光致抗蚀剂进行刻蚀并将其完全去除。由于步骤100)处理之后所剩下的光致抗蚀剂不含有硬化层而较易去除，同时为防止对硅片表面的损伤，因而在该步骤200)中采用不含CHxFy的第二种工艺气体进行刻蚀。该第二种工艺气体的组分包括O2、N2、CO2等气体，其中O2流量大于第二种工艺气体总流量的40％，并且O2和N2的流量比例在1∶1～6∶1的范围内，O2和CO2的流量比例在1∶1～8∶1的范围内。至于步骤200)中的其他工艺参数，可以与步骤100)中的类似，在此不再赘述。
在该步骤200)中同样可以借助于520nm谱线来确定步骤200)的终止时刻。具体地，当光致抗蚀剂完全被去除后，反应腔室中的C-O浓度随之降低，此时，520nm谱线强度也将出现明显的降低，基于此便可以确定本步骤200)的终止时刻。当然，也可以采用类似于步骤100)中所述的其他方式来确定步骤200)的终止时刻。
经过本发明所述方法处理后，对硅片介质层的损耗可以限制在
以下。由此可见，采用本发明提供的方法可以减少甚至避免对硅片的损伤。
下面以一个具体应用实例来详细说明本发明提供的去除光致抗蚀剂方法及其效果。
请参阅图3，其中示出了带有光致抗蚀剂的硅片。其中，光致抗蚀剂厚度为
且其表层形成有富碳或类似富碳结构的硬化层，该硬化层厚度为
左右。
第一步：利用本申请人提供的NMC508A型等离子刻蚀机而对图3所示硅片的表面进行去除光致抗蚀剂的操作。本步骤中的含氟气体采用CH2F2，并且所采用的工艺参数如下：
压力30mT；
上电极功率350W；
下电极功率0W；
工艺气体组分及含量比例(以各气体的流量值表示)：
O2流量100Sccm、N2流量50sccm、CH2F2流量15sccm。
以上述参数对光致抗蚀剂持续刻蚀10s，可均匀地去除厚度左右的光致抗蚀剂。由于光致抗蚀剂的硬化层厚度为
左右，所以经过10s的刻蚀后，可确保该硬化层已被彻底去除。
第二步：对已去除硬化层的光致抗蚀剂继续进行刻蚀。本步骤中所采用的工艺参数如下：
压力40mT；
上电极功率350W；
下电极功率0W；
工艺气体组分及含量比例(以各气体的流量值表示)：
O2流量100Sccm、N2流量50sccm。
本步骤中的刻蚀速率约为
以实现对剩余光致抗蚀剂的快速刻蚀，并通过监测520nm谱线强度变化来确定本步骤的终止时间。
采用如上所述的两步处理后，图3所示硅片表面的光致抗蚀剂可被彻底去除，于是得到图4所示的硅片。通过仔细比较图3和图4可以看出，采用本发明提供的方法不仅能够快速、均匀且彻底地去除硅片表面的光致抗蚀剂，而且相对于现有方法还能够减少甚至避免对硅片表面的损伤。
需要指出的是，尽管前述应用实例中采用了本申请人提供的型号为NMC508A的等离子刻蚀机，然而在实际应用中也可以采用其他厂家其他型号的等离子体处理设备，并且诸如电极功率、刻蚀时间、气体含量比例等的工艺参数可以根据所采用的等离子体处理设备和所处理硅片的不同而作相应的调整。
此外，本发明还提供了一种等离子体处理设备，其包括反应腔室、上/下电极，并且该等离子体处理设备应用了本发明提供的上述去除光致抗蚀剂的方法，以快速、均匀地去除硅片表面的光致抗蚀剂，并且减少甚至避免对硅片表面造成损伤。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种去除光致抗蚀剂的方法，其特征在于，包括下述步骤：
100)借助于第一种工艺气体对硅片表面的光致抗蚀剂进行刻蚀，以便至少去除光致抗蚀剂上的硬化层；
200)借助于第二种工艺气体继续对所述光致抗蚀剂进行刻蚀，以去除剩余的光致抗蚀剂。
2.根据权利要求1所述的去除光致抗蚀剂的方法，其特征在于，所述第一种工艺气体的组分包括O2和CHxFy，或者包括O2、N2和CHxFy，或者包括O2、CO2和CHxFy，或者包括O2、N2、CO2和CHxFy。
3.根据权利要求1所述的去除光致抗蚀剂的方法，其特征在于，所述第二种工艺气体的组分包括O2，或者包括O2和N2，或者包括O2和CO2，或者包括O2、N2和CO2。
4.根据权利要求2所述的去除光致抗蚀剂的方法，其特征在于，所述第一种工艺气体中的O2流量大于所述第一种工艺气体总流量的40％。
5.根据权利要求2所述的去除光致抗蚀剂的方法，其特征在于，所述第一种工艺气体中的CHxFy流量小于等于所述第一种工艺气体总流量的30％。
6.根据权利要求2所述的去除光致抗蚀剂的方法，其特征在于，所述CHxFy气体为CF4、CHF3、CH2F2、CH3F中的一种或几种。
7.根据权利要求3所述的去除光致抗蚀剂的方法，其特征在于，所述第二种工艺气体中的O2流量大于所述第二种工艺气体总流量的40％。
8.根据权利要求2所述的去除光致抗蚀剂的方法，其特征在于，所述第一种工艺气体中O2和N2的流量比例在1∶1～6∶1的范围内，O2和CO2的流量比例在1∶1～8∶1的范围内。
9.根据权利要求3所述的去除光致抗蚀剂的方法，其特征在于，所述第二种工艺气体中O2和N2的流量比例在1∶1～6∶1的范围内，O2和CO2的流量比例在1∶1～8∶1的范围内。
10.根据权利要求1所述的去除光致抗蚀剂的方法，其特征在于，在步骤100)中，采用第一种工艺气体进行刻蚀的时间为5～15秒。
11.根据权利要求1所述的去除光致抗蚀剂的方法，其特征在于，根据520nm谱线控制所述步骤100)和/或步骤200)的终止时刻。
12.根据权利要求1所述的去除光致抗蚀剂的方法，其特征在于，该方法中所采用的工艺参数如下：上电极的功率维持在200～800W之间，下电极的功率维持在0～20W之间，并且反应腔室内的压力维持在20～80mTorr之间。
13.一种等离子体处理设备，包括反应腔室及上、下电极，其特征在于，其应用如权利要求1至12中任意一项所述的去除光致抗蚀剂的方法，以快速、均匀地去除硅片表面的光致抗蚀剂，并减少甚至避免对硅片表面的损伤。
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|---|---|---|---|---|
| CN104391434A (zh) * | 2014-09-24 | 2015-03-04 | 上海华力微电子有限公司 | 光刻胶去除方法 |
| CN111146081A (zh) * | 2018-11-05 | 2020-05-12 | 东京毅力科创株式会社 | 被处理体的处理方法和等离子体处理装置 |
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2008
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