CN101762993B - 光刻胶的去除方法及连接孔的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种光刻胶的去除方法，包括：提供具有光刻胶层的基底；对所述光刻胶层执行等离子预处理；去除已经执行等离子体预处理的光刻胶层；其中，所述等离子体预处理为反应离子刻蚀工艺。本发明还提供一种连接孔的制造方法。本发明可减少或消除光刻胶残留物缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种光刻胶的去除方法及连接孔的制造方法。
背景技术
在半导体制造工艺中，需要通过光刻在半导体基底上形成出光刻胶图案，预先定义出待处理区域，然后按照光刻胶图案进行刻蚀或离子注入等处理。光刻工艺水平的高低、质量的好坏直接影响刻蚀或离子注入的结果。
在光刻工艺中，光刻胶首先通过旋涂的方法被均匀的旋涂于半导体基底的表面，然后通过烘烤(bake)、曝光(exposure)、显影(develop)等一系列的工艺将掩膜板上的图案转移到半导体基底表面的光刻胶上，形成光刻胶图案。生成光刻胶图案后，对带有所述光刻图案的半导体基底执行刻蚀或离子注入的工艺。在完成刻蚀或离子注入后需要将光刻胶层去除。
现有去除光刻胶层的方法主要有等离子体灰化和湿法清洗。在公开号为CN 1779575A，公开日为2006年5月31日的中国专利申请文件中，公开了一种等离子体灰化去除光刻胶的方法。在其方法中，将包括O2的气体作为灰化气体，并设置电感耦合等离子体反应灰化室内部温度在0至80度，进行等离子体灰化处理，去除光刻胶。
然而，上述的去除光刻胶的方法通过电感耦合等离子体反应工艺去除光刻胶层，常常难以将光刻胶去除干净，在基底表面会有光刻胶残留物。特别是双镶嵌结构的沟槽和/或连接孔的制造工艺中，常常需要用含氟的气体作为刻蚀气体，例如CF4、C4F6，用上述气体等离子执行刻蚀时，等离子体会与光刻胶作用，在光刻胶表面形成难以去除的聚合物硬膜，该聚合物硬膜难以被去除，在去除光刻胶后会造成残留物缺陷。
发明内容
本发明提供一种光刻胶的去除方法及连接孔的制造方法，本发明可减少或消除光刻胶残留物缺陷。
本发明提供的一种光刻胶的去除方法，包括：
提供具有光刻胶层的基底；
对所述光刻胶层执行等离子预处理；
执行等离子体灰化工艺去除已经执行等离子体预处理的光刻胶层；其中，
所述等离子体预处理为反应离子刻蚀。
可选的，所述等离子体预处理工艺中，反应气体包括O2。
可选的，所述反应气体还包括CO。
可选的，所述反应离子刻蚀工艺中，射频源功率为50W至300W。
可选的，所述反应离子刻蚀工艺中，偏置功率为零。
可选的，所述等离子体灰化工艺为反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀工艺。
可选的，进一步包括，去除已经执行等离子体预处理的光刻胶层之后，对所述基底执行湿法清洗工艺。
本发明还提供一种连接孔的制造方法，包括：
提供具金属间介质层的基底；
在所述金属间介质层上形成光刻胶层；
图形化所述光刻胶层形成连接孔图案；
刻蚀所述连接孔图案底部的金属间介质层，形成连接孔；
形成所述连接孔之后，对所述连接孔图案执行等离子预处理；
执行等离子体灰化工艺去除已经执行等离子体预处理的光刻胶层；其中，
所述等离子体预处理为反应离子刻蚀工艺。
可选的，所述等离子体预处理工艺中，反应气体包括O2。
可选的，所述反应气体还包括CO。
可选的，所述反应离子刻蚀工艺中，射频源功率为50W至300W。
可选的，所述反应离子刻蚀工艺中，偏置功率为零。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
在反应离子刻蚀工艺中，通过化学反应和物理离子轰击双重作用，对光刻胶层表面的硬膜进行刻蚀；此外，反应离子刻蚀工艺的等离子体的能量相对于电感耦合等离子工艺的中的等离子体能量要高；因而，通过反应离子刻蚀工艺进行预处理，可有效的去除光刻胶层表面的硬膜，避免后续的灰化工艺去除光刻胶不完全，产生残留物缺陷产生；即通过执行所述的等离子体预处理，可去除光刻胶层表面的聚合物硬膜，再接着执行灰化工艺，可减少或消除基底表面的光刻胶残留物缺陷，将光刻胶层去除干净
附图说明
图1为具有抗反射层和金属间介质层的基底的剖面示意图；
图2为在图1所示的结构上形成抗反射层和光刻胶层的剖面示意图；
图3为在图2所示的光刻胶层中形成连接孔图案后的示意图；
图4为刻蚀图3所示的连接孔图案下面的抗反射层之后的剖面示意图；
图5为刻蚀所述金属间介质层形成连接孔之后的剖面示意图；
图6为去除图5所示的结构中的抗反射层和光刻胶层之后的剖面示意图。
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。
本发明提供一种光刻胶的去除方法，包括提供具有光刻胶层的基底，接着，对所述光刻胶层执行等离子体预处理，然后，对已经执行所述等离子体预处理的光刻胶层执行等离子体灰化工艺，去除所述光刻胶层，其中，所述等离子体预处理为反应离子刻蚀。
在反应离子刻蚀工艺中，通过化学反应和物理离子轰击双重作用，对光刻胶层表面的硬膜进行刻蚀。而且，反应离子刻蚀工艺的等离子体的能量相对于电感耦合等离子工艺的中的等离子体能量要高。因而，通过反应离子刻蚀工艺进行预处理，可有效的去除光刻胶层表面的硬膜，避免后续的灰化工艺去除光刻胶不完全，产生残留物缺陷产生。
即通过执行所述的等离子体预处理，可去除光刻胶层表面的聚合物硬膜，再接着执行灰化工艺，可减少或消除基底表面的光刻胶残留物缺陷，将光刻胶层去除干净。
此外，由于反应离子刻蚀工艺的双重作用以及高能量的等离子体，刻蚀能量较强，因而，在执行等离子体预处理时，可设置射频源功率为50W至300W，该功率远远小于利用反应离子刻蚀工艺对其它介质层刻蚀时的功率(例如2400w)，以减小等离子体能量，从而减小或避免对光刻胶下面的基底的刻蚀。有利于保护下层的基底。
此外，也可以设置反应离子刻蚀工艺中偏置功率为零，同样是为了减小或避免对光刻胶层下面的基底的刻蚀，保护基底。这里不再详细描述。
此外，上述的反应离子刻蚀工艺中，刻蚀气体可以是O2，由于O2的等离子体具有去除聚合物的作用，通过反应离子刻蚀工艺的工艺腔室电离O2，形成的氧气等离子体，相对于用电感耦合等离子体工艺腔形成的等离子体，具有更高的能量，故而具有更强的刻蚀作用。本反应离子刻蚀工艺中的氧气等离子体具有更高的去除光刻胶层表面的聚合物硬膜的能力。
此外，所述的反应离子刻蚀工艺中，反应气体中还可以包括CO。由于光刻胶表面的聚合物硬膜与O2反应中，可能会产生副产物氟基副产物，而氟基副产物会与基底可能与基底材质反应，引起基底材质被腐蚀，CO在反应离子刻蚀工艺腔中被电离后，等离子体可以与该氟基副产物发生反应，从而消耗该副产物，可避免对基底的腐蚀。
此外，所述的等离子体灰化工艺可以是反应离子刻蚀工艺，也可以是电感耦合等离子体刻蚀工艺。
若等离子体灰化工艺为反应离子刻蚀工艺，则本步骤的灰化工艺可以与上述的等离子体预处理工艺在同一工艺腔中原位执行，可避免基底频繁被传送，避免被外界环境污染，还可以节省工艺时间，提高效率。原位执行时，可以调整等离子体灰化时的工艺参数，避免对去除聚合物硬膜的光刻胶过度刻蚀，引起基底的损伤，这里不再赘述。
若等离子体灰化工艺为电感耦合等离子体刻蚀工艺时，需要在与等离子体预处理工艺不同的工艺腔中执行。这里不再赘述。
此外，执行完所述的等离子体灰化处理之后，还可以进一步执行湿法清洗工艺，以进一步去除基底表面的残留物。这里不再赘述。
下面结合双镶嵌工艺中连接孔的制造方法对本发明的光刻胶的去除方法进行详细描述。需要说明的是，下述步骤的描述不应该作为对本发明的权利要求保护范围的限制，在不背离权利要求的保护范围的条件下，本领域技术人员根据本发明的实施例的教导可以对下述的实施例的步骤的添加、去除、等同替换或者顺序的改变。
图1至6为与本发明的连接孔的制造方法相关的结构的剖面示意图。
如图1所示，提供半导体基底100，所述半导体基底100上具有刻蚀停止层102和金属间介质层104。
所述半导体基底100中可以包括半导体衬底(未示出)和位于该半导体衬底上的半导体器件(未示出)，也可以包括连接所述半导体器件的金属互连线(未示出)。
所述半导体衬底的材质可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅等材质，也可以是硅锗化合物，还可以具有绝缘层上硅(Silicon On Insulator，SOI)结构或硅上外延层结构。所述金属互连线可以是铜或铝或铝铜合金。
所述半导体器件可以是金属氧化物半导体晶体管(MOS)或互补型金属氧化物半导体晶体管(CMOS)，该金属氧化物半导体晶体管具有栅极、源极和漏极。所述半导体器件也可以是动态随机存储器(DRAM)、静态随机存储器(SRAM)、闪存(Flash)、电荷耦合器件(CCD)、二极管等。所述半导体器件还可以是逻辑器件。
所述刻蚀停止层102为氮化硅、碳化硅或含氮的碳化硅(NDC)中的一种。形成所述刻蚀停止层102的方法可以是化学气相沉积或原子层沉积。
该刻蚀停止层102作为在金属间介质层104中刻蚀连接孔的刻蚀终点检测层，避免在刻蚀连接孔时，直接刻蚀至下层的金属互连线，对金属互连线造成损伤；此外，若金属互连线材质为铜，该刻蚀停止层102可以作为阻挡层，阻止铜向所述金属间介质层104中扩散。
所述金属间介质层104为低介电常数材料(介电常数小于3的介质材料一般认为是低介电常数材料)，可以是氟硅玻璃、磷硅玻璃、硼硅玻璃、硼磷硅玻璃、黑钻石(Black Diamond，BDTM)中的一种。所述金属间介质层104为金属互连线之间的绝缘层，绝缘隔离不同层的金属互连线。本实施例中所述介质层为BDTM。形成所述金属间介质层104的方法为化学气相沉积或原子层沉积。
如图2所示，在所述金属间介质层104上旋涂抗反射层106和光刻胶层108，所述光刻胶层108用于形成连接孔的图案。接着，如图3所示，执行光刻工艺，图形化所述光刻胶层108，在所述光刻胶层108中形成连接孔图案108a。所述连接孔图案108a的底部露出抗反射层106。
然后，如图4所示，执行初刻蚀工艺，刻蚀去除所述连接孔图案108a底部的抗反射层106，形成开口106a。
对所述连接孔图案108a底部的抗反射层106的刻蚀可以一步进行，也可以分为两步进行。选用的刻蚀气体可以是C4F6、O2、Ar。
然后，执行主刻蚀工艺，刻蚀去除所述开口106a底部的金属间介质层104，直至所述刻蚀停止层102表面露出时为止，形成连接孔104a，如图5所示。
所述主刻蚀工艺为等离子体刻蚀，产生等离子体的刻蚀气体为含氟的气体和惰性气体。
本实施例中，所述含氟的气体可以是CF4、C4F6、CHF3、C4F8中的一种或组合。所述刻蚀气体还可以包括O2。所述惰性气体为Ar和He。
具体的，所述刻蚀气体可以为C4F6、CHF3、O2、Ar的混合气体，其中，C4F6的流量为5至20sccm，CHF3的流量为5至50sccm，O2的流量为5至20sccm，Ar的流量为50至500sccm，产生等离子体的环境的压力为10至100mTorr，射频源功率为500至3000W。
执行时，将所述含有光刻胶图案108a的半导体衬底100置于刻蚀腔室中，向所述刻蚀腔室中通入C4F6、CHF3、O2、Ar等刻蚀气体，打开射频源，使所述的刻蚀气体电离，产生等离子体，产生的等离子体在偏压的作用下，轰击所述开口106a底部的介质层104，去除所述开口106a底部的介质层。
通过含氟的气体例如C4F6、CHF3作为刻蚀气体，一方面对所述金属间介质层104进行刻蚀，另一方面，在刻蚀的同时，产生聚合物并附着在金属间介质层104中刻蚀出的连接孔104a的侧壁，保护所述连接孔104a侧壁不受刻蚀损伤，有利于后续形成侧壁轮廓较好的连接孔，其中，在含氟的刻蚀气体中，碳氟的比例越大，产生的聚合物越多。然而，上述含氟的刻蚀气体也在光刻胶层108表面形成聚合物硬膜。
在另外的实施例中，所述主刻蚀也可分为两步。
执行完上述的主刻蚀工艺之后，需要执行过刻蚀工艺。通过过刻蚀工艺使得连接孔108a底部的金属间介质层完全被去除，不会有残留物。
完成过刻蚀工艺后，需要去除所述光刻胶层108和抗反射层106。
本实施例中，首先对所述光刻胶层108执行等离子体预处理，其中，所述等离子体预处理工艺为反应离子刻蚀工艺。反应离子刻蚀工艺中反应气体为O2。
在所述的反应离子刻蚀工艺中，通过化学反应和物理离子轰击双重作用，对光刻胶层表面的硬膜执行刻蚀。而且，反应离子刻蚀工艺的等离子体的能量相对于电感耦合等离子工艺的中的等离子体能量要高，可有效的去除光刻胶层表面的聚合物硬膜，避免后续的灰化工艺去除光刻胶不完全，产生残留缺陷。
其中，所述聚合物硬膜是由于在上述的主刻蚀以及过刻蚀工艺中，含氟气体例如CF4、C4F6的等离子体与光刻胶发生化学反应而形成的。该聚合物难以被去除，成为硬度较大的膜层并覆盖于光刻胶层108表面。通过执行所述的等离子体预处理，可去除光刻胶层108表面的聚合物硬膜，再接着执行灰化工艺，可减少或消除基底表面的光刻胶残留物缺陷，将光刻胶层去除干净。
由于反应离子刻蚀工艺具有化学反应和等离子体轰击的双重作用，以及等离子体能量较高等特点，因而刻蚀能力较强。在执行等离子体预处理时，可设置射频源功率为50W至300W，该功率远远小于利用反应离子刻蚀工艺对其它介质层刻蚀时的功率(例如2400w)，以减小等离子体能量，从而减小或避免对光刻胶下面的金属间介质层104的刻蚀。有利于保护形成的连接孔104a的轮廓。本实施例中，可设置反应离子刻蚀的射频源功率为100W。此外射频源频率为27MHz，反应腔室压力为200mT。
另外，本实施例也可设置偏置功率为零，同样是为了减小或避免对连接孔104a侧壁的刻蚀。
本实施例中，刻蚀气体可以是O2，O2的流量可以是2000sccm。此外，所述的反应离子刻蚀工艺中，反应气体中还可以包括CO。由于光刻胶表面的聚合物硬膜与O2反应中，可能会产生副产物氟基副产物，而氟基副产物可能与金属间介质层104材质反应，引起金属间介质层104被腐蚀。CO在反应离子刻蚀工艺腔中被电离后，等离子体可以与该氟基副产物发生反应，从而消耗该副产物，可避免对基底的腐蚀。其中，所述CO的浏览可以是200sccm。
执行完上述的等离子体预处理之后，接着对所述光刻胶层108和抗反射层106执行等离子体灰化处理，去除所述光刻胶层108a和106a，如图6所示。
其中，所述的等离子体灰化工艺可以是反应离子刻蚀工艺，也可以是电感耦合等离子体刻蚀工艺。
若等离子体灰化工艺为反应离子刻蚀工艺，则本步骤的灰化工艺可以与上述的等离子体预处理工艺在同一工艺腔中原位执行，可所述半导体基底100表面避免被外界环境污染。原位执行时，可以调整等离子体灰化时的工艺参数，避免对去除聚合物硬膜之后的光刻胶层108过度刻蚀，引起下面金属间介质层104损伤，这里不再赘述。
若等离子体灰化工艺为电感耦合等离子体刻蚀工艺时，需要在与等离子体预处理工艺在不同的工艺腔中执行。
此外，还可以对已经完成等离子体灰化的基底100执行湿法清洗工艺，这里不再赘述。
进一步的，可以在金属间介质层104中形成沟槽。这里不再赘述。
本发明的连接孔的刻蚀方法也可以适用于先形成沟槽后形成连接孔的双镶嵌结构制造工艺中的连接孔的制造，这里不再赘述。
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 (12)
1.一种光刻胶的去除方法，其特征在于，包括：
提供具有光刻胶层的基底；
对所述光刻胶层执行等离子预处理；
执行等离子体灰化工艺去除已经执行等离子体预处理的光刻胶层；其中，
所述等离子体预处理为反应离子刻蚀。
2.如权利要求1所述的光刻胶的去除方法，其特征在于：所述等离子体预处理工艺中，反应气体包括O2。
3.如权利要求2所述的光刻胶的去除方法，其特征在于：所述反应气体还包括CO。
4.如权利要求1所述的光刻胶的去除方法，其特征在于：所述反应离子刻蚀工艺中，射频源功率为50W至300W。
5.如权利要求4所述的光刻胶的去除方法，其特征在于：所述反应离子刻蚀工艺中，偏置功率为零。
6.如权利要求1所述的光刻胶的去除方法，其特征在于：所述等离子体灰化工艺为反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀工艺。
7.如权利要求1所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，进一步包括，去除已经执行等离子体预处理的光刻胶层之后，对所述基底执行湿法清洗工艺。
8.一种连接孔的制造方法，其特征在于，包括：
提供具金属间介质层的基底；
在所述金属间介质层上形成光刻胶层；
图形化所述光刻胶层形成连接孔图案；
刻蚀所述连接孔图案底部的金属间介质层，形成连接孔；
形成所述连接孔之后，对所述连接孔图案执行等离子预处理；
执行等离子体灰化工艺去除已经执行等离子体预处理的光刻胶层；其中，
所述等离子体预处理为反应离子刻蚀工艺。
9.如权利要求8所述的连接孔的制造方法，其特征在于，所述等离子体预处理工艺中，反应气体包括O2。
10.如权利要求9所述的连接孔的制造方法，其特征在于：所述反应气体还包括CO。
11.如权利要求8所述的连接孔的制造方法：所述反应离子刻蚀工艺中，射频源功率为50W至300W。
12.如权利要求11所述的连接孔的制造方法，其特征在于：所述反应离子刻蚀工艺中，偏置功率为零。
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