CN102610496B

CN102610496B - 大高宽比结构的去胶方法

Info

Publication number: CN102610496B
Application number: CN201210101203.0A
Authority: CN
Inventors: 王伟军; 李铭; 曾绍海
Original assignee: Shanghai Integrated Circuit Research and Development Center Co Ltd
Current assignee: Shanghai IC R&D Center Co Ltd
Priority date: 2012-03-31
Filing date: 2012-03-31
Publication date: 2017-11-07
Anticipated expiration: 2032-03-31
Also published as: CN102610496A

Abstract

本发明提供一种大高宽比结构的去胶方法，在去胶工艺前先执行一步预清洗工艺，并在去胶工艺中定时掺入一些含卤素气体来改善去胶效果，能有效避免去胶残留，改善高宽比结构底部的平整度，有利于电学接触性能的提高；进一步地通过交替进行含卤素气体去胶和纯氧去胶，可防止光刻胶的固结，同时避免对无胶表面的损伤。本发明的去胶方法没有增加复杂的工艺流程，仅需增加一步预清洗工艺并对去胶工艺局部调整即可实现有效去胶，节约生产成本。

Description

大高宽比结构的去胶方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种大高宽比结构的去胶方法。

背景技术

随着半导体器件功能日趋复杂，其结构也变得越来越多样化。其中高宽比已成为器件结构的重要参数之一，在新型半导体器件中已有多种结构具有大高宽比，如高高宽比接触孔(HARC)、自对准接触孔(SAC)等；此外，在互连领域的硅通孔(TSV)也是一种典型的大高宽比结构。由于此类结构的高宽比很大，工艺过程中在此类结构底部的残留不易清除，特别是，在某些工艺中大高宽比结构中填充有光刻胶或BARC等物质，更难以彻底去除，极易影响器件的接触性能，因此对于此类结构的清洁也成为关键工艺之一，倘若不能彻底清洁会严重影响器件的性能。

目前业界对半导体相关结构的残留物的去除方法已有不少研究。其中大多集中在湿法清洗的领域，例如对清洗溶液的组分、清洗的步续等有诸多讨论，但均需要增加额外的材料和时间成本，而且这些方法对大高宽比结构内的残留物去除效果也不够理想。此外，对半导体相关结构的残留物的去除方法中，也有通过化学反应的方法进行结构底部的清洁，以去除相关结构内的残留。例如，专利号为US6329293的美国专利提出了在常温常压下利用氟化氢气体清除深沟槽底部聚合物的方法，但这种方法需要在去胶后增加一工艺步骤，且气体的定向输入需要特定装置，另外会对沟槽形貌造成一定影响，在生产成本和效率上并不经济，且工艺存在不可控因素。

因此，对于大高宽比结构内光刻胶等残留物或者填充物的去除，需要一种工艺过程简单、易于实现、成本可控、适于实际生产的处理方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大高宽比结构的去胶方法，能够有效避免去胶残留，改善大高宽比结构底部的平整度，有利于电学接触性能的提高。

为解决上述问题，本发明提供一种大高宽比结构的去胶方法，在所述大高宽比结构内填充有需要去除的光刻胶或BARC，所述去胶方法包括：

执行预清洗工艺，去除由于前步工艺而在光刻胶或BARC表面产生的反应副产物；

执行去胶工艺，并在所述去胶工艺的去胶气体中定时掺入含卤素气体；

执行后清洗工艺。

可选的，所述大高宽比结构的高宽比为1～5。

可选的，所述大高宽比结构的高宽比为4～5。

可选的，所述预清洗工艺采用的清洗液为ST250，工艺时间为3～5分钟。

可选的，在所述去胶工艺中定时掺入的含卤素气体为CF₄和/或C₄F₈。

可选的，所述去胶工艺的工艺压强为60～400mtorr，氧气流量范围250～500sccm，RF功率为200～400W。

可选的，在所述去胶工艺中，含卤素气体与氧气的流量比为1/20～1/10。

可选的，在所述去胶工艺的去胶气体中定时掺入含卤素气体后，使得含卤素气体去胶的工艺时间与纯氧去胶的工艺时间比为1/5～1/2。

可选的，所述大高宽比结构为包括通孔与沟槽的双镶嵌结构。

可选的，所述双镶嵌结构利用以下步骤形成：

提供一衬底；

在所述衬底上依次形成刻蚀停止层、第一介质层、中间停止层、第二介质层、抗反射层；

图形化上述膜层，并进行刻蚀形成通孔；

向所述通孔内填充BARC后，刻蚀形成沟槽结构。

可选的，所述大高宽比结构为压点，所述压点中有不同线宽的沟槽被光刻胶填充。

可选的，所述压点的沟槽的线宽为1.5～6μm，深度为4～6μm。

与现有技术相比，本发明提供的大高宽比结构的去胶方法，在去胶工艺前先执行一步预清洗工艺，并在去胶工艺中定时掺入一些含卤素气体来改善去胶效果，能有效避免去胶残留，改善大高宽比结构底部的平整度，有利于电学接触性能的提高；进一步地通过交替进行含卤素气体去胶和纯氧去胶，可防止光刻胶的固结，同时避免对无胶表面的损伤。本发明的去胶方法没有增加复杂的工艺流程，仅需增加一步预清洗工艺并对去胶工艺局部调整即可实现有效去胶，节约生产成本。

附图说明

图1是本发明的大高宽比结构去胶方法的流程图；

图2A至2C是本发明实施例一的双镶嵌结构去胶工艺中的结构剖视图；

图3A至3C是本发明实施例二的压点结构去胶工艺中的结构剖视图。

具体实施方式

在背景技术中已经提及，半导体器件中的大高宽比结构内，尤其是其底部容易形成残留并且不易去除，此类残留会对后续工艺步骤和器件接触性能造成不良影响。

如图1所示，本发明的核心思想在于，提供一种大高宽比结构的去胶方法，在所述大高宽比结构内填充有需要去除的光刻胶或BARC，所述去胶方法包括：

S1，执行预清洗工艺，去除由于前步工艺而在光刻胶或BARC表面产生的反应副产物；

S2，执行去胶工艺，并在所述去胶工艺的去胶气体中定时掺入含卤素气体；

S3，执行后清洗工艺。

其中，所述大高宽比结构的高宽比优选为1～5。

因此，本发明提供的针对大高宽比结构的去胶方法，通过在去胶前执行一步预清洗工艺，在去胶工艺前先执行一步预清洗工艺，并在去胶工艺中定时掺入一些含卤素气体来改善去胶效果，能有效避免去胶残留，改善大高宽比结构底部的平整度，有利于电学接触性能的提高；进一步地通过交替进行含卤素气体去胶和纯氧去胶，可防止光刻胶的固结，同时避免对无胶表面的损伤。本发明的去胶方法没有增加复杂的工艺流程，仅需增加一步预清洗工艺并对去胶工艺局部调整即可实现有效去胶，节约生产成本。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的大高宽比结构的去胶方法作进一步详细说明。

实施例一

本实施例为以常规CMOS工艺DD结构的去胶方法，所述DD结构即包括通孔与沟槽的双镶嵌结构。图2A～2C为本实施例的去胶方法中各步骤对应的器件的剖面结构示意图。

首先，如图2A所示，提供一衬底100，并在衬底100上依次形成刻蚀停止层110、第一介质层120、中间停止层130、第二介质层140、抗反射层150；至此，膜层淀积完成，即可形成如图2A所示的五层结构。

其中，所述衬底100可以为如二氧化硅(SiO₂)的介质层，或为带有前道工艺图形的基底。所述刻蚀停止层110的材料可以为氮化硅(Si₃N₄)、掺碳氮化硅(NDC)等，所述刻蚀停止层110的厚度为优选为所述第一介质层120的材料可以为TEOS、掺氟二氧化硅(FSG)等，本实施例选为TEOS，其厚度为优选为所述中间停止层130的材料可以为氮化硅(Si₃N₄)，其厚度为优选为所述第二介质层140的材料可以为TEOS、掺氟二氧化硅(FSG)等，优选为TEOS，其厚度为优选为所述抗反射层150的材料可以是氮氧化硅(SiON)，厚度为优选为

接着，如图2B所示，通过两步图形化工艺形成包括通孔与沟槽的双镶嵌(DD)结构。其中，所述″图形化″也被称为″图案化″，是指利用曝光、显影、刻蚀等光刻工艺，将掩模版(mask)上的图形转移到待图形化的膜层上。图形化工艺后，形成第一介质层121、中间停止层131、第二介质层141、抗反射层151。

在本实施例中，首先，形成通孔结构；然后，利用BARC填充通孔后，再进行沟槽结构的图形化工艺，即可形成包括通孔与沟槽的双镶嵌结构。160为表面所剩的光刻胶；170为图形化后通孔内所剩的BARC。所述图形化过程是本领域内的公知常识，在此不再详细描述。

然而经研究发现，由于刻蚀后光刻胶160表面以及通孔内填充的BARC 170中含有反应副产物，致使去胶后有所残留，往往会对后续工艺步骤和器件性能造成不良影响，例如造成接触不良、电阻增大。这种情况在光刻胶较厚或者图形结构高宽比较大时表现尤为明显。在本实施例的双镶嵌结构中，由于所述第一介质层120的厚度为所以最终形成的通孔主要位于第一介质层121中，其高度(即第一介质层的厚度)为9000其特征尺寸(直径)根据设计处于一定范围，优选为0.20μm～0.35μm，亦即高宽比为2.5～4.5。其他实施例中，通孔的高宽比根据设计要求也可处于1～5。由于本实施例的通孔的高宽比为2.5～4.5，因此通孔底部的光刻胶通过常规去胶工艺难以清除干净，特别是，具有高宽比4～4.5的通孔底部会有较多的BARC170及反应副产物残留，因此，有必要应用新的去胶工艺彻底清除通孔底部的BARC。

本实施例的关键步骤是在刻蚀形成包括通孔与沟槽的双镶嵌结构后，彻底去除通孔底部的BARC。具体方法是：

首先，在刻蚀后、去胶前增加一步预清洗工艺，去除刻蚀沟槽过程中形成于光刻胶160表面以及通孔内填充的BARC 170中含有的反应副产物，所述预清洗工艺与原去胶工艺后的清洗工艺类同，采用类似的清洗液和清洗步骤，在本实施例中，所述预清洗工艺采用的清洗液为ST250，工艺时间为3～5分钟，优选为4分钟。

然后，在预清洗工艺完成后，进行去胶工艺，去除通孔内的BARC 170以及沟槽表面的光刻胶160，本实施例中，去胶工艺压强可以为200～400mTorr，优选为300mTorr；氧气流量范围250～500sccm，优选为300sccm；RF功率为200～400W，优选为300W；为去除含有刻蚀副产物的光刻胶，避免去胶残留，需要定时掺入一些含卤素气体，如CF₄、C₄F₈，与氧气的流量比为1/20～1/10，即5％～10％，将纯氧气去胶步骤设为ash1，含CF₄去胶步骤设为ash2，去胶步序为ash1/ash2/ash1/ash2/ash1，其中ash2与ash1的时间比为1/5～1/2，可以较好的避免去胶残留，并减少F离子对沟槽和通孔表面的刻蚀。在本实施例中选用CF₄，与氧气的流量比为1/15，即其流量为20sccm。同时可采用如下交替去胶步序：ash190sec/ash230sec/ash190sec/ash230sec/ash190sec，ash2与ash1的时间比为1/3，相当于在整个纯氧去胶过程中定时掺入含卤素气体。

接着，在去胶完成后，再进行正常的清洗工艺。

如图2C所示，在后清洗工艺完成后，得到较为理想的双镶嵌结构。

本实施例中，由于通孔内BARC中的反应副产物已被部分去除，在去胶后不易在通孔底部造成残留，其后的清洗工艺亦能起到更好的效果，在后续工艺完成后能形成较好的电学接触；此外，本发明实施例提供的去胶方法仅增加一步预清洗工艺步骤，没有增加复杂的工艺流程，对产品性能不会造成不良影响，节约了生产成本。

需要说明的是，所述预清洗工艺选用的清洗液对于光刻胶的去除作用并不明显，因此光刻胶的厚度不会明显减小，光刻胶去除主要仍由后续的去胶工艺完成。利用上述工艺条件，可最大程度去除刻蚀过程反应副产物造成的影响，进一步地通过交替进行含卤素气体去胶和纯氧去胶，可防止光刻胶的固结，同时避免对无胶表面的损伤，所得的通孔底部以及沟槽表面更为平整。

实施例二

本实施例为以特定图形中压点(pad)刻蚀后的去胶方法，所述特定图形包含已被刻蚀的压点以及被光刻胶所填充的不同线宽的沟槽。图3A～3C为本实施例的去胶方法中各步骤对应的器件的剖面结构示意图。

如图3A所示的器件结构中，200为刻蚀完成后的压点图形，210为剩余的光刻胶，220、230、240分别为不同线宽的介质层沟槽，线宽分别为1.5μm、3μm、6μm，由于所述介质层沟槽不需被刻蚀均被光刻胶填充其填充深度为4～6μm，在此优选为5μm，刻蚀完成后在介质层沟槽表面剩余的光刻胶厚度为2μm，因此，本实施例中介质层沟槽填充的光刻胶总厚度为7μm，这种沟槽填充结构的高宽比实际上是处于1.1～4.7之间。

现有的大高宽比结构的去胶工艺中，对于较厚的光刻胶(厚度≥5μm)去除，不论在沟槽表面或是沟槽内都较易产生光刻胶残留。

为去除较厚的光刻胶，本实施例中，首先，进行预清洗工艺，采用的清洗液为ST250，清洗时间为4分钟，以去除覆盖于光刻胶表面的前道刻蚀反应副产物，该步工艺对光刻胶的去除并不明显，光刻胶厚度无明显减小。

然后，如图3B所示，执行两步去胶工艺。

第一步，去除介质层沟槽220、230、240表面的光刻胶210。为提高去胶速率，采用较高工艺压强的氧气去胶。在本实施例中，工艺压强为200～400mTorr，优选为300mTorr；氧气流量范围250～500sccm，优选为350sccm；RF功率为200～400W，优选为300W。去胶工艺的时间可采用终点探测，在本实施例中，介质层沟槽220、230、240所在的介质层为氮氧化硅(SiON)，可选用波长为268nm的NO信号。211为所剩的沟槽内的光刻胶。

第二步，去除介质层沟槽220、230、240内的光刻胶211。由于介质层沟槽220、230、240的高宽比较大，需要采用较低工艺压强，在本实施例中，工艺压强为60～100mTorr，优选为80mTorr；氧气流量范围250～500sccm，优选为300sccm；RF功率为200～400W，优选为300W。为去除含有刻蚀副产物的光刻胶，避免去胶残留，需要定时掺入一些含卤素气体，如CF₄、C₄F₈，与氧气的流量比为1/20～1/10，即5～10％，将纯氧气去胶步骤设为ash1，含CF₄去胶步骤设为ash2，去胶步序为ash1/ash2/ash1/ash2/ash1，其中ash2与ash1的时间比为1/5～1/2，可以较好的避免去胶残留，并减少F离子对沟槽和通孔表面的刻蚀。在本实施例中选用CF₄，与氧气的流量比为1/15，即其流量为20sccm。同时可采用如下交替去胶步序：ash190sec/ash230sec/ash190sec/ash230sec/ash190sec，ash2与ash1的时间比为1/3，相当于在整个纯氧去胶过程中定时掺入含卤素气体。

在两步去胶工艺完成后，相关结构如图2C所示，再进行正常的清洗工艺，可以使得介质层沟槽220、230、240的表面平整，底部清洁。

本实施例提供的去胶方法，先去除沟槽表面的光刻胶，再去除沟槽内部的光刻胶，在去胶后不易在沟槽底部造成残留以及损伤沟槽表面的平整度，其后的清洗工艺亦能起到更好的效果，在后续工艺完成后能形成较好的电学接触；此外，本实施例提供的去胶方法仅增加一步预清洗工艺步骤，没有增加复杂的工艺流程，对产品性能不会造成不良影响，节约了生产成本。

需要说明的是，虽然上述实施例以双镶嵌结构的去胶方法和特定图形压点的去胶方法为例，但是本发明并不限制于此，除上述两个实施例外，本发明还可用于其他较大高宽比结构的去胶以及较厚光刻胶的去除。本领域技术人员可根据相关结构的高宽比数据以及光刻胶厚度，相应的调整预清洗时间、去胶步序与时间比等工艺参数，来优化去胶效果。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并非用于限定本发明的范围。任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，对本发明的技术方案作本技术领域内熟知的等同改变或替换均不超出本发明的揭露以及保护范围。

Claims

1.一种大高宽比结构的去胶方法，在所述大高宽比结构内填充有需要去除的光刻胶或BARC，其特征在于，所述去胶方法包括：

执行预清洗工艺，去除前步工艺在光刻胶或BARC表面产生的反应副产物；

执行去胶工艺，其中，在整个纯氧去胶过程中定时掺入含卤素气体；含卤素气体与氧气的流量比为1/20～1/10，在所述去胶工艺的去胶气体定时掺入含卤素气体后，使得含卤素气体去胶的工艺时间与纯氧去胶的工艺时间比为1/5～1/2；

执行后清洗工艺。

2.如权利要求1所述的大高宽比结构的去胶方法，其特征在于，所述大高宽比结构的高宽比为1～5。

3.如权利要求1所述的大高宽比结构的去胶方法，其特征在于，所述大高宽比结构的高宽比为4～5。

4.如权利要求1所述的大高宽比结构的去胶方法，其特征在于，所述预清洗工艺采用的清洗液为ST250，工艺时间为3～5分钟。

5.如权利要求1所述的大高宽比结构的去胶方法，其特征在于，在所述去胶工艺中定时掺入的含卤素气体为CF₄和/或C₄F₈。

6.如权利要求1所述的大高宽比结构的去胶方法，其特征在于，所述去胶工艺的工艺压强为60～400mtorr，氧气流量范围250～500sccm，RF功率为200～400W。

7.如权利要求1所述的大高宽比结构的去胶方法，其特征在于，所述大高宽比结构为包括通孔与沟槽的双镶嵌结构。

8.如权利要求7所述的大高宽比结构的去胶方法，其特征在于，所述双镶嵌结构利用以下步骤形成：

提供一衬底；

图形化上述刻蚀停止层、第一介质层、中间介质层、第二介质层和抗反射层，并进行刻蚀形成通孔；

向所述通孔内填充BARC后，刻蚀形成沟槽结构。

9.如权利要求1所述的大高宽比结构的去胶方法，其特征在于，所述大高宽比结构为压点，所述压点中有不同线宽的沟槽被光刻胶填充。

10.如权利要求9所述的大高宽比结构的去胶方法，其特征在于，所述压点的沟槽的线宽为1.5～6μm，深度为4～6μm。