CN102610511A

CN102610511A - 光刻胶的去除方法

Info

Publication number: CN102610511A
Application number: CN2012100770464A
Authority: CN
Inventors: 王兆祥; 杜若昕; 杨平; 刘志强
Original assignee: Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
Current assignee: Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai; Pearl Kogyo Co Ltd
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2012-07-25
Also published as: TW201339769A; TWI497236B

Abstract

一种光刻胶的去除方法，包括：提供基底，所述基底表面依次具有刻蚀阻挡层、低k介质层和图案化的掩膜层，其中掩膜层至少包括有机光刻胶层，所述低k介质层内具有暴露出刻蚀阻挡层的开口，所述开口暴露出的刻蚀阻挡层表面具有含氟的聚合物层；采用第一光刻胶去除工艺去除部分有机光刻胶层的同时将含氟的聚合物层中的氟释放；采用第二光刻胶去除工艺去除剩余的有机光刻胶层。本发明实施例的光刻胶去除方法去除有机光刻胶效果佳且不会损伤低k介质层。

Description

光刻胶的去除方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种光刻胶的去除方法。

背景技术

随着半导体器件的集成度提高，半导体器件的线宽越来越小，关键尺寸的控制也越来越重要，对刻蚀工艺的要求也越来越高。

刻蚀工艺是一种有选择的去除形成在硅片表面的材料或者有选择的去除硅片材料的工艺。刻蚀工艺包括湿法刻蚀和干法刻蚀，干法刻蚀由于选择性高、可控性强成为当今最常用的刻蚀工艺之一。

干法刻蚀即为等离子体刻蚀，通常在等离子体处理装置中通入刻蚀气体，并电离所述刻蚀气体成等离子体，利用所述等离子体对待刻蚀的晶圆进行刻蚀。现有的等离子体刻蚀方法通常在待刻蚀层表面形成光刻胶图形，以所述光刻胶图形为掩膜对所述待刻蚀层进行刻蚀。

具体地，为等离子体刻蚀包括如下步骤：

请参考图1，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100表面形成有刻蚀目标层110；所述刻蚀目标层110上形成有光刻胶图形120；具体的，所述刻蚀目标层110材料为介质层；

请参考图2，以所述光刻胶图形120为掩膜，刻蚀所述刻蚀目标层110直至在所述刻蚀目标层110内形成待形成的图形。

请参考图3，采用灰化工艺去除所述光刻胶图形120(请参考图2)。

在公开号为CN101465287A的中国专利文件中披露更多有关等离子体刻蚀方法的内容。

但是，采用现有技术的等离子体刻蚀工艺形成器件后，所述刻蚀目标层受到较大的损伤，刻蚀形成的器件质量低。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种形成器件质量高的光刻胶的去除方法。

为解决上述问题，本发明提供一种光刻胶的去除方法，包括：

提供基底，所述基底表面依次具有刻蚀阻挡层、低k介质层和图案化的掩膜层，其中掩膜层至少包括有机光刻胶层，所述低k介质层内具有暴露出刻蚀阻挡层的开口，所述开口暴露出的刻蚀阻挡层表面具有含氟的聚合物层；

采用第一光刻胶去除工艺去除部分有机光刻胶层的同时将含氟的聚合物层中的氟释放；

采用第二光刻胶去除工艺去除剩余的有机光刻胶层。

可选的，所述第一光刻去除工艺参数为：射频频率大于40兆赫兹，刻蚀气体为CO₂与CO的混合气体，其中CO₂与CO的流量比为1∶4至4∶1。

可选的，所述第一光刻去除工艺参数为：等离子体刻蚀腔体压力小于100毫托，射频功率小于500瓦。

可选的，所述第二光刻去除工艺参数为：射频频率为13至27兆赫兹，刻蚀气体为CO₂或CO₂与CO的混合气体。

可选的，所述第二光刻去除工艺参数为：等离子体刻蚀腔体压力小于100毫托，刻蚀气体为CO₂或CO₂与CO的混合气体。

可选的，所述掩膜层为硬掩膜层、底部抗反射层和有机光刻胶层的堆叠结构。

可选的，所述刻蚀阻挡层材料为氮化硅、碳化硅或氮碳化硅。

可选的，所述低k介质层材料为k≤3.9的材料。

可选的，所述开口为沟槽或通孔。

可选的，还包括：在第二光刻胶去除工艺之后，对所述基底执行过去除光刻胶工艺。

可选的，所述过去除光刻胶工艺参数为：射频频率小于13兆赫兹，刻蚀气体为CO₂或CO₂与CO的混合气体。

可选的，所述过去除光刻胶工艺参数为：等离子体刻蚀腔体压力小于200毫托，射频功率小于1000瓦。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的光刻胶的去除方法采用第一光刻胶去除工艺将含氟的聚合物层中的氟释放，且释放的氟活性低，从而避免对所述低k介质层和刻蚀阻挡层造成严重损伤；此外第一光刻胶去除工艺在释放氟的同时能够去除部分有机光刻胶层，提高了有机光刻胶层的去除效率，并且第二光刻胶去除工艺的射频频率低于第一光刻胶的射频频率，从而使得第一光刻胶去除工艺和第二光刻胶去除工艺中氧自由基浓度低，有效的保护的低k介质层不受损伤。

此外，由于第一光刻胶去除工艺射频频率高(射频频率大于40兆赫兹)且射频频率参数(射频功率小于500瓦)设置合理，从而在释放含氟的聚合物层中的氟的过程中，氟活性较低，不会对所述低k介质层造成较大损伤。

进一步的，第二光刻胶去除工艺采用更低的频率，从而有效的控制了腔体里氧自由基的浓度，而增加了正离子的浓度。从而有效控制氧自由基对所述低k介质层的损伤。

进一步的，本实施例的过去除工艺的射频频率低于第二光刻胶去除工艺的射频频率，有效的保护的低k介质层不受损伤。

附图说明

图1至图3是现有技术等离子体刻蚀过程示意图；

图4是本发明实施例的光刻胶的去除方法流程示意图；

图5至图7是本发明实施例的光刻胶的去除方法过程示意图；

图8是采用现有技术的光刻胶去除工艺形成的产品扫描电镜示意图；

图9是采用本发明实施例的光刻胶的去除方法形成的产品扫描电镜示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，采用现有技术的等离子体刻蚀工艺形成器件后，所述刻蚀目标层受到较大的损伤，刻蚀形成的器件质量低。

本发明的发明人对现有技术的等离子体刻蚀工艺进行了研究，发现，现有的等离子体刻蚀通常会采用含氟的气体对待刻蚀层进行刻蚀，形成开口，刻蚀完成后，碳氟化物等离子体会在刻蚀阻挡层的表面或内部形成一层含氟的聚合物层，后续，在采用灰化工艺去除所述光刻胶图形时，灰化工艺会将含氟的聚合物层中的氟释放出来，由于灰化工艺释放出的氟为活性氟，活性氟会损伤刻蚀阻挡层，并且现有的灰化工艺中产生较多的氧自由基，从而损伤待刻蚀层的侧壁，在后续工艺中，在所述开口内填入金属时，损伤的侧壁容易导致金属扩散至待刻蚀层内部，使得器件漏电高。

进一步的，发明人发现：当待刻蚀层为低k介质材料时，由于低k介质材料在接触较多的氧自由基，开口侧壁受损更加严重。

为此，本发明的发明人提出一种光刻胶的去除方法，请参考图4，包括如下步骤：

步骤S101，提供基底，所述基底表面依次具有刻蚀阻挡层、低k介质层和图案化的掩膜层，其中掩膜层至少包括有机光刻胶层，所述低k介质层内具有暴露出刻蚀阻挡层的开口，所述开口暴露出的刻蚀阻挡层表面具有含氟的聚合物层；

步骤S102，采用第一光刻胶去除工艺去除部分有机光刻胶层的同时将含氟的聚合物层中的氟释放；

步骤S103，采用第二光刻胶去除工艺去除剩余的有机光刻胶层，所述第二光刻胶去除工艺的射频频率小于第一光刻胶的射频频率。

本发明通过第一光刻胶去除工艺在去除部分掩膜层的同时，将含氟的聚合物层中的氟释放，且第一光刻胶去除工艺释放的氟为惰性氟，对低k介质层和刻蚀阻挡层损伤小；从而在后续采用第二光刻胶去除工艺去除剩余的掩膜层时，不会引入活性氟离子，因此，本发明实施例的光刻胶去除工艺不会损伤低k介质层。

下面结合一具体实施例对本发明的光刻胶的去除方法做详细描述。

请参考图5，提供基底100，所述基底100表面依次具有刻蚀阻挡层101、低k介质层102和图案化的掩膜层(未标识)，其中图案化的掩膜层至少包括有机光刻胶层110，所述低k介质层102内具有暴露出刻蚀阻挡层101的开口103，所述开口103暴露出的刻蚀阻挡层101表面具有含氟的聚合物层104。

具体地，所述基底100可以是单晶硅、多晶硅或非晶硅；所述基底100也可以是硅、锗、砷化镓或硅锗化合物；所述基底100还可以具有外延层或绝缘层上硅结构；所述基底100还可以是其它半导体材料，这里不再一一列举。

在本实施例中，以所述基底表面形成有金属层120做示范性说明，所述金属层用于电连接形成在所述基底表面或内部的各个半导体部件。

所述基底100表面形成有刻蚀阻挡层101，所述刻蚀阻挡层101覆盖所述金属层120，所述刻蚀阻挡层101材料为氮化硅、碳化硅或氮碳化硅，所述刻蚀阻挡层101用于作为刻蚀低k介质层工艺的阻挡层。

所述刻蚀阻挡层101表面具有低k介质层102，所述低k介质层102可以是金属前介质层(Pre-Metal Dielectric，PMD)，也可以是层间介质层(Inter-MetalDielectric，ILD)，用于电学隔离形成在基底100表面或所述低k介质层102内的半导体器件(例如：源极区、栅极、漏极区、金属插塞等，这里不再一一列举)。

所述低k介质层102材料为k≤3.9的材料，包括超低k材料(k≤2.8)，所述低k介质层102的材料为黑钻石(Black Diamond，BD)。

需要说明的是，根据上述的分析，采用现有技术的灰化工艺去除光刻胶时，释放出来的活性氟会对所述刻蚀阻挡层具有较大损伤，且现有技术的灰化工艺会形成较多的氧自由基，同样也会损伤低k介质层，发明人对低k介质层进行进一步分析发现，由于低k介质层通常为多孔材料，比较疏松，较多的氧自由基和活性氟结合对疏松的多孔材料刻蚀率较大，从而很容易损伤低k介质层102。

所述低k介质层102表面具有图案化的掩膜层，图案化的掩膜层具有刻蚀图案，用于为刻蚀所述低k介质层102提供掩膜。

图案化的掩膜层可以为单一覆层或者多层堆叠结构，当图案化的掩膜层为单一覆层时，图案化的掩膜层可以为图案化后的有机光刻胶层。

当图案化的掩膜层为多层堆叠结构时，图案化的掩膜层至少包括一层有机光刻胶层；在本实施例中，图案化的掩膜层包括位于所述低k介质层102表面的硬掩膜层111、位于所述硬掩膜层111表面的底部抗反射层112、位于所述底部抗反射层112表面的有机光刻胶层110。

所述低k介质层102内具有暴露出刻蚀阻挡层的开口103，所述开口103与掩膜层的图案对应，在本实施例中，所述开口103位于金属层120的上方，所述开口103的形成工艺为等离子体刻蚀工艺；所述开口103可以为沟槽或通孔。

需要说明的是，形成开口103的等离子体刻蚀工艺为采用含氟的刻蚀气体，在刻蚀暴露出刻蚀阻挡层101后停止，因此，在刻蚀阻挡层101的表面会形成含氟的聚合物层104。

发明人发现，在现有工艺中，后续通常直接采用灰化工艺去除有机光刻胶层110，而灰化工艺虽然不采用含氟刻蚀气体，但是却会将含氟的聚合物层104中的氟以活性氟释放出来，导致所述低k介质层和刻蚀阻挡层受到严重损伤。

为此，请参考图6，本发明的实施例采用采用第一光刻胶去除工艺去除部分有机光刻胶层的同时将含氟的聚合物层104(请参考图5)中的氟释放。

具体地，所述第一光刻胶去除工艺参数为：等离子体刻蚀腔体压力小于100毫托，射频频率大于40兆赫兹，射频功率小于500瓦，刻蚀气体为CO₂与CO的混合气体，其中CO₂与CO的流量比为1∶4至4∶1。

需要说明的是，发明人发现由于现有光刻胶去除工艺(灰化工艺)会释放活性氟且具有较多的氧自由基，导致严重损伤所述低k介质层102，为此，本发明的发明人先采用第一光刻胶去除工艺将含氟的聚合物层104中的氟释放，由于第一光刻胶去除工艺射频频率高(射频频率大于40兆赫兹)且射频频率参数(射频功率小于500瓦)设置合理，从而在释放含氟的聚合物层104中的氟的过程中，氟活性较低，不会对所述低k介质层和刻蚀阻挡层造成较大损伤。

此外，采用第一光刻胶去除工艺采用较低的射频功率(小于500瓦)，产生的氧自由基较少，对所述低k介质层102损伤小。

需要说明的是，由于第一光刻胶去除工艺释放的氟活性较低，产生的氧自由基和氧正离子较少，因此对刻蚀阻挡层101的损伤也小。

此外，由于含氟的聚合物层104厚度较薄，厚度约为2纳米至5纳米，在第一光刻胶去除工艺通常会将含氟的聚合物层104一并去除。

请参考图7，采用第二光刻胶去除工艺去除剩余的有机光刻胶层110，所述第二光刻胶去除工艺的射频频率小于第一光刻胶的射频频率。

具体地，所述第二光刻去除工艺参数为：等离子体刻蚀腔体压力小于100毫托，射频频率为13至27兆赫兹，射频功率小于1000瓦，刻蚀气体为CO₂或CO₂与CO的混合气体。

需要说明的是，在之前步骤中已经采用释氟工艺将含氟的聚合物层104中的氟释放，因此，第二光刻胶去除工艺采用去胶速率较快、去胶效果佳的第二光刻胶去除工艺，将剩余的有机光刻胶层110去除。

还需要说明的是，本实施例中，所述底部抗反射层112的材料采用的也是有机材料，因此，在本步骤中，第二光刻胶去除工艺一并去除所述底部抗反射层112；在其他实施例中，若所述底部抗反射层112的材料为介质材料，那么第二光刻胶去除工艺去除至所述底部抗反射层112为止。

在本实施例中，采用射频功率小于1000瓦结合射频频率为13.56兆赫兹的工艺参数，去除剩余的有机光刻胶层110的去除速率快且残留有机光刻胶少。

需要说明的是，在第二光刻胶去除工艺中，采用比第一光刻胶去除工艺还要低的射频频率(13.56兆赫兹)，进一步降低了第二光刻胶去除工艺中的氧自由基浓度，使得第二光刻胶去除工艺中不会对低k介质层102产生损伤。

在执行完第二光刻胶去除工艺后，在本实施例中，还会执行对所述基底执行过去除光刻胶工艺，从而保证完全去除有机光刻胶层110。所述过去除光刻胶工艺参数为：等离子体刻蚀腔体压力小于200毫托，射频频率小于13兆赫兹，射频功率小于1000瓦，刻蚀气体为CO₂或CO₂与CO的混合气体。在过去除光刻胶工艺中，采用了小于13兆赫兹的射频频率，在去除光刻胶的同时不会损伤低k介质层102和刻蚀阻挡层101。

较佳的，当所述过去除光刻胶工艺的射频频率为2兆赫兹时，去除效果且低k介质层102和刻蚀阻挡层101的保护效果更佳。

为了进一步说明本发明实施例的效果，发明人对同一批的形成的低k介质层采用同样的刻蚀工艺形成开口，并采用不同的光刻胶去除工艺去除有机光刻胶层，请参考图8，图8为采用现有的光刻胶去除工艺去除光刻胶后，并采用HF水浴(Dip)低k介质层202后的扫描电镜图片，从图8中可以明显发现低k介质层202受到较大损伤，且HF水浴时低k介质层202损伤严重，而图9为采用本发明实施例的光刻胶去除工艺去除光刻胶后，并采用HF水浴(Dip)低k介质层302后的扫描电镜图片，从图9中明显可以发现，低k介质层受到损伤较小，且HF水浴时低k介质层302基本无损伤。

本发明实施例的光刻胶的去除方法采用第一光刻胶去除工艺将含氟的聚合物层中的氟释放，且释放的氟活性低，从而避免对所述低k介质层和刻蚀阻挡层造成严重损伤；并且第二光刻胶去除工艺的射频频率低于第一光刻胶的射频频率，从而使得第一光刻胶去除工艺和第二光刻胶去除工艺中氧自由基和氧正离子数量少，有效的保护的低k介质层不受损伤。

此外，由于第一光刻胶去除工艺射频频率高(射频频率为60兆赫兹)且射频频率参数(射频功率小于500瓦)设置合理，从而在释放含氟的聚合物层中的氟的过程中，氟活性较低，不会对所述低k介质层造成较大损伤。

进一步的，本实施例的过去除工艺的射频频率低于第二光刻胶去除工艺的射频频率，从而使得过去除工艺和第二光刻胶去除工艺中氧自由基和氧正离子数量少，有效的保护的低k介质层不受损伤。

进一步的，本发明实施例的光刻胶的去除方法不但能够减少去除工艺时对低k介质层造成的损伤，而且在后续采用HF水浴时，本发明实施例的光刻胶的去除方法能够提高低k介质层对HF的抗腐蚀性。

本发明虽然已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，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种光刻胶的去除方法，其特征在于，包括：

采用第二光刻胶去除工艺去除剩余的有机光刻胶层，所述第二光刻胶去除工艺的射频频率小于第一光刻胶的射频频率。

2.如权利要求1所述光刻胶的去除方法，其特征在于，所述第一光刻胶去除工艺参数为：射频频率大于40兆赫兹，刻蚀气体为CO₂与CO的混合气体，其中CO₂与CO的流量比为1∶4至4∶1。

3.如权利要求2所述光刻胶的去除方法，其特征在于，所述第一光刻胶去除工艺参数为：等离子体刻蚀腔体压力小于100毫托，射频功率小于500瓦。

4.如权利要求1所述光刻胶的去除方法，其特征在于，所述第二光刻胶去除工艺参数为：射频频率为13至27兆赫兹，刻蚀气体为CO₂或CO₂与CO的混合气体。

5.如权利要求4所述光刻胶的去除方法，其特征在于，所述第二光刻胶去除工艺参数为：等离子体刻蚀腔体压力小于100毫托，刻蚀气体为CO₂或CO₂与CO的混合气体。

6.如权利要求1所述光刻胶的去除方法，其特征在于，所述掩膜层为硬掩膜层、底部抗反射层和有机光刻胶层的堆叠结构。

7.如权利要求1所述光刻胶的去除方法，其特征在于，所述刻蚀阻挡层材料为氮化硅、碳化硅或氮碳化硅。

8.如权利要求1所述光刻胶的去除方法，其特征在于，所述低k介质层材料为k≤3.9的材料。

9.如权利要求1所述光刻胶的去除方法，其特征在于，所述开口为沟槽或通孔。

10.如权利要求1所述光刻胶的去除方法，其特征在于，还包括：在第二光刻胶去除工艺之后，对所述基底执行过去除光刻胶工艺。

11.如权利要求10所述光刻胶的去除方法，其特征在于，所述过去除光刻胶工艺参数为：射频频率小于13兆赫兹，刻蚀气体为CO₂或CO₂与CO的混合气体。

12.如权利要求11所述光刻胶的去除方法，其特征在于，所述过去除光刻胶工艺参数为：等离子体刻蚀腔体压力小于200毫托，射频功率小于1000瓦。