CN103092009A

CN103092009A - 用作等离子注入的掩蔽层的光刻胶的去除方法

Info

Publication number: CN103092009A
Application number: CN2011103496325A
Authority: CN
Inventors: 曹亮; 史超; 汤佳杰
Original assignee: Wuxi China Resources Huajing Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Wuxi China Resources Huajing Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-11-08
Also published as: CN103092009B

Abstract

本发明提供一种用作等离子注入的掩蔽层的光刻胶的去除方法，属于光刻技术领域。在该方法的所述等离子灰化步骤中，在所通入的用于形成氧等离子体的气体中混合氟化碳气体以抑制所述氧等离子体复合生成O₂；并且设置等离子灰化处理过程的温度以避免所述光刻胶表面因等离子注入而形成的聚合物层产生变形。该方法能有效地去除光刻胶表面因等离子注入而形成的聚合物层，光刻胶的去除工艺简单、效率高。

Description

用作等离子注入的掩蔽层的光刻胶的去除方法

技术领域

本发明属于光刻技术领域，涉及一种去光刻胶的方法，尤其涉及一种用作等离子注入的掩膜层的光刻胶的去除方法。

背景技术

光刻胶（Photoresist，或称为“光阻”）在半导体芯片制造领域被广泛用来构图。其中，在离子注入过程中，通常使用光刻胶来定义离子注入的区域，被光刻胶所覆盖的区域被掩蔽以阻止离子注入掺杂，因此，通常称作离子注入的掩蔽层。相比于采用二氧化硅、氮化硅等介质层作为离子注入的掩蔽层，光刻胶作为掩蔽层具有以下优点：（1）可以省去氧化、刻蚀等形成掩蔽层的工艺，工艺简单，成本低；（2）离子注入后在将胶去除可以实现等平面工艺；（3）采用等平面工艺制备的器件具有较高保密性，器件结构不易被窃取。

然后，离子注入的过程中，注入的能量介于20KeV至1MeV之间，注入深度平均可达10nm~10μm，注入的剂量变化范围为1×10¹²离子/cm²至1×10¹⁸离子/cm²；离子注入后，离子注入有可能使光刻胶的表面一薄层光刻胶的性质被改变，也即，生成本领域技术人员通常所称的“硬壳”。光刻胶表面的硬壳是由于离子注入过程中在其表面发生“交联反应”而形成的碳化交联聚合物。在离子注入的剂量较大（剂量大于或等于1×10¹⁵离子/cm²）的情况下，“硬壳”的生成现象非常明显。

图1所示为现有技术中因离子注入过程使用作掩蔽层的光刻胶表面产生“硬壳”层的结构示意图。

通常地，在离子注入后需要去除用作掩蔽层的光刻胶，同时也必须去除“硬壳”（也即聚合物层）。在去除光刻胶的过程中，包括以下步骤：（a）等离子灰化（Plasma Ashing）处理；（b）SH溶液（硫酸与双氧水形成的溶液）湿法去胶；以及（c）1号（SC-1）液沸煮去除残胶（1号液为氨水、双氧水和去离子水混合形成的溶液）。

以下图2和图3示出了等离子灰化处理过程中的“硬壳”变化过程。

首先，为去除图1结构中的光刻胶以及“硬壳”，在等离子灰化处理过程中，通入氧气，形成氧等离子体去胶。但是，由于经过离子注入工艺过程后的光刻胶耐热性变差，在硅衬底温度达到一定温度后（例如150℃），“硬壳”就会产生高温变形，例如，开裂、褶皱等。图2所示为在等离子灰化过程中由于高温导致“硬壳”变形的结构示意图。

然后，随着等离子灰化的不断进行，氧等离子可以从“硬壳”的开裂处钻入，将“硬壳”层之下的正常的光刻胶刻蚀掉。图3所示为在等离子灰化过程中“硬壳”之外的光刻胶被去除后的残余“硬壳”的结构示意图。残余的“硬壳”容易在等离子灰化过程的高温条件下固化，同时，“硬壳”之下光刻胶被去除后，在褶皱变形的地方，“硬壳”容易叠层在一起（例如，图3中所示的区域A）。

图3所示的残余“硬壳”即使经过SH湿法去胶步骤也难以完全去除干净。因此，不可避免地需要使用以上所述的（c）步骤来完全去除“硬壳”。但是，（c）步骤的引入，不可避免地导致去胶工艺大大复杂。

发明内容

本发明的目的之一在于，有效去除光刻胶表面因等离子注入而形成的聚合物层、并简化光刻胶的去除工艺。

为实现以上目的或者其它目的，本发明提供一种光刻胶的去除方法，该光刻胶用作等离子注入的掩蔽层，所述去除方法包括等离子灰化步骤；其中，在所述等离子灰化步骤中，在所通入的用于形成氧等离子体的气体中混合氟化碳气体以抑制所述氧等离子体复合生成O₂；并且设置等离子灰化处理过程的温度以避免所述光刻胶表面因等离子注入而形成的聚合物层产生变形。

按照本发明提供的光刻胶的去除方法的一优选实施例，其中，所述氟化碳气体选择为CF₄气体。

较佳地，用于形成氧等离子的气体为氧气，所述CF₄气体与该氧气之间的气体流量比范围为0.005：1至0.045：1。

较佳地，所述CF₄气体与氧气的总气体流量的范围为2500sccm至7500sccm。

按照本发明提供的光刻胶的去除方法的又一优选实施例，其中，所述等离子灰化处理过程的温度被设置在150℃以下。

优选地，通过设置加热装置的参数控制所述等离子灰化处理过程的温度。

优选地，所述加热装置为加热灯，在大于或等于800瓦至小于或等于1600瓦之间范围内设置所述加热灯的功率参数，在大于或等于30秒至小于或等于6分钟之间范围内设置加热灯的时间参数。

在之前所述的去除方法实施例中，在所述等离子灰化步骤之后，所述去除方法还包括步骤：采用硫酸和双氧水混合的溶液湿法去除残余光刻胶。

在之前所述的去除方法实施例中，所述等离子注入的剂量大于或等于1×10¹⁵离子/cm²。

在之前所述的去除方法实施例中，所述聚合物为碳化交联聚合物。

本发明的技术效果是，通过在等离子灰化过程中引入少许氟化碳气体并控制等离子灰化过程在较低温度小下进行，可以有效地去除光刻胶表面因等离子注入而形成的聚合物层，并且，该等离子灰化过程相对现有技术调整较小，效果明显，能省去SC-1溶液沸煮去除残余聚合物层的过程，光刻胶的去除工艺大大简化，效率得到提高。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其它目的及优点更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1是现有技术中因离子注入过程使用作掩蔽层的光刻胶表面产生“硬壳”层的结构示意图。

图2是在等离子灰化过程中由于高温导致“硬壳”变形的结构示意图。

图3是在等离子灰化过程中“硬壳”之外的光刻胶被去除后的残余“硬壳”的结构示意图。

图4是按照本发明一实施例提供的光刻胶的去除方法流程示意图。

图5是等离子灰化处理过程的结构示意图。

具体实施方式

下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其它实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

图4所示为按照本发明一实施例提供的光刻胶的去除方法流程示意图。在该实施例中，光刻胶用作离子注入的研磨层，在离子注入后，同样地形成如图4所示的类似的“硬壳”（也即因离子注入在光刻胶表面形成的聚合物层），具体地，该“硬壳”可以为碳化交联聚合物。在该去除方法中，包括等离子灰化步骤，通过对等离子灰化步骤的改进，可以有效地去除“硬壳”，从而可以避免使用现有技术中的1号（SC-1）液沸煮去除残胶步骤。

具体地，结合图4和图5详细说明本发明的光刻胶的去除方法过程。

首先，步骤S110，准备开始等离子灰化步骤。

在该步骤中，将离子注入（例如，As、B、P等离子注入掺杂）后的晶圆置于等离子灰化装置的腔体中，然后，关上腔体。在该实施例中，等离子灰化设备可以采用Novellus公司生产的型号为AURA-1000的等离子灰化设备，但是，这并不是限制性的。关上腔体后，抽真空准备进行等离子灰化处理。需要说明的是，光刻胶的具体材料不受本发明限制，在离子注入的情况下可能产生所述“硬壳”层的光刻胶材料均可以在本发明实施例中应用。

进一步，步骤S120，腔体中通入氧气，同时通入少许四氟化碳（CF₄）。

在该步骤中，通入氧气以使灰化过程中生成O等离子体，O等离子体易于和光刻胶反应生成CO₂和H₂O等易挥发性物质，从而可以达到去除光刻胶的目的。但是，申请人发现，O等离子体活性较大，氧气电离形成O等离子体后又会大量重新复合生成氧气，这一特性会使其后的等离子灰化处理去胶效果大打折扣。通过大量实验研究发现，在腔体中同时通入少许的CF₄可以抑制O等离子体的重新复合，从而可以大大增强光刻胶的去除效果，去除速率大大加快，“硬壳”在该条件下也相对容易去除。在该实施例中， CF₄气体与氧气之间的气体流量比范围可以为0.005：1至0.045：1，例如，0.025：1；CF₄气体与氧气的总气体流量的范围为2500sccm至7500sccm（stand-state cubic centimeter per minute，标况毫升每分钟）。

需要理解的是，CF₄在该等离子灰化过程中所起的作用并不仅限于CF₄来实现，其它氟化碳气体也可以实现基本相同的作用，例如，八氟化五碳（C₅F₈），同样地，在通入氧气时，通入少许C₅F₈。

进一步，步骤S130，设置腔体内加热装置的参数以控制等离子灰化处理过程的温度低于150℃。

在该步骤中，申请人发现，控制等离子灰化过程的去胶温度，可以防止耐热性变差的“硬壳”变形。因此，可以设置腔内加热装置的参数，防止光刻胶表面的“硬壳”因高温处理而产生开裂、褶皱等变形。优选地，设置腔体内加热装置的参数以控制等离子灰化处理过程的温度低于150℃。具体地，加热装置可以为加热灯等，在大于或等于800瓦至小于或等于1600瓦之间范围内设置加热等的功率参数，并在大于或等于30秒至小于或等于6分钟之间范围内设置加热灯的时间参数；例如，设置加热灯的功率为1200瓦，加热时间为3分钟。

需要理解的是，步骤S120和步骤S130之间的顺序关系并不受本发明实施例限制，在其它实施例中，也可以先执行步骤S130再执行步骤S120，也可以步骤S120和步骤S130同步地执行，例如，同步地设置等离子灰化的气体流量参数、加热等的功率参数和时间参数。

进一步，步骤S140，进行等离子灰化处理。

在该步骤中，等离子灰化处理过程的温度低于150℃，光刻胶的表面的“硬壳”基本不发生变形，并且CF4气体引入，去除“硬壳”的效果变佳，因此，可以对光刻胶由外逐层剥除（包括“硬壳”）。

图5所示为等离子灰化处理过程的结构示意图。相比于现有技术的示意图，保形良好的“硬壳”首先被等离子体灰化去除，实现逐层刻蚀。

进一步，步骤S150，SH湿法去胶。

在该实施例中，优选地，在等离子灰化步骤后再进一步进行SH湿法去胶，这样，有利于彻底清除晶圆上的残余光刻胶。SH是指在双氧水中加入一定浓度比例的硫酸所形成的溶液，其具体浓度比例不是限制性的。

进一步，步骤S160，清洗。例如，采用去离子水冲洗以进一步去除晶圆上面的化学溶液，并脱水烘干。

至此，本发明实施例的去除光刻胶方法基本结束。由此，通过等离子灰化步骤，可以有效去除由于离子注入（特别是剂量大于或等于1×10¹⁵离子/cm²的离子注入）在光刻胶表面所产生的“硬壳”（聚合物层），可以省去SC-1溶液的沸煮去胶步骤，去除光刻胶的方法得到大大简化，工艺过程简单，成本低。

以上例子主要说明了本发明的光刻胶的去除方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims

1. 一种光刻胶的去除方法，所述光刻胶用作等离子注入的掩蔽层，所述去除方法包括等离子灰化步骤；其特征在于，在所述等离子灰化步骤中，在所通入的用于形成氧等离子体的气体中混合氟化碳气体以抑制所述氧等离子体复合生成O₂；并且设置等离子灰化处理过程的温度以避免所述光刻胶表面因等离子注入而形成的聚合物层产生变形。

2. 如权利要求1所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，所述氟化碳气体为CF₄气体。

3. 如权利要求1或2所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，用于形成氧等离子的气体为氧气，所述CF₄气体与该氧气之间的气体流量比范围为0.005：1至0.045：1。

4. 如权利要求3所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，所述CF₄气体与氧气的总气体流量的范围为2500-7500标况毫升每分钟。

5. 如权利要求1或2所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，所述等离子灰化处理过程的温度被设置在150℃以下。

6. 如权利要求5所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，通过设置加热装置的参数控制所述等离子灰化处理过程的温度。

7. 如权利要求6所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，所述加热装置为加热灯，在大于或等于800瓦至小于或等于1600瓦之间范围内设置所述加热灯的功率参数，在大于或等于30秒至小于或等于6分钟之间范围内设置加热灯的时间参数。

8. 如权利要求1-7中任一项所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，在所述等离子灰化步骤之后，所述去除方法还包括步骤：采用硫酸和双氧水混合的溶液湿法去除残余光刻胶。

9. 如权利要求1或2所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，所述等离子注入的剂量大于或等于1×10¹⁵离子/cm²。

10. 如权利要求1或2所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，所述聚合物为碳化交联聚合物。