CN103107066A

CN103107066A - 一种光刻胶去除方法及半导体生产方法

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Publication number: CN103107066A
Application number: CN2011103549642A
Authority: CN
Inventors: 陈亚威; 杨鑫; 简志宏
Original assignee: CSMC Technologies Corp
Current assignee: CSMC Technologies Corp
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: CN103107066B

Abstract

一种光刻胶去除方法和半导体生产方法，该光刻胶去除方法是在离子注入工艺之后，对表面形成硬质层的光刻胶进行去除，包括步骤：软化工艺；干法去胶工艺和湿法去胶工艺，通过对光刻胶表面硬质层进行软化工艺，使原本因离子注入等工艺引起的光刻胶硬质层得到软化，从而是光刻胶的去除易化，同时可以保证在去除光刻胶的过程中不会对半导体产品形成损害，大大提高了半导体产品的良率。本发明还提供了一种包含本发明所述光刻胶去除方法的半导体生产方法。

Description

一种光刻胶去除方法及半导体生产方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其是涉及一种离子注入工艺之后的光刻胶去除方法。

背景技术

随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件为了达到更快的运算速度、更大的数据存储量以及更多的功能，半导体晶片朝向更高的元件密度、高集成度方向发展。CMOS器件的特征尺寸已经进入纳米阶段，栅极宽度变得越来越细且长度变得较以往更短。这就使得半导体器件的发展产生了两个新的要求：低掺杂浓度控制和超浅结。

离子注入克服了化学扩散工艺的限制，同时也提供了额外的优势。离子注入过程中没有侧向扩散，工艺在接近室温下进行，杂质原子被置于晶圆表面的下面，同时使得宽范围内的掺杂成为可能，有了离子注入，可以对晶圆内掺杂的位置和数量进行更好的控制。另外，光刻胶与通常的二氧化硅层一样可以作为掺杂的掩膜。基于这些优点，先进电路的主要掺杂步骤都采用离子注入来完成。

图1是现有的实现离子注入的各步骤器件剖面图。如图所示，在半导体衬底10上形成氧化层11后，在氧化层11上涂布一层光刻胶层12，然后对光刻胶层12进行图形化工艺，将需要进行离子注入的衬底区域上方的光刻胶刻蚀掉。然后以剩余光刻胶层为掩模进行离子注入。在这个过程中，由于会有一部分具有一定的轰击能量的杂质离子注入到光刻胶12中，与表层的光刻胶反应而在光刻胶12的表层形成一层硬质表层13。

随后，需要将上述具有硬质表层13的光刻胶12除去。以往的做法是先通过等离子体干法刻蚀去除大部分光刻胶，然后在配合湿法刻蚀对残余光刻胶进行清除。但是在去除光刻胶12的过程中，由于硬质表层13的存在，要求干法刻蚀工艺中的等离子具有比较高的轰击能量，并加长时间的清洗液清洗以彻底去除残留物。当器件特征尺寸进入65nm以下工艺节点之后，氧化层11变得越来越薄。等离子能量控制不当的话极易破坏衬底10中的硅，导致器件损坏，并且干法刻蚀很容易在器件表面形成辐射损伤。而如果不进行干法刻蚀工艺，单纯使用湿法清洗去除硬质表层13的光刻胶12，虽然能减少对硅表面破坏的机会，但是当离子注入能量较高而使形成的硬质表层13较厚时，单纯的湿法清洗难以完全去除光刻胶和硬质表层，从而在衬底10表面留下光刻胶残留物14。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光刻胶的去除方法以及一种半导体制作方法，该光刻胶去除方法能够彻底地去除光刻胶并避免在去胶过程中对衬底形成损坏，同时该半导体制作方法能够保证在离子注入工艺后，光刻胶层被有效的去除，从而减少因光刻胶残留物引起的缺陷对半导体器件的损坏。

根据本发明的目的提出的一种光刻胶去除方法，包括步骤：

1)软化工艺，利用去离子水对光刻胶表面的硬质层进行快速冲洗；

2)干法去胶工艺，利用等离子体对光刻胶进行轰击，以去除软化之后的硬质层和部分光刻胶；

3)湿法去胶工艺，利用清洗液去除剩余光刻胶。

可选的，所述去离子水的温度为55℃-65℃。

可选的，所述软化工艺的持续时间为9-10分钟。

可选的，所述干法去胶工艺使用的等离子体由微波、射频和臭氧源共同作用产生。

可选的，所述湿法去胶工艺使用的清洗液为硫酸和氧化剂溶液。

本发明还提供了一种包含本发明所述光刻胶去除方法的半导体生产方法，其包括步骤：

1)提供一半导体衬底，在该半导体衬底上线后形成氧化侧和光刻胶层；

2)对光刻胶层进行图形化工艺，在光刻胶表面形成用以进行离子注入工艺的图形；

3)离子注入工艺，以上述图形化工艺之后的光刻胶为掩模进行离子注入，使部分半导体衬底形成杂志区；

4)光刻胶去除工艺，所述光刻胶去除工艺包括：

4.1、软化工艺，利用去离子水对光刻胶表面的硬质层进行快速冲洗；

4.2、干法去胶工艺，利用等离子体对光刻胶进行轰击，以去除软化之后的硬质层和部分光刻胶；

4.3、湿法去胶工艺，利用清洗液去除剩余光刻胶；

5)栅氧制作工艺，在去除完光刻胶之后的氧化层上，继续制作新的氧化层，以形成栅氧；以及

6)栅极制作工艺，在栅氧上制作多晶硅层，形成栅极。

上述的光刻胶去除方法以及半导体制作方法中，由于在干法去胶工艺之前加入了去离子水软化工艺，使得原本因离子注入的高能离子引起的光刻胶硬质层被软化，然后利用干法去胶和湿法去胶的结合，有效的去除光刻胶层，于现有技术比较起来，具有如下的技术效果：

第一，软化之后的光刻胶，使用干法去胶所需的等离子体能量减少，从而降低因过高能量的等离子轰击对半导体衬底的形成的损坏。

第二，软化之后的光刻胶，在进行湿法去胶工艺时，更容易与清洗液产生化学反应，因而可以提高去胶效率，大大减少光刻胶残留物，从而保证了半导体器件的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的实现离子注入的各步骤器件剖面图；

图2是本发明的光刻胶去除方法所针对的器件剖面示意图；

图3是本发明的光刻胶去除方法流程示意图；

图4是运用本发明的光刻胶去除方法与现有的去除方法的效果比较图；

图5是本发明的半导体生产方法的流程示意图。

具体实施方式

正如背景技术中所述的，光刻胶在离子注入工艺之后，由于表面与高能离子发生反应，生成了一层硬质层。该硬质层为光刻胶的去胶工艺带来了困难。现有的去胶工艺中，等离子体干法去胶工艺能够去除部分硬质层，但是所使用的等离子体能量较大，当面对65nm以下工艺时，很容易将作为缓冲层的氧化层损坏，进而损坏硅衬底表面。而湿法去胶工艺则很难有效的去除该硬质层，导致光刻胶残留缺陷的产生，影响器件质量。

因此本发明提出了一种在半导体器件制作过程中，以光刻胶为掩模进行离子注入工艺之后，光刻胶掩模的去除方法。

请参见图2，图2是本发明的光刻胶去除方法所针对的器件剖面示意图。如图所示，本发明涉及的光刻胶去除方法针对的是一已经经过离子注入工艺的半导体衬底100，在该半导体衬底100上设有氧化层110和光刻胶120。

所述半导体衬底100可以是整体半导体衬底，例如单晶、多晶或非晶结构的硅或硅锗(SiGe)；或者混合的半导体结构，例如碳化硅、砷化镓、磷化镓、锑化铟、磷化铟、砷化铟或锑化镓；也可以是绝缘层上有半导体的衬底，例如绝缘体上硅(SOI)；还可以包括合金半导体，例如GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP、GaInAsP或其组合。应当理解的是，虽然在此描述了可以形成半导体衬底100材料的几个示例，但是可以作为半导体衬底的任何材料均落入本发明所欲保护的范围。

所述氧化层110在离子注入过程中起缓冲作用，以防止离子注入时，对半导体衬底100表面造成损伤。该氧化层110可以选用适当的材料例如氧化硅(SiO2)或氮氧化硅(SiON)。特别的，在后期制作栅氧过程中，如果栅氧层以该氧化层110为基础，则该氧化层110还可以为氧化铪、氧化铪硅、氮氧化铪硅、氧化镧、氧化锆、氧化锆硅、氧化钛、氧化钽、氧化钡锶钛、氧化钡钛、氧化锶钛、氧化铝等具有高介电常数的材料，以减少栅氧层的漏电流增加其可靠性。该氧化层110的厚度在1nm-10nm之间。

所述光刻胶120可以是正胶材料，例如酚醛树脂、聚甲基丙烯酸酯、聚丁烯1砜等材料，也可以是负胶材料，例如聚异戊二烯、α氰乙基丙烯酸等，在本发明中优选为正胶。该光刻胶120经图形化工艺后，形成了适合离子注入的图案121，离子130通过这些图案121注入到衬底100中，形成埋区。同时，在离子注入的过程中，该光刻胶120表面在高能离子的作用下发生变异，形成硬质层122。

请参见图3，图3是本发明的光刻胶去除方法流程示意图。如图所示，该光刻胶去除方法包括步骤：

S11：软化工艺，利用去离子水对光刻胶表面的硬质层进行快速冲洗。所采用的去离子水(DI Water)预先在加热池中进行加热，将去离子水的温度加热到55℃-65℃，优选为60℃。然后利用该加热之后的去离子水对半导体衬底100上的光刻胶120进行快速的冲洗(Quick DumpRinse)。整个软化工艺过程持续9到11分钟，优选为10分钟。软化工艺后，由于原先光刻胶120表面的硬质层122中，一些大分子键被破坏，使得该硬质层122被软化。

S12：干法去胶工艺，利用等离子体对光刻胶120进行轰击，以去除软化之后的硬质层和部分光刻胶。该干法去胶所使用的等离子体由微波、射频和臭氧源共同作用下产生的，其去胶原理如下：

C_xH_y(光刻胶)+O₂(等离子能)→CO(气体)+CO₂(气体)+H₂O

经过软化工艺结束后，由于硬质层122中的一些大分子键被破坏，所以其硬度明显降低，使得在进行干法去胶工艺时，使用的等离子以体能量降低，减少了对衬底100造成损害的概率。干法去胶工艺主要去除的是表面硬质层以及部分光刻胶层

S13：湿法去胶工艺，利用清洗液去除剩余光刻胶。该湿法去胶工艺所使用的清洗液为硫酸(H₂SO₄)和氧化剂的混合液(SPM)。由于上述干法去胶工艺之后，表面硬质层被清除，因此清洗液能够直接与剩余光刻胶发生反应，将剩余光刻胶彻底清除。

以上例举的干法去胶工艺和湿法去胶工艺，仅是各种常规手段中的一种，应当注意的是，本领域技术人员可以根据不同的应用场合，挑选不同的干法去胶工艺和湿法去胶工艺。

本发明的去除光刻胶的工艺，由于在现有的干法去胶工艺和湿法去胶工艺的基础上，增加了软化工艺，解决了原本由硬质层带来的工艺缺陷，使得光刻胶去除的更加彻底，请参见图4，图4是运用本发明的光刻胶去除方法与现有的去除方法的效果比较图。如图所示，其中横坐标表示处理半导体产品的批次，纵坐标表示半导体产品表面的光刻胶残留物数量。从图中可以看出，运用本发明的光刻胶去除方法进行处理过的半导体产品批次10-14，比现有技术下的半导体产品批次1-9，光刻胶残留物的数量减少至原来的10％-20％左右，大大提高了半导体产品的良率。

下面，再说明本发明的光刻胶去除方法在半导体生产过程中的运用。

请参见图5，图5是本发明的半导体生产方法的流程示意图。需要指出的是，这里的半导体生产方法仅是指半导体生产工艺中涉及离子注入工艺的一个环节部分，而不是整个半导体制程，其它的生产环节，皆是作为本领域习知的常规技术手段，在本发明中将不作展开。

如图5所示，本发明的半导体生产方法包括步骤：

S21：提供一半导体衬底，在该半导体衬底上线后形成氧化层和光刻胶层。具体形成所述氧化层的工艺包括炉管氧化、快速热退火氧化或原位水蒸气产生氧化等方法。具体形成光刻胶的工艺主要为静态滴注+旋涂工艺。

S22：对光刻胶层进行图形化工艺，在光刻胶表面形成用以进行离子注入工艺的图形。具体为：将光刻胶置于曝光设备下，用一表面具有预设图形的掩模进行掩模曝光，使掩模上的图形转移到光刻胶上，然后利用显影液去除曝光区域的光刻胶，形成用以离子注入工艺的光刻胶图形。

S23：离子注入工艺，以上述图形化工艺之后的光刻胶为掩模进行离子注入，使部分半导体衬底形成埋层区。具体为没有光刻胶覆盖的衬底区域进行N离子注入，注入的N型离子为锑离子，注入离子的剂量为1×10¹⁵/cm2，能量为大约40KeV。离子注入完成后，在该部分衬底区域形成埋层区，同时光刻胶表面在高能离子的作用下发生变异，形成硬质层。

S24：去除氧化层工艺，采用缓冲氧化物刻蚀技术(Buffered OxideEtch，BOE)将覆盖在埋层区上的氧化层去除。具体的BOE工艺为：以氢氟酸(49％)+水+氟化铵混合液进行清洗，其中氟化铵作为缓冲剂，其比例可以视刻蚀速率进行调解。

S25：光刻胶去除工艺，将剩余的光刻胶去除所述光刻胶去除工艺，具体包括：

软化工艺，利用去离子水对光刻胶表面的硬质层进行快速冲洗(HotQuick Dump Rinse，HQDR)。具体为：先将去离子水(DI Water)在加热池中进行加热，加热温度为55℃-65℃，优选为60℃。然后利用该加热之后的去离子水对半导体衬底上的光刻胶进行快速的冲洗。整个软化工艺过程持续9到11分钟，优选为10分钟。该步骤可以与步骤24相结合，即在BOE去除氧化层之后，可以不更化清洗机台，通过更化清洗液，将原先的BOE清洗液更换成去离子水清洗液直接进行软化工艺；或者设计的机台包括多个清洗槽，通过传送装置比如机械手臂或传送履带以流水化作业的方式先后进行BOE工艺和HQDR工艺。

干法去胶工艺，利用等离子体对光刻胶进行轰击，以去除软化之后的硬质层和部分光刻胶。具体为：将微波和射频作用于臭氧源，形成高能O2等离子体，然后用该高能O2等离子体对光刻胶表面进行轰击，去除光刻胶表面的硬质层和部分光刻胶。

湿法去胶工艺，利用清洗液去除剩余光刻胶。具体为：使用硫酸(H₂SO₄)和氧化剂的混合液(SPM)对剩余光刻胶层进行清洗。由于上述干法去胶工艺之后，表面硬质层被清除，因此清洗液能够直接与剩余光刻胶发生反应，将剩余光刻胶彻底清除。

S26：栅氧制作工艺，在去除完光刻胶之后的氧化层上，继续制作新的氧化层，以形成栅氧。该栅氧制作工艺可以参考上述氧化层的制作工艺，此处不再赘述。更进一步的，当栅氧层的材质与上述氧化层的材质相同时，可以直接以上述氧化层为基础进行栅氧的制作。

S27：栅极制作工艺，在栅氧上制作多晶硅层，形成栅极。具体的形成多晶硅栅层的方法为化学气相沉积法或原子层沉积法。

上述的半导体生产方法中，涉及到的离子注入工艺为制作衬底埋层时需要使用到的离子注入工艺。应当理解的是，在其他需要使用到离子注入工艺的场合下，本发明的光刻胶去除方法也能运用。比如在进行源区或漏区进行N型或P型离子掺杂时，或者对栅极进行杂质掺杂以减少栅极电阻率时以及其他一些需要进行杂质掺杂的场合。

同时，除了离子注入后的光刻胶变异外，在注入干法刻蚀工艺或者灰化工艺中，都会引起光刻胶的变异从而在表面生成难以去除的硬质层。在这些场合下，本发明的光刻胶去除方法依然能够有效的去除光刻胶，使光刻胶残余物大大减少，从而提升半导体产品的良率。

综上所述，本发明的光刻胶去除方法以及运用该光刻胶去除方法进行的半导体生产方法中，通过对光刻胶表面硬质层进行软化工艺，使原本因离子注入等工艺引起的光刻胶硬质层得到软化，从而是光刻胶的去除易化，同时可以保证在去除光刻胶的过程中不会对半导体产品形成损害，大大提高了半导体产品的良率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种光刻胶去除方法，该方法是在离子注入工艺之后，对表面形成硬质层的光刻胶进行去除，其特征在于包括步骤：

3)湿法去胶工艺，利用清洗液去除剩余光刻胶。

2.如权利要求1所述的光刻胶去除方法，其特征在于：所述去离子水的温度为55℃-65℃。

3.如权利要求1所述的光刻胶去除方法，其特征在于：所述软化工艺的持续时间为9-10分钟。

4.如权利要求1所述的光刻胶去除方法，其特征在于：所述干法去胶工艺使用的等离子体由微波、射频和臭氧源共同作用产生。

5.如权利要求1所述的光刻胶去除方法，其特征在于：所述湿法去胶工艺使用的清洗液为硫酸和氧化剂溶液。

6.一种半导体生产方法，其特征在于包括步骤：

1)提供一半导体衬底，在该半导体衬底上线后形成氧化层和光刻胶层；

3)离子注入工艺，以上述图形化工艺之后的光刻胶为掩模进行离子注入，使部分半导体衬底形成埋层区；

4)去除氧化层工艺，采用缓冲氧化物刻蚀技术将覆盖在埋层区上的氧化层去除；

5)光刻胶去除工艺，所述光刻胶去除工艺包括：

5.1、软化工艺，利用去离子水对光刻胶表面的硬质层进行快速冲洗；

5.2、干法去胶工艺，利用等离子体对光刻胶进行轰击，以去除软化之后的硬质层和部分光刻胶；

5.3、湿法去胶工艺，利用清洗液去除剩余光刻胶；

6)栅氧制作工艺，在去除完光刻胶之后的氧化层上，继续制作新的氧化层，以形成栅氧；以及

7)栅极制作工艺，在栅氧上制作多晶硅层，形成栅极。