CN103137440B - 光刻胶移除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光刻胶移除方法，首先，利用含氧气体对所述光刻胶层进行第一灰化工艺，去除部分光刻胶层；然后，利用含氮气体对剩余的光刻胶层进行第二灰化工艺，去除剩余的光刻胶层。由于利用含氮气体对剩余的光刻胶层进行第二灰化工艺，去除剩余的光刻胶层，从而避免了MRAM制作工艺中，通过含氧气体的等离子体移除光刻胶时，导致含氧气体与氮化钛层反应，在氮化钛的表层形成一氧化钛层，致使进行形成磁隧道结的工艺时，难以清晰地观测到铜金属层的问题，提高了形成磁隧道结的工艺可靠性。

Description

光刻胶移除方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造工艺，特别涉及一种光刻胶移除方法。
背景技术
MRAM(MagneticRandomAccessMemory)是一种非挥发性的磁性随机存储器。它拥有静态随机存储器(SRAM)的高速读取写入能力以及动态随机存储器(DRAM)的高集成度，并且功耗远远地低于DRAM；而相对于快闪存储器(Flash)来说，MRAM则具有随着使用时间的增加性能不会发生退化的特性。由于MRAM具有的上述特征，其被称为通用存储器(universalmemory)，被认为能够取代SRAM、DRAM、EEPROM和Flash。
与传统的随机存储器芯片制作技术不同，MRAM中的数据不是以电荷或者电流的形式存储，而是一种磁性状态存储，并且通过测量电阻来感应，不会干扰磁性状态。MRAM采用磁隧道结(MagneticTunnelJunction，MTJ)来进行数据存储，一般来说，MRAM单元由一个晶体管和一个磁隧道结共同组成一个存储单元，所述的磁隧道结包括至少两个电磁层以及用于隔离所述两个电磁层的绝缘层。电流垂直由一电磁层透过绝缘层流过或“穿过”另一电磁层。其中的一个电磁层是固定磁性层，透过强力固定场将电极固定在特定的方向，而另一电磁层为可自由转动磁性层，将电极保持在其中一方。
在现有的MRAM制作工艺中，往往已形成有铜互连结构，然后以该铜互连结构中的铜金属层作为光刻及刻蚀的对准参照物，进行形成磁隧道结的工艺。请参考图1a～1h，其为现有的形成铜互连结构的方法的剖面示意图。如图1a～1h所示，所述的形成铜互连结构的方法包括如下步骤：
如图1a所示，提供半导体衬底10；
如图1b所示，在所述半导体衬底10上形成层间介质层11；
如图1c所示，刻蚀所述层间介质层11，形成接触孔12；
如图1d所示，在所述接触孔12中填充铜金属层13；
如图1e所示，在所述层间介质层11及金属层13上形成氮化钛(TiN)材料层14；
如图1f所示，在所述氮化钛材料层14上形成图形化的光刻胶层15，用以保护铜金属层13及其上部分的氮化钛材料层14；
如图1g所示，刻蚀所述氮化钛材料层14以形成铜互连结构16，所述铜互连结构16包括金属层13及位于所述金属层13上的氮化钛层14’；
如图1h所示，移除光刻胶层15，在此，通过含有氧气的等离子体移除所述光刻胶层15，含有氧气的等离子体能够迅速的移除光刻胶层15，从而提高工艺效率，但是，氧气极易与氮化钛层14’发生反应，从而在氮化钛的表层形成一氧化钛层17。由于氧化钛层17的结构更为致密，由此，将导致以铜互连结构16中的铜金属层13作为光刻及刻蚀的对准参照物，进行形成磁隧道结的工艺时，难以清晰地观测到铜金属层13，从而导致对准困难，降低了形成磁隧道结的工艺可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光刻胶移除方法，以解决现有的MRAM制作工艺中，形成磁隧道结的工艺可靠性低的问题。
本发明提供一种光刻胶移除方法，包括：提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成有经过刻蚀的器件结构以及位于所述器件结构上的光刻胶层；利用含氧气体对所述光刻胶层进行第一灰化工艺，去除部分光刻胶层；利用含氮气体对剩余的光刻胶层进行第二灰化工艺，去除剩余的光刻胶层。
可选的，在所述的光刻胶移除方法中，所述含氮气体为氨气。
可选的，在所述的光刻胶移除方法中，所述含氮气体包括氮气和氢气。
可选的，在所述的光刻胶移除方法中，利用含氧气体对所述光刻胶层进行第一灰化工艺，去除所述光刻胶层厚度的60％～90％。
可选的，在所述的光刻胶移除方法中，所述第一灰化工艺的工艺温度为60℃～250℃。
可选的，在所述的光刻胶移除方法中，所述第二灰化工艺的工艺温度为60℃～200℃。
可选的，在所述的光刻胶移除方法中，所述经过刻蚀的器件结构为铜互连结构，所述铜互连结构包括铜金属层及位于所述铜金属层上的氮化钛层。
可选的，在所述的光刻胶移除方法中，所述第一灰化工艺与形成氮化钛层的工艺于同一工艺腔室中进行。
可选的，在所述的光刻胶移除方法中，所述光刻胶移除方法用于制作MRAM工艺中。
在本发明提供的光刻胶移除方法中，首先，利用含氧气体对所述光刻胶层进行第一灰化工艺，去除部分光刻胶层；然后，利用含氮气体对剩余的光刻胶层进行第二灰化工艺，去除剩余的光刻胶层。由于利用含氮气体对剩余的光刻胶层进行第二灰化工艺，去除剩余的光刻胶层，从而避免了MRAM制作工艺中，通过含氧气体的等离子体移除光刻胶时，导致含氧气体与氮化钛层反应，在氮化钛的表层形成一氧化钛层，致使进行形成磁隧道结的工艺时，难以清晰地观测到铜金属层的问题，提高了形成磁隧道结的工艺可靠性。
附图说明
图1a～1h是现有的形成铜互连结构的方法的剖面示意图；
图2是本发明实施例的光刻胶移除方法的流程示意图；
图3a～3c是本发明实施例的光刻胶移除方法的剖面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的光刻胶移除方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，提供一种光刻胶移除方法，利用含氧气体对所述光刻胶层进行第一灰化工艺，去除部分光刻胶层；利用含氮气体对剩余的光刻胶层进行第二灰化工艺，去除剩余的光刻胶层。由于利用含氮气体对剩余的光刻胶层进行第二灰化工艺，去除剩余的光刻胶层，从而避免了MRAM制作工艺中，通过含氧气体的等离子体移除光刻胶时，导致含氧气体与氮化钛层反应，在氮化钛的表层形成一氧化钛层，致使进行形成磁隧道结的工艺时，难以清晰地观测到铜金属层的问题，提高了形成磁隧道结的工艺可靠性。
请参考图2，其为本发明实施例的光刻胶移除方法的流程示意图。如图2所示，所述光刻胶移除方法包括：
S10：提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成有经过刻蚀的器件结构以及位于所述器件结构上的光刻胶层；
S11：利用含氧气体对所述光刻胶层进行第一灰化工艺，去除部分光刻胶层；
S12：利用含氮气体对剩余的光刻胶层进行第二灰化工艺，去除剩余的光刻胶层。
具体的，请参考图3a～3c，其为本发明实施例的光刻胶移除方法的剖面示意图。
如图3a所示，提供一半导体衬底20，所述半导体衬底20上形成有经过刻蚀的器件结构21以及位于所述器件结构21上的光刻胶层22。在本实施例中，所述经过刻蚀的器件结构21为铜互连结构，所述铜互连结构包括铜金属层210及位于所述铜金属层210上的氮化钛层211。
在本实施例中，所述光刻胶移除方法用于制作MRAM的工艺中，可相应参考图1a至图1h。特别的，所述光刻胶移除方法用于在铜互连结构形成后，所述铜互连结构包括铜金属层210及位于所述铜金属层210上的氮化钛层211，所述光刻胶层22作为该铜互连结构的掩膜层。
如图3b所示，利用含氧气体对所述光刻胶层22进行第一灰化工艺，去除部分光刻胶层。优选的，利用含氧气体对所述光刻胶层22进行第一灰化工艺时，去除所述光刻胶层22厚度的60％～90％。利用含氧气体能够快速的去除光刻胶层，从而可提高半导体工艺的速率。在本实施例中，所述含氧气体为氧气，所述氧气气体的流量为8000sccm/min～10000sccm/min，所述第一灰化工艺的压力为600mT～700mT，温度为60℃～250℃，工艺时间为30s～50s。优选的，所述氧气气体的流量为9000sccm/min，所述第一灰化工艺的压力为650mT，温度为200℃，工艺时间为40s。通过控制所述第一灰化工艺的工艺条件，可将所述光刻胶层22的去除量控制在所述光刻胶层22厚度的60％～90％，特别的，控制在所述光刻胶层22厚度的70％～80％，从而，既可保证半导体工艺的效率，同时，又不伤害氮化钛层211，提高了后续工艺的可靠性。
需要说明的是，上述描述并不用于限制本发明，在本发明的其他实施例中，所述含氧气体还可以是O3、H2O、CH3OH中的一种或者多种，或者是O2与O3、H2O、CH3OH中的一种或者多种气体的混合气体。
在本实施例中，所述光刻胶移除方法用于制作MRAM的工艺中，特别的，所述光刻胶移除方法用于在铜互连结构形成后，所述铜互连结构包括铜金属层210及位于所述铜金属层210上的氮化钛层211，所述光刻胶层22作为该铜互连结构的掩膜层。根据背景技术的描述可知，移除光刻胶层的前一工艺步骤是：刻蚀氮化钛材料层以形成铜互连结构，即利用等离子体刻蚀去除光刻胶层的前一工艺步骤也是一刻蚀工艺，同时，往往也是一等离子体刻蚀工艺，通常，所用的刻蚀气体为Cl2和/或BCl3，因此，为了简化工艺，提高工艺效率，所述第一灰化工艺可与刻蚀氮化钛材料层以形成氮化钛层的工艺于同一工艺腔室中进行。具体的，通过改变通入工艺腔室内气体的种类、流量、压力等工艺条件，例如，将刻蚀气体由Cl2和/或BCl3变成O2，同时，工艺腔室内的压力、温度等也相应进行调整，从而实现所述第一灰化工艺可与刻蚀氮化钛材料层以形成氮化钛层的工艺于同一工艺腔室中进行。
如图3c所示，利用含氮气体对剩余的光刻胶层220进行第二灰化工艺，去除剩余的光刻胶层220。在本实施例中，所述含氮气体为NH3或者是N2与H2的混合气体。在本发明的其他实施例中，所述含氮气体也可是其他一种气体或者多种气体的混合气体。
在本实施例中，所述NH3或者N2与H2的混合气体的流量为8000sccm/min～10000sccm/min，所述第二灰化工艺的压力为600mT～700mT，温度为60℃～200℃，工艺时间为30s～50s。优选的，所述NH3或者N2与H2的混合气体的流量为9000sccm/min，所述第二灰化工艺的压力为650mT，温度为150℃，工艺时间为40s。
优选的，所述第二灰化工艺与第一灰化工艺于不同的工艺腔室进行，从而可避免第一灰化工艺中可能残留的含氧气体对氮化钛层的影响，提高第二灰化工艺的可靠性。当然，所述第二灰化工艺也可与第一灰化工艺于相同的工艺腔室进行，以提高半导体制程的效率。
由于第二灰化工艺利用含氮气体进行等离子体刻蚀，以去除剩余的光刻胶层220，在第二灰化工艺过程中，即使发生含氮气体中的离子与氮化钛层中的离子进行交换的情况，所形成的物质也将是氮化钛，从而可有效避免了MRAM制作工艺中，通过含氧气体的等离子体移除光刻胶时，导致含氧气体与氮化钛层反应，在氮化钛的表层形成一氧化钛层，致使进行形成磁隧道结的工艺时，难以清晰地观测到铜金属层的问题，提高了形成磁隧道结的工艺可靠性。
需说明的是，在本实施例中，将提出的光刻胶移除方法主要用于MRAM制作工艺，以避免通过含氧气体的等离子体移除光刻胶时，导致含氧气体与氮化钛层反应，在氮化钛的表层形成一氧化钛层，从而导致后续工艺的不良。但是，在本发明的其他实施例中，也可将所述光刻胶移除方法用于其他工艺制程中，只要解决的问题是避免通过含氧气体的等离子体移除光刻胶时，导致含氧气体与氮化钛层反应，在氮化钛的表层形成一氧化钛层即可。
此外，利用已形成的铜互连结构，以该铜互连结构中的铜金属层作为光刻及刻蚀的对准参照物，进行形成磁隧道结的工艺为现有技术，本申请对此不再赘述。本发明的目的是解决半导体制程工艺使得该作为对准参照物的铜金属层由于被氧化钛覆盖而难以被清晰地观察到，以致对准困难的问题，从而提高形成磁隧道结的工艺可靠性。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种光刻胶移除方法，其特征在于，包括：
提供一半导体衬底，所述半导体衬底上形成有经过刻蚀的器件结构以及位于所述器件结构上的光刻胶层，所述经过刻蚀的器件结构为铜互连结构，所述铜互连结构包括铜金属层及位于所述铜金属层上的氮化钛层，所述光刻胶层位于所述氮化钛层上；
利用含氧气体对所述光刻胶层进行第一灰化工艺，去除部分光刻胶层；
利用含氮不含氧的气体对剩余的光刻胶层进行第二灰化工艺，去除剩余的光刻胶层。
2.如权利要求1所述的光刻胶移除方法，其特征在于，所述含氮不含氧的气体为氨气。
3.如权利要求1所述的光刻胶移除方法，其特征在于，所述含氮不含氧的气体包括氮气和氢气。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的光刻胶移除方法，其特征在于，利用含氧气体对所述光刻胶层进行第一灰化工艺，去除所述光刻胶层厚度的60％～90％。
5.如权利要求1至3中的任一项所述的光刻胶移除方法，其特征在于，所述第一灰化工艺的工艺温度为60℃～250℃。
6.如权利要求1至3中的任一项所述的光刻胶移除方法，其特征在于，所述第二灰化工艺的工艺温度为60℃～200℃。
7.如权利要求1至3中的任一项所述的光刻胶移除方法，其特征在于，所述第一灰化工艺与形成氮化钛层的工艺于同一工艺腔室中进行。
8.如权利要求1至3中的任一项所述的光刻胶移除方法，其特征在于，所述光刻胶移除方法用于制作MRAM工艺中。
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