CN103972055B - 光刻胶去除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光刻胶去除方法。其包括：采用主要含氧等离子工艺，去除介电层顶部平面的所有光刻胶以及刻蚀开口侧壁的部分光刻胶；采用主要既含氧，又含F或CL的等离子工艺，去除步骤1中溅射的介电颗粒，以及刻蚀开口侧壁经步骤1后刻蚀开口侧壁剩余光刻胶中的部分光刻胶；采用主要含氧等离子工艺去除刻蚀开口侧壁经过步骤1和2后剩余的所有光刻胶。通过形成刻蚀开口的过程中，在中间步骤等离子处理过程中在去除刻蚀开口内腔中部分光刻胶的同时，一并去除在前一等离子处理过程中溅射出的、沉积在光刻胶表面的介电颗粒。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体地说，涉及一种光刻胶去除方法。
背景技术
在半导体的制造工艺中，通常需要沉积电解质材料，并在半导体器件的表面形成光刻胶图形，之后，刻蚀电解质材料并选择性的去除半导体表面形成的光刻胶。
而目前，在去除半导体表面的光刻胶时，通常有干法刻蚀和湿法刻蚀两种方式。其中，干法刻蚀是指把半导体表面暴露于气态中产生的等离子体，与光刻胶发生物理或化学反应，从而去掉半导体表面的光刻胶，干法刻蚀大多应用于亚微米尺寸下器件的刻蚀。而所谓湿法刻蚀是液体化学试剂如酸、碱和溶剂等，以化学方式去除半导体表面的光刻胶，湿法刻蚀一般仅应用于尺寸较大的器件刻蚀。
光刻胶的刻蚀如果按照是否依据电路图形，而分为有图形刻蚀以及无图形刻蚀。其中，有图形的而刻蚀，采用有图形的光刻胶定义出刻蚀掉的区域，之后，再刻蚀去除条剩余的光刻胶，有图形的刻蚀通常用来在半导体上制作不同的刻蚀开口如栅、金属互连线、通孔、接触空和沟槽等。无图像刻蚀是指剥离整层的光刻胶。无论是光刻胶的有图形刻蚀还是无图形的刻蚀，都可以根据器件的尺寸要求，选择干法刻蚀或者湿法刻蚀。
在刻蚀的过程中，按照刻蚀图形的侧壁形状不同，可以将刻蚀剖面分为各向同性刻蚀剖面以及各向异性刻蚀剖面。各向同性的刻蚀剖面是在所有方向如横向和垂直方向上以相同的刻蚀速率进行刻蚀，导致被刻蚀材料的形成刻蚀面，干法刻蚀和湿法刻蚀都有各向同性刻蚀剖面出现的情况。各向异性的刻蚀剖面是在垂直于半导体表面的方向上进行，很少有横向刻蚀，从而形成垂直或近似垂直的侧壁，如88度、89度、90度垂直度的侧壁，各向异性的刻蚀剖面大多采用干法刻蚀来实现。
图1为现有技术中制作的去除光刻胶后的通孔示意图，图2为去除光刻胶之前的通孔示意图。如图1和2所示，在刻蚀阻挡层101（etch stop
layer，简称ESL ）上沉积有介电层102，旨在制作通孔103，在通孔103的部分内壁涂布有光刻胶第一部分113，以及在介电层102表面上涂布有光刻胶第二部分112。图3为去除了图2中光刻胶第二部分112之后继续去除光刻胶第一部分113的示意图。如图3所示，与图2相比，已采用含O2 or
CO2气氛的等离子处理去除了图2中介电层102表面上涂布有光刻胶112，继续去除通孔103的部分内壁涂布有光刻胶113。从图3可看出，由于去除了光刻胶112之后，使得原本被光刻胶112覆盖的介电层102表面裸露了出来。因此，在使用等离子处理以去除掉光刻胶113时，裸露出来的介电层102会被离子所轰击溅射出硅颗粒，而这些溅射出的硅颗粒沉积在光刻胶113的表面，随着使用等离子处理去除光刻胶113过程的不断进行，累积的硅颗粒不断增多，会在完成光刻胶被去除完后形成的残留物（residue），从而妨碍光刻胶113的去除。另外，如图4所示，为图2-图3中去除光刻胶所使用的反应腔结构示意图，包括反应气源501、可作为上电极的气体喷淋头502、聚焦环503、基片504、静电夹盘505、基座22、排气口507、射频电源508、铝材料的侧壁509，其中，基片504具有图1所示的通孔结构，基座内还有下电极（未示出），与可作为上电极气体喷淋头502形成电容耦合，各部件的详细功能作用在此不再赘述。由于基片504在反应腔中，因此，在去除图2中光刻胶112的过程中，溅射出的硅颗粒，除了会沉积在光刻胶113的表面，同时溅射的硅颗粒可能沉积在反应腔中的气体喷淋头502、下电极表面及侧壁509上，从而形成微粒（particle），一定程度上污染了反应腔的内部环境。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种光刻胶去除方法，避免对形成刻蚀开口的光刻胶过程中，先期光刻胶的去除完成之后，使得介电层裸露并在后续光刻胶的去除过程中被轰击，从而溅射出介电颗粒，沉积在后续旨在去除的光刻胶表面聚合成絮状的残留物妨碍后续光刻胶的去除，以及溅射出介电颗粒沉积在反应腔中的上下电极表面及侧壁上，污染反应腔的内部环境。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光刻胶的去除方法，其包括：
步骤1、采用主要含氧等离子工艺，去除介电层顶部平面的所有光刻胶以及刻蚀开口侧壁的部分光刻胶；
步骤2、采用主要既含氧，又含F或CL的等离子工艺，去除步骤1中溅射的介电颗粒，以及刻蚀开口侧壁经步骤1后剩余光刻胶中的部分光刻胶；
步骤3、采用主要含氧等离子工艺去除刻蚀开口侧壁经过步骤1和2后剩余的所有光刻胶。
优选地，在本发明的一实施例中，当步骤2中的等离子工艺含F时，具体为含CF4、C4F8、 C4F6、CH2F2、CHF3、CH3F、SiF4中的任意一种或多种组合。
优选地，在本发明的一实施例中，所述步骤1中去除的刻蚀开口侧壁的部分光刻胶的厚度小于刻蚀开口侧壁中初始涂布的光刻胶总厚度的20%。
优选地，在本发明的一实施例中，所述步骤3中去除的刻蚀开口侧壁的所有光刻胶的厚度小于刻蚀开口侧壁中初始涂布的光刻胶总厚度的20%。
优选地，在本发明的一实施例中，所述步骤1和所述步骤3中工艺控制参数相同。
优选地，在本发明的一实施例中，所述步骤1和步骤3中的等离子工艺采用单频去除或者双频去除方式。
优选地，在本发明的一实施例中，所述步骤1和步骤3中气体压力均为20~600毫托， 气体流量均为100sccm~2000sccm，射频电源的高频电压均为25Mhz~120Mhz，射频电源的低频电压均为2~15Mhz。
优选地，在本发明的一实施例中，所述步骤2中，分多次去除刻蚀开口侧壁经步骤1后剩余光刻胶中的一部分光刻胶，以及步骤1中溅射的介电颗粒。
为了解决上述技术问题，本发明提供了另一种光刻胶的去除方法，其包括：
步骤1、采用主要含氧等离子工艺，去除介电层顶部平面的所有光刻胶；
步骤2、采用主要既含氧，又含F或CL的等离子工艺，去除介电层中刻蚀开口侧壁的部分光刻胶以及步骤1中溅射的介电颗粒；
步骤3、采用含氧等离子工艺，去除刻蚀开口侧壁经步骤2处理后剩余的所有光刻胶。
优选地，在本发明的一实施例中，当步骤2中含F时，含所述F的气体与所述氧的气体比例为：1:300 ~1:50。
与现有的方案相比，本发明中，通过形成刻蚀开口的过程中，在中间步骤等离子处理过程中在去除刻蚀开口内腔中部分光刻胶的同时，一并去除在前一等离子处理过程中溅射出的、沉积在光刻胶表面的介电颗粒，并在最后等离子处理中去除刻蚀开口侧壁剩余光刻胶，从而完成刻蚀开口成过程中光刻胶的去除。另外，由于中间步骤等离子处理过程中对溅射到反应腔内腔侧壁以及电极上的介电颗粒同样可以去除，因此，净化了反应腔的内部环境。
附图说明
图1为现有技术中制作的去除光刻胶后的通孔示意图；
图2为去除光刻胶之前的通孔示意图；
图3为继续去除通孔的部分内壁涂布有光刻胶示意图；
图4为图2-图3中去除光刻胶所使用的反应腔结构示意图；
图5为本发明实施例一中光刻胶的去除方法流程框图；
图6所示为执行图6中步骤601之后的结构示意图；
图7为执行图6中步骤602之后的结构示意图；
图8为本发明实施例二中光刻胶的去除方法流程图；
图9所示为执行图10中步骤1001之后的结构示意图；
图10为执行图10中步骤1002之后的结构示意图；
图11为实施上述光刻胶去除的一反应腔的结构示意图；
图12为实施上述光刻胶去除的另一反应腔的结构示意图。
具体实施方式
以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
本发明的下述实施例中，通过形成刻蚀开口的过程中，在中间步骤等离子处理过程中在去除刻蚀开口侧壁中部分光刻胶的同时，一并去除在前一等离子处理过程中溅射出的、沉积在光刻胶表面的介电颗粒，并在最后等离子处理中去除刻蚀开口侧壁剩余的所有光刻胶，从而完成刻蚀开口成过程中光刻胶的去除。另外，由于中间步骤等离子处理过程中对溅射到反应腔内腔侧壁以及电极上的介电颗粒同样可以去除，因此，净化了反应腔的内部环境。
图5为本发明实施例一中光刻胶的去除方法流程框图。如图6所示，本实施中，以形成不同半导体器件如晶体管之间互连通孔为刻蚀开口进行说明，为了便于清楚的对本实施例的方案进行说明，省去了具体的半导体器件结构，但是，对于本领域普通技术人员来说，其在本实施例的启发下，无须创造性劳动即可再现本发明的技术方案。本实施中的光刻胶的去除方法具体可以包括：
步骤601、采用主要含氧等离子工艺，去除介电层顶部平面的所有光刻胶以及刻蚀开口侧壁的部分光刻胶；
本实施例中，介电层可以采用通用的含硅材料的介电层，如前所述互连通孔作为刻蚀开口。
步骤601中，可以采用主要含O2 或 CO2 的等离子处理方式去除介电层顶部平面的光刻胶以及刻蚀开口侧壁的部分光刻胶。
步骤602、采用主要含氧，又含F或CL的等离子工艺，去除步骤1中溅射的介电颗粒，以及刻蚀开口侧壁经步骤601后剩余光刻胶中的部分光刻胶；
本实施例中，由于介电层中含硅材料，因此，在步骤601进行离子处理过程中会溅射出的大量硅颗粒，沉积在刻蚀开口侧壁光刻胶的表面以及反应腔的内壁中，而由于硅颗粒可以与等离子工艺中的F或CL反应生成挥发性的气体，因此，通过步骤602的处理，可以去除刻蚀开口内光刻胶上沉积的大量硅颗粒，从而避免了絮状的残留。
步骤603、采用主要含氧等离子工艺去除刻蚀开口侧壁经过步骤601和602后剩余的所有光刻胶。
由于步骤602中的F或CL会对刻蚀阻挡层刻蚀ESL造成损伤，因此，步骤602中并未全部去除掉刻蚀开口侧壁内的所有剩余光刻胶，而是预留出少量光刻胶，以采用仅含氧的等离子工艺进行去除，从而避免了对刻蚀阻挡层刻蚀ESL的损伤。
本实施例中，步骤601中，所述步骤601中去除的部分光刻胶的厚度小于刻蚀开口侧壁中初始涂布的光刻胶总厚度的20%，比如为20%或者15%。
本实施例中，步骤602中，当所述与溅射的介电颗粒反应的气体为含F气体时，具体为CF4、C4F8、 C4F6、CH2F2、CHF3、CH3F、SiF4中的任意一种或多种的组合。当所述能与溅射的介电颗粒反应的气体为含CL气体时，具体为Cl2。需要说明的是，在步骤602中，只要可以与溅射的介电颗粒反应生成挥发性气体的气体，即可，不一定局限于F或CL。
上述实施例中，步骤603中，所述步骤603中去除的所有光刻胶的厚度小于刻蚀开口侧壁中初始涂布的光刻胶总厚度的20%，比如为20%或者15%。
上述实施例中，本实施例中，步骤603中采用与步骤601中同样的等离子处理，步骤601中等离子处理和步骤603中等离子处理为仅含氧的等离子处理，且处理的工艺控制参数相同，采用单频去除或者双频去除方式，且气体压力为
20~600毫托， 气体流量
100sccm~2000sccm（standard-state
cubic centimeter per minute，sccm），射频电源的高频电压 25Mhz~120Mhz，射频电源的低频电压为2 Mhz
~15Mhz。需要说明的是，具体实施时，本领域普通技术人员可以根据工艺设备和产品的特定要求，在这些工艺参数范围内进行有针对性的选择，本实施例及其他实施例并不做特殊限定。比如，气体压力为20毫托或者600毫托， 气体流量为100sccm或者2000sccm，射频电源的高频电压为25Mhz或者120Mhz，射频电源的低频电压为2 Mhz或者15Mhz。
但是，需要说明的是，步骤601中的等离子处理和步骤603中等离子处理的工艺控制参数也可以不同，比如步骤601中等离子处理采用单频去除，而步骤603中等离子处理采用双频去除方式。
但是，本实施例中，本领域普通技术人员可以采用含氧气体的比例为99%，而含其他气体的比例为1%，当然，也不局限于这种特定的比例。
以下结合去除光刻胶过程中，对依次执行上述步骤601~603后的结构变化示意图进行说明。
图6所示为执行图5中步骤601之后的结构示意图。如图6所示，在刻蚀阻挡层701（etch stop
layer，简称ESL ）上沉积有介电层702，介电层702顶部平面上涂布的光刻胶712被全部去除，同时，互连通孔703侧壁中厚度为b的光刻胶713也被去除，比如厚度b为20%的互连通孔703侧壁的光刻胶总厚度a，从而使得互连通孔703中剩余的光刻胶厚度为80%的互连通孔703的光刻胶总厚度a。
图7为执行图5中步骤602之后的结构示意图。如图7所示，在该步骤中去除光刻胶的厚度为60%的互连通孔703的光刻胶总厚度，从而互连通孔703中最后剩余的光刻胶的厚度c为20%的互连通孔703的光刻胶总厚度a。
执行图5中步骤603之后的结构示意图可参见图1所示，在此不再赘述。
经过本实施例中的处理之后无任何硅颗粒大量沉积导致的絮状残留物。
图8为本发明实施例二中光刻胶的去除方法流程图，与上述图5所示实施例不同的是，本实施例中，在步骤1001等离子处理时只去除介电层顶部平面的光刻胶，而在步骤1002等离子处理和步骤1003等离子处理时去除互连通孔内的所有光刻胶。具体地，本实施例中的光刻胶去除方法可以包括：
步骤1001、采用主要含氧等离子工艺，去除介电层顶部平面的所有光刻胶；
步骤1002、采用主要既含氧，又含F或CL的等离子工艺，去除刻蚀开口侧壁的部分光刻胶以及步骤1001中溅射的介电颗粒；
步骤1003、采用主要含氧等离子工艺，去除刻蚀开口侧壁经步骤1002处理后剩余的所有光刻胶。
有关步骤1003中等离子处理、步骤1002中等离子处理、步骤1003中等离子处理的详细内容，可参将上述实施例一的有关部分记载，在此不再赘述。
图9所示为执行图8中步骤1001之后的结构示意图。如图1所示，在刻蚀阻挡层1101（etch stop
layer，简称ESL ）上沉积有介电层1102，介电层1102表面上涂布的光刻胶1112被完全去除。
图10为执行图8中步骤1002之后的结构示意图。如图10所示，在该步骤中去除光刻胶的厚度为80%的互连通孔1103的光刻胶总厚度，从而互连通孔1103中最后剩余的光刻胶的厚度c为20%的互连通孔1103的光刻胶总厚度a。
执行图8中步骤1003之后的结构示意图可参见图1所示，在此不再赘述。
需要说明的是，在本发明的另外一实施例中，可以在上述实施例一或实施例二的基础上，在步骤602或者步骤1002中，采用含F或CL等离子工艺处理光刻胶时，可以分多次进行处理，详细不再赘述。
在实施上述光刻胶去除方法可以图4所示的反应腔，也可以采用图11或12所示的反应腔。详细地，图11为实施上述光刻胶去除的一反应腔的结构示意图，图12为实施上述光刻胶去除的另一反应腔的结构示意图。
如图11所示，该反应腔3是电感耦合等离子刻蚀(Inductive Coupled Plasma-ICP，ICP)反应腔，其包括线圈高频射频电源9、放电线圈匹配电路10、放电线圈103、反应腔顶部3a、基板5以及基板电极4、电极使用匹配电路7、电极高频电源6、连接导线线8和11，详细参见US5558722，在此不再赘述。需要说明的是，也可以使用电容耦合型（capacitive Coupled Plasma-CCP，CCP）反应腔，详细不再赘述。
如图12所示，该反应腔包括：上电极10、高频电源11、线圈匹配盒17、线圈15、绝缘板14、反应腔内壁9、下电极12（其上具有基片16）、高频电源13、以及匹配盒18，详细参见US5470426，在此不再赘述。
上述实施例中，光刻胶上下总的厚度大于2um，刻蚀开口的开口大小大于1um。
需要说明的是，在上述实施例中，当步骤2中含F时，含所述F的气体与所述氧的气体比例为：1:300 ~1:50。
需要说明的是，在上述实施例中，刻蚀开口侧壁上光刻胶与介电层顶部平面上光刻胶的有机材料可以不同，比如前者为常用的有机材料，而后者采用底部抗反射涂层BARC材料。
需要说明的是，上述实施例只是针对刻蚀开口为互连通孔的情况进行了举例说明，但是对于刻蚀开口为栅、金属互连线、通孔、接触空和沟槽等时形成的结构，同样也适用本发明的技术方案，详细在此不再赘述。本领域普通技术人员根据本发明实施例的记载，无须创造性劳动即可应用到其他刻蚀开口的光刻胶去除上。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种光刻胶的去除方法，其特征在于，包括：
步骤1、采用主要含氧等离子工艺，去除含硅介电层顶部平面的所有光刻胶以及刻蚀开口侧壁的部分光刻胶；
步骤2、采用主要含氧和F或主要含氧和CL的等离子工艺，去除步骤1中溅射的硅颗粒，以及刻蚀开口侧壁经步骤1后剩余光刻胶中的部分光刻胶；
步骤3、采用主要含氧等离子工艺去除刻蚀开口侧壁经过步骤1和2后剩余的所有光刻胶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当步骤2中的等离子工艺含F时，具体为含CF4、C4F8、C4F6、CH2F2、CHF3、CH3F、SiF4中的任意一种或多种组合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中去除的刻蚀开口侧壁的部分光刻胶的厚度小于刻蚀开口侧壁中初始涂布的光刻胶总厚度的20％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中去除的刻蚀开口侧壁的所有光刻胶的厚度小于刻蚀开口侧壁中初始涂布的光刻胶总厚度的20％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1和所述步骤3中工艺控制参数相同。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述步骤1和步骤3中的等离子工艺采用单频去除或者双频去除方式。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤1和步骤3中气体压力均为20～600毫托，气体流量均为100sccm～2000sccm，射频电源的高频电压均为25Mhz～120Mhz，射频电源的低频电压均为2～15Mhz。
8.根据权利要求1-7任意所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，分多次去除刻蚀开口侧壁经步骤1后剩余光刻胶中的一部分光刻胶，以及步骤1中溅射的硅颗粒。
9.一种光刻胶的去除方法，其特征在于，包括：
步骤1、采用主要含氧等离子工艺，去除含硅介电层顶部平面的所有光刻胶；
步骤2、采用主要含氧和F或主要含氧和CL的等离子工艺，去除介电层中刻蚀开口侧壁的部分光刻胶以及步骤1中溅射的硅颗粒；
步骤3、采用主要含氧等离子工艺，去除刻蚀开口侧壁经步骤2处理后剩余的所有光刻胶。
10.根据权利要求1或9所述的方法，其特征在于，当步骤2中含F时，含所述F的气体与所述氧的气体比例为：1:300～1:50。
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