CN104157566B - 梯度式干法去胶方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种梯度式干法去胶方法，采用一具有光刻胶的晶圆，光刻胶表面具有经高能粒子注入后形成的硬壳；其包括：对晶圆表面进行预加热过程；对光刻胶表面的硬壳进行软化过程；去除光刻胶表面的硬壳，在晶圆表面有残余光刻胶；去除残余光刻胶。采用本发明的方法，不仅可以有效去除光刻胶，还可以避免光刻胶爆裂、残留、多晶硅损伤等工艺缺陷，进一步提高了产品良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种梯度式干法去胶方法。
背景技术
在半导体晶圆生产前端工艺中，经过光刻胶涂布、曝光、显影等工艺处理后的晶圆，在高能粒子注入后，露出的图形是根据产品电学特性需求需要进行离子注入的区域，同时在光刻胶覆盖的区域表面会形成一定厚度的坚硬的外壳(crust)。此硬壳的主要由交联的碳链化合物且掺杂着各种注入的离子组分。这样给后续的去胶工艺带来了更多的困难和挑战，经常会伴随着出现残留物(residue)、胶爆裂(poping)、甚至多晶硅损伤(polybroken)等工艺缺陷，对产品的良率带来负面影响。
针对上述问题，通常采用等离子体干法去胶工艺来去除高能量离子注入后的光刻胶。
请参阅图1，为现有的等离子体干法去胶工艺的流程示意图，现有的等离子体干法去胶工艺包括：
步骤L01：采用低温条件，以及O2和N2的混合气体作为反应气体，对光刻胶进行低速刻蚀；
步骤L02：对晶圆进行缓慢升温和低速刻蚀，以缓慢去除光刻胶表面的硬壳；采用H2、N2和O2的混合气体作为反应气体，其中，O2含量很少，H2和N2作为主要反应气体，这样可以降低反应速率；通过调整晶圆和加热部件之间的间距来减缓升温速率。步骤L02后，光刻胶及其表面硬壳有残留。
步骤L03：采用CF4作为反应气体，去除光刻胶表面的硬壳残留和光刻胶残留。
然而，采用上述工艺会出现以下问题：
步骤L01中，低温条件以及使用O2和N2的混合气体的工艺，在110nm及以上工艺中使用较为广泛，但对于90nm以下节点的高阶工艺，随着离子注入能量的加大，以及关键尺寸的缩小，单纯使用O2和N2的混合气体会产生光刻胶爆裂以及多晶硅损伤等缺陷；
步骤L02中，采用O2、H2和N2的混合气体，通过调节氧气、与氢气、氮气混合气的比例来控制反应的速度，此方法可解决大部分高能粒子注入后去胶工艺的需求。但是该工艺为了防止poping的缺陷，通过调整晶圆和加热部件的间距来减缓升温速率，通过降低氧气含量来降低反应速率，其主要目的为缓慢的去除光刻胶表面硬壳，降低缺陷，但是在面对剂量更高的注入条件时缺陷表现仍不理想。
步骤L03中，使用CF4反应气体可以有效的去除光刻胶(C-Si-O)残留物及表面硬壳残留，但会对器件带来其它不利影响。由于CF4气体具有较强的刻蚀腐蚀性，会对多晶硅侧壁的氧化膜或氮化膜，硅或氧化膜衬底以及带来新的刻蚀损伤，导致器件的关键尺寸或衬底硅损伤量发生变化，从而影响器件的性能。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种梯度干法去胶方法，以期在有效去除光刻胶的前提下减少工艺缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种梯度式干法去胶方法，采用一具有光刻胶的晶圆，所述光刻胶表面具有经高能粒子注入后形成的硬壳；所述梯度式干法去胶方法包括以下步骤：
步骤01：对所述晶圆表面进行预加热过程；
步骤02：对所述光刻胶表面的硬壳进行软化过程；
步骤03：去除所述光刻胶表面的硬壳，在所述晶圆表面有残余光刻胶；
步骤04：去除所述残余光刻胶。
优选地，所述步骤01、所述步骤02和所述步骤03中，所采用的反应气体均为O2、H2和N2的混合气体。
优选地，所述步骤01中，所述预加热过程采用的反应功率为400-600W，反应压强为1-5T，反应温度为100-200℃，反应时间为10-30sec，所述O2在所述混合气体中的比例为50-90％。
优选地，所述步骤02中，提高所述H2的比例，降低所述O2的比例。
优选地，所述步骤02中，所述软化过程采用的反应功率为600-1200W，反应压强为1-5T，反应温度为200-300℃，反应时间为10-50sec，所述反应气体的总流量为10000-14000sccm。
优选地，所述步骤03中，降低所述H2的比例，提高所述O2的比例。
优选地，所述步骤03中，所述去除所述光刻胶表面的硬壳，采用的反应功率为1200-2500W，反应压强为1-5T，反应温度为200-300℃，反应时间为10-50sec，所述反应气体的总流量为10000-14000sccm。
优选地，所述步骤04中，所述去除所述残余光刻胶，所采用的反应气体为O2和N2的混合气体。
优选地，所述步骤04中，所述去除所述残余光刻胶，采用的反应功率为2000-3000W，反应压强为1-5T，反应温度为200-300℃，所述反应气体的总流量为8000-10000sccm。
本发明的梯度干法去胶方法，针对高能粒子注入后在光刻胶表面产生的硬壳，采用梯度式逐步去除硬壳和光刻胶；首先，预加热过程，可以为后续反应提供一定的起始温度，并且预加热过程中还可以确保缓慢的反应速率；其次，软化过程，将长链碳交联化合物分裂成锻炼的碳化合物，以便将硬壳软化，使后续更容易得将其去除；然后，去除硬壳过程；最后，由于去除硬壳时会造成残余光刻胶，因此，去除残余光刻胶，完成光刻胶的去除过程。通过本发明，不仅可以有效去除光刻胶，还可以避免光刻胶爆裂、残留、多晶硅损伤等工艺缺陷，进一步提高了产品良率。
附图说明
图1为现有的等离子体干法去胶工艺的流程示意图
图2为本发明的一个较佳实施例的梯度干法去胶方法的流程示意图
图3为本发明的一个较佳实施例的梯度干法去胶方法中的各个工艺步骤的线段图
图4a为采用现有的等离子体干法去胶工艺后得到的晶圆的缺陷示意图
图4b为采用本发明的梯度干法去胶方法后得到的晶圆的缺陷示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
如前所述，采用现有的等离子体干法去胶工艺，会在去胶的过程中，造成工艺缺陷，并且去胶工艺的应用也有所限制；对此，本发明提供了一种梯度干法去胶方法，通过采用梯度式逐步去除硬壳和光刻胶；首先，预加热过程，可以为后续反应提供一定的起始温度，并且预加热过程中还可以确保缓慢的反应速率；其次，软化过程，将长链碳交联化合物分裂成锻炼的碳化合物，以便将硬壳软化，使后续更容易得将其去除；然后，去除硬壳过程；最后，由于去除硬壳时会造成残余光刻胶，因此，去除残余光刻胶，完成光刻胶的去除过程。
以下将结合附图2-4和具体实施例对本发明的梯度干法去胶方法作进一步详细说明。其中，图2为本发明的一个较佳实施例的梯度干法去胶方法的流程示意图，图3为本发明的一个较佳实施例的梯度干法去胶方法中的各个工艺步骤的线段图，图4a为采用现有的等离子体干法去胶工艺后得到的晶圆的缺陷示意图，图4b为采用本发明的梯度干法去胶方法后得到的晶圆的缺陷示意图。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请参阅图2和图3，本实施例的梯度干法去胶方法，采用一具有光刻胶的晶圆，光刻胶表面具有经高能粒子注入后形成的硬壳；包括以下步骤：
步骤01：对晶圆表面进行预加热过程；
具体的，所采用的反应气体可以为O2、H2和N2的混合气体；此时，O2为主要的反应气体；O2所占的比例可以为50％-90％。该步骤的工艺参数可以但不限于为：反应功率可以为400-600W，反应压强可以为1-5T，反应温度可以为100-200℃，反应时间可以为10-30sec。本实施例中，如图3中所示，预加热过程在反应时间为t1时间段内，采用的反应功率为500W。
步骤02：对光刻胶表面的硬壳进行软化过程；
具体的，所采用的反应气体可以为O2、H2和N2的混合气体；此时，H2为主要的反应气体，提高H2的比例，降低O2的比例；H2所占的比例可以为70％-90％；这里，采用富H2的气体，是因为使用H2进行还原反应，将光刻胶表面的离子注入后形成的交联硬壳反应成短链小分子，易于后续去除，此处N2仅作为稀释气体，实际参与反应的气体为O2和H2。反应方程式如下：
通过软化过程，将光刻胶表面的硬壳中的长链碳交联化合物分裂成短链碳化物，以便于后续更加容易的将硬壳去除。
软化过程采用的具体工艺参数可以但不限于为：反应功率可以为600-1200W，反应压强可以为1-5T，反应温度可以为200-300℃，反应时间可以为10-50sec，反应气体的总流量可以为10000-14000sccm。本实施例中，如图3中所示，软化过程在反应时间为t2时间段内，采用的反应功率为1000W。
步骤03：去除光刻胶表面的硬壳，在晶圆表面有残余光刻胶；
具体的，所采用的反应气体可以为O2、H2和N2的混合气体；由于前步骤02中硬壳已经软化，此处，可以适当降低H2的比例，而对O2的比例可以不再限制，可以适当提高O2的比例；此时，参与反应的气体为O2和H2，H2为主要的反应气体；H2所占的比例可以为10％～90％，反应方程式如下：
去除光刻胶表面的硬壳的具体工艺参数可以但不限于为：采用的反应功率为1200-2500W，反应压强为1-5T，反应温度为200-300℃，反应时间为10-50sec，反应气体的总流量为10000-14000sccm。本实施例中，如图3中所示，去除光刻胶表面的硬壳的过程在反应时间为t3时间段内，采用的反应功率为1500W。
此步骤中，光刻胶表面的硬壳被全部去除，但是，光刻胶并没有完全去除，即存在残余光刻胶。
步骤04：去除残余光刻胶。
具体的，去除残余光刻胶时，所采用的反应气体可以为O2和N2的混合气体，O2是主要的反应气体，O2所占的比例可以为50％～90％。具体的工艺参数可以但不限于为：反应功率为2000-3000W，反应压强为1-5T，反应温度为200-300℃，反应气体的总流量为8000-10000sccm。本实施例中，如图3中所示，去除残余光刻胶的过程在反应时间为t4时间段内，采用的反应功率为2500W。从图3中可以看出，四个步骤的线段图很明显呈现出梯度分布，这也是本发明称之为梯度干法去胶的原因。
请参阅图4a和图4b，白色区域表示芯片，芯片上的小方块表示缺陷，可以看到，与现有的等离子体干法去胶工艺得到的晶圆上的缺陷相比，采用本发明的梯度干法去胶方法对晶圆进行去胶之后，晶圆上的最终缺陷与之近似，表明本发明的方法不仅能够避免对晶圆造成工艺缺陷，还可以保证有效低去除晶圆上的光刻胶。
综上所述，本发明的梯度干法去胶方法，不仅可以有效去除光刻胶，还可以避免光刻胶爆裂、残留、多晶硅损伤等工艺缺陷，进一步提高了产品良率。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。
Claims (9)
1.一种梯度式干法去胶方法，采用一具有光刻胶的晶圆，所述光刻胶表面具有经高能粒子注入后形成的硬壳；其特征在于，所述梯度式干法去胶方法包括以下步骤：
步骤01：对所述晶圆表面进行预加热过程；所述预加热过程采用的反应功率为400-600W；
步骤02：对所述光刻胶表面的硬壳进行软化过程；所述软化过程采用的反应功率为600-1200W；
步骤03：采用反应功率为1200-2500W来去除所述光刻胶表面的硬壳，在所述晶圆表面有残余光刻胶；
步骤04：采用反应功率为2000-3000W来去除所述残余光刻胶。
2.根据权利要求1所述的梯度式干法去胶方法，其特征在于，所述步骤01、所述步骤02和所述步骤03中，所采用的反应气体均为O2、H2和N2的混合气体。
3.根据权利要求2所述的梯度式干法去胶方法，其特征在于，所述步骤01中，所述预加热过程采用的反应压强为1-5T，反应温度为100-200℃，反应时间为10-30sec，所述O2在所述混合气体中的比例为50-90％。
4.根据权利要求2所述的梯度式干法去胶方法，其特征在于，所述步骤02中，提高所述H2的比例，降低所述O2的比例。
5.根据权利要求2所述的梯度式干法去胶方法，其特征在于，所述步骤02中，所述软化过程采用的反应压强为1-5T，反应温度为200-300℃，反应时间为10-50sec，所述反应气体的总流量为10000-14000sccm。
6.根据权利要求2所述的梯度式干法去胶方法，其特征在于，所述步骤03中，降低所述H2的比例，提高所述O2的比例。
7.根据权利要求2所述的梯度式干法去胶方法，其特征在于，所述步骤03中，所述去除所述光刻胶表面的硬壳，采用的反应压强为1-5T，反应温度为200-300℃，反应时间为10-50sec，所述反应气体的总流量为10000-14000sccm。
8.根据权利要求1所述的梯度式干法去胶方法，其特征在于，所述步骤04中，所述去除所述残余光刻胶，所采用的反应气体为O2和N2的混合气体。
9.根据权利要求6所述的梯度式干法去胶方法，其特征在于，所述步骤04中，所述去除所述残余光刻胶，采用的反应压强为1-5T，反应温度为200-300℃，所述反应气体的总流量为8000-10000sccm。
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