CN104345581B - 一种等离子体去除光刻胶的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种等离子体去除光刻胶的方法，在反应腔上施加低频率的射频功率源取代传统的高频率的射频功率源，使得反应腔内含氧的反应气体在低射频功率的作用下激发等离子体放电，产生高活性离子，实现对光刻胶的刻蚀去除反应。通过采用低频的射频功率源，抑制了氧自由基的生成，避免了氧自由基的分布不均导致的基片不同区域刻蚀反应的速率不同的问题。保证了在高活性离子和氧化性分子的作用下均匀快速的完成光刻胶的去除反应。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体处理技术领域，尤其涉及一种等离子体去胶的技术领域。
背景技术
半导体制造技术领域中，经常需要在半导体基片上构图刻蚀形成孔洞或沟槽，在刻蚀前首先要在半导体基片表面涂覆光刻胶，利用光刻胶的准确曝光将所需的刻蚀图形转移到半导体基片的刻蚀基底上，光刻胶可以作为掩膜覆盖在刻蚀区以外的区域，保护刻蚀区以外的半导体基底不被刻蚀。刻蚀过程中，半导体基片在等离子体环境下被刻蚀为需要的图形，刻蚀完成后涂覆在半导体基片表面的光刻胶需要进行去除。
由于光刻胶的主要成分为有机物，目前常用的去除光刻胶的方法为：在较高射频（频率大于等于25Mhz）电源作用下激发O2或者CO2等含氧气体解离生成O自由基，利用O自由基为反应物与光刻胶层进行化学反应，实现利用等离子体去胶的目的。然而，反应气体进入反应腔后电离成O自由基，O自由基在基片表面进行光刻胶去除的同时，在反应腔下方设置的真空抽气泵的作用下会向边缘扩散导致反应腔内边缘浓度大于中间浓度。O自由基在反应腔体内的不均匀分布会造成很多技术问题，如，当光刻胶下方的目标刻蚀层为低介电常数的绝缘材料时，由于低介电常数的材料分子式为Si-C-O-H，O自由基容易与低介电常数材料反应，改变低介电常数材料的介电常数，而鉴于氧自由基在腔体内浓度分布的不均匀性，基片边缘的光刻胶最先刻蚀完成，当基片边缘的光刻胶去除后，氧自由基进一步与基片边缘处的低介电常数材料反应，使得基片边缘损伤，造成电流泄露（current leakage）等问题。对于另外一些制程，特别是一些纯粹刻蚀有机材料的制程中，需要非常高的刻蚀均匀度。如果采用自由基进行刻蚀，由于的自由基的分布不均匀造成的刻蚀速率不均匀会严重影响刻蚀工艺的工艺窗口。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种等离子体去除光刻胶的方法，所述方法在一反应腔内进行，所述光刻胶位于基片的表面，所述光刻胶下方为目标刻蚀层，所述方法包括下列步骤：向所述反应腔内提供含氧的反应气体，对所述反应腔施加一小于等于5兆赫兹的低射频功率，所述含氧的反应气体在低射频功率的作用下激发等离子体放电，产生高活性离子，所述高活性离子对光刻胶进行刻蚀去除反应。
进一步的，所述反应气体中的氧化性气体分子在高活性离子的作用下对光刻胶进行刻蚀去除反应。
优选的，所述反应腔内气压为200MT-2T。
进一步的，所述反应腔内气压为500MT-2T。较高地反应腔内气压有利于反应气体吸附在光刻胶表面，从而使其中的氧化性分子与光刻胶进行反应。
优选的，所述反应气体包括O2，O3，NO2，SO2，CO2中的至少一种。
优选的，所述反应气体还包括COS和CO中的一种或两种。
优选的，所述反应气体还包括Ar和Xe中的一种或两种。
优选的，所述反应气体的流量范围为200sccm-5000sccm。
优选的，所述反应气体的流量范围为1500sccm-5000sccm。
优选的，所述目标刻蚀层为低介电常数的绝缘材料，所述绝缘材料的介电常数小于3F/m。
本发明的优点在于：在反应腔上施加低频率的射频功率源取代传统的高频率的射频功率源，使得反应腔内含氧的反应气体在低射频功率的作用下激发等离子体放电，产生高活性离子，实现对光刻胶的刻蚀去除反应。通过采用低频的射频功率源，抑制了氧自由基的生成，避免了氧自由基的分布不均导致的基片不同区域刻蚀反应的速率不同的问题。保证了在高活性离子和氧化性分子的作用下均匀快速的完成光刻胶的去除反应。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
如下附图构成了本说明书的一部分，和说明书一起列举了不同的实施例，以解释和阐明本发明的宗旨。以下附图并没有描绘出具体实施例的所有技术特征，也没有描绘出部件的实际大小和真实比例。
图1示出现有技术中去除光刻胶反应腔结构示意图；
图2示出现有技术中基片表面不同区域的光刻胶刻蚀率曲线；
图3示出氧化性分子和氧化性正离子在基片表面刻蚀的原理示意图；
图4示出本发明所述基片表面不同区域的光刻胶刻蚀率曲线。
具体实施方式
本发明公开了一种在反应腔内去除半导体基片表面的光刻胶的方法，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在半导体基片刻蚀完成之后需要对其表面的光刻胶进行去除，光刻胶用来作为从光刻掩膜到基片表面的图形转移媒介以及被刻蚀区域的阻挡层，一旦刻蚀完成，光刻胶在硅片表面就不再有用，必须完全去除。现有技术中可以采用湿法去除光刻胶的方法，但在大部分应用中，由于对化学药品所需的管理和处理，使得湿法去除光刻胶并不合算。而且在干法刻蚀之前，光刻胶的表面在氟基或氯基气体中进行加固处理，这就使得光刻胶在大部分的湿法去胶液中不溶解。在这种情况下需要用干法等离子体刻蚀光刻胶技术。
现有技术中的干法等离子体刻蚀技术主要是通过在高射频功率源（通常高于25MHZ）及20Mt～200Mt的压力作用下，将反应腔内含氧的刻蚀气体解离生成氧自由基，利用氧自由基与光刻胶在等离子体环境下发生化学反应来去除光刻胶。图1示出现有技术中去除光刻胶反应腔结构示意图，为了保证干法等离子体刻蚀光刻胶反应的持续进行，反应腔100上方的气体喷淋头101不断注入含氧的反应气体，反应腔100下方设置真空抽气泵105，将反应后的气体排出反应腔。真空抽气泵105通常设置于反应腔100底部，基片支撑架102的外围，故反应气体会持续不断的由基片150中心区域向基片150边缘区域扩散，如曲线110所示，导致基片150中心区域氧自由基的浓度小于边缘区域氧自由基的浓度，从而使得光刻胶刻蚀中间区域的反应速率小于边缘区域的反应速率，如曲线120所示。为了更为直观的描述曲线120，图2示出现有技术中基片表面不同区域的光刻胶刻蚀率曲线。
基片表面光刻胶不均匀的刻蚀速率导致光刻胶的去除极不均匀，随着反应的进行，边缘区域的去胶完成后，高浓度的氧自由基会继续对边缘的光刻胶下方的目标刻蚀层进行刻蚀，对基片边缘区域造成严重损伤，影响基片的合格率。考虑到氧自由基呈电中性，容易受气流影响改变分布，为了提供一种均匀去除光刻胶的方法，本发明利用氧化性气体分子和氧化性正离子代替氧自由基进行光刻胶刻蚀。
在本发明中，采用低频的射频功率源取代高频的射频功率源对反应气体进行解离，低频射频功率源的频率小于5兆赫兹，功率在50瓦-1000瓦之间。图3示出氧化性气体分子和氧化性正离子在基片表面刻蚀的原理示意图；在较高的反应腔体压力下，氧化性气体分子140如CO2，O2等在基片表面的吸附能力大大增强。此时，以低频射频功率源产生的高活性氧化性正离子130在等离子体鞘层的加速下轰击基片表面的光刻胶并与光刻胶发生化学反应，同时基片表面吸附的氧化性气体分子140在氧化性正离子130提供的能量作用下，也与光刻胶发生化学反应，与氧化性正离子130一同进行光刻胶的刻蚀去除。在本实施例中，含氧气体包括CO2，O2，O3，NO2，SO2中的至少一种，所述气体在射频功率源的作用下解离生成氧正离子、氧自由基及氧原子等粒子，当射频功率源大于25MHZ时，生成氧自由基的浓度较大，当射频功率源根据本发明所述小于5MHZ时，生成的氧正离子浓度较大。根据上文描述，氧自由基分布易受气流影响，故为了得到均匀的刻蚀速率，本发明的技术方案尽可能的减少氧自由基的浓度，增加氧正离子的浓度。
为了进一步增强反应腔内光刻胶刻蚀速率，可以在反应气体中加入Ar气或/和Xe气等惰性气体，由于Ar气和Xe气容易解离生成Ar+和Xe+，在等离子体中具有较大的动能，可以增加携带氧化性气体分子140的能量，实现光刻胶的快速刻蚀。本发明中所述的氧化性正离子130包括O+、O2+、CO2 +、Ar+等，本实施例中，氧自由基浓度较低，且氧化性正离子130在光刻胶表面轰击均匀，因此光刻胶刻蚀均匀性更好，如图4所示，基片中心区域的和边缘区域的光刻胶刻蚀速率相同。由于在对光刻胶下方的目标刻蚀层刻蚀过程中使用了碳氟气体，因此刻蚀完成后光刻胶表面和反应腔侧壁会残留碳氟聚合物，在光刻胶去胶反应过程中会释放活性F*，进一步腐蚀刻蚀目标层。为减少活性F*的影响，可以在反应气体中加入COS和/或CO等气体，COS和CO气体可以与F离子反应，生成气相的COFx。本实施例中，上述含氧反应气体的气体流量范围为200sccm-5000sccm之间，为了最大限度的减少等离子体中氧自由基的浓度，减少氧自由基产生的不均匀刻蚀，可以采用更大流量的反应气体对氧自由基进行稀释，在某些实施例中，所述反应气体的气体流量范围为1500sccm-5000sccm之间。
本发明技术方案能够顺利实现的另一个关键因素是反应腔100内的压强，由于较高的反应腔体压力会增加氧化性气体分子在基片表面的吸附能力，同时，在较高的反应腔压力下氧自由基会发生复合反应生成氧气分子，进一步抑制氧自由基的产生，减少氧自由基的浓度，故本发明采用的反应腔100内的压力为200MT-2T,为使效果更为显著，在某些实施例中，可以采用的反应腔100内的压力为500MT-2T。本实施例中，光刻胶下方的目标刻蚀层为低介电常数的绝缘材料，介电常数通常小于等于3F/m。通过采用本发明所述的技术方案，有效地避免了受氧自由基浓度分布不均对低介电常数材料造成的损伤，保证了基片表面光刻胶的去除均匀、完全，提高了基片加工的合格率。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种等离子体去除光刻胶的方法，所述方法在一反应腔内进行，所述光刻胶位于基片的表面，所述光刻胶下方为目标刻蚀层，其特征在于，所述方法包括下列步骤：向所述反应腔内提供含氧的反应气体，对所述反应腔施加一小于等于5兆赫兹的低射频功率，所述含氧的反应气体在低射频功率的作用下激发等离子体放电，产生高活性离子，所述高活性离子对光刻胶进行刻蚀去除反应，所述目标刻蚀层为低介电常数的绝缘材料，所述绝缘材料的介电常数小于3F/m，所述反应腔内气压为200MT-2T。
2.根据权利要求1所述的等离子体去除光刻胶的方法，其特征在于：所述反应气体中的氧化性气体分子在高活性离子的作用下对光刻胶进行刻蚀去除反应。
3.根据权利要求1所述的等离子体去除光刻胶的方法，其特征在于：所述反应腔内气压为500MT-2T。
4.根据权利要求1所述的等离子体去除光刻胶的方法，其特征在于：所述反应气体包括O2，O3，NO2，SO2，CO2中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的等离子体去除光刻胶的方法，其特征在于：所述反应气体还包括COS和CO中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的等离子体去除光刻胶的方法，其特征在于：所述反应气体还包括Ar和Xe中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的等离子体去除光刻胶的方法，其特征在于：所述反应气体的流量范围为200sccm-5000sccm。
8.根据权利要求1所述的等离子体去除光刻胶的方法，其特征在于：所述反应气体的流量范围为1500sccm-5000sccm。
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