CN104465369B - 锗的刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
一种锗的刻蚀方法,包括:提供半导体衬底;在所述半导体衬底上形成锗层;采用干法刻蚀工艺去除部分锗层,所述干法刻蚀的气体含有氯气;在干法刻蚀后,原位采用清洗气体对所述刻蚀后的锗层进行清洗,所述清洗气体为氧气。所述锗的刻蚀方法能够去除刻蚀过程中附着在光刻胶表面的氯化锗聚合物,改善刻蚀完成后锗层的形貌,提高所形成的半导体器件的良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域,特别涉及一种锗的刻蚀方法。
背景技术
共晶键合,也称之为共晶焊接,是指通过一个金属中间层使晶圆结合起来的技术。在目前的半导体制造领域,图形化的锗金属层被广泛应用于共晶键合的工艺中。
形成图形化的锗金属层,需要对锗金属进行刻蚀,现有技术对锗刻蚀的过程请参考图1至图3,包括:
参考图1,提供半导体衬底10,所述半导体衬底10表面形成锗层11。
参考图2,在所述锗层11表面形成图形化的光刻胶层12,所述光刻胶层12具有暴露部分锗层11的开口13,所述开口13用于定义需要刻蚀的锗层11的位置。
参考图3,以光刻胶12为掩模,采用干法刻蚀对所述锗层11进行刻蚀,在锗层11上形成露出衬底10的开口13a,从而使光刻胶层12的图形转移到锗层11上,形成图形化锗层11a。
然而,采用现有技术形成的图形化锗层11a的形貌较差,影响了所形成的半导体器件的性能。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种锗的刻蚀方法,以优化刻蚀后者层的形貌。
为解决上述问题,本发明提供一种锗的刻蚀方法,包括
提供半导体衬底;
在所述半导体衬底上形成锗层;
采用干法刻蚀工艺去除部分锗层,所述干法刻蚀的气体含有氯气;
在干法刻蚀后,原位采用清洗气体对所述刻蚀后的锗层进行清洗,所述清洗气体为氧气。
可选的,采用氧气对刻蚀后的锗层进行清洗的时间为2分钟以上,所述气体流速为40~60sccm,所述气体压力为8毫托到12毫托范围内。
可选的,所述干法刻蚀的气体还包括:氯化硼、氩气和氮气。
可选的,所述干法刻蚀气体源功率为700W~900W,偏置功率为150W。
可选的,所述干法刻蚀刻蚀腔的压强为7~9毫托。
可选的,所述干法刻蚀刻蚀温度为40~50摄氏度。
可选的,采用干法刻蚀工艺去除部分锗层的步骤包括:在所述锗层上形成光刻胶层;以所述光刻胶层为掩模,干法刻蚀所述锗层。
可选的,所述刻蚀方法还包括:在氧气清洗过后去除所述光刻胶层。
可选的,所述刻蚀方法还包括:在去除光刻胶层后,采用清洗液对刻蚀后的锗层进行清洗,所述清洗液为酸性溶液或碱性溶液。
可选的,所述清洗液为硫酸、氢氟酸、ACT或EKC。
与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下优点:
本发明所提供的锗的刻蚀方法,在干法刻蚀后,采用清洗气体对所述刻蚀后的锗层进行清洗,而且所述清洗气体为氧气;由于在刻蚀工艺后,附着在光刻胶表面的氯化锗与氧气反应,形成易溶于水的氧化锗,从而去除附着在光刻胶表面的氯化锗聚合物,改善光刻后锗层的形貌,提高所形成半导体器件的性能。
附图说明
图1至图3是现有技术一种锗的刻蚀方法结构示意图;
图4至图8是本发明所提供锗的刻蚀方法一实施例中各步骤的结构示意图;
图9是现有技术中锗刻蚀后的锗层与本发明锗刻蚀后的锗层的对比图。
具体实施方式
由背景技术可知,现有锗刻蚀工艺形成的锗层形貌较差,分析其原因:干法刻蚀采用的刻蚀气体包括:氯气(Cl2)、氯化硼(BCl2)、氩气(Ar)、氮气(N2)。其中,氯气作为主要的刻蚀气体与锗层发生反应,生成氯化锗(GeClx),在被刻蚀反应腔中的气流带出反映腔。但是在干法刻蚀锗的时候,刻蚀生成的氯化锗很容易发生再沉积,附着在光刻胶的顶部或者侧壁上,附着的氯化锗很难通过传统的刻蚀方法去除,而且附着的氯化锗会影响光刻胶的去除过程,从而产生的氯化锗很容易发生再沉积现象,形成氯化锗聚合物附着在光刻胶表面,这种聚合物很难通过传统的刻蚀方法去除。而且附着在光刻胶表面的氯化锗聚合物会影响后续光刻胶的去除,影响刻蚀后锗层的形貌,影响所形成的半导体器件性能。
为解决所述技术问题,本发明提供一种锗的刻蚀方法,包括:
提供半导体衬底;
在所述半导体衬底上形成锗层;
采用干法刻蚀工艺去除部分锗层,所述干法刻蚀的气体含有氯气;
在干法刻蚀后,原位采用清洗气体对所述刻蚀后的锗层进行清洗,所述清洗气体为氧气。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图4至图8是本发明锗的刻蚀方法一实施例中各步骤的结构示意图。
参考图4,提供半导体衬底100,所述半导体衬底100表面形成锗层101,所述锗层101表面具有图形化光刻胶102。
所述半导体衬底100用于为后续工艺提供工作平台,所述半导体衬底100的材料选自单晶硅、多晶硅或非晶硅;所述半导体衬底100也可以选自硅、锗、砷化镓或硅锗化合物;所述半导体衬底100还可以选自具有外延层或外延层上硅结构;所述半导体衬底100还可以是其他半导体材料,本发明对此不作任何限定。本实施例中所述衬底100材料为硅。
所述锗层101图形化后,用作共晶键合工艺中的金属中间层,使晶圆结 合起来。具体的,可以通过化学气相沉积或者物理气相沉积形成所述锗层101。由于在后续工艺刻蚀所述锗层101时,主要刻蚀气体为氯气。在刻蚀过程中,产生的氯化锗很容易再沉积,形成氯化锗聚合物附着在光刻胶102表面,影响后续光刻胶102的去除,影响刻蚀后锗层的形貌,进而影响所形成的半导体器件的性能。因此需要在后续刻蚀完成之后,去除附着在光刻胶102表面的氯化锗聚合物,以提高刻蚀后锗层的形貌,提高所形成的半导体器件性能。
所述图形化的光刻胶102用于定义锗层101需要刻蚀的位置,所述光刻胶102包含有露出所述锗层101的开口103,所述开口103用于定义所述锗层101待刻蚀的位置。
所述图形化的光刻胶102的形成步骤为:在所述锗层101表面通过旋涂工艺涂布光刻胶薄膜;热处理所述光刻胶薄膜后,对所述光刻胶薄膜进行曝光,使光刻胶图形化,形成露出需要刻蚀的锗层表面的开口103;在曝光后再次热处理所述光刻胶薄膜,形成图形化的光刻胶102。
参考图5,以所述图形化的光刻胶102为掩模,干法刻蚀所述锗层101,使光刻胶102的图形转移到锗层101上,形成图形化锗层101a,所述图形化锗层101a包含暴露半导体衬底100的开口103a。
所述干法刻蚀为各向异性干法刻蚀工艺,刻蚀气体包括:氯气、氯化硼、氩气以及氮气;本实施例中,所述干法刻蚀的源功率为700W~900W,偏置功率为140W~160W;刻蚀腔的压强为7~9毫托,刻蚀温度为40~50摄氏度。
其中,氯气作为主要刻蚀气体,氯气通过与锗层101发生化学反应形成可挥发的氯化锗后,被刻蚀腔中的气体带出刻蚀腔。
其次,刻蚀气体中的氯化硼和氩气用于垂直轰击锗层101表面,达到各向异性刻蚀的目的。
再次,刻蚀气体中氮气作为钝化气体,所述氮气在图形化锗层101a和光刻胶102表面形成钝化层,从而在刻蚀过程中保护光刻胶102和图形化锗层101a的侧壁不受损伤,使刻蚀后的图形更为精确。
然而,在锗刻蚀的过程中,刻蚀产生的氯化锗很容易发生再沉积,形成氯化锗聚合物附着在光刻胶102的顶部或者侧壁上,这种氯化锗聚合物很难 通过传统的刻蚀方法去除,而且氯化锗聚合物会影响后续光刻胶102的去除工艺,影响刻蚀后图形化锗层101a的形貌,进而影响所形成的半导体器件的性能。
参考图6,在干法刻蚀后,立即原位采用清洗气体104对所述光刻胶102和所述刻蚀后的图形化锗层101a进行清洗,所述清洗气体104包括氧气。
具体的,本实施例中,所述采用清洗气体104对光刻胶102和图形化锗层101a进行清洗的时间为2分钟以上,所述清洗气体104的流量为40~60sccm,所述清洗气体104的压力为8毫托~12毫托。
氧气与氯化锗反应而生成氧化锗和氯气,其中氧化锗易溶于水,在后续湿法清洗的过程中能够轻易去除。
所述清洗时间为2分钟以上。本发明发明人通过研究发现,当氧气清洗时间超过2分钟的时候,能够保证附着在光刻胶表面的氯化锗能够充分分解;若短于2分钟,所附着的氯化锗无法充分分解,导致无法通过清洗带走所有的附着物。
需要说明的是,当在刻蚀腔中完成干法刻蚀工艺后,在所述刻蚀腔中立即通入清洗气体104,对所述图形化锗层101a进行原位清洗,所述清洗气体104包括氧气。虽然后续去除光刻胶102的步骤中,干法去胶也可以通入氧气,但是由于去除光刻胶102工艺中通入氧气需要转换机台,会有一定的时间间隔,氯化锗容易变得致密而难以去除。因此干法刻蚀之后需立即原位通入氧气进行清洗。
参考图7,在经过干法清洗后,去除所述光刻胶102.
所述去除光刻胶202的方法为湿法去胶或干法去胶;湿法去胶时,采用酸性溶液、碱性溶液或有机溶液去除光刻胶202,例如丙酮。干法去胶时,可以采用氧气等离子体去胶。
需要说明的是,虽然干法去胶也会采用氧气去胶,但是从干法刻蚀步骤完成到干法去胶过程中通入氧气等离子体的步骤之间往往需要一段时间。此时光刻胶102表面的氯化锗聚合物会变得致密而无法去除。而且氯化锗聚合物附着在光刻胶102表面的时候,也会影响光刻胶102的去除工艺,因此在 干法去胶的过程中无法去除光刻胶102表面的氯化锗聚合物,需要在干法刻蚀工艺完成后,在所述刻蚀腔中立即通入清洗气体104,对所述图形化锗层101a以及干刻胶层102进行清洗,才能有效去除光刻胶102表面附着的氯化锗聚合物。
参考图8,在去除光刻胶102后,采用清洗液105对刻蚀后的图形化锗层101a进行清洗,所述清洗液105为酸性溶液或碱性溶液。
所述清洗液105用于清洗在干法刻蚀工艺,以及去除光刻胶102工艺中残留与所述图形化锗层101a表面和侧壁的副产物;所述副产物包括干法刻蚀工艺过程中的化学反应物、以及物理轰击的残留物,去光刻胶102工艺中所残留的光刻胶与反应物;所述清洗液105为硫酸、氢氟酸、ACT或EKC,能够溶解所残留的有机物和无机物,从而达到清洗的目的。
其中,所述ACT和EKC为有机溶液,所述ACT包括二甲亚砜(DMSO)、N-二甲基乙酰胺(NEA)、乙醇胺(MEA)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)等,所述EKC包括羟氨、单乙醇胺和异丙醇胺等。
需要说明的是,从干法刻蚀完成形成图形化锗层101a的步骤到采用清洗液105对刻蚀后的图形化锗层101a进行清洗的步骤之间存在一定的时间间隔,经过这段时间间隔,附着在光刻胶102表面的氯化锗聚合物会变得致密,而且氯化锗聚合物会影响光刻胶102的去除工艺,因此所述采用清洗液105对刻蚀后的图形化锗层101a进行清洗的步骤无法去除附着在光刻胶102表面的氯化锗聚合物,从而需要在刻蚀完成之后,立即通入清洗气体104对图形化锗层101a以及光刻胶102进行清洗。
请参考图9,其中图9a是现有的锗刻蚀完成后对光刻胶进行测试的结果图,由于现有技术在锗刻蚀完成后,未立即通入清洗气体104进行冲洗,因此在刻蚀后光刻胶的表面附着有大量氯化锗聚合物;图9b是本发明在刻蚀完成后立即原位通入清洗气体104,对光刻胶进行清洗后,对所述光刻胶进行测试的结果,由图9b可知,所述光刻胶表面光滑平整,没有发现有氯化锗聚合物附着。
综上所述,本实施例所述锗的刻蚀方法,在干法刻蚀后,立即原位通入 清洗气体对所述刻蚀后的锗层和光刻胶进行清洗,而且所述清洗气体为氧气;由于在刻蚀工艺中,再沉积在光刻胶表面的氯化锗聚合物会与氧气反应,形成易除去的氧化锗和氯气,从而避免了再沉积的氯化锗聚合物附着在光刻胶表面,影响光刻胶的去除工艺,影响刻蚀后锗层的表面形貌,使所形成的半导体器件性能稳定,提高制造半导体器件的良率。
虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种锗的刻蚀方法,其特征在于,包括:
提供半导体衬底;在所述半导体衬底上形成锗层;
采用干法刻蚀工艺去除部分锗层,所述干法刻蚀的气体含有氯气;
在干法刻蚀后,原位采用清洗气体对所述刻蚀后的锗层进行清洗,所述清洗气体为氧气;
所述干法刻蚀刻蚀腔的压强为7~9毫托。
2.如权利要求1所述的刻蚀方法,其特征在于,采用氧气对刻蚀后的锗层进行清洗的时间为2分钟以上,所述气体流速为40~60sccm,所述气体压力为8毫托到12毫托的范围内。
3.如权利要求1所述的刻蚀方法,其特征在于,所述干法刻蚀的气体还包括:氯化硼、氩气和氮气。
4.如权利要求1所述的刻蚀方法,其特征在于,所述干法刻蚀气体源功率为700W~900W,偏置功率为150W。
5.如权利要求1所述的刻蚀方法,其特征在于,所述干法刻蚀刻蚀温度为40~50摄氏度。
6.如权利要求1所述的刻蚀方法,其特征在于,采用干法刻蚀工艺去除部分锗层的步骤包括:在所述锗层上形成光刻胶层;以所述光刻胶层为掩模,干法刻蚀所述锗层。
7.如权利要求6所述的刻蚀方法,其特征在于,所述刻蚀方法还包括:在氧气清洗过后去除所述光刻胶层。
8.如权利要求7所述的刻蚀方法,其特征在于,所述刻蚀方法还包括:在去除光刻胶层后,采用清洗液对刻蚀后的锗层进行清洗,所述清洗液为酸性溶液或碱性溶液。
9.如权利要求8所述的刻蚀方法,其特征在于,所述清洗液为硫酸、氢氟酸、ACT或EKC。
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