CN105824202B - 光刻胶去除方法及半导体器件制作方法 - Google Patents

光刻胶去除方法及半导体器件制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光刻胶去除方法及半导体器件制作方法，先在低温环境下对待去除的光刻胶层进行湿法浸泡清洗，从而可以软化并去除该光刻胶层表层的大部分硬壳，同时可以降低整个光刻胶层去除的成本；然后再对清洗后的半导体衬底进行紫外光照射烘干并维持低温，从而改变剩余硬壳的性质，并避免光刻胶内易挥发溶剂散发导致光刻胶聚合物杂质的产生，使其容易通过后续的灰化处理工艺去除，同时对湿法清洗后的半导体衬底进行了烘干，从而为后续灰化处理工艺提供良好的反应环境；最后通过灰化处理工艺快速、高效的完成整个去胶过程，能够解决光刻胶残留问题，避免光刻胶残留物造成的器件缺陷，提高制造的半导体器件的稳定性和良率。

Description

光刻胶去除方法及半导体器件制作方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种光刻胶去除方法及半导体器件制作方法。
背景技术
在现代CMOS集成电路的制作工艺过程中，几乎所有的衬底结构都是由离子注入形成的，从而使其满足各种器件不同功能的要求。这些衬底结构的掺杂区的制作流程如下：首先使用光刻胶或者其他高于表面的结构，定义需要注入的区域，然后使用离子注入机将高能离子(比如砷、磷、硼等)嵌入到衬底中，最后去除光刻胶，得到所需的掺杂区。然而在高能离子注入涂布有光刻胶的衬底晶圆过程中，其中的部分高能离子会被吸附到光刻胶表面上甚至会掺杂到光刻胶中，使光刻胶表面甚至一定深度发生硬化，变成一种金刚石型与石墨型混合的碳质层坚硬外壳(crust)，该外壳主要由交联的碳链化合物(如C-Si-O)且掺杂着各种注入的离子组分构成，其内部还包裹有没有被高能离子照射到的(即没有被硬化的)光刻胶。
现有的光刻胶去除工艺多采用250℃左右的氧气混合含氟气体(例如CF4)的高温灰化工艺，通过氧气与含氟气体的混合气体产生的等离子体碰撞光刻胶而产生易挥发性的反应物，来实现去除光刻胶的目的，例如公开号CN104701141A的专利申请。但是由于高能离子注入后形成的光刻胶外壳比较硬，因此通过现有的一道灰化工艺很难完全去除所有光刻胶，很容易造成较为严重的光刻胶残留(PR Residue，如图1中的虚线框所示)，这些光刻胶残留物会给后续工艺带来很多负面影响，进而降低半导体器件的稳定性，造成产品良率下降。
因此，如何提供一种能够解决光刻胶残留问题的光刻胶去除方法，是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光刻胶去除方法及半导体器件制作方法，能够解决光刻胶残留问题，避免光刻胶残留物造成的器件缺陷，提高制成的半导体器件的稳定性和良率。
为解决上述问题，本发明提出一种光刻胶去除方法，包括：
提供一半导体衬底，其上具有待去除的光刻胶层；
在120℃以下的条件下，对所述半导体衬底的光刻胶层进行湿法浸泡清洗；以除去所述光刻胶层的表面；
对清洗后的半导体衬底进行紫外光照射烘干，并维持半导体衬底温度低于120℃；
对紫外光照射后的半导体衬底进行灰化处理，去除剩余的光刻胶层。
进一步的，所述湿法浸泡清洗的过程包括由30℃升温到120℃的多步湿法浸泡清洗。
进一步的，所述多步湿法浸泡清洗中采用的清洗液不完全相同。
进一步的，所述湿法浸泡清洗采用的清洗液为酸溶液或臭氧水，所述酸溶液为氯酸溶液、高氯酸溶液、氢氟酸溶液、硝酸溶液或由硫酸与双氧水体构成的SPM溶液。
进一步的，所述SPM溶液中的硫酸与双氧水体积比为3:1～10:1。
进一步的，所述紫外光照射的波长与光刻胶的曝光波长一致。
进一步的，对紫外光照射后的半导体衬底进行灰化处理的过程包括两步：
在120℃以下的条件下，采用氧气与第一辅助气体的混合气体灰化处理所述光刻胶层的表面；
在200℃～300℃的条件下，用纯氧气或氧气与第二辅助气体的混合气体灰化处理剩下的光刻胶层。
进一步的，所述第一辅助气体为氮气、氢气、含氟气体中的一种或几种组合；所述第二辅助气体为含氟气体。
进一步的，所述含氟气体为SiF4、NF3、SF6、CF4、CF3I、CHF3、CH3F、CH2F2、C2F6、C2F6、C3F8、C4F8、C5F8、C4F6、C6F6、C12F15、C15F18中的一种或几种组合。
进一步的，在120℃的条件下的灰化处理工艺中的氧气流量小于在200℃～300℃的条件下的灰化处理工艺中的氧气流量。
进一步的，所述灰化处理工艺中，射频功率为200W～250W，反应腔内的气压为500mTorr～2000mTorr。
本发明还提供一种半导体器件制作方法，包括上述的光刻胶去除方法。
进一步的，提供所述半导体衬底的步骤包括：
提供一半导体基底，在所述半导体基底上依次形成保护层、掩膜层和光刻胶层；
图案化所述光刻胶层以定义出所述半导体基底的离子注入区域；
以图案化的光刻胶层为掩膜，依次刻蚀所述掩膜层以及半导体基底，以将所述光刻胶层的图案转移到所述半导体基底上，形成离子注入区域；
对所述离子注入区域执行离子注入。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
1、先在低温环境下对待去除的光刻胶层进行湿法浸泡清洗，从而可以软化并去除该光刻胶层表层的大部分硬壳，同时可以降低整个光刻胶层去除的成本；然后再对清洗后的半导体衬底进行紫外光照射烘干并维持低温，从而改变剩余硬壳的性质，并避免光刻胶内易挥发溶剂散发导致光刻胶聚合物杂质的产生，使其容易通过后续的灰化处理工艺去除，同时对湿法清洗后的半导体衬底进行了烘干，从而为后续灰化处理工艺提供良好的反应环境，并节约了后续灰化处理的时间；最后通过灰化处理工艺快速、高效的完成整个去胶过程，能够解决光刻胶残留问题，避免光刻胶残留物造成的器件缺陷，提高制造的半导体器件的稳定性和良率。
2、进一步的，在湿法浸泡清洗工艺和灰化处理工艺中，均可采用升温的多步工艺，使得光刻胶在低温时充分与刻蚀剂反应，在高温时加快去胶速率，提高去胶能力，从而节约整个去胶工艺的时间。
附图说明
图1是现有技术中的一种离子注入后去除光刻胶层的残留情况电镜图；
图2是本发明具体实施例的光刻胶去除方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。
请参考图2，本发明提出一种光刻胶去除方法，包括：
S1，提供一半导体衬底，其上具有待去除的光刻胶层；
S2，在120℃以下的条件下，对所述半导体衬底的光刻胶层进行湿法浸泡清洗；以除去所述光刻胶层的表面；
S3，对清洗后的半导体衬底进行紫外光照射烘干，并维持半导体衬底温度低于120℃；
S4，对紫外光照射后的半导体衬底进行灰化处理，去除剩余的光刻胶层。
步骤S1中，提供所述半导体衬底的具体过程包括：
提供一半导体基底，在所述半导体基底上依次形成保护层、掩膜层和光刻胶层，所述半导体基底的材料可以为单晶硅(Si)、单晶锗(Ge)、或硅锗(GeSi)、碳化硅(SiC)；也可以是绝缘体上硅(SOI)，绝缘体上锗(GOI)；或者还可以为其它的材料，例如砷化镓等Ⅲ-Ⅴ族化合物；所述半导体基底上可以形成有半导体器件(图中未示出)，例如：晶体管、二极管、电容、电感等；
图案化所述光刻胶层以定义出所述半导体基底的离子注入区域；
以图案化的光刻胶层为掩膜，依次刻蚀所述掩膜层以及半导体基底，以将所述光刻胶层的图案转移到所述半导体基底上，形成离子注入区域；
以图案化的光刻胶层为掩膜，对所述离子注入区域执行离子注入。以所述光刻胶层为掩模，对所述离子注入区域进行高剂量的离子注入，在半导体基底中形成掺杂区，比如：所述掺杂区可以为晶体管的源/漏区。在进行高剂量的离子注入后，由于高剂量离子的影响，光刻胶层会形成一部分难以溶于刻蚀溶液的物质(比如：无定形碳)。
在步骤S2中，所述湿法浸泡清洗的过程即湿法去除光刻胶工艺，主要是为了去除光刻胶层表面的硬壳，可以采用一种清洗液在同一温度下完成，这种情况下，光刻胶的软化效率和去除效率，随着清洗液的消耗会逐渐降低。但是为了提高光刻胶硬壳的软化效率和去除效率，可以采用一种清洗液并由30℃逐渐升温到120℃来实现，当然也可以按照不同清洗液的不同温度下的软化效率和去除效率来选用多种清洗液，且更换清洗液的顺序按照不同的清洗液最佳清洗温度由低到高的顺序，例如本实施例中共有四种清洗液：第一种清洗液在40℃效果最佳，第二种清洗液在50℃效果最佳，第三种清洗液在80℃效果最佳，第四种清洗液在100℃效果最佳，则对具有待去除光刻胶层的半导体衬底进行多步湿法清洗的过程如下：先用第一种清洗液在40℃条件下浸泡半导体衬底一定时间，然后更换到第二种清洗液在50℃条件下浸泡半导体衬底一定时间，之后更换到第三种清洗液在80℃条件下浸泡半导体衬底一定时间，最后更换到第四种清洗液在100℃条件下浸泡半导体衬底一定时间。其中的清洗液可以为酸溶液或臭氧水，所述酸溶液为氯酸溶液、高氯酸溶液、氢氟酸溶液、硝酸溶液或由硫酸与双氧水体构成的SPM溶液，所述SPM溶液中的硫酸与双氧水体积比为3:1～10:1，例如为5:1。该步骤中在低温环境下采用相应的清洗液对光刻胶层进行湿法浸泡清洗，清洗液可以从光刻胶层的侧面和表面溶解注入光刻胶表面的硬壳中，并逐步渗透入光刻胶层内部，从而可以软化并去除光刻胶表层的大部分硬壳，并使大块的光刻胶层从半导体衬底的表面脱落，在浸泡时间和清洗液容量足够的情况下甚至可以去除半导体成表面大部分的光刻胶层。此外，湿法清洗液的成本较低，可以减少后续灰化处理工艺的处理时间，从而节约灰化处理工艺的损耗，进而降低整个光刻胶去除过程的成本。
在步骤S3中，对清洗后的半导体衬底进行紫外光照射烘干并维持低温，可以继续改变剩余硬壳的性质，并避免光刻胶内易挥发溶剂散发导致光刻胶聚合物杂质的产生，使其容易通过后续的灰化处理工艺去除，同时对湿法清洗后的半导体衬底进行了烘干，从而为后续灰化处理工艺提供良好的反应环境，并节约了后续灰化处理的时间。本步骤中，所述紫外光照射的波长优选为与所述光刻胶层的曝光波长一致，例如，当所述光刻胶的曝光工艺中采用的波长为436nm，则所述紫外光照射的波长可以为400nm～450nm，优选为436nm；当所述光刻胶的曝光工艺中采用的波长为248nm，则所述紫外光照射的波长可以为200nm～300nm，优选为248nm；当所述光刻胶的曝光工艺中采用的波长为193nm，则所述紫外光照射的波长可以为150nm～250nm，优选为193nm，由此可以使剩余的光刻胶硬壳得到最大程度的破坏，同时能够最大程度地溶解未硬化的光刻胶。
在步骤S4中，当半导体衬底表面剩余较少的光刻胶层时，可以对半导体衬底仅进行一道高于200℃的灰化处理即可，而当剩余的光刻胶层依旧较厚时，该步骤可以分为低温灰化和高温灰化两步过程，具体如下：
第一步低温灰化：在120℃以下的条件下，采用氧气与第一辅助气体的混合气体灰化处理所述光刻胶层的表面；
第二步高温灰化：在200℃～300℃的条件下，用纯氧气或氧气与第二辅助气体的混合气体灰化处理剩下的光刻胶层。
其中，所述第一辅助气体为氮气、氢气、含氟气体中的一种或几种组合；所述第二辅助气体为含氟气体；所述含氟气体为SiF4、NF3、SF6、CF4、CF3I、CHF3、CH3F、CH2F2、C2F6、C2F6、C3F8、C4F8、C5F8、C4F6、C6F6、C12F15、C15F18中的一种或几种组合。且优选的，在120℃的条件下的灰化处理工艺中的氧气流量大于在200℃～300℃的条件下的灰化处理工艺中的氧气流量，例如在50℃、85℃或100℃的条件下的灰化处理工艺中的氧气流量为5000sccm，在250℃、265℃或280℃的条件下的灰化处理工艺中的氧气流量为10000sccm。
优选的，所述第一辅助气体为氮气、氢气和含氟气体的组合，其中的含氟气体可以进一步防止灰化处理过程中光刻胶的硬化，氮气、氢气可以提高光刻胶生成易挥发物质的效率。
进一步的，所述灰化处理工艺中，射频功率为200W～250W，反应腔内的气压为500mTorr～2000mTorr。
此外，本发明还提供一种半导体器件制作方法，包括：
提供一半导体基底，在所述半导体基底上依次形成保护层、掩膜层和光刻胶层；
图案化所述光刻胶层以定义出所述半导体基底的离子注入区域；
以图案化的光刻胶层为掩膜，依次刻蚀所述掩膜层以及半导体基底，以将所述光刻胶层的图案转移到所述半导体基底上，形成离子注入区域；
以图案化的光刻胶层为掩膜，对所述离子注入区域执行离子注入；
在120℃以下的条件下，对所述半导体衬底的光刻胶层进行湿法浸泡清洗；以除去所述光刻胶层的表面；
对清洗后的半导体衬底进行紫外光照射烘干，并维持半导体衬底温度低于120℃；
对紫外光照射后的半导体衬底进行灰化处理，去除剩余的光刻胶层。
综上所述，本发明提供的光刻胶去除方法和半导体制作方法，先在低温环境下对光刻胶层进行湿法浸泡清洗，从而可以软化并去除光刻胶表层的大部分硬壳；然后再对清洗后的半导体衬底进行紫外光照射烘干并维持低温，从而改变剩余硬壳的性质，并避免光刻胶内易挥发溶剂散发导致光刻胶聚合物杂质的产生，使其容易通过后续的灰化处理工艺去除，同时对湿法清洗后的半导体衬底进行了烘干，以节约后续灰化处理的时间；最后通过灰化处理工艺快速、高效的完成整个去胶过程，能够解决光刻胶残留问题，避免光刻胶残留物造成的器件缺陷，提高制造的半导体器件的稳定性和良率。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种光刻胶去除方法，其特征在于，包括：
提供一半导体衬底，其上具有待去除的光刻胶层；
在120℃以下的条件下，对所述半导体衬底的光刻胶层进行湿法浸泡清洗，以除去所述光刻胶层的表层的大部分硬壳，并使大块的光刻胶层从半导体衬底的表面脱落；
对清洗后的半导体衬底进行紫外光照射烘干，并维持半导体衬底温度低于120℃，所述紫外光照射的波长与所述光刻胶层的曝光波长一致；
对紫外光照射后的半导体衬底进行灰化处理，去除剩余的光刻胶层。
2.如权利要求1所述的光刻胶去除方法，其特征在于，所述湿法浸泡清洗的过程包括由30℃升温到120℃的多步湿法浸泡清洗。
3.如权利要求2所述的光刻胶去除方法，其特征在于，所述多步湿法浸泡清洗中采用的清洗液不完全相同。
4.如权利要求1或3所述的光刻胶去除方法，其特征在于，所述湿法浸泡清洗采用的清洗液为酸溶液或臭氧水，所述酸溶液为氯酸溶液、高氯酸溶液、氢氟酸溶液、硝酸溶液或由硫酸与双氧水体构成的SPM溶液。
5.如权利要求4所述的光刻胶去除方法，其特征在于，所述SPM溶液中的硫酸与双氧水体积比为3:1～10:1。
6.如权利要求1所述的光刻胶去除方法，其特征在于，所述紫外光照射的波长与光刻胶的曝光波长一致。
7.如权利要求1所述的光刻胶去除方法，其特征在于，对紫外光照射后的半导体衬底进行灰化处理的过程包括两步：
在120℃以下的条件下，采用氧气与第一辅助气体的混合气体灰化处理所述光刻胶层的表面；
在200℃～300℃的条件下，用纯氧气或氧气与第二辅助气体的混合气体灰化处理剩下的光刻胶层。
8.如权利要求7所述的光刻胶去除方法，其特征在于，所述第一辅助气体为氮气、氢气、含氟气体中的一种或几种组合；所述第二辅助气体为含氟气体。
9.如权利要求8所述的光刻胶去除方法，其特征在于，所述含氟气体为SiF4、NF3、SF6、CF4、CF3I、CHF3、CH3F、CH2F2、C2F6、C2F6、C3F8、C4F8、C5F8、C4F6、C6F6、C12F15、C15F18中的一种或几种组合。
10.如权利要求7所述的光刻胶去除方法，其特征在于，在120℃的条件下的灰化处理工艺中的氧气流量小于在200℃～300℃的条件下的灰化处理工艺中的氧气流量。
11.如权利要求7所述的光刻胶去除方法，其特征在于，所述灰化处理工艺中，射频功率为200W～250W，反应腔内的气压为500mTorr～2000mTorr。
12.一种半导体器件制作方法，其特征在于，包括权利要求1至11中任一项所述的光刻胶去除方法。
13.如权利要求12所述的半导体器件制作方法，其特征在于，提供所述半导体衬底的步骤包括：
提供一半导体基底，在所述半导体基底上依次形成保护层、掩膜层和光刻胶层；
图案化所述光刻胶层以定义出所述半导体基底的离子注入区域；
以图案化的光刻胶层为掩膜，依次刻蚀所述掩膜层以及半导体基底，以将所述光刻胶层的图案转移到所述半导体基底上，形成离子注入区域；
对所述离子注入区域执行离子注入。
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