CN108281356B - 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，包括：步骤一、在硅衬底表面形成光刻胶，光刻打开半导体器件的离子注入区域，以光刻胶为掩膜进行离子注入；步骤二、采用灰化工艺去除光刻胶，在灰化工艺中，将光刻胶分成由底部区域和顶部区域叠加而成的结构，在去除顶部区域之后，对底部区域进行去除时灰化工艺的气体采用非氧含氮气体；利用非氧含氮气体中的含氮气体去除底部区域，在去除底部区域时光刻胶残余会和硅衬底的硅相接触，利用非氧含氮气体的不含氧的特征防止氧在光刻胶残余和硅接触的条件下和硅反应形成球状缺陷。本发明能防止去胶过程中形成球状缺陷，特别能消除28nm以下的技术节点中的球状缺陷，还具有光刻胶的去除速率高以及工艺简单的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别涉及一种光刻胶去除方法。
背景技术
进入28nm和20nm技术节点以后，由于工艺复杂性提高，在先前技术节点对良率没有影响的缺陷可能进入28nm技术节点以后会对良率有着杀伤性的影响；集成电路制造工艺中的技术节点对应于特征尺寸。以球状缺陷为例，厚光阻即光刻胶由于粘度大，对干刻灰化要求比较高。因此，干刻灰化厚光阻需要在相对较高的温度和富氧环境下进行。在这种环境下，光刻胶内残余物会与硅衬底接触并形成成核中心，在成核中心处氧气会和硅反应形成球状硅氧化物，最后会形成主要由球状硅氧化物组成的球状缺陷。这种球状氧化物在28nm技术节点前的栅极前离子注入层非常常见，在40nm和45nm技术节点及其以前，采用HF湿法去除栅极氧化层，所以球状缺陷在栅极氧化层的去除过程中会随着氧化层的去除一起从衬底表面脱离，因此不会对良率有影响。
进入28nm技术节点以后，为了减少浅沟槽绝缘层(STI)与硅片衬底之间的阶梯高度(step high)对光阻形貌产生的光学效应的影响，采用气相法去除栅极氧化层。其工作原理主要是通过在低压下NH3和HF混合气体与SiO2发生反应，然后通过升温升压使得反应产物挥发的过程。这样产生的step high不会对光刻胶形貌产生影响。但是整个去除栅极氧化层的过程中硅片衬底没有与化学液体中的接触，从而先前生成的球状缺陷在这种氧化层的去除过程中并不能随之去除。这样随之而来带来的问题是先前产生的球状缺陷会相应的转移到后续的工艺层，从而对良率会产生严重的影响。
根据以上分析，可以看出在28nm技术节点由于栅极氧化层的去除方式和40nm技术节点的方式不尽相同，从而导致球状缺陷在栅极氧化层去除后，仍残存于衬底表面，经过后续对多晶硅栅极干刻蚀后，这些缺陷会转移到多晶硅栅极层和多晶硅线切割层，导致相应的图形失效，最终造成器件硬性失效,严重影响器件良率。基于以上机理，进入28nm技术节点后，前段产生的球状缺陷的去除十分有必要。
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，能防止在去胶过程中在硅衬底表面形成球状缺陷。
为解决上述技术问题，本发明提供的光刻胶去除方法包括如下步骤：
步骤一、在硅衬底表面形成光刻胶，对所述光刻胶进行曝光和显影打开半导体器件的离子注入区域，以所述光刻胶为掩膜进行离子注入。
步骤二、采用灰化工艺去除所述光刻胶，在所述灰化工艺中，将所述光刻胶分成由底部区域和顶部区域叠加而成的结构，在去除所述顶部区域之后，对所述底部区域进行去除时，所述灰化工艺的气体采用非氧含氮气体，利用所述非氧含氮气体中的含氮气体去除所述底部区域，在去除所述底部区域时光刻胶残余会和所述硅衬底的硅相接触，利用所述非氧含氮气体的不含氧的特征防止氧在所述光刻胶残余和硅接触的条件下和硅反应形成球状缺陷。
进一步的改进是，步骤二的所述灰化工艺中，在去除所述顶部区域时，所述灰化工艺的气体采用含氧气体，利用所述含氧气体提高所述光刻胶的去除速率，所述光刻胶的厚度由所述底部区域和顶部区域的厚度叠加而成。
进一步的改进是，所述非氧含氮气体包括NH3；或者，所述非氧含氮气体包括N2和H2的混合气体；或者，所述非氧含氮气体包括CF4、NF3和CH4的混合气体。
进一步的改进是，所述含氧气体为O2和H2的混合气体；或者，所述含氧气体为O2。
进一步的改进是，所述光刻胶的顶部区域的厚度为所述光刻胶的厚度的50％～80％。
进一步的改进是，所述光刻胶的顶部区域的厚度为所述光刻胶的厚度的70％～80％。
进一步的改进是，所述光刻胶的厚度为
进一步的改进是，所述含氧气体去除所述顶部区域的工艺条件为：温度为100℃～280℃，气体流量为1000sccm～9000sccm，气体压力为600mT～1000mT，时间为30s～90s。
进一步的改进是，所述非氧含氮气体去除所述底部区域的工艺条件为：温度为60℃～200℃，气体流量为600sccm～5000sccm，气体压力为600mT～1000mT，时间为30s～200s。
进一步的改进是，步骤二中在同一工艺腔中连续进行去除所述顶部区域和去除所述底部区域的步骤。
进一步的改进是，步骤一中的所述离子注入工艺为栅极氧化层和多晶硅栅极生长前的半导体前段工艺。
进一步的改进是，在完成所有所述半导体前段工艺之后依次进行栅极氧化层和所述多晶硅栅极的生长，之后光刻定义出栅极区域，采用刻蚀工艺去除所述栅极区域外的所述多晶硅栅极和所述栅极氧化层并形成由所述栅极氧化层和所述多晶硅栅极叠加形成的栅极结构。
进一步的改进是，所述半导体器件对应的技术节点为28nm以下。
进一步的改进是，去除所述栅极区域外的所述栅极氧化层的工艺采用气相法刻蚀工艺。
进一步的改进是，所述气相法刻蚀工艺包括步骤：
采用NH3和HF的混合气体和所述栅极氧化层发生反应。
之后，进行升温和升压使反应产物挥发实现所述栅极氧化层的去除。
本发明对和硅衬底表面直接接触的用于作为离子注入掩膜的光刻胶的去除工艺做了特别的设置，主要是对光刻胶的底部区域的灰化工艺的气体进行了特别的设置，底部区域的灰化工艺的气体采用了非氧含氮气体，非氧含氮气体的意思是气体中不含有氧元素，但是含有氮元素，主要是利用含氮气体去除底部区域对应的光刻胶，利用不含氧元素的特征来防止球状缺陷的形成，能防止球状缺陷形成的原理为：现有采用含氧气体进行灰化去胶时形成的球状缺陷主要为球状硅氧化物，球状硅氧化物的形成原理是光刻胶残余和硅相接触形成成核中心，在具有成核中心的条件下氧气和硅反应在成核中心的基础上反应形成球状硅氧化物，本发明通过在底部区域的光刻胶的去除过程中采用不含氧元素的气体，能防止氧和硅的反应，从而能防止球状硅氧化物的生成，最后能防止球状缺陷形成。
本发明由于能在光刻胶的去除过程中直接防止球状缺陷的形成，所以能很好的避免球状缺陷在各种工艺条件下对后续工艺的影响，特别是适合于28nm以下的技术节点的应用，因为28nm以下的技术节点中，为了避免对浅沟槽绝缘层和硅衬底之间的阶梯高度的影响，栅极氧化层采用无法去除球状缺陷的气相法工艺去除，故本发明能消除28nm以下的技术节点中球状缺陷无法去除的技术问题。
另外，本发明仅需对光刻胶的底部区域采用非氧含氮气体进行去除即可防止球状缺陷的产生，故对光刻胶的顶部区域能采用含氧气体进行去除，利用含氧气体去除光刻胶的速率快的优点提高整个光刻胶的去除速率。
另外，本发明的对光刻胶的顶部区域和底部区域的去除工艺能在同一工艺腔中连续进行，故具有工艺简单的优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例光刻胶去除方法的流程图；
图2A-图2F是本发明实施例方法各步骤中的器件结构图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明实施例光刻胶2去除方法的流程图；如图2A至图2F所示，是本发明实施例方法各步骤中的器件结构图，本发明实施例光刻胶2去除方法包括如下步骤：
步骤一、如图2A所示，提供一硅衬底1。
如图2B所示，在硅衬底1表面形成光刻胶2。
所述光刻胶2的厚度为
如图2C所示，对所述光刻胶2进行曝光和显影打开半导体器件的离子注入区域。
如图2D所示，以所述光刻胶2为掩膜进行离子注入，离子注入如标记3所示。
本发明实施例中，所述离子注入工艺为栅极氧化层和多晶硅栅极生长前的半导体前段工艺。所述半导体器件对应的技术节点为28nm以下。当然，本发明实施例也更加能适用于尺寸更大的其它技术节点对应的工艺中。
步骤二、采用灰化工艺去除所述光刻胶2。
如图2E所示，在所述灰化工艺中，将所述光刻胶2分成由底部区域21和顶部区域22叠加而成的结构。为了更清楚的描述底部区域21和顶部区域22，在图2E用线AA表示了二者的界面。
首先进行去除所述顶部区域22的灰化工艺，由于对所述顶部区域22的去除的工艺不会直接影响到所述硅衬底1的表面并形成球状缺陷，故去除所述顶部区域22的灰化工艺可以采用具有较高去除效率的工艺参数。本发明实施例中，在去除所述顶部区域22时，所述灰化工艺的气体采用含氧气体，利用所述含氧气体提高所述光刻胶2的去除速率，所述光刻胶2的厚度由所述底部区域21和顶部区域22的厚度叠加而成。所述含氧气体在图2E中的等离子体4的环境下会高效率的去除所述光刻胶2，通过控制对应的灰化工艺的时间将所述顶部区域22去除。
较佳为，所述含氧气体为O2和H2的混合气体。在其它实施例中也能为：所述含氧气体为O2。所述光刻胶2的顶部区域22的厚度为所述光刻胶2的厚度的50％～80％。更佳选择为，所述光刻胶2的顶部区域22的厚度为所述光刻胶2的厚度的70％～80％。
所述含氧气体去除所述顶部区域22的工艺条件为：温度为100℃～280℃，气体流量为1000sccm～9000sccm，气体压力为600mT～1000mT，时间为30s～90s。
如图2F所示，在去除所述顶部区域22之后，对所述底部区域21进行去除时，所述灰化工艺的气体采用非氧含氮气体，利用所述非氧含氮气体中的含氮气体去除所述底部区域21，在去除所述底部区域21时光刻胶2残余会和所述硅衬底1的硅相接触，利用所述非氧含氮气体的不含氧的特征防止氧在所述光刻胶2残余和硅接触的条件下和硅反应形成球状缺陷。所述所述非氧含氮气体在图2F中的等离子体5的环境下去除所述顶部区域21从而将整个厚度的所述光刻胶2全部去除。
本发明实施例中，所述非氧含氮气体包括NH3。在其它实施例中也能为：所述非氧含氮气体包括N2和H2的混合气体；或者，所述非氧含氮气体包括CF4、NF3和CH4的混合气体。
较佳为，所述非氧含氮气体去除所述底部区域21的工艺条件为：温度为60℃～200℃，气体流量为600sccm～5000sccm，气体压力为600mT～1000mT，时间为30s～200s。
步骤二中在同一工艺腔中连续进行去除所述顶部区域22和去除所述底部区域21的步骤。
在完成所有所述半导体前段工艺之后依次进行栅极氧化层和所述多晶硅栅极的生长，之后光刻定义出栅极区域，采用刻蚀工艺去除所述栅极区域外的所述多晶硅栅极和所述栅极氧化层并形成由所述栅极氧化层和所述多晶硅栅极叠加形成的栅极结构。
由于本发明实施例方法中的所述半导体器件对应的技术节点为28nm以下。故去除所述栅极区域外的所述栅极氧化层的工艺采用气相法刻蚀工艺。较佳为，所述气相法刻蚀工艺包括步骤：
采用NH3和HF的混合气体和所述栅极氧化层发生反应。
之后，进行升温和升压使反应产物挥发实现所述栅极氧化层的去除。
本发明实施例对和硅衬底1表面直接接触的用于作为离子注入掩膜的光刻胶2的去除工艺做了特别的设置，主要是对光刻胶2的底部区域21的灰化工艺的气体进行了特别的设置，底部区域21的灰化工艺的气体采用了非氧含氮气体，非氧含氮气体的意思是气体中不含有氧元素，但是含有氮元素，主要是利用含氮气体去除底部区域21对应的光刻胶2，利用不含氧元素的特征来防止球状缺陷的形成，能防止球状缺陷形成的原理为：现有采用含氧气体进行灰化去胶时形成的球状缺陷主要为球状硅氧化物，球状硅氧化物的形成原理是光刻胶2残余和硅相接触形成成核中心，在具有成核中心的条件下氧气和硅反应在成核中心的基础上反应形成球状硅氧化物，本发明实施例通过在底部区域21的光刻胶2的去除过程中采用不含氧元素的气体，能防止氧和硅的反应，从而能防止球状硅氧化物的生成，最后能防止球状缺陷形成。
本发明实施例由于能在光刻胶2的去除过程中直接防止球状缺陷的形成，所以能很好的避免球状缺陷在各种工艺条件下对后续工艺的影响，特别是适合于28nm以下的技术节点的应用，因为28nm以下的技术节点中，为了避免对浅沟槽绝缘层和硅衬底1之间的阶梯高度的影响，栅极氧化层采用无法去除球状缺陷的气相法工艺去除，故本发明实施例能消除28nm以下的技术节点中球状缺陷无法去除的技术问题。
另外，本发明实施例仅需对光刻胶2的底部区域21采用非氧含氮气体进行去除即可防止球状缺陷的产生，故对光刻胶2的顶部区域22能采用含氧气体进行去除，利用含氧气体去除光刻胶2的速率快的优点提高整个光刻胶2的去除速率。
另外，本发明实施例的对光刻胶2的顶部区域22和底部区域21的去除工艺能在同一工艺腔中连续进行，故具有工艺简单的优点。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种光刻胶去除方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、在硅衬底表面形成光刻胶，对所述光刻胶进行曝光和显影打开半导体器件的离子注入区域，以所述光刻胶为掩膜进行离子注入；
步骤二、采用灰化工艺去除所述光刻胶，在所述灰化工艺中，将所述光刻胶分成由底部区域和顶部区域叠加而成的结构；
在去除所述顶部区域时，所述灰化工艺的气体采用含氧气体，利用所述含氧气体提高所述光刻胶的去除速率，所述光刻胶的厚度由所述底部区域和顶部区域的厚度叠加而成；
在去除所述顶部区域之后，对所述底部区域进行去除时，所述灰化工艺的气体采用非氧含氮气体，利用所述非氧含氮气体中的含氮气体去除所述底部区域，在去除所述底部区域时光刻胶残余会和所述硅衬底的硅相接触，利用所述非氧含氮气体的不含氧的特征防止氧在所述光刻胶残余和硅接触的条件下和硅反应形成球状缺陷；
步骤一中的所述离子注入工艺为栅极氧化层和多晶硅栅极生长前的半导体前段工艺；
在完成所有所述半导体前段工艺之后依次进行栅极氧化层和所述多晶硅栅极的生长，之后光刻定义出栅极区域，采用刻蚀工艺去除所述栅极区域外的所述多晶硅栅极和所述栅极氧化层并形成由所述栅极氧化层和所述多晶硅栅极叠加形成的栅极结构；
所述半导体器件对应的技术节点为28nm以下；
去除所述栅极区域外的所述栅极氧化层的工艺采用气相法刻蚀工艺；
所述气相法刻蚀工艺包括步骤：
采用NH3和HF的混合气体和所述栅极氧化层发生反应；
之后，进行升温和升压使反应产物挥发实现所述栅极氧化层的去除。
2.如权利要求1所述的光刻胶去除方法，其特征在于：所述非氧含氮气体包括NH3；或者，所述非氧含氮气体包括N2和H2的混合气体；或者，所述非氧含氮气体包括CF4、NF3和CH4的混合气体。
3.如权利要求1所述的光刻胶去除方法，其特征在于：所述含氧气体为O2和H2的混合气体；或者，所述含氧气体为O2。
4.如权利要求1所述的光刻胶去除方法，其特征在于：所述光刻胶的顶部区域的厚度为所述光刻胶的厚度的50％～80％。
5.如权利要求4所述的光刻胶去除方法，其特征在于：所述光刻胶的顶部区域的厚度为所述光刻胶的厚度的70％～80％。
6.如权利要求1所述的光刻胶去除方法，其特征在于：所述光刻胶的厚度为
7.如权利要求3所述的光刻胶去除方法，其特征在于：所述含氧气体去除所述顶部区域的工艺条件为：温度为100℃～280℃，气体流量为1000sccm～9000sccm，气体压力为600mT～1000mT，时间为30s～90s。
8.如权利要求2所述的光刻胶去除方法，其特征在于：所述非氧含氮气体去除所述底部区域的工艺条件为：温度为60℃～200℃，气体流量为600sccm～5000sccm，气体压力为600mT～1000mT，时间为30s～200s。
9.如权利要求1所述的光刻胶去除方法，其特征在于：步骤二中在同一工艺腔中连续进行去除所述顶部区域和去除所述底部区域的步骤。
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