CN113805442A - 一种去除光刻胶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种去除光刻胶的方法，包括等离子体去胶步骤，所述等离子体去胶步骤具体为：将O2与SF6的混合气体激发为等离子体并去除其中的带电粒子，所述混合气体中SF6的体积占比小于20%；然后用所生成的电中性粒子与光刻胶反应以去除光刻胶。本发明采用20%以内的SF6作为等离子体去胶工艺中的辅助气体，并将所生成等离子体中的带电粒子去除，一方面所产生的中性粒子不会对半导体产生电荷损伤，另一方面可快速有效的清除光刻胶及晶圆上的有机沾污，光刻胶的清除效率远远超出常规氧气与碳系氟化物辅助气体的组合。

Description

一种去除光刻胶的方法
技术领域
本发明涉及一种去除光刻胶的方法，属于半导体制造技术领域。
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，在刻蚀前需要在半导体晶圆表面涂覆光刻胶，利用光刻机的准确曝光将所需的刻蚀图形转移到光刻胶上，然后再由刻蚀技术将图形转移到晶圆表面，在这个过程中，光刻胶可以作为掩膜覆盖在刻蚀区以外的区域，保护被刻蚀材料，等刻蚀完成后涂覆在半导体晶圆表面的光刻胶需要被去除。
在很多工艺场合会由于前置工艺的影响导致光刻胶难以去除，比如离子注入时候的光刻胶掩膜经离子轰击之后会在边缘存在一层难以去除的胶壳、电镀工艺中的光刻胶掩膜由于经过了高温回流烘烤和电镀液浸泡也会难以去除、大多数情形下的负性光刻胶都难以完全去除干净。光刻胶底膜残留物对于器件特性和可靠性均存在较大影响，是不可接受的，必须予以完全清除。现有的光刻胶清除技术可大致分为两类：一类是湿法去胶工艺，即采用丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)、丙酮、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮等去胶溶剂通过浸泡的方式或结合超声波清洗的方式来去除光刻胶；第二类是等离子体去胶工艺，即用通过氧气、水蒸气、二氧化碳等含氧气体激发产生的等离子体碰撞光刻胶层而产生易挥发性的反应物，来实现去除光刻胶层的目的。由于等离子体去胶工艺可更有效地去除光刻胶表层生成的硬壳，因此已得到广泛应用。然而，现有等离子体去胶工艺去除光刻胶的效果仍然难以得到满足；另一方面，等离子体会对半导体材料表面带来损伤，随着半导体技术向更小尺度延伸，带电荷等离子体去胶工艺中所带来的电荷损伤也越来越无法接受。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种可快速有效去除光刻胶同时又不会带来半导体表面损伤的去除光刻胶的方法。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种去除光刻胶的方法，包括等离子体去胶步骤，所述等离子体去胶步骤具体为：将O2与SF6的混合气体激发为等离子体并去除其中的带电粒子，所述混合气体中SF6的体积占比小于20%；然后用所生成的电中性粒子与光刻胶反应以去除光刻胶。
进一步地，所述去除光刻胶的方法还包括在所述等离子体去胶步骤之后的湿法去胶步骤。
更进一步地，所述去除光刻胶的方法还包括在所述湿法去胶步骤之后的氧自由基清洗步骤，具体为：将O2激发为等离子体并去除其中的带电粒子，然后用所生成的电中性粒子对晶圆表面进行清洗。
优选地，所述混合气体中SF6的体积占比为5%～15%。
优选地，使用远程等离子体设备将O2与SF6的混合气体激发为等离子体并去除其中的带电粒子。
进一步地，在将O2和SF6的混合气体激发为等离子体并去除其中的带电粒子的过程中，还加入惰性保护气体。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明采用20%以内的SF6作为等离子体去胶工艺中的辅助气体，并将所生成等离子体中的带电粒子去除，一方面所产生的中性粒子不会对半导体产生电荷损伤，另一方面可快速有效的清除光刻胶及晶圆上的有机沾污，光刻胶的清除效率远远超出常规氧气与碳系氟化物辅助气体的组合。
附图说明
图1为产生等离子体并去除其中的带电粒子的一种具体实现原理示意图；
图2为以CF4为辅助气体的等离子体去胶工艺的去胶效率随CF4含量的变化曲线；
图3为以SF6为辅助气体的等离子体去胶工艺的去胶效率随SF6含量的变化曲线；
图4为未中性化的等离子体去胶工艺所得到的半导体表面形貌；
图5为中性化的等离子体去胶工艺所得到的半导体表面形貌。
具体实施方式
现有等离子体去胶工艺是以氧气、水蒸气、二氧化碳等含氧气体作为工作气体，激发其产生等离子体碰撞光刻胶层而产生易挥发性的反应物，来实现去除光刻胶层的目的。但现有等离子体去胶工艺去除光刻胶的效果仍然难以得到满足；另一方面，等离子体会对半导体材料表面带来损伤，随着半导体技术向更小尺度延伸，带电荷等离子体去胶工艺中所带来的电荷损伤也越来越无法接受。
为解决这一问题，本发明思路是采用20%以内的SF6作为等离子体去胶工艺中的辅助气体，并将所生成等离子体中的带电粒子去除。
为了提高光刻胶的去除速率，现有技术往往会在工作气体中加入H2、CH4、NH3等辅助气体，其中最常用也是公认效果最好的是碳系氟化物气体（如CF4、CHF3、CH3F、CH2F2、C2F6、C2F6、C3F8、C4F8、C5F8、C4F6、C6F6、C12F15和C15F18等）。发明人在研究中偶然发现，如采用一定比例的SF6作为等离子体去胶工艺中的辅助气体，光刻胶的去除速率相比传统的碳系氟化物气体辅助气体可实现极大幅度（甚至可达到成倍）的提升，这一技术效果远远超出了本领域技术人员的一般认知。基于这一发现，发明人提出了本发明去除光刻胶的方法，具体如下：
一种去除光刻胶的方法，包括等离子体去胶步骤，所述等离子体去胶步骤具体为：将O2与SF6的混合气体激发为等离子体并去除其中的带电粒子，所述混合气体中SF6的体积占比小于20%；然后用所生成的电中性粒子与光刻胶反应以去除光刻胶。
为了更彻底地清除光刻胶以及晶圆上的有机沾污，进一步地，所述去除光刻胶的方法还包括在所述等离子体去胶步骤之后的湿法去胶步骤；更进一步地，所述去除光刻胶的方法还包括在所述湿法去胶步骤之后的氧自由基清洗步骤，具体为：将O2激发为等离子体并去除其中的带电粒子，然后用所生成的电中性粒子对晶圆表面进行清洗。
优选地，所述混合气体中SF6的体积占比为5%～15%。在这一范围内的光刻胶去除效率可比传统碳系氟化物气体辅助气体的最高光刻胶去除效率提高60%～100%。
优选地，使用远程等离子体（RPS）设备将O2与SF6的混合气体激发为等离子体并去除其中的带电粒子。如图1所示，反应气体在进入RPS中的等离子体激发腔室，在外加电场或者微波的作用下产生等离子体，带电等离子体再经由金属管道传送至反应腔室上方，在该过程中由于撞击金属管道侧壁，会过滤一些带电粒子，再经过如图所示的一个金属接地喷头（Showerhead），带电粒子通过Showerhead时，在通孔中与侧壁撞击得到或者失去一个电子全部转为中性带电粒子；之后中性等离子体在反应腔室中与光刻胶反应。
为了便于公众理解，下面通过具体实施例来对本发明的技术方案进行详细说明：
首先在GaAs基片上沉积SiNx，旋涂负性光刻胶并进行烘烤、光刻、显影、后烘固化步骤形成6微米厚度的光刻胶图形层，然后进行光刻胶去除的步骤，具体如下：
步骤一、先将O2与SF6的混合气体通入RPS设备中，并用生成的电中性粒子对被刻蚀的光刻胶进行处理，与因被刻蚀碳化的光刻胶发生化学反应，生成可挥发的产物而去除被碳化的光刻胶；本实施例中通入O2流量为280 sccm，SF6的流量为20 sccm，惰性保护气体Ar的流量为1580 sccm，所产生的电中性粒子在压强为2 torr的条件下刻蚀碳化的光刻胶；流量设定为200 sccm，工作温度设定在110℃，工作时间设定在100 s，工作功率为5000 w；
步骤二、采用湿法工艺，将经过步骤一处理的晶圆放入丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)，丙酮或其它去胶溶剂中浸泡，并一同放入超声设备中超声处理；
步骤三、采用湿法工艺，将步骤二处理后的晶圆放入乙醇或异丙醇等其他相似溶液中浸泡，再一同放入超声设备中超声处理；
步骤四、将浸泡及超声处理后的晶圆用去离子水冲洗，并用氮气吹干；
步骤五、将氮气吹干的晶圆再次放入图1设备中，通入O2流量为280 sccm，惰性保护气体Ar流量为1580 sccm，所产生的电中性粒子（主要为氧自由基）在压强为2 torr条件下清洗晶圆表面；流量设定为200 sccm，工作温度设定在110℃，工作时间设定在60 s，工作功率为5000 w，去除表面残余的有机残留。
为了验证本发明技术方案的有效性，进行了以SF6和CF4分别作为辅助气体条件下的光刻胶去除速率比较，以及等离子体与电中性粒子对半导体表面的损伤比对；试验的其余工艺条件均相同。
图2、图3分别是以CF4 、SF6为辅助气体的等离子体去胶工艺的去胶效率随辅助气体含量的变化曲线；可以看出，以CF4作为辅助气体，其光刻胶刻蚀速率（Etch rate）在CF4占比为30%的条件下达到峰值，约为0.64μm/min；而以SF6作为辅助气体，其光刻胶刻蚀速率随SF6占比减小而增大，在20%处的光刻胶刻蚀速率已超过0.64μm/min，并在10%处达到峰值，约为1.2μm/min，而在5%～15%范围内的光刻胶去除速率相比0.64μm/min可提高60%～100%。
图4、图5分别是未中性化和中性化的等离子体去胶工艺所得到的半导体表面形貌，可以看出，前者对半导体表面形貌造成明显损伤，而后者则几乎未对半导体表面形貌造成任何影响。

Claims (6)

1.一种去除光刻胶的方法，包括等离子体去胶步骤，其特征在于，所述等离子体去胶步骤具体为：将O2与SF6的混合气体激发为等离子体并去除其中的带电粒子，所述混合气体中SF6的体积占比小于20%；然后用所生成的电中性粒子与光刻胶反应以去除光刻胶。
2.如权利要求1所述去除光刻胶的方法，其特征在于，还包括在所述等离子体去胶步骤之后的湿法去胶步骤。
3.如权利要求2所述去除光刻胶的方法，其特征在于，还包括在所述湿法去胶步骤之后的氧自由基清洗步骤，具体为：将O2激发为等离子体并去除其中的带电粒子，然后用所生成的电中性粒子对晶圆表面进行清洗。
4.如权利要求1～3去除光刻胶的方法，其特征在于，所述混合气体中SF6的体积占比为5%～15%。
5.如权利要求1～3去除光刻胶的方法，其特征在于，使用远程等离子体设备将O2与SF6的混合气体激发为等离子体并去除其中的带电粒子。
6.如权利要求5所述去除光刻胶的方法，其特征在于，在将O2和SF6的混合气体激发为等离子体并去除其中的带电粒子的过程中，还加入惰性保护气体。
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