CN114078694A - 半导体蚀刻结构的形成方法及残留聚合物的去除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体蚀刻结构的形成方法，其包括以下步骤：提供一半导体基底；在所述半导体基底上形成光阻层；图案化所述光阻层，并以图案化后的光阻层为掩膜，对所述半导体基底进行等离子体蚀刻，在所述等离子体蚀刻过程中，部分光阻变质形成聚合物；进行第一干式蚀刻以去除光阻层；进行第一湿式蚀刻以去除大部分聚合物；进行第二干式蚀刻以去除残留的光阻；以及进行第二湿式蚀刻以去除残留的聚合物。本发明还提供一种蚀刻后残留聚合物的去除方法。本发明提供的方法能够有效去除等离子体蚀刻过程中产生的聚合物，从而降低缺陷率，保证了半导体器件的成品率和可靠性。

Description

半导体蚀刻结构的形成方法及残留聚合物的去除方法
技术领域
本发明总体上涉及半导体制造领域，并且更具体地涉及一种半导体蚀刻结构的形成方法以及一种蚀刻后残留聚合物的去除方法。
背景技术
能够在同一芯片上同时制作双极管Bipolar、CMOS和DMOS器件的工艺，称为BCD工艺，BCD工艺是目前重要的一种单芯片功率集成电路技术。随着BCD工艺的发展，集成电路器件特征尺寸不断地等比例缩小，集成度不断地提高，对半导体蚀刻技术的要求也越来越高。
现有技术中，通常通过以下方法形成半导体蚀刻结构：提供待蚀刻的半导体基底；在待蚀刻的半导体基底上形成光阻层；图案化光阻层；以图案化后的光阻层为掩膜，对半导体基底进行等离子体蚀刻；利用干式蚀刻工艺去除光阻层；利用湿式蚀刻工艺去除等离子体蚀刻过程中产生的聚合物。在这种方法中，光阻层的厚度是一个至关重要的参数。如果光阻层太薄，将不够遮挡从而导致蚀刻到半导体基底，进而导致半导体基底轮廓(特别是侧壁形状)异常。增厚光阻层虽然有助于改善半导体基底轮廓，但相应地导致等离子体蚀刻过程中产生的聚合物增多，聚合物去除难度增大，易于在蚀刻的沟槽内残留聚合物颗粒。这些残留的聚合物颗粒一般都很小，甚至可以逃过正常的镜检进入后面的工艺流程，但随着工艺的进行，这些残留的聚合物颗粒往往会发生移动，在半导体基底表面形成微粒缺陷，并最终对半导体器件性能造成不可弥补的影响。
鉴于此，如何有效去除蚀刻后残留的聚合物对于半导体蚀刻技术的进一步发展有着至关重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够有效去除蚀刻后残留的聚合物的方法。
本发明的第一方面提供了一种半导体蚀刻结构的形成方法，其包括以下步骤：
(1)提供一半导体基底；
(2)在所述半导体基底上形成光阻层；
(3)图案化所述光阻层，并以图案化后的光阻层为掩膜，对所述半导体基底进行等离子体蚀刻，在所述等离子体蚀刻过程中，部分光阻变质形成聚合物；
(4)进行第一干式蚀刻以去除光阻层；
(5)进行第一湿式蚀刻以去除大部分聚合物；
(6)进行第二干式蚀刻以去除残留的光阻；以及
(7)进行第二湿式蚀刻以去除残留的聚合物。
根据本发明的一个实施例，所述第一干式蚀刻采用氧气、氮气作为蚀刻剂。
根据本发明的一个实施例，所述第一湿式蚀刻采用EKC溶液作为蚀刻液。
根据本发明的一个实施例，所述第二干式蚀刻采用氧气作为蚀刻剂。
根据本发明的一个实施例，所述第二湿式蚀刻采用EKC溶液作为蚀刻液。
根据本发明的一个实施例，所述等离子体蚀刻采用氯气、氯化硼、氮气作为蚀刻剂。
根据本发明的一个实施例，所述光阻层的厚度为36K。
本发明的第二方面提供了一种蚀刻后残留聚合物的去除方法，所述蚀刻后残留聚合物是在对半导体基底进行等离子体蚀刻过程中由光阻形成的，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)进行第一湿式蚀刻以去除大部分聚合物；
(2)进行干式蚀刻以去除残留的光阻；以及
(3)进行第二湿式蚀刻以去除残留的聚合物。
根据本发明的一个实施例，所述干式蚀刻采用氧气作为蚀刻剂。
根据本发明的一个实施例，所述第一湿式蚀刻和所述第二湿式蚀刻均采用EKC溶液作为蚀刻液。
采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：
本发明通过采用湿式蚀刻-干式蚀刻-湿式蚀刻的处理程序，能够有效去除等离子体蚀刻过程中产生的聚合物，从而降低缺陷率，保证了半导体器件的成品率和可靠性。此外，蚀刻后残留聚合物的有效去除允许进一步增厚光阻层，这有助于改善半导体轮廓。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明提供的半导体蚀刻结构的形成方法的示意性流程图；
图2a-2f示出了半导体蚀刻结构的形成过程的剖面图；
图3示出了本发明提供的蚀刻后残留聚合物的去除方法的示意性流程图。
具体实施方式
以下描述了本公开的实施例。然而，应该理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种替代形式。附图不一定按比例绘制；某些功能可能被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图所示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征组合以产生没有明确示出或描述的实施例。所示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的教导相一致的特征的各种组合和修改对于某些特定应用或实施方式可能是期望的。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
本发明的第一方面涉及一种半导体蚀刻结构的形成方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：
S100：提供一半导体基底10，如图2a所示。该半导体基底10可以是本领域中公知的基底，本发明并不对此进行特别限制。在一些实施例中，半导体基底10包括半导体芯片。在一些实施例中，半导体基底10包括互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路(IC)、微机电系统(MEMS)、任何其他合适的电子组件或它们的组合。在一些实施例中，半导体基底10是CMOS衬底。在一些实施例中，半导体基底10包括形成有外延层的半导体基底。在一些实施例中，电子组件设置在外延层上方。在一些实施例中，半导体基底10包括在半导体基底10上的传递层。在一些实施例中，传递层包括绝缘材料，诸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合。在一些实施例中，半导体基底10包括元素半导体，包括晶体、多晶体和/或非晶结构中的硅或锗；化合物半导体，包括碳化硅，砷化镓，磷化镓，磷化铟，砷化铟，和/或锑化铟；合金半导体，包括SiGe,GaAsP,AlInAs,AlGaAs,GaInAs,GaInP,和/或GaInAsP；任何其他合适的材料；和/或它们的组合。在一些实施例中，半导体基底10是块状硅衬底。
S200：在半导体基底10上形成光阻层20，如图2b所示。光阻层20可以使用本领域公知的方式形成。光阻既可以采用正向光阻剂，也可以采用负向光阻剂。光阻层20的厚度可以根据实际需要设定。在一个实施例中，光阻层20的厚度可以为36K。在其他实施例中，可以采用更厚的光阻层20。
S300：图案化光阻层20，如图2c所示。具体地，上述图案化光阻层的步骤至少进一步包括：对准和曝光、曝光后烘焙、显影、坚膜烘焙和显影后检查。
S400：以图案化后的光阻层20为掩膜，对半导体基底10进行等离子体蚀刻以形成蚀刻结构，如图2d所示。在等离子体蚀刻过程中，部分光阻变质形成聚合物30，这些聚合物30通常存在于半导体基底10的侧壁、底部以及光阻的侧壁等位置。该等离子体蚀刻过程可以采用氯气(Cl2)、氯化硼(BCl3)、氮气(N2)等气体作为蚀刻剂，蚀刻过程中，电浆中离子或自由基与表面物质发生物理作用和化学反应而在半导体基底10上形成轮廓，同时电浆轰击光阻20，部分光阻变质在表面形成聚合物30。该等离子体蚀刻的终点通过监测等离子体光谱变化来确认。
S500：进行第一干式蚀刻以去除光阻层20，如图2e所示。该第一干式蚀刻过程可以采用氧气(O2)、氮气等气体作为蚀刻剂。氧气、氮气等气体在电浆中产生自由基与光阻发生化学作用，产生挥发性的气体，从而去除光阻。该第一干式蚀刻的蚀刻时间为1～10分钟。
S600：进行第一湿式蚀刻以去除大部分聚合物30。该第一湿式蚀刻过程采用EKC溶液作为蚀刻液。这里的EKC溶液为杜邦公司生产的先进半导体铜制程方面所用的蚀刻后残余物清洗液，其具有较好的去除聚合物30的效果。EKC溶液主要是由以胺类为主的剥除剂(amine-based stripper)、有机溶剂、抑制腐蚀剂(corrosion inhibitor)和水所组成，这里的胺类主要是羟胺(hydroxylamine，HDA)。具体操作步骤为：将样品放置在EKC溶液中，在50～100℃下浸泡15～45分钟。
S700：进行第二干式蚀刻以去除残留的少量光阻。该第二干式蚀刻过程可以利用氧气等气体作为蚀刻剂。氧气等气体在电浆中产生自由基与光阻反应，产生挥发性的气体，从而去除光阻。这一步骤主要是针对先前被聚合物覆盖的那部分光阻，在步骤S600之后，大部分聚合物被去除，从而露出了先前被覆盖的光阻。该第二干式蚀刻的蚀刻时间为1～50s。
S800：进行第二湿式蚀刻以去除残留的少量聚合物。该第二湿式蚀刻同样采用EKC溶液作为蚀刻液。具体操作为：将样品放置在EKC溶液中，在50～100℃下浸泡1～30分钟。第二湿式蚀刻的蚀刻时间大致为第一湿式蚀刻的蚀刻时间的一半。
最终得到的半导体蚀刻结构如图2f所示，聚合物被完全去除。
本发明的第二方面涉及一种蚀刻后残留聚合物的去除方法，蚀刻后残留聚合物是在对半导体基底进行等离子体蚀刻过程中由光阻形成的。如图3所示，该方法包括以下步骤：
S100’：进行第一湿式蚀刻以去除大部分聚合物。
S200’：进行干式蚀刻以去除残留的光阻。
S300’：进行第二湿式蚀刻以去除残留的聚合物。
其中，第一湿式蚀刻、干式蚀刻、第二湿式蚀刻的具体步骤对应于以上所述的步骤S600、S700、S800，在此不再赘述。
综上所述，本发明通过采用湿式蚀刻-干式蚀刻-湿式蚀刻的处理程序，能够有效去除等离子体蚀刻过程中产生的聚合物，从而降低缺陷率，保证了半导体器件的成品率和可靠性。此外，蚀刻后残留聚合物的有效去除允许进一步增厚光阻层，这有助于改善半导体轮廓。
上述实施例是实施方式的可能示例，并且仅仅为了清楚理解本发明的原理而提出。所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半导体蚀刻结构的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)提供一半导体基底；
(2)在所述半导体基底上形成光阻层；
(3)图案化所述光阻层，并以图案化后的光阻层为掩膜，对所述半导体基底进行等离子体蚀刻，在所述等离子体蚀刻过程中，部分光阻变质形成聚合物；
(4)进行第一干式蚀刻以去除光阻层；
(5)进行第一湿式蚀刻以去除大部分聚合物；
(6)进行第二干式蚀刻以去除残留的光阻；以及
(7)进行第二湿式蚀刻以去除残留的聚合物。
2.根据权利要求1所述的半导体蚀刻结构的形成方法，其特征在于，所述第一干式蚀刻采用氧气、氮气作为蚀刻剂。
3.根据权利要求1所述的半导体蚀刻结构的形成方法，其特征在于，所述第一湿式蚀刻采用EKC溶液作为蚀刻液。
4.根据权利要求1所述的半导体蚀刻结构的形成方法，其特征在于，所述第二干式蚀刻采用氧气作为蚀刻剂。
5.根据权利要求1所述的半导体蚀刻结构的形成方法，其特征在于，所述第二湿式蚀刻采用EKC溶液作为蚀刻液。
6.根据权利要求1所述的半导体蚀刻结构的形成方法，其特征在于，所述等离子体蚀刻采用氯气、氯化硼、氮气作为蚀刻剂。
7.根据权利要求1所述的半导体蚀刻结构的形成方法，其特征在于，所述光阻层的厚度为36K。
8.一种蚀刻后残留聚合物的去除方法，所述蚀刻后残留聚合物是在对半导体基底进行等离子体蚀刻过程中由光阻形成的，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)进行第一湿式蚀刻以去除大部分聚合物；
(2)进行干式蚀刻以去除残留的光阻；以及
(3)进行第二湿式蚀刻以去除残留的聚合物。
9.根据权利要求8所述的蚀刻后残留聚合物的去除方法，其特征在于，所述干式蚀刻采用氧气作为蚀刻剂。
10.根据权利要求8所述的蚀刻后残留聚合物的去除方法，其特征在于，所述第一湿式蚀刻和所述第二湿式蚀刻均采用EKC溶液作为蚀刻液。
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