CN116130354A - 一种去除光刻胶残留物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种去除光刻胶残留物的方法，包括：提供晶圆，在晶圆上形成第一图案化光刻胶层，此时第一图案化光刻胶层所暴露的区域存在光刻胶残留物；对晶圆进行等离子体预处理，以去除光刻胶残留物，等离子体预处理的工艺气体至少包含O2。本发明提供的一种去除光刻胶残留物的方法，可有效去除光刻胶残留物，避免光刻胶残留物因阻挡后续刻蚀的正常进行而形成刻蚀残留层的问题；本发明的方法，仅需增加一道简短的等离子体预处理，无需对现有工艺流程进行较大改动，提高了与现有工艺的兼容性。

Description

一种去除光刻胶残留物的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种去除光刻胶残留物的方法。
背景技术
在半导体集成电路生产工艺中，在选择性刻蚀之前，通常需要通过光刻工艺形成图案化光刻胶层，该图案化光刻胶层定义出待刻蚀区域。一般的光刻工艺包含曝光和显影制程，现有的显影制程中，常常会因为不完全显影在图案化光刻胶层的开口图案中形成光刻胶残留物。特别是在对不同器件区的同一结构层进行分步的选择性刻蚀的工艺中，每一步选择性刻蚀都涉及到光刻、刻蚀、去胶等制程，后一步选择性刻蚀难以避免地会受前一步选择性刻蚀的影响，在后一步选择性刻蚀的待刻蚀区域的表面更容易形成光刻胶残留物。所述光刻胶残留物会阻挡刻蚀的正常进行，导致刻蚀不完全并在待刻蚀区域形成刻蚀残留层，这种刻蚀残留层可作为缺陷源，影响后续工艺的品质。传统工艺中为避免形成光刻胶残留物，通常会通过增加显影时间以避免光刻胶残留物的形成，但增加显影时间可能会导致显影过度的问题；传统工艺中还可通过光刻后检查制程及时检测光刻胶残留物，并通过返厂工艺解决光刻胶残留物的问题，避免良率损失，但光刻胶残留物一般会形成几Å到几十Å的薄膜，难以被光刻后检查制程监测到。
发明内容
为解决光刻工艺中产生的光刻胶残留物的问题，从而避免光刻胶残留物因阻挡后续刻蚀的正常进行而形成刻蚀残留层的问题，本发明提供一种去除光刻胶残留物的方法，包括以下步骤：
提供晶圆，在晶圆上形成第一图案化光刻胶层，此时第一图案化光刻胶层所暴露的区域存在光刻胶残留物；
对晶圆进行等离子体预处理，以去除光刻胶残留物，等离子体预处理的工艺气体至少包含O2。
优选地，等离子体预处理的工艺参数包括：工艺时间为1s~3s，工艺温度为50℃~70℃，腔室压力为8mTorr~15mTorr，O2流量为50sccm~80sccm。
优选地，晶圆包括第一器件区和与所述第二器件区相邻的第二器件区，第一图案化光刻胶层暴露第一器件区；在晶圆上形成第一图案化光刻胶层的步骤之前，在晶圆的表面形成有待刻蚀结构层，并且选择性刻蚀掉第二器件区的待刻蚀结构层。
优选地，选择性刻蚀掉第二器件区的待刻蚀结构层的方法包括以下步骤：
在待刻蚀结构层上形成第二图案化光刻胶层，第二图案化光刻胶层暴露第二器件区的待刻蚀结构层；
以第二图案化光刻胶层为掩模，对第二器件区的待刻蚀结构层进行第二次刻蚀；
去除第二图案化光刻胶层。
优选地，晶圆用于形成闪存器件，第一器件区包括存储单元区，第二器件区包括高压器件区。
优选地，待刻蚀结构层包括SiO2层。
优选地，在进行等离子体预处理的步骤之后，还包括步骤：以第一图案化光刻胶层为掩模，对第一器件区的待刻蚀结构层进行第一次刻蚀，以去除第一器件区的待刻蚀结构层。
优选地，在晶圆上形成第一图案化光刻胶层的方法包括：在晶圆上涂覆一层光刻胶，经第一次光刻工艺后形成第一图案化光刻胶层，第一次光刻工艺包括曝光和显影处理。
优选地，晶圆包括硅片。
优选地，光刻胶残留物包括含碳聚合物。
与现有技术相比，本发明提供的一种去除光刻胶残留物的方法，具有以下优点：
通过在形成第一图案化光刻胶层后，对晶圆进行等离子体预处理，可有效去除第一图案化光刻胶层所暴露的区域存在的光刻胶残留物，可避免光刻胶残留物因阻挡后续刻蚀的正常进行而形成刻蚀残留层的问题；鉴于现有工艺中，光刻胶残留物难以被光刻后检查制程检测到，通过等离子体预处理去除光刻胶残留物，可提高光刻后检查制程的准确性；并且本发明提供的去除光刻胶残留物的方法，仅需增加一道简短的等离子体预处理，无需对现有工艺流程进行较大改动，提高了与现有工艺的兼容性。
附图说明
图1所示为一实施例提供的一种去除光刻胶残留物的方法的步骤流程图；
图2所示为一实施例提供的一种去除光刻胶残留物的方法中在晶圆表面形成待刻蚀结构层并选择性刻蚀掉第二器件区的待刻蚀结构层后的结构示意图；
图3所示为一实施例提供的一种去除光刻胶残留物的方法中形成第一图案化光刻胶层后的结构示意图；
图4所示为一实施例提供的一种去除光刻胶残留物的方法中进行等离子体预处理后的结构示意图；
图5所示为一实施例提供的一种去除光刻胶残留物的方法中刻蚀掉第一器件区的待刻蚀结构层后的结构示意图；
其中，附图标记说明如下：
10-晶圆；101-第一器件区；102-第二器件区；20-待刻蚀结构层；30-第一图案化光刻胶层；40-光刻胶残留物。
实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明所提供的一种去除光刻胶残留物的方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
请参阅图1，本发明提供的一种去除光刻胶残留物的方法，包括以下步骤：
步骤S1：提供晶圆，在所述晶圆上形成第一图案化光刻胶层，此时所述第一图案化光刻胶层所暴露的区域存在光刻胶残留物；
步骤S2：对所述晶圆进行等离子体预处理，以去除所述光刻胶残留物，所述等离子体预处理的工艺气体至少包含O2。
请参阅图2和图3，执行步骤S1，提供晶圆10，在所述晶圆10上形成第一图案化光刻胶层30，此时所述第一图案化光刻胶层30所暴露的区域存在光刻胶残留物40。
在本实施例中，优选地，所述晶圆10包括硅片，但不限于此，还可以是其他合适的半导体晶圆。
在本实施例中，所述晶圆10包括第一器件区101和与所述第一器件区101相邻的第二器件区102。所述第一图案化光刻胶层30暴露所述第一器件区101。
请参阅图2，在所述晶圆上形成所述第一图案化光刻胶层30之前，所述晶圆10表面形成有待刻蚀结构层20，并且选择性刻蚀掉所述第二器件区102的待刻蚀结构层20。选择性刻蚀掉所述第二器件区102的待刻蚀结构层20的方法包括：在所述待刻蚀结构层20上形成第二图案化光刻胶层，所述第二图案化光刻胶层暴露所述第二器件区102；以所述第二图案化光刻胶层为掩模，对所述第二器件区102的待刻蚀结构层20进行第二次刻蚀；去除所述第二图案化光刻胶层。在所述待刻蚀结构层20上形成第二图案化光刻胶层之后，以及进行所述第二次刻蚀之前，还包括步骤：以所述第二图案化光刻胶层为掩模，对所述第二器件区102进行阈值电压离子注入，以在所述第一器件区101中形成阈值电压调整区（相关附图中未示出）。
在进行所述阈值电压离子注入时，高能离子轰击所述第二图案化光刻胶层，会使所述第二图案化光刻胶层硬化，这种硬化的光刻胶层难以被去胶工艺去除，更容易形成光刻胶残留物40。
所述待刻蚀结构层20包括介质层，所述介质层优选为SiO2层，在本实施例中，所述SiO2层作为栅氧工艺形成栅氧介质层之前的牺牲氧化层。
在所述晶圆10上形成第一图案化光刻胶层30的方法包括：在所述晶圆10上涂覆一层光刻胶，经第一次光刻工艺后形成所述第一图案化光刻胶层30，所述第一次光刻工艺包括曝光和显影处理。所述第一次光刻工艺可参考现有的光刻工艺，在此不做赘述。由于受到选择性刻蚀掉所述第二器件区的待刻蚀结构层的影响，在形成的第一图案化光刻胶层30所暴露的区域，在本实施例中此区域对应所述第一器件区101，更容易形成光刻胶残留物40，发明人分析其原因主要包括：选择性刻蚀掉所述第二器件区102的待刻蚀结构层20的方法一般包括光刻、刻蚀和去胶等处理，光刻、刻蚀和去胶处理容易使所述待刻蚀结构层20形成疏水性的表面，从而提高了对光刻胶残留物40的黏合力；并且光刻、刻蚀和去胶处理容易形成各种副产物，这些副产物会影响形成所述第一图案化光刻胶层30的第一次光刻的显影步骤，造成显影不完全，从而在显影区域形成光刻胶残留物40。
在本实施例中，所述晶圆10用于形成闪存器件，所述闪存器件至少包括存储单元和高压器件，所述高压器件用于给所述闪存单元的擦除和编程提供所需的电压；相对应的，所述第一器件区101包括存储单元区，所述第二器件区102包括高压器件区。在另一实施例中，所述晶圆10还包括第三器件区，所述第三器件区可以是外围电路区。需说明的是，本发明提供的去除光刻胶残留物的方法，可适用于不同的工艺中，因此所述第一器件区101、第二器件区102、第三器件区根据不同的工艺可以有不同的具体结构。
所述第一器件区101或第二器件区102中还可以形成有隔离结构（图2和图3中未示出），以将所述第一器件区101或第二器件区102电性隔离为若干间隔的单元，所述隔离结构优选为浅沟槽隔离（STI）结构。所述隔离结构的形成工艺可参考现有技术，在此不做赘述。
所述光刻胶残留物40包括含碳聚合物，所述含碳聚合物一般形成薄膜状，且薄膜厚度较小，例如，薄膜厚度为几Å到几十Å。实际工艺中发现，在所述第一图案化光刻胶层30所暴露的区域形成所述光刻胶残留物40的问题往往难以避免，特别是在经过前道的选择性刻蚀掉所述第二器件区102的待刻蚀结构层20后，在所述第一器件区101表面更容易形成所述光刻胶残留物40。且由于所述光刻胶残留物40通常形成厚度较小的薄膜状，难以被现有的光刻后检查制程及时监测到，造成后续工艺的良率损失。因此，急需一种高效的方法对此光刻胶残留物40进行去除。
请参阅图4，执行步骤S2，对所述晶圆10进行等离子体预处理（图4中箭头所示），以去除所述光刻胶残留物40，所述等离子体预处理的工艺气体至少包含O2。
所述等离子体预处理可利用氧等离子体将以C、H元素为主要成分的光刻胶残留物40氧化分解成CO、CO2和H2O等气体分子，从而去除所述光刻胶残留物40。在本实施例中，所述等离子体预处理的工艺气体仅包含O2；在其他实施例中，所述等离子体预处理的工艺气体为O2和含氟气体的混合气体，所述含氟气体包括CF4、CHF3、C2F6、C3F8、NF3和SF6中的至少一种，所述含氟气体用于调节工艺气体中的含氧量从而调节所述等离子体预处理对所述光刻胶残留物40的去除速率，同时，所述含氟气体还可以去除所述光刻胶残留物40中可能存在的硅离子。
在本实施例中，优选地，所述等离子体预处理在等离子去胶设备中进行。所述等离子体预处理会对所述第一图案化光刻胶层产生刻蚀从而减薄所述第一图案化光刻胶层；通过控制所述等离子体预处理的工艺参数，可确保所述等离子体预处理在去除所述光刻胶残留物的同时，不会对所述第一图案化光刻胶层的厚度产生较大影响，例如所述第一图案化光刻胶层减薄的比例不超过20%。优选地，所述等离子体预处理的工艺参数包括：工艺时间为1s~3s，工艺温度为50℃~70℃，腔室压力为8mTorr~15mTorr，O2流量为50sccm~80sccm。通过前述对工艺温度、腔室压力和O2流量的控制，可控制所述等离子体预处理对所述第一图案化光刻胶层的刻蚀速率不超过200Å/s；结合对工艺时间的控制，例如前述的工艺时间为1s~3s，可确保所述等离子体预处理刻蚀掉的第一图案化光刻胶层的厚度不超过1000Å，相较于现有工艺中，第一图案化光刻胶层的厚度（例如6000Å~8000Å），所述等离子体预处理并未对所述第一图案化光刻胶层的厚度产生较大影响。
请参阅图5，在本实施例中，在执行步骤S2之后，还包括步骤：以所述第一图案化光刻胶层30为掩模，对所述第一器件区101的待刻蚀结构层20进行第一次刻蚀（图5中虚线箭头所示），以去除所述第一器件区101的待刻蚀结构层20。本实施例中，所述待刻蚀结构层包括SiO2层，对应地，所述第一次刻蚀优选为氢氟酸湿法刻蚀，所述氢氟酸湿法刻蚀的刻蚀液包括稀释氢氟酸溶液，所述稀释氢氟酸溶液的HF质量分数不超过49%。优选地，所述稀释氢氟酸溶液中氢氟酸的质量分数不超过10%，以防止所述氢氟酸湿法刻蚀因刻蚀速率过快而难以控制刻蚀终点并对所述待刻蚀结构层20之下的晶圆10产生腐蚀。
在本实施例中，在执行所述第一次刻蚀后，还包括步骤：去除所述第一图案化光刻胶层30。去除所述第一图案化光刻胶层30的方法优选为湿法氧化去胶工艺，所述湿法氧化去胶工艺通过氧化性的去胶溶液将所述第一图案化光刻胶层30分解去除。所述氧化性的去胶溶液优选为SPM溶液，所述SPM溶液为一定比例的硫酸与双氧水的混合溶液。在进行所述湿法氧化去胶工艺之后，还可以进行去离子水冲洗，以将分解的光刻胶残渣和去胶溶液冲洗干净。所述湿法氧化去胶工艺的工艺参数包括：去胶溶液温度为100℃~150℃，清洗时间为5min~15min。
在去除所述第一图案化光刻胶层30之后，还可以包括对所述晶圆10表面进行酸洗、水洗、干燥等处理，所述酸洗、水洗、干燥等处理可参考现有技术，在此不做赘述。
综上所述，本发明提供的一种去除光刻胶残留物的方法，通过在形成第一图案化光刻胶层后，对晶圆进行等离子体预处理，可有效去除第一图案化光刻胶层所暴露的区域存在的光刻胶残留物，可避免光刻胶残留物因阻挡后续刻蚀的正常进行而形成刻蚀残留层的问题；鉴于现有工艺中，光刻胶残留物难以被光刻后检查制程检测到，通过等离子体预处理去除光刻胶残留物，可提高光刻后检查制程的准确性；并且本发明提供的去除光刻胶残留物的方法，仅需增加一道简短的等离子体预处理，无需对现有工艺流程进行较大改动，提高了与现有工艺的兼容性。
此外，可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。而且还应该理解的是，本发明并不限于此处描述的特定的方法、化合物、材料、制造技术、用法和应用，它们可以变化。还应该理解的是，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”以及“该”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。因此，例如，对“一个步骤”引述意味着对一个或多个步骤的引述，并且可能包括次级步骤。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。因此，词语“或”应该被理解为设有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此处描述的结构将被理解为还引述该结构的功能等效物。可被解释为近似的语言应该被那样理解，除非上下文明确表示相反意思。

Claims (9)

1.一种去除光刻胶残留物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供晶圆，所述晶圆包括第一器件区和与所述第一器件区相邻的第二器件区，在所述晶圆的表面形成待刻蚀结构层，并且选择性刻蚀掉所述第二器件区的待刻蚀结构层之后，在所述晶圆上形成第一图案化光刻胶层，所述第一图案化光刻胶层暴露所述第一器件区，此时所述第一图案化光刻胶层所暴露的区域存在光刻胶残留物；
对所述晶圆进行等离子体预处理，以去除所述光刻胶残留物，所述等离子体预处理的工艺气体至少包含O2。
2.如权利要求1所述的去除光刻胶残留物的方法，其特征在于，所述等离子体预处理的工艺参数包括：工艺时间为1s~3s，工艺温度为50℃~70℃，腔室压力为8mTorr~15mTorr，O2流量为50sccm~80sccm。
3.如权利要求1所述的去除光刻胶残留物的方法，其特征在于，所述选择性刻蚀掉所述第二器件区的待刻蚀结构层的方法包括：
在所述待刻蚀结构层上形成第二图案化光刻胶层，所述第二图案化光刻胶层暴露所述第二器件区的待刻蚀结构层；
以所述第二图案化光刻胶层为掩模，对所述第二器件区的待刻蚀结构层进行第二次刻蚀；
去除所述第二图案化光刻胶层。
4.如权利要求1所述的去除光刻胶残留物的方法，其特征在于，所述晶圆用于形成闪存器件，所述第一器件区包括存储单元区，所述第二器件区包括高压器件区。
5.如权利要求1所述的去除光刻胶残留物的方法，其特征在于，所述待刻蚀结构层包括SiO2层。
6.如权利要求1所述的去除光刻胶残留物的方法，其特征在于，在进行所述等离子体预处理的步骤之后，还包括：以所述第一图案化光刻胶层为掩模，对所述第一器件区的待刻蚀结构层进行第一次刻蚀，以去除所述第一器件区的待刻蚀结构层。
7.如权利要求1所述的去除光刻胶残留物的方法，其特征在于，在所述晶圆上形成第一图案化光刻胶层的方法包括：在所述晶圆上涂覆一层光刻胶，经第一次光刻工艺后形成所述第一图案化光刻胶层，所述第一次光刻工艺包括曝光和显影处理。
8.如权利要求1所述的去除光刻胶残留物的方法，其特征在于，所述晶圆包括硅片。
9.如权利要求1所述的去除光刻胶残留物的方法，其特征在于，所述光刻胶残留物包括含碳聚合物。
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