CN116469761A - 钛层-介质层刻蚀副产物处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种钛层‑介质层刻蚀副产物处理方法，包括步骤：步骤一，提供待刻蚀的钛层‑介质层复合膜层，包括衬底、介质层以及钛层；步骤二，图形化设置光刻胶，以露出部分的钛层，露出的钛层的线宽为100nm‑350nm；步骤三，将完成光刻胶设置的钛层‑介质层复合膜层置于双频等离子反应的腔室中；步骤四，双频等离子反应的腔室中进行主刻蚀，刻蚀气体为BCl3、Cl2和Ar，腔室的压力为8mT‑14mT，源功率为500W‑1200W，偏置功率为60W‑200W，BCl3的流量为20sccm‑200sccm，Cl2的流量为20sccm‑200sccm，Ar的流量为20sccm‑80sccm，刻蚀时间为20s‑45s；步骤五，双频等离子反应的腔室中进行反应副产物的清除，清除气体为O2，腔室的压力为8mT‑14mT，源功率为500W‑1200W，偏置功率为60W‑200W，O2的流量为60sccm‑120sccm，清除时间为10s‑30s；步骤六，在光刻胶去除设备中将光刻胶去除。
Description
技术领域
本公开涉及半导体领域，更具体地涉及一种钛层-介质层刻蚀副产物处理方法。
背景技术
在半导体干法刻蚀工艺中，根据待刻蚀材料的不同，可分为金属刻蚀、介质刻蚀和硅刻蚀。对于金属刻蚀，主要有铝和钛刻蚀。在干法刻蚀过程中会产生反应副产物(polymer)，反应副产物由光刻胶或刻蚀气体中的碳和其它物质组成的化合物，尽管干法刻蚀过程中的腔室具有抽气作用，但是会存在着附着于刻蚀沟槽上(刻蚀沟槽的侧壁和/或底壁上)的一些反应副产物(即刻蚀过程的残留反应副产物)并不会被抽气抽出腔室，反应副产物在刻蚀完成后必须去除，否则将成为增加产品表面缺陷密度的颗粒和污染物源，毁坏器件功能，影响器件的成品率。现有的去除刻蚀后残留反应副产物的方法主要通过干法去胶和湿法去胶两种，在去除光刻胶的同时将前一刻蚀工艺产生的反应副产物一起去除。
由此，依然需要针对刻蚀过程中产生的残留的反应副产物进一步研究并进一步改进反应副产物的去除。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本公开的目的在于提供一种钛层-介质层刻蚀副产物处理方法，其能够改进钛层-介质层的刻蚀过程中产生的反应副产物的去除。
由此，一种钛层-介质层刻蚀副产物处理方法，包括步骤：步骤一，提供待刻蚀的钛层-介质层复合膜层，钛层-介质层复合膜层包括依次设置的衬底、介质层以及钛层；步骤二，图形化设置光刻胶在钛层上，以使光刻胶露出部分的钛层，露出的钛层的线宽为100nm-350nm；步骤三，将步骤二的完成光刻胶设置的钛层-介质层复合膜层置于双频等离子反应的腔室中；步骤四，双频等离子反应的腔室中进行主刻蚀，设定主刻蚀的腔室的压力、源功率、偏置功率以及刻蚀时间，通入腔室的刻蚀气体为BCl3、Cl2和Ar，从光刻胶露出的钛层的部位进行刻蚀，腔室的压力为8mT-14mT，源功率为500W-1200W，偏置功率为60W-200W，BCl3的流量为20sccm-200sccm，Cl2的流量为20sccm-200sccm，Ar的流量为20sccm-80sccm，刻蚀时间为20s-45s；步骤五，双频等离子反应的腔室中进行步骤四产生的反应副产物的清除，设定清除的腔室的压力、源功率、偏置功率以及清除时间，通入腔室的清除气体为O2，腔室的压力为8mT-14mT，源功率为500W-1200W，偏置功率为60W-200W，O2的流量为60sccm-120sccm，清除时间为10s-30s，通过O2清除的反应副产物从双频等离子反应的腔室中抽走；步骤六，在步骤五完成后在光刻胶去除设备中将光刻胶去除。
本公开的有益效果如下：在本公开的钛层-介质层刻蚀副产物处理方法中，在步骤二中，露出的钛层的线宽会影响通常的刻蚀步骤产生的反应副产物(polymer)在刻蚀沟槽中的残留；在步骤四中，Cl2与钛发生化学反应，生成的可挥发的钛氯化物副产物，从反应的腔室抽走，BCl3提供BCl+，实现垂直轰击，达到各向异性的刻蚀，Ar被电离生成Ar+，提供物理性的垂直轰击；在步骤五中，通过O2清除的反应副产物从双频等离子反应的腔室中抽走，能够清除在刻蚀过程中残留的反应副产物，进而不会使得步骤六的光刻胶去除步骤存在无法彻底去除这种反应副产物的风险。由此，本公开的钛层-介质层刻蚀副产物处理方法能够改进钛层-介质层的刻蚀过程中产生的反应副产物的去除。
附图说明
图1是钛层-介质层复合膜层的结构示意图。
图2是在图1的钛层-介质层复合膜层设置光刻胶的示意图。
图3是设置光刻胶的钛层-介质层复合膜层刻蚀后的示意图。
图4是将光刻胶去除的钛层-介质层复合膜层。
图5是实施例1的钛层-介质层复合膜层在主刻蚀和反应副产物的清除后且在去胶前的SEM照片。
图6是对比例1的钛层-介质层复合膜层主刻蚀后的SEM照片。
图7是对比例1的钛层-介质层复合膜层在去胶后的SEM照片。
图8是对比例2的线宽增加后的钛层-介质层复合膜层主刻蚀后的SEM照片。
图9是对比例3的铝层-介质层复合膜层主刻蚀后的SEM照片。
具体实施方式
附图示出本公开的实施例，且将理解的是，所公开的实施例仅仅是本公开的示例，本公开可以以各种形式实施，因此，本文公开的具体细节不应被解释为限制，而是仅作为权利要求的基础且作为表示性的基础用于教导本领域普通技术人员以各种方式实施本公开。
[钛层-介质层刻蚀副产物处理方法]
参照图1至图4，根据本公开的钛层-介质层刻蚀副产物处理方法包括步骤：
步骤一，提供待刻蚀的钛层-介质层复合膜层，钛层-介质层复合膜层包括依次设置的衬底、介质层以及钛层；
步骤二，图形化设置光刻胶在钛层上，以使光刻胶露出部分的钛层，露出的钛层的线宽为100nm-350nm；
步骤三，将步骤二的完成光刻胶设置的钛层-介质层复合膜层置于双频等离子反应的腔室中；
步骤四，双频等离子反应的腔室中进行主刻蚀，设定主刻蚀的腔室的压力、源功率、偏置功率以及刻蚀时间，通入腔室的刻蚀气体为BCl3、Cl2和Ar，从光刻胶露出的钛层的部位进行刻蚀，腔室的压力为8mT-14mT，源功率为500W-1200W，偏置功率为60W-200W，BCl3的流量为20sccm-200sccm，Cl2的流量为20sccm-200sccm，Ar的流量为20sccm-80sccm，刻蚀时间为20s-45s；
步骤五，双频等离子反应的腔室中进行步骤四产生的反应副产物的清除，设定清除的腔室的压力、源功率、偏置功率以及清除时间，通入腔室的清除气体为O2，腔室的压力为8mT-14mT，源功率为500W-1200W，偏置功率为60W-200W，O2的流量为60sccm-120sccm，清除时间为10s-30s，通过O2清除的反应副产物从双频等离子反应的腔室中抽走；
步骤六，在步骤五完成后在光刻胶去除设备中将光刻胶去除。
在根据本公开的钛层-介质层刻蚀副产物处理方法中，步骤四和步骤五的双频等离子反应采用的是双功率，即源功率和偏置功率，源功率用来提高反应的腔室内的等离子体的浓度，偏置功率用来加速正离子、提供垂直的物理轰击.这种双功率的设计可以实现对离子体的能量和浓度的独立控制，扩大了刻蚀工艺的工艺窗口和性能。
在本公开的钛层-介质层刻蚀副产物处理方法中，在步骤二中，露出的钛层的线宽会影响通常的刻蚀步骤产生的反应副产物(polymer)在刻蚀沟槽中的残留；在步骤四中，Cl2与钛发生化学反应，生成的可挥发的钛氯化物副产物，从反应的腔室抽走，BCl3提供BCl+，实现垂直轰击，达到各向异性的刻蚀，Ar被电离生成Ar+，提供物理性的垂直轰击；在步骤五中，通过O2清除的反应副产物从双频等离子反应的腔室中抽走，能够清除在刻蚀过程中残留的反应副产物，进而不会使得步骤六的光刻胶去除步骤存在无法彻底去除这种反应副产物的风险。由此，本公开的钛层-介质层刻蚀副产物处理方法能够改进钛层-介质层的刻蚀过程中产生的反应副产物的去除。
如图1至图4所示，在一示例中，介质层为氮化硅层。在步骤一中，氮化硅层的厚度为钛层的厚度为/>进一步地，在步骤一中，氮化硅层的厚度为钛层的厚度为/>氮化硅层采用真空气相沉积，真空气相沉积可以采用化学气相沉积，例如采用SiH4和NH3在250℃和2.2mT进行化学气相沉积。钛层采用常压气相沉积，常压气相沉积可以采用常压物理气相沉积(PVD)。
如图1至图4所示，在一示例中，衬底为上层的氧化硅和下层的硅片。二氧化硅作为缓冲层，避免氮化硅直接沉积在硅片上所产生的接触应力。当然，在替代实施例中，衬底可仅为硅片。
步骤二的光刻胶的图形化可以采用本领域公知的技术来进行。
步骤三的双频等离子反应的腔室可以采用任何公知的或市购的提供双频等离子反应的金属刻蚀机台，例如美国应用材料公司DPS(decouple plasma source)金属刻蚀机台。
针对步骤四的主刻蚀，在一示例中，在步骤四中，在双频等离子反应的腔室中进行主刻蚀时，腔室的压力为12mT，源功率为630W，偏置功率为65W，BCl3的流量为20sccm，Cl2的流量为20sccm，Ar的流量为20sccm，刻蚀时间为35s。
针对步骤五的反应副产物的清除，在一示例中，在步骤五中，在双频等离子反应的腔室中进行反应副产物的清除时，腔室的压力为10mT，源功率为800W，偏置功率为100W，O2的流量为80sccm，清除时间为20s。
针对步骤六的光刻胶的去除，在一示例中，在步骤六中，采用干法将光刻胶去除，干法采用O2和N2。进一步地，在步骤六中，O2的流量为40sccm-160sccm，N2的流量为40sccm-160sccm。更进一步地，在步骤六中，O2的流量为100sccm，N2的流量为100sccm。采用干法将光刻胶去除可以采用美国应用材料公司DPS金属刻蚀机台的去胶腔体(去胶腔体与双频等离子反应的腔室属于不同的腔)。
针对步骤六的光刻胶的去除，在另一示例中，在步骤六中，采用湿法将光刻胶去除。进一步地，湿法采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲基亚砜(DMSO)构成的有机溶剂。更进一步地，N-甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲基亚砜(DMSO)的质量比为5:1。采用湿法将光刻胶去除可采用任何合适的设备，例如芯源KS-S200-6ST。在另一实施例中，可以采用先干法后湿法的组合。
[测试]
实施例1
钛层-介质层刻蚀副产物处理方法包括步骤：
步骤一，提供待刻蚀的钛层-介质层复合膜层，钛层-介质层复合膜层包括依次设置的衬底、介质层以及钛层，衬底为上层的氧化硅和下层的硅片，介质层为氮化硅层，氮化硅层的厚度为钛层的厚度为/>如图1所示；
步骤二，图形化设置光刻胶在钛层上，以使光刻胶露出部分的钛层，如图2所示；
步骤三，将步骤二的完成光刻胶设置的钛层-介质层复合膜层置于双频等离子反应的腔室中，双频等离子反应的腔室采用美国应用材料公司DPS金属刻蚀机台；
步骤四，双频等离子反应的腔室中进行主刻蚀，设定主刻蚀的腔室的压力、源功率、偏置功率以及刻蚀时间，通入腔室的刻蚀气体为BCl3、Cl2和Ar，从光刻胶露出的钛层的部位进行刻蚀，腔室的压力为12mT，源功率为630W，偏置功率为65W，BCl3的流量为20sccm，Cl2的流量为20sccm，Ar的流量为20sccm，刻蚀时间为35s；
步骤五，双频等离子反应的腔室中进行步骤四产生的反应副产物的清除，设定清除的腔室的压力、源功率、偏置功率以及清除时间，通入腔室的清除气体为O2，腔室的压力为10mT，源功率为800W，偏置功率为100W，O2的流量为80sccm，清除时间为20s，通过O2清除的反应副产物从双频等离子反应的腔室中抽走；
步骤六，在步骤五完成后在光刻胶去除设备中将光刻胶去除，采用湿法去除光刻胶，光刻胶去除设备采用芯源KS-S200-6ST，湿法采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲基亚砜(DMSO)构成的有机溶剂，N-甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲基亚砜(DMSO)的质量比为5:1。
图5示出了实施例1的钛层-介质层复合膜层在步骤五后、步骤六前的SEM照片，从图5看出，沟刻蚀槽内干净，表明反应副产物(polymer)被去除干净。
对比例1
除了不采用实施例1的步骤五且步骤六采用先干法(干法采用的美国应用材料公司DPS金属刻蚀机台的去胶腔体，采用O2和N2，O2的流量为100sccm，N2的流量为100sccm)后湿法(湿法同实施例1的步骤六)之外，其余同实施例1。
图6示出对比例1在刻蚀步骤完成后的SEM照片，图7是对比例1在光刻胶去除后的SEM照片，从图6看出，刻蚀沟槽中白色的物质为反应副产物，从图7看出，刻蚀沟槽中的反应副产物依然未能处理干净。
对比例2
除了使步骤二的露出的钛层的线宽增加且不执行步骤五和步骤六外，其余同实施例1。
从图8看出，在这种线宽下，主刻蚀结束后在刻蚀沟槽内无反应副产物的残留。
对比例3
除了步骤一采用铝层替代钛层、铝层具有不同的厚度和线宽且不执行步骤五和步骤六外，其余同实施例1。
从图9看出，主刻蚀结束后在刻蚀沟槽内并无反应副产物的残留。
采用上面详细的说明描述多个示范性实施例，但本文不意欲限制到明确公开的组合。因此，除非另有说明，本文所公开的各种特征可以组合在一起而形成出于简明目的而未示出的多个另外组合。
Claims (10)
1.一种钛层-介质层刻蚀副产物处理方法，其特征在于，包括步骤：
步骤一，提供待刻蚀的钛层-介质层复合膜层，钛层-介质层复合膜层包括依次设置的衬底、介质层以及钛层；
步骤二，图形化设置光刻胶在钛层上，以使光刻胶露出部分的钛层，露出的钛层的线宽为100nm-350nm；
步骤三，将步骤二的完成光刻胶设置的钛层-介质层复合膜层置于双频等离子反应的腔室中；
步骤四，双频等离子反应的腔室中进行主刻蚀，设定主刻蚀的腔室的压力、源功率、偏置功率以及刻蚀时间，通入腔室的刻蚀气体为BCl3、Cl2和Ar，从光刻胶露出的钛层的部位进行刻蚀，腔室的压力为8mT-14mT，源功率为500W-1200W，偏置功率为60W-200W，BCl3的流量为20sccm-200sccm，Cl2的流量为20sccm-200sccm，Ar的流量为20sccm-80sccm，刻蚀时间为20s-45s；
步骤五，双频等离子反应的腔室中进行步骤四产生的反应副产物的清除，设定清除的腔室的压力、源功率、偏置功率以及清除时间，通入腔室的清除气体为O2，腔室的压力为8mT-14mT，源功率为500W-1200W，偏置功率为60W-200W，O2的流量为60sccm-120sccm，清除时间为10s-30s，通过O2清除的反应副产物从双频等离子反应的腔室中抽走；
步骤六，在步骤五完成后在光刻胶去除设备中将光刻胶去除。
2.根据权利要求1所述的钛层-介质层刻蚀副产物处理方法，其特征在于，
介质层为氮化硅层。
3.根据权利要求2所述的钛层-介质层刻蚀副产物处理方法，其特征在于，
在步骤一中，氮化硅层的厚度为钛层的厚度为/>
4.根据权利要求3所述的钛层-介质层刻蚀副产物处理方法，其特征在于，
在步骤一中，氮化硅层的厚度为钛层的厚度为/>
5.根据权利要求1所述的钛层-介质层刻蚀副产物处理方法，其特征在于，
在步骤四中，在双频等离子反应的腔室中进行主刻蚀时，腔室的压力为12mT，源功率为630W，偏置功率为65W，BCl3的流量为20sccm，Cl2的流量为20sccm，Ar的流量为20sccm，刻蚀时间为35s。
6.根据权利要求1所述的钛层-介质层刻蚀副产物处理方法，其特征在于，
在步骤五中，在双频等离子反应的腔室中进行反应副产物的清除时，腔室的压力为10mT，源功率为800W，偏置功率为100W，O2的流量为80sccm，清除时间为20s。
7.根据权利要求1所述的钛层-介质层刻蚀副产物处理方法，其特征在于，
在步骤六中，采用干法将光刻胶去除，干法采用O2和N2。
8.根据权利要求7所述的钛层-介质层刻蚀副产物处理方法，其特征在于，
在步骤六中，O2的流量为40sccm-160sccm，N2的流量为40sccm-160sccm。
9.根据权利要求8所述的钛层-介质层刻蚀副产物处理方法，其特征在于，
在步骤六中，O2的流量为100sccm，N2的流量为100sccm。
10.根据权利要求1所述的钛层-介质层刻蚀副产物处理方法，其特征在于，
在步骤六中，采用湿法将光刻胶去除，湿法采用N-甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲基亚砜(DMSO)构成的有机溶剂。
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