CN1770019A - 使用h2o电浆同时移除光阻和释放电荷的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种以临界(In－Situ)的方式从基板或晶圆剥除光阻层的方法，其是利用一H2O电浆配方(Recipe)在光阻剥除时，可实质地防止电荷累积在基板或晶圆上。应用上述同时移除光阻以及释放电荷的方法，由于是在晶圆在进行光阻剥除制程时，以临界的方式同时减少晶圆表面上电荷的累积，所以本发明与其它习知制程相比，本发明所用的方法不仅相对简单且有效率，更大幅降低制造时间、能源及成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体元件的制作方法，特别是涉及一种从晶圆上同时移除光阻和释放电荷的方法。
背景技术
在半导体元件的制造过程中，由光学微影定义的光阻图案层通常是用作为蚀刻晶圆下层的光罩。蚀刻之后的光阻层，例如是光阻或电子束光阻(E-Beam Resist)，通常是在氧电浆制程中被移除。在此氧电浆制程中，晶圆是置放于光阻剥除制程室以及通入主要成份是氧气的蚀刻气体配方(Recipe)。此氧气的蚀刻气体更可包含其它物质，例如是H2O蒸气和少量的氮气。主要包含氧气的气体离子电浆形成在晶圆的上方并用来移除光阻层。
如图1所示意地绘示，因为氧基(O2 Radicals)的负电特性，在以氧电浆为主的光阻移除制程中，氧基离子会有捕捉电浆中的电子的高度倾向，这会导致相对低的电子密度而造成不均匀空间分布的氧电浆。此不均匀空间分布的氧电浆会依次引发电荷累积在晶圆上，而晶圆上的电荷累积则会造成某些缺陷，包括有接垫孔蚀(Pad Pitting)、伽凡尼金属腐蚀(GalvanicMetal Corrosion)、钨腐蚀(Tungsten Dredging)以及低品质的闸极氧化物等，然不限于此。
因此，非常需要一种可实质消除晶圆上电荷累积的光阻移除的方法。
由此可见，上述现有的半导体元件的制作方法在制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决半导体元件的制作方法存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般制造方法又没有适切的制造方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的半导体元件的制作方法，便成了当前业界极需改进的目标。
有鉴于上述现有的半导体元件的制作方法存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的使用H2O电浆同时移除光阻和释放电荷的方法，能够改进一般现有的半导体元件的制作方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的半导体元件的制作方法存在的缺陷，而提供一种新的同时移除光阻以及释放电荷的方法，藉以使用H2O电浆来移除光阻，可实质减少电荷在晶圆表面上的累积，因而解决了电荷累积所造成缺陷的问题从而更加适于实用。
本发明的另一目的在于，提供一种同时移除光阻以及释放电荷的方法，藉以临界的方式使用H2O电浆，可省去习知另一H2O烘烤制程(BakingProcess)，如此一来，可大幅降低制造的时间、能源及成本，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其至少包括以下步骤：置放该基板于一反应室中；通入一气体至该反应室中，其中该气体具有一压力，且至少包含一H2O反应物，该H2O反应物具有至少实质为70％的一分压；以及于该反应室中形成一电浆以去除该光阻层。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术措施来进一步实现。
前述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，更至少包括：调整该气体的该压力至实质介于0.1托尔与10托尔之间。
前述从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其中所述的光阻层至少包含选自于由光阻以及电子束光阻所组成的一族群。
前述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其中所述的基板更包括一金属层，至少部份该光阻层位于该金属层上。
前述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其中所述的金属层包含一铝基或钨基的金属氮化物。
前述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其中所述的基板更包括一金属层以及至少部份位于该金属层上的一介电层，至少部份该光阻层位于该介电层上。
前述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其中所述的金属层包含一铝基或钨基的金属氮化物以及该介电层包含一氮氧化硅。
前述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其中所述的气体更包含一非反应物。
前述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其中所述的非反应物至少包含选自于由氩气、氦气以及上述的组合所组成的一族群。
前述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其中所述的气体更包含一氟基反应物。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的主要技术内容如下：
为了达到上述目的，本发明提出一种同时移除光阻以及释放电荷的方法，其步骤至少包括置放基板于反应室中，通入气体至反应室中，其中气体具有一压力，且至少包含一H2O反应物(Reactive Species)，H2O反应物具有至少实质为70％的一分压，以及释放在反应室中的自由电子，以于反应室中形成一电浆。
依照本发明一较佳实施例，上述的气体的压力实质介于0.1托尔与10托尔之间。
依照本发明一较佳实施例，上述的气体更包含一非反应物，例如是氩气、氦气以及上述的组合。
依照本发明一较佳实施例，上述的气体更包含一氟基反应物。
应用上述同时移除光阻以及释放电荷的方法，由于是在晶圆在进行光阻剥除制程时，以临界的方式同时减少晶圆表面上电荷的累积，所以本发明与其它习知制程相比，本发明所用的方法不仅相对简单且有效率，更大幅降低制造时间、能源及成本。
经由上述可知，本发明是有关于一种以临界(In-Situ)的方式从基板或晶圆剥除光阻层的方法，其是利用一H2O电浆配方(Recipe)在光阻剥除时，可实质地防止电荷累积在基板或晶圆上。
综上所述，本发明特殊的使用H2O电浆同时移除光阻和释放电荷的方法，提供一种同时移除光阻以及释放电荷的方法，藉以使用H2O电浆来移除光阻，可实质减少电荷在晶圆表面上的累积，因而解决了电荷累积所造成缺陷的问题。另外，本发明提供一种同时移除光阻以及释放电荷的方法，藉以临界的方式使用H2O电浆，可省去习知另一H2O烘烤制程(BakingProcess)，如此一来，可大幅降低制造的时间、能源及成本。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类方法中未见有类似的设计公开发表或使用而确属创新，其不论在方法上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的半导体元件的制作方法具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是绘示习知以氧气电浆为主的光阻移除方法所造成晶圆表面电荷累积的示意图；
图2是绘示用来实施本发明方法的典型电浆反应室的示意图；
图3是绘示本发明的方法步骤的流程图；
图4是绘示本发明以H2O电浆为主的光阻移除方法所造成晶圆表面电荷释放的示意图；
图5A～图5C是绘示使用习知氧电浆配方以及本发明H2O电浆配方来进行光阻剥除后的晶圆表面电荷图；
图6A～图6B是使用习知氧电浆配方进行光阻剥除后定义在晶圆上的金属接垫的光学显微镜照片；
图7A～图7B是使用本发明H2O电浆配方进行光阻剥除后定义在晶圆上的金属接垫的光学显微镜照片；
图8A是绘示使用另一H2O烘烤制程来对付钨腐蚀问题的习知制程的流程示意图；
图8B是绘示使用本发明H2O电浆的光阻剥除方法来解决钨腐蚀问题的典型制程的流程示意图；
图9A是绘示去电荷前的典型的晶圆表面电荷图；
图9B是绘示以临界方式在晶圆上进行另一习知H2O烘烤制程后的晶圆表面电荷图；以及
图9C是绘示以临界方式在晶圆上进行H2O电浆去电荷制程后的晶圆表面电荷图。
100：在反应室内放置一晶圆 110：通入制程气体至反应室内
120：在反应室内产生射频 130：在反应室内释放出自由电子
200：电浆反应室 210：外壳
220：晶圆平台 230：气体入口喷嘴
240：气体入口 260：废气出口
270：真空帮浦 280：基板或晶圆
282：光阻层 284：制程气体
290：H2O电浆
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的使用H2O电浆同时移除光阻和释放电荷的方法其具体实施方式、方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
本发明的目的在于提供一种以临界的方式从基板或晶圆移除光阻层但不会有电荷实质累积在基板或晶圆上的方法。本实施例中，使用H2O的电浆配方以在移除光阻层时实质防止电荷(例如正电荷)累积在基板或晶圆上。在光阻剥除制程中，使用H2O的电浆配方，可以抑制电荷累积与电荷增加所引起的电化学问题，包括有接垫孔蚀、伽凡尼金属腐蚀、钨腐蚀以及低品质的闸极氧化物等，然不限于此。
本方法是在电浆反应室中进行，例如传统的光阻剥除室、电浆蚀刻反应器或其它合适的电浆反应室。图2是绘示应用于本发明的方法的例示电浆反应室200，包括定义电浆反应室200的外壳210。晶圆平台220是位于电浆反应室200中，欲处理的基板或晶圆是放置于此晶圆平台220上，淋浴头(shower head)形状的气体入口喷嘴230是位于晶圆平台220的上方，反应气体经由连通到气体入口喷嘴230的气体入口240进入电浆反应室200，而连接到真空帮浦270的废气出口260是用来将电浆反应室200抽真空，电场产生器(图中未示)是用来在电浆反应室200内产生一足够大的电场，以使流进此电浆反应室200中的制程气体可以解离而离子化，电浆是使用例如从电浆反应室200内的负偏压电极引起的场发射，在电浆反应室200中释放或放射的自由电子来初始化，在本实施例中，用来产生H2O电浆的电场可在微波频率的范围中，此微波电场的功率大小是实质介于100瓦特至10000瓦特之间。
请参照图2和图3所示的流程图，关于本发明的方法，首先在步骤100中，于电浆反应室中将基板或晶圆280置放于晶圆平台220上，此基板或晶圆280可由半导体材料所组成，例如硅。基板或晶圆280包括有形成在其上的光阻层282，此光阻层282至少包括例如光阻或电子束光阻，光阻层282至少部份位于基板或晶圆280的金属层上；或至少部份位于基板或晶圆280的介电层上(介电层至少部份位于基板或晶圆280的金属层上)，金属层至少包含例如铝基或钨基的金属氮化物，介电层至少包含氮氧化硅或其它介电材料。基本上，基板或晶圆280刚进行完蚀刻制程，其中使用光阻层当作是光罩来图案化下层的金属层或介电层。
在步骤110中，在压力之下经由气体入口240以及气体入口喷嘴230，将包含一或多个化学物质的制程气体284输送入至电浆反应室200中。此一或多个化学物质被反应室内产生的电场所离子化。此一或多个化学物质至少包含H2O、氩气、氦气、氟基物质以及上述的组合，其中H2O与氟基物质以及上述的组合是至少包含反应物，氩气、氦气以及上述的组合是非反应物。在本发明中，没有使用氧气或氮气的物质以防止电荷累积。在初始化电浆之前，电浆反应室200内由制程气体所施加的压力(分压)，被调整至实质为制程气体284所施加的总压力的70％至100％之间。
在步骤120中，利用电场产生器在电浆反应室200中产生电场。
在步骤130中，释放在电浆反应室200中的自由电子穿越过制程气体以于电浆反应室200中形成纯H2O电浆290。当此纯H2O电浆290被安定化后，在电浆反应室200中所施加的制程气体284的压力被调整到实质介于0.1托尔与10托尔之间。如图4所示意地绘示，纯H2O电浆290从基板或晶圆280上移除或剥除光阻层282时，并没有在基板或晶圆280上实质累积电荷。
图5A～图5C为绘示使用习知的氧电浆配方与本发明的H2O电浆配方在裸硅晶圆(没有光阻披覆)上进行光阻剥除之后的晶圆表面电荷图。此表面电荷图可比较习知方法与本发明方法之间的去电荷能力。更特别的是，图5A为绘示第一晶圆在经过光阻剥除制程处理80秒后的表面电荷图，其是使用第一习知的氧气电浆配方，此第一习知的氧气电浆配方至少包含每分钟5000立方公分(sccm)的氧气流量、每分钟200立方公分的氮气流量以及每分钟500立方公分的H2O流量。第一晶圆具有8.18伏特与标准差0.17伏特的平均表面电荷。图5B为绘示第二晶圆在经过光阻剥除制程处理120秒后的表面电荷图，其是使用第二习知的氧气电浆配方，此第二习知的氧气电浆配方至少包含每分钟500立方公分的氧气流量。第二晶圆具有14.1伏特与标准差7.77伏特的平均表面电荷。图5C为绘示第三晶圆在经过光阻剥除制程处理130秒后的表面电荷图，其是使用本发明的H2O电浆配方，此H2O电浆配方至少包含每分钟500立方公分的H2O流量。第三晶圆具有0.328伏特与标准差0.058伏特的平均表面电荷。
图6A～图6B与图7A～图7B为使用习知的氧电浆配方与本发明的H2O电浆配方来进行光阻剥除处理之后，定义在晶圆上的金属接垫的光学显微镜照片。图6A～图6B是显示使用习知氧电浆配方进行光阻剥除处理后的金属接垫的光学显微镜照片。如照片所示，金属接垫在使用氧电浆配方的光阻剥除处理后会有严重的接垫孔蚀产生。图7A～图7B是显示使用本发明H2O电浆配方进行光阻剥除处理后的金属接垫的光学显微镜照片。如照片所示，使用可在光阻剥除制程时中和或释放电荷的H2O电浆配方进行光阻剥除处理后，金属接垫事实上不会有接垫孔蚀产生。
在光阻剥除处理后，某些产品的晶圆有约为20分钟的等候时间。可发现使用习知氧电浆配方进行光阻剥除处理后的产品晶圆上的上金属有严重的伽凡尼金属腐蚀。一般认为腐蚀的严重程度是由于这些产品上累积正电荷而加速伽凡尼金属腐蚀。本发明的H2O电浆配方因为延长腐蚀窗的时间至约4小时，故可实质解决伽凡尼金属腐蚀的问题。这样可依次允许等候窗的时间延长。需注意的是加入氧气或氮气至H2O电浆配方中会实质减少腐蚀窗的时间至约20分钟，一般认为是由于加入氧气或氮气至H2O电浆配方中会感应正电荷而导致伽凡尼金属腐蚀的恶化。
随着次微米技术的发展，减小金属线与金属(例如钨)填充介层窗之间的叠置误差会引起一些技术上的困难，介层窗的钨插塞的电荷感应腐蚀(Dredge)是其中一个问题，用本发明的H2O电浆配方取代氧电浆配方来进行光阻剥除制程可实质解决钨腐蚀的问题。图8A为绘示习知制程的流程图，现今皆会外加一H2O烘烤制程(没有射频)去对付钨腐蚀的问题。然而，一些电荷在经过外加的H2O烘烤制程后仍残留在晶圆表面上，若使用H2O电浆配方的话，如图8B所绘示的制程流程图，可不需要另一H2O烘烤制程就可实质移除晶圆表面上的残留电荷。
本发明的另一方面是提供至少包含使用上述H2O电浆配方的去电荷制程，在本发明中，使用H2O电浆可用来移除来自基板的所有电荷。H2O电浆去电荷制程具有比另一习知的H2O烘烤制程有更大的去电荷的能力，其可从图9A～图9C所绘示的表面电荷图中发现。图9A为绘示在去电荷前一典型的晶圆表面电荷图，此晶圆在去电荷之前具有10.6伏特与标准差0.176伏特的平均表面电荷。图9B为绘示以临界方式没有射频进行另一习知H2O烘烤制程处理晶圆50秒后的晶圆表面电荷图，此晶圆在经过习知方法去电荷后具有2.26伏特与标准差0.154伏特的平均表面电荷。图9C为绘示以临界方式进行H2O电浆去电荷制程处理晶圆130秒后的晶圆表面电荷图，此晶圆在使用H2O电浆去电荷后具有1.57伏特与标准差0.214伏特的平均表面电荷。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但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作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1、一种从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其特征在于其至少包括以下步骤：
置放该基板于一反应室中；
通入一气体至该反应室中，其中该气体具有一压力，且至少包含一H2O反应物，该H2O反应物具有至少实质为70％的一分压；以及
于该反应室中形成一电浆以去除该光阻层。
2、根据权利要求1所述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其特征在于更至少包括：
调整该气体的该压力至实质介于0.1托尔与10托尔之间。
3、根据权利要求1所述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其特征在于其中所述的光阻层至少包含选自于由光阻以及电子束光阻所组成的一族群。
4、根据权利要求1所述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其特征在于其中所述的基板更包括一金属层，至少部份该光阻层位于该金属层上。
5、根据权利要求4所述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其特征在于其中所述的金属层包含一铝基或钨基的金属氮化物。
6、根据权利要求1所述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其特征在于其中所述的基板更包括一金属层以及至少部份位于该金属层上的一介电层，至少部份该光阻层位于该介电层上。
7、根据权利要求6所述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其特征在于其中所述的金属层包含一铝基或钨基的金属氮化物以及该介电层包含一氮氧化硅。
8、根据权利要求1所述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其特征在于其中所述的气体更包含一非反应物。
9、根据权利要求8所述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其特征在于其中所述的非反应物至少包含选自于由氩气、氦气以及上述的组合所组成的一族群。
10、根据权利要求1所述的从基板同时移除光阻层和去电荷藉以防止该基板充电的方法，其特征在于其中所述的气体更包含一氟基反应物。
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