TW201339769A - 光刻膠的去除方法 - Google Patents

Abstract

一種光刻膠的去除方法，包括：提供基底，所述基底表面依次具有刻蝕阻擋層、低k介質層和圖案化的掩膜層，其中掩膜層至少包括有機光刻膠層，所述低k介質層內具有暴露出刻蝕阻擋層的開口，所述開口暴露出的刻蝕阻擋層表面具有含氟的聚合物層；採用第一光刻膠去除技術去除部分有機光刻膠層的同時將含氟的聚合物層中的氟釋放；採用第二光刻膠去除技術去除剩餘的有機光刻膠層。本發明實施例的光刻膠去除方法去除有機光刻膠效果佳且不會損傷低k介質層。

Description

光刻膠的去除方法

本發明涉及半導體製造領域，特別涉及一種光刻膠的去除方法。。

隨著半導體器件的集成度提高，半導體器件的線寬越來越小，關鍵尺寸的控制也越來越重要，對刻蝕技術的要求也越來越高。

刻蝕技術是一種有選擇的去除形成在矽片表面的材料或者有選擇的去除矽片材料的技術。刻蝕技術包括濕法刻蝕和乾法刻蝕，乾法刻蝕由於選擇性高、可控性強成為當今最常用的刻蝕技術之一。

乾法刻蝕即為等離子體刻蝕，通常在等離子體處理裝置中通入刻蝕氣體，並電離所述刻蝕氣體成等離子體，利用所述等離子體對待刻蝕的晶圓進行刻蝕。習知等離子體刻蝕方法通常在待刻蝕層表面形成光刻膠圖形，以所述光刻膠圖形為掩膜對所述待刻蝕層進行刻蝕。

具體地，為等離子體刻蝕包括如下步驟：請參考圖1，提供半導體襯底100，所述半導體襯底100表面形成有刻蝕目標層110；所述刻蝕目標層110形成有光刻膠圖形120；具體的，所述刻蝕目標層110材料為介質層。

請參考圖2，以所述光刻膠圖形120為掩膜，刻蝕所述刻蝕目標層110直至在所述刻蝕目標層110內形成待形成的圖形。

請參考圖3，採用灰化技術去除所述光刻膠圖形120(請參考圖2)。

在公開號為CN101465287A的中國專利文件中披露更多有關等離子體刻蝕方法的內容。

但是，採用習知技術的等離子體刻蝕技術形成器件後，所述刻蝕目標層受到較大的損傷，刻蝕形成的器件品質低。

本發明解決的問題是提供一種形成器件品質高的光刻膠的去除方法。

為解決上述問題，本發明提供一種光刻膠的去除方法，包括：提供基底，所述基底表面依次具有刻蝕阻擋層、低k介質層和圖案化的掩膜層，其中掩膜層至少包括有機光刻膠層，所述低k介質層內具有暴露出刻蝕阻擋層的開口，所述開口暴露出的刻蝕阻擋層表面具有含氟的聚合物層；採用第一光刻膠去除技術去除部分有機光刻膠層的同時將含氟的聚合物層中的氟釋放；採用第二光刻膠去除技術去除剩餘的有機光刻膠層。

可選的，所述第一光刻去除技術參數為：射頻頻率大於40兆赫茲，刻蝕氣體為CO₂與CO的混合氣體，其中CO₂與CO的流量比為1：4至4：1。

可選的，所述第一光刻去除技術參數為：等離子體刻蝕腔體壓力小於100毫托，射頻功率小於500瓦。

可選的，所述第二光刻去除技術參數為：射頻頻率為13至27兆赫茲，刻蝕氣體為CO₂或CO₂與CO的混合氣體。

可選的，所述第二光刻去除技術參數為：等離子體刻蝕腔體壓力小於100毫托，刻蝕氣體為CO₂或CO₂與CO的混合氣體。

可選的，所述掩膜層為硬掩膜層、底部抗反射層和有機光刻 膠層的堆疊結構。

可選的，所述刻蝕阻擋層材料為氮化矽、碳化矽或氮碳化矽。

可選的，所述低k介質層材料為k3.9的材料。

可選的，所述開口為溝槽或通孔。

可選的，還包括：在第二光刻膠去除技術之後，對所述基底執行過去除光刻膠技術。

可選的，所述過去除光刻膠技術參數為：射頻頻率小於13兆赫茲，刻蝕氣體為CO₂或CO₂與CO的混合氣體。

可選的，所述過去除光刻膠技術參數為：等離子體刻蝕腔體壓力小於200毫托，射頻功率小於1000瓦。

與習知技術相比，本發明具有以下優點：本發明實施例的光刻膠的去除方法採用第一光刻膠去除技術將含氟的聚合物層中的氟釋放，且釋放的氟活性低，從而避免對所述低k介質層和刻蝕阻擋層造成嚴重損傷；此外第一光刻膠去除技術在釋放氟的同時能夠去除部分有機光刻膠層，提高了有機光刻膠層的去除效率，並且第二光刻膠去除技術的射頻頻率低於第一光刻膠的射頻頻率，從而使得第一光刻膠去除技術和第二光刻膠去除技術中氧自由基濃度低，有效的保護的低k介質層不受損傷。

此外，由於第一光刻膠去除技術射頻頻率高(射頻頻率大於40兆赫茲)且射頻頻率參數(射頻功率小於500瓦)設置合理，從而在釋放含氟的聚合物層中的氟的過程中，氟活性較低，不會對所述低k介質層造成較大損傷。

進一步的，第二光刻膠去除技術採用更低的頻率，從而有效的控制了腔體裏氧自由基的濃度，而增加了正離子的濃度。從而有效控制氧自由基對所述低k介質層的損傷。

進一步的，本實施例的過去除技術的射頻頻率低於第二光刻膠去除技術的射頻頻率，有效的保護的低k介質層不受損傷。

〔習知〕

100‧‧‧半導體襯底

110‧‧‧刻蝕目標層

120‧‧‧光刻膠圖形

202‧‧‧低k介質層

〔本發明〕

100‧‧‧基底

101‧‧‧刻蝕阻擋層

102‧‧‧低k介質層

103‧‧‧開口

104‧‧‧含氟的聚合物層

110‧‧‧有機光刻膠層

111‧‧‧硬掩膜層

112‧‧‧底部抗反射層

120‧‧‧金屬層

302‧‧‧低k介質層

圖1至圖3是習知技術等離子體刻蝕過程示意圖；圖4是本發明實施例的光刻膠的去除方法流程示意圖；圖5至圖7是本發明實施例的光刻膠的去除方法過程示意圖；圖8是採用習知技術的光刻膠去除技術形成的產品掃描電鏡示意圖；圖9是採用本發明實施例的光刻膠的去除方法形成的產品掃描電鏡示意圖。

由背景技術可知，採用習知技術的等離子體刻蝕技術形成器件後，所述刻蝕目標層受到較大的損傷，刻蝕形成的器件品質低。

本發明的發明人對習知技術的等離子體刻蝕技術進行了研究，發現，習知等離子體刻蝕通常會採用含氟的氣體對待刻蝕層進行刻蝕，形成開口，刻蝕完成後，碳氟化物等離子體會在刻蝕阻擋層的表面或內部形成一層含氟的聚合物層，後續，在採用灰化技術去除所述光刻膠圖形時，灰化技術會將含氟的聚合物層中的氟釋放出來，由於灰化技術釋放出的氟為活性氟，活性氟會損傷刻蝕阻擋層，並且習知灰化技術中產生較多的氧自由基，從而損傷待刻蝕層的側壁，在後續技術中，在所述開口內填入金屬時，損傷的側壁容易導致金屬擴散至待刻蝕層內部，使得器件漏電高。

進一步的，發明人發現：當待刻蝕層為低k介質材料時，由於低k介質材料在接觸較多的氧自由基，開口側壁受損更加嚴重。

為此，本發明的發明人提出一種光刻膠的去除方法，請參考圖4，包括如下步驟：步驟S101，提供基底，所述基底表面依次具有刻蝕阻擋層、 低k介質層和圖案化的掩膜層，其中掩膜層至少包括有機光刻膠層，所述低k介質層內具有暴露出刻蝕阻擋層的開口，所述開口暴露出的刻蝕阻擋層表面具有含氟的聚合物層；步驟S102，採用第一光刻膠去除技術去除部分有機光刻膠層的同時將含氟的聚合物層中的氟釋放；步驟S103，採用第二光刻膠去除技術去除剩餘的有機光刻膠層，所述第二光刻膠去除技術的射頻頻率小於第一光刻膠的射頻頻率。

本發明通過第一光刻膠去除技術在去除部分掩膜層的同時，將含氟的聚合物層中的氟釋放，且第一光刻膠去除技術釋放的氟為惰性氟，對低k介質層和刻蝕阻擋層損傷小；從而在後續採用第二光刻膠去除技術去除剩餘的掩膜層時，不會引入活性氟離子，因此，本發明實施例的光刻膠去除技術不會損傷低k介質層。

下面結合一具體實施例對本發明的光刻膠的去除方法做詳細描述。

請參考圖5，提供基底100，所述基底100表面依次具有刻蝕阻擋層101、低k介質層102和圖案化的掩膜層(未標識)，其中圖案化的掩膜層至少包括有機光刻膠層110，所述低k介質層102內具有暴露出刻蝕阻擋層101的開口103，所述開口103暴露出的刻蝕阻擋層101表面具有含氟的聚合物層104。

具體地，所述基底100可以是單晶矽、多晶矽或非晶矽；所述基底100也可以是矽、鍺、砷化鎵或矽鍺化合物；所述基底100還可以具有外延層或絕緣層上矽結構；所述基底100還可以是其他半導體材料，這裏不再一一列舉。

在本實施例中，以所述基底表面形成有金屬層120做示範性說明，所述金屬層用於電連接形成在所述基底表面或內部的各個半導體部 件。

所述基底100表面形成有刻蝕阻擋層101，所述刻蝕阻擋層101覆蓋所述金屬層120，所述刻蝕阻擋層101材料為氮化矽、碳化矽或氮碳化矽，所述刻蝕阻擋層101用於作為刻蝕低k介質層技術的阻擋層。

所述刻蝕阻擋層101表面具有低k介質層102，所述低k介質層102可以是金屬前介質層(Pre-Metal Dielectric，PMD)，也可以是層間介質層(Inter-Metal Dielectric，ILD)，用於電學隔離形成在基底100表面或所述低k介質層102內的半導體器件(例如：源極區、柵極、漏極區、金屬插塞等，這裏不再一一列舉)。

所述低k介質層102材料為k3.9的材料，包括超低k材料(k2.8)，所述低k介質層102的材料為黑鑽石(Black Diamond，BD)。

需要說明的是，根據上述的分析，採用習知技術的灰化技術去除光刻膠時，釋放出來的活性氟會對所述刻蝕阻擋層具有較大損傷，且習知技術的灰化技術會形成較多的氧自由基，同樣也會損傷低k介質層，發明人對低k介質層進行進一步分析發現，由於低k介質層通常為多孔材料，比較疏鬆，較多的氧自由基和活性氟結合對疏鬆的多孔材料刻蝕率較大，從而很容易損傷低k介質層102。

所述低k介質層102表面具有圖案化的掩膜層，圖案化的掩膜層具有刻蝕圖案，用於為刻蝕所述低k介質層102提供掩膜。

圖案化的掩膜層可以為單一覆層或者多層堆疊結構，當圖案化的掩膜層為單一覆層時，圖案化的掩膜層可以為圖案化後的有機光刻膠層。

當圖案化的掩膜層為多層堆疊結構時，圖案化的掩膜層至少包括一層有機光刻膠層；在本實施例中，圖案化的掩膜層包括位於所述低k介質層102表面的硬掩膜層111、位於所述硬掩膜層111表面的底部抗反射 層112、位於所述底部抗反射層112表面的有機光刻膠層110。

所述低k介質層102內具有暴露出刻蝕阻擋層的開口103，所述開口103與掩膜層的圖案對應，在本實施例中，所述開口103位於金屬層120的上方，所述開口103的形成技術為等離子體刻蝕技術；所述開口103可以為溝槽或通孔。

需要說明的是，形成開口103的等離子體刻蝕技術為採用含氟的刻蝕氣體，在刻蝕暴露出刻蝕阻擋層101後停止，因此，在刻蝕阻擋層101的表面會形成含氟的聚合物層104。

發明人發現，在習知技術中，後續通常直接採用灰化技術去除有機光刻膠層110，而灰化技術雖然不採用含氟刻蝕氣體，但是卻會將含氟的聚合物層104中的氟以活性氟釋放出來，導致所述低k介質層和刻蝕阻擋層受到嚴重損傷。

為此，請參考圖6，本發明的實施例採用採用第一光刻膠去除技術去除部分有機光刻膠層的同時將含氟的聚合物層104(請參考圖5)中的氟釋放。

具體地，所述第一光刻膠去除技術參數為：等離子體刻蝕腔體壓力小於100毫托，射頻頻率大於40兆赫茲，射頻功率小於500瓦，刻蝕氣體為CO₂與CO的混合氣體，其中CO₂與CO的流量比為1：4至4：1。

需要說明的是，發明人發現由於習知光刻膠去除技術(灰化技術)會釋放活性氟且具有較多的氧自由基，導致嚴重損傷所述低k介質層102，為此，本發明的發明人先採用第一光刻膠去除技術將含氟的聚合物層104中的氟釋放，由於第一光刻膠去除技術射頻頻率高(射頻頻率大於40兆赫茲)且射頻頻率參數(射頻功率小於500瓦)設置合理，從而在釋放含氟的聚合物層104中的氟的過程中，氟活性較低，不會對所述低k介質層和刻蝕阻擋層造成較大損傷。

此外，採用第一光刻膠去除技術採用較低的射頻功率(小於500瓦)，產生的氧自由基較少，對所述低k介質層102損傷小。

需要說明的是，由於第一光刻膠去除技術釋放的氟活性較低，產生的氧自由基和氧正離子較少，因此對刻蝕阻擋層101的損傷也小。

此外，由於含氟的聚合物層104厚度較薄，厚度約為2奈米至5奈米，在第一光刻膠去除技術通常會將含氟的聚合物層104一併去除。

請參考圖7，採用第二光刻膠去除技術去除剩餘的有機光刻膠層110，所述第二光刻膠去除技術的射頻頻率小於第一光刻膠的射頻頻率。

具體地，所述第二光刻去除技術參數為：等離子體刻蝕腔體壓力小於100毫托，射頻頻率為13至27兆赫茲，射頻功率小於1000瓦，刻蝕氣體為CO₂或CO₂與CO的混合氣體。

需要說明的是，在之前步驟中已經採用釋氟技術將含氟的聚合物層104中的氟釋放，因此，第二光刻膠去除技術採用去膠速率較快、去膠效果佳的第二光刻膠去除技術，將剩餘的有機光刻膠層110去除。

還需要說明的是，本實施例中，所述底部抗反射層112的材料採用的也是有機材料，因此，在本步驟中，第二光刻膠去除技術一併去除所述底部抗反射層112；在其他實施例中，若所述底部抗反射層112的材料為介質材料，那麼第二光刻膠去除技術去除至所述底部抗反射層112為止。

在本實施例中，採用射頻功率小於1000瓦結合射頻頻率為13.56兆赫茲的技術參數，去除剩餘的有機光刻膠層110的去除速率快且殘留有機光刻膠少。

需要說明的是，在第二光刻膠去除技術中，採用比第一光刻膠去除技術還要低的射頻頻率(13.56兆赫茲)，進一步降低了第二光刻膠 去除技術中的氧自由基濃度，使得第二光刻膠去除技術中不會對低k介質層102產生損傷。

在執行完第二光刻膠去除技術後，在本實施例中，還會執行對所述基底執行過去除光刻膠技術，從而保證完全去除有機光刻膠層110。所述過去除光刻膠技術參數為：等離子體刻蝕腔體壓力小於200毫托，射頻頻率小於13兆赫茲，射頻功率小於1000瓦，刻蝕氣體為CO₂或CO₂與CO的混合氣體。在過去除光刻膠技術中，採用了小於13兆赫茲的射頻頻率，在去除光刻膠的同時不會損傷低k介質層102和刻蝕阻擋層101。

較佳的，當所述過去除光刻膠技術的射頻頻率為2兆赫茲時，去除效果且低k介質層102和刻蝕阻擋層101的保護效果更佳。

為了進一步說明本發明實施例的效果，發明人對同一批的形成的低k介質層採用同樣的刻蝕技術形成開口，並採用不同的光刻膠去除技術去除有機光刻膠層，請參考圖8，圖8為採用習知光刻膠去除技術去除光刻膠後，並採用HF水浴(Dip)低k介質層202後的掃描電鏡圖片，從圖8中可以明顯發現低k介質層202受到較大損傷，且HF水浴時低k介質層202損傷嚴重，而圖9為採用本發明實施例的光刻膠去除技術去除光刻膠後，並採用HF水浴(Dip)低k介質層302後的掃描電鏡圖片，從圖9中明顯可以發現，低k介質層受到損傷較小，且HF水浴時低k介質層202基本無損傷。

本發明實施例的光刻膠的去除方法採用第一光刻膠去除技術將含氟的聚合物層中的氟釋放，且釋放的氟活性低，從而避免對所述低k介質層和刻蝕阻擋層造成嚴重損傷；並且第二光刻膠去除技術的射頻頻率低於第一光刻膠的射頻頻率，從而使得第一光刻膠去除技術和第二光刻膠去除技術中氧自由基和氧正離子數量少，有效的保護的低k介質層不受損傷。

此外，由於第一光刻膠去除技術射頻頻率高(射頻頻率為60兆赫茲)且射頻頻率參數(射頻功率小於500瓦)設置合理，從而在釋放含氟的聚合物層中的氟的過程中，氟活性較低，不會對所述低k介質層造成較大損傷。

進一步的，本實施例的過去除技術的射頻頻率低於第二光刻膠去除技術的射頻頻率，從而使得過去除技術和第二光刻膠去除技術中氧自由基和氧正離子數量少，有效的保護的低k介質層不受損傷。

進一步的，本發明實施例的光刻膠的去除方法不但能夠減少去除技術時對低k介質層造成的損傷，而且在後續採用HF水浴時，本發明實施例的光刻膠的去除方法能夠提高低k介質層對HF的抗腐蝕性。

本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。

Claims (12)

1. 一種光刻膠的去除方法，包括：提供基底，所述基底表面依次具有刻蝕阻擋層、低k介質層和圖案化的掩膜層，其中所述掩膜層至少包括有機光刻膠層，所述低k介質層內具有暴露出所述刻蝕阻擋層的開口，所述開口暴露出的所述刻蝕阻擋層表面具有含氟的聚合物層；採用第一光刻膠去除技術去除部分所述有機光刻膠層的同時將所述含氟的聚合物層中的氟釋放；採用第二光刻膠去除技術去除剩餘的所述有機光刻膠層，所述第二光刻膠去除技術的射頻頻率小於所述第一光刻膠的射頻頻率。
2. 如請求項1所述之光刻膠的去除方法，其中所述第一光刻去除技術參數為：所述射頻頻率大於40兆赫茲，刻蝕氣體為CO₂與CO的混合氣體，其中CO₂與CO的流量比為1：4至4：1。
3. 如請求項2所述之光刻膠的去除方法，其中所述第一光刻去除技術參數為：等離子體刻蝕腔體壓力小於100毫托，射頻功率小於500瓦。
4. 如請求項1所述之光刻膠的去除方法，其中所述第二光刻去除技術參數為：所述射頻頻率為13至27兆赫茲，刻蝕氣體為CO₂或CO₂與CO的混合氣體。
5. 如請求項4所述之光刻膠的去除方法，其中所述第二光刻去除技術參數為：等離子體刻蝕腔體壓力小於100毫托，刻蝕氣體為CO₂或CO₂與CO的混合氣體。
6. 如請求項1所述之光刻膠的去除方法，其中所述掩膜層為硬掩膜層、底部抗反射層和有機光刻膠層的堆疊結構。
7. 如請求項1所述之光刻膠的去除方法，其中所述刻蝕阻擋層材料為氮化矽、碳化矽或氮碳化矽。
8. 如請求項1所述之光刻膠的去除方法，其中所述低k介質層材料為k3.9的材料。
9. 如請求項1所述之光刻膠的去除方法，其中所述開口為溝槽或通孔。
10. 如請求項1所述之光刻膠的去除方法，更包括：在所述第二光刻膠去除技術之後，對所述基底執行過去除光刻膠技術。
11. 如請求項10所述之光刻膠的去除方法，其中所述過去除光刻膠技術參數為：射頻頻率小於13兆赫茲，刻蝕氣體為CO₂或CO₂與CO的混合氣體。
12. 如請求項10所述之光刻膠的去除方法，其中所述過去除光刻膠技術參數為：等離子體刻蝕腔體壓力小於200毫托，射頻功率小於1000瓦。