本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种去除刻蚀工序残留聚合物的方法。
背景技术：
在集成电路的制造中，通常通过刻蚀工艺将沉积在半导体衬底上的材料，比如二氧化硅、氮化硅、多晶硅、金属、金属硅化物和单晶硅以预定好的图形刻蚀形成栅、通路、接触孔、沟道、接合垫、焊垫或者互连线。半导体器件的刻蚀工艺结束后，在刻蚀结构的侧壁及底部会残留一定量的聚合物。残留的聚合物是前述工艺生成的副产物。虽然附着在侧壁上的聚合物能够形成抗腐蚀钝化膜，防止发生横向刻蚀，形成具有较好的侧壁形状的刻蚀结构；但是，在刻蚀后必须将这些聚合物连同光刻胶一起去除，否则会成为下一步工艺的污染源，并可能造成器件的短路或者断路，影响器件成品率和可靠性。
现有技术中，在刻蚀过程中，为了保护位于待刻蚀层底部的半导体衬底不受损伤，工艺上不用强湿法清洗工艺去除聚合物，而只用干法灰化和弱湿法清洗工艺相结合的方式去除聚合物。采用这种方法，侧壁的聚合物不能被完全去除，会从侧壁脱落而形成缺陷。
本发明的目的在于提供一种去除刻蚀工序残留聚合物的方法，以解决上述技术问题。
技术实现要素：
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
针对现有技术的不足，本发明提供一种去除刻蚀工序残留聚合物的方法，所述方法包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成绝缘层；对所述绝缘层进行刻蚀以形成凹槽；去除刻蚀在所述凹槽的底部和侧壁上产生的聚合物；继续刻蚀所述凹槽底部的所述半导体衬底上剩余的所述绝缘层，以完全去除剩余的所述绝缘层；去除继续刻蚀所述剩余的绝缘层所产生的聚合物。
进一步，所述凹槽底部的所述半导体衬底上保留的部分绝缘层的厚度为0.1‐0.2μm。
进一步，所述去除局部刻蚀产生的聚合物的方法包括第一湿法清洗工艺。
进一步，所述去除继续刻蚀剩余绝缘层产生的聚合物的方法包括第二湿法清洗工艺。
进一步，所述第一湿法清洗工艺为强湿法清洗工艺，所述第二湿法清洗工艺为弱湿法清洗工艺。
进一步，所述半导体衬底为硅衬底。
进一步，所述半导体衬底上形成有第二金属层，继续刻蚀所述凹槽底部的所述半导体衬底上剩余的所述绝缘层以露出所述第二金属层。
进一步，所述绝缘层包括氧化物或氮化物。
进一步，所述金属层上形成有钝化层和光刻胶层，所述凹槽是以所述光刻胶层为掩膜刻蚀所述钝化层，露出所述金属层，并对所述绝缘层进行局部刻蚀形成的。
综上所述，根据本发明的方法，分两步进行刻蚀，第一步在半导体衬底上保留少量的绝缘层作为对衬底的保护，刻蚀后用强湿法清洗工艺清洗第一步刻蚀产生的聚合物；第二步再去除半导体衬底上剩余的绝缘层，刻蚀后用弱的湿法清洗工艺清洗第二步刻蚀产生的少量聚合物；采用这种方法，可以在保护半导体衬底不受损伤的同时，去除刻蚀工序产生的残留聚合物；另外，这种方法适用于多种不同的集成电路结构，包括接合垫、焊垫、通孔、接触孔等具有侧壁，且较难去除聚合物残留的结构。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1a‐1d为根据现有技术的方法依次实施的步骤分别获得的示意性剖面图；
图2为本发明的去除刻蚀工序残留聚合物的主要工艺流程示意图；
图3a‐3e为根据本发明的示例性实施例的方法依次实施的步骤分别获得的示意性剖面图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的去除刻蚀工序残留聚合物的方法。显然，本发明的施行并不限定于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
以接合垫刻蚀工艺为例，图1a‐图1d为根据现有技术的方法依次实施的步骤分别获得的示意性剖面图，首先，提供半导体衬底100，在半导体衬底100上依次形成绝缘层101、第一金属层102、钝化层103和光刻胶层104，如图1a所示；其次，以光刻胶层104为掩膜刻蚀钝化层103，露出第一金属层102，并刻蚀绝缘层101以形成凹槽106，在金属层102和半导体衬底100上刻蚀停止，刻蚀过程中会在凹槽106的底部和侧壁产生副产物聚合物105，如图1b所示；接着，用干法灰化工艺去除光刻胶层104和部分聚合物105，在凹槽106的底部和侧壁仍有残留聚合物105，如图1c所示；最后，用弱的清洗溶剂如tok，以湿法清洗工艺去除聚合物，效果不佳，在凹槽106侧壁仍有残留聚合物105，有的会从凹槽侧壁脱落，滞留在第一金属层102表面造成缺陷，如图1d所示，从而降低器件的成品率和可靠性。
鉴于上述问题的存在，本发明提出了一种去除刻蚀工序残留聚合物的方法，如图2所示，其包括以下主要步骤：
在步骤s201中，提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成绝缘层；
在步骤s202中，对所述绝缘层进行刻蚀以形成凹槽；
在步骤s203中，去除刻蚀在所述凹槽的底部和侧壁上产生的聚合物；
在步骤s204中，继续刻蚀所述凹槽底部的所述半导体衬底上剩余的所述绝缘层，以完全去除剩余的所述绝缘层；
在步骤s205中，去除继续刻蚀所述剩余的绝缘层所产生的聚合物。
根据本发明的方法，分两步进行刻蚀，第一步在半导体衬底上保留少量的绝缘层作为对衬底的保护，刻蚀后用强湿法清洗工艺清洗第一步刻蚀产生的聚合物；第二步再去除半导体衬底上剩余的绝缘层，刻蚀后用弱的湿法清洗工艺清洗第二步刻蚀产生的少量聚合物；采用这种方法，可以在保护半导体衬底不受损伤的同时，去除刻蚀工序产生的残留聚合物；另外，这种方法适用于多种不同的集成电路结构，包括接合垫、焊垫、通孔、接触孔等具有侧壁，且较难去除聚合物残留的结构。
示例性实施例
参照图3a‐图3e，其中示出了根据本发明示例性实施例的方法依次实施的步骤分别获得的示意性剖面图。
首先，如图3a所示，提供半导体衬底300，在半导体衬底300上依次形成绝缘层301、第一金属层302、钝化层303和光刻胶层304。另外，在形成绝缘层301之前，可以在所述半导体衬底上先形成第二金属层(未示出)。所述半导体衬底300的材料可以是单晶硅、多晶硅或非晶硅，还可以是包括iii族、iv族和/或v族元素的其它半导体材料，如砷化镓、碳化硅、氮化镓等。在本实施例中，半导体衬底材料选用硅衬底，优选单晶硅。绝缘层301的材料可以为低介电常数材料，其主要成分为氧化物或氮化物，优选二氧化硅或氮化硅。绝缘层301的厚度比现有技术中绝缘层的厚度多1‐2μm。第一金属层302的材质为铝或铜，优选为铝。钝化层303的材料为低介电常数材料，其主要成分为氧化物或氮化物，优选二氧化硅或氮化硅。在所沉积的钝化层303上旋涂光刻胶层304，然后以具有钝化层303图形的掩膜对该光刻胶层304进行曝光及显影后，得到具有钝化层303图形的光刻胶层304，在刻蚀中，所述光刻胶层对不需要刻蚀的钝化层进行保护。上述具体的形成工艺参照现有技术，在此不再赘述。
接下来，如图3b所示，以光刻胶层304为掩膜刻蚀钝化层303，露出第一金属层302，并对绝缘层301进行局部刻蚀以形成凹槽306。刻蚀后在半导体衬底300上保留有部分绝缘层301，保留的绝缘层的厚度为0.1‐0.2μm，该数值仅作为示例，可根据具体的器件进行合适的调整，其厚度取决于局部刻蚀所产生的聚合物能否被后序的清洗步骤去除。刻蚀过程中会在凹槽306的底部和侧壁产生副产物聚合物305。而现有技术是在第一金属层和半导体衬底上刻蚀停止。所述刻蚀方法是干法刻蚀，优选等离子体刻蚀。这种刻蚀工艺可以得到较好的刻蚀选择性和较高的各向异性，得到的凹槽306的侧壁比较规整。
刻蚀中所用的主蚀刻气体通常为四氟化碳(cf4)。其中氟的作用是与构成绝缘层或钝化层的二氧化硅或氮化硅反应，产生挥发性的产物；碳的作用是提供聚合物的来源，抑制蚀刻的进行。聚合物堆积在凹槽的侧壁上可以作为保护层，抑制各向同性蚀刻的影响。当氟的成分增加时，蚀刻速率增加；当碳的成分增加时，蚀刻速率减慢。通过调整蚀刻气体的氟与碳比值，可以获得合适的蚀刻速率。因此通常采用的蚀刻气体并不是纯四氟化碳，而是四氟化碳和调谐气体的混合体。其中调谐气体的成分可以是c4f8、chf3、ch2f2、ch3f、o2或其任意组合。其中少量氧气(o2)可以与四氟化碳反应消耗部分的碳，使得氟碳比增加，而其它调谐气体的作用都是把氟碳比降低到4以下。具体的刻蚀工艺已经为本领域技术人员所熟悉，在此不再赘述。当然，还可采用本领域技术人员熟知的任何刻蚀工艺进行刻蚀。
刻蚀过程中的刻蚀反应气体所产生的等离子体与光刻胶、刻蚀生成物等会产生一定的结合，形成聚合物，该聚合物能阻挡对侧壁的刻蚀，增强刻蚀的方向性。刻蚀聚合物的产生有多种原因，成分也相当复杂，其受到包括刻蚀气体、刻蚀材料、钝化层及衬底材料在内的多种物质的影响，具有很强的难以氧化和去除的碳氟键。但是，这些聚合物在蚀刻完成后必须去除，否则将成为增加器件表面缺陷密度的颗粒和污染物源，破坏器件性能，影响器件的成品率和可靠性，因此，这些聚合物的去除已成为了刻蚀工艺完成后必须经过的一个关键步骤。
接着，如图3c所示，去除光刻胶层304，同时消除局部刻蚀后在凹槽306底部和侧壁产生的聚合物305。在本步骤中，所述去除光刻胶层的方法包括干法灰化工艺，所述去除局部刻蚀产生的聚合物的方法包括第一湿法清洗工艺，所述第一湿法清洗工艺为强湿法清洗工艺。
所述干法灰化方法为：半导体器件衬底被加热，同时暴露在氧等离子体或臭氧中反应，光刻胶层发生化学反应而被去除，所述灰化法所需的温度为240‐280℃，同时，可以去除部分聚合物，具体工艺参照现有技术，在此不再赘述。
所述强湿法清洗方法为：采用强的清洗溶剂进行清洗，去除残留的聚合物。所述强的清洗溶剂是指对刻蚀副产物如聚合物具有较好去除效果的溶剂，不仅具有冲洗的作用，而且可以分解、溶解刻蚀副产物，在清洗后的微观目检时不会检出刻蚀副产物，如ekc溶液。ekc溶液主要是由以胺类为主的剥除剂、有机溶剂、抑制腐蚀剂和水所组成，这里的胺类主要是羟胺(hydroxylamine，hda)。采用这种清洗方法的效果良好，清洗后在凹槽306的底部和侧壁没有聚合物残留。同时，由于上一步的刻蚀后，在半导体衬底300上保留有部分绝缘层301，可以对衬底形成保护，避免强清洗液对它造成损伤。而现有技术中的刻蚀是在第一金属层和半导体衬底上刻蚀停止，在清洗过程中，没有绝缘层对其进行保护，因此为了避免半导体衬底的损伤，只能用清洗效果欠佳的弱清洗溶剂进行清洗。
然后，如图3d所示，刻蚀剩余的绝缘层301，在半导体衬底300上刻蚀停止，同时在刻蚀过程中，由于没有光刻胶层304作为保护层，钝化层303变薄。对于在所述半导体衬底上形成有第二金属层的，则继续刻蚀所述凹槽底部的所述半导体衬底上剩余的所述绝缘层以露出所述第二金属层(未示出)。所述刻蚀方法是干法刻蚀，优选等离子体刻蚀。具体的刻蚀工艺已经为本领域技术人员所熟悉，在此不再赘述。当然，还可采用本领域技术人员熟知的任何刻蚀工艺进行刻蚀。如前所述，刻蚀过程中的刻蚀反应气体所产生的等离子体与光刻胶、刻蚀生成物等又会产生一定的结合，形成少量的聚合物，附着在凹槽306的底部和侧壁上。
最后，如图3e所示，去除上一步骤中产生的少量聚合物305。在本步骤中，所述去除局部刻蚀产生的聚合物的方法包括第二湿法清洗工艺，所述第二湿法清洗工艺为弱湿法清洗工艺。另外，在第二湿法清洗工艺之前，还可以用干法灰化工艺进行清洗。
所述干法灰化方法为：半导体器件衬底被加热，同时暴露在氧等离子体或臭氧中反应，以去除部分聚合物，具体工艺参照现有技术，在此不再赘述。
所述弱湿法清洗方法为：采用弱的清洗溶剂，如tok，进行清洗，去除残留的聚合物。所述弱的清洗溶剂是指对刻蚀副产物如聚合物具有较弱去除效果的溶剂，仅有冲洗的作用，并无分解、溶解刻蚀副产物的能力，无法完全清除刻蚀副产物，在清洗后的微观目检时还会检出刻蚀副产物。由于上一步中，只产生少量的聚合物，因此，用弱的清洗溶剂，仅依靠冲洗作用进行清洗，也能得到较好的清洗效果，同时，还可以避免强清洗液对半导体衬底300带来的损伤。
综上所述，根据本发明的方法，分两步进行刻蚀，第一步在半导体衬底上保留少量的绝缘层作为对衬底的保护，刻蚀后用强湿法清洗工艺清洗第一步刻蚀产生的聚合物；第二步再去除半导体衬底上剩余的绝缘层，刻蚀后用弱的湿法清洗工艺清洗第二步刻蚀产生的少量聚合物；采用这种方法，可以在保护半导体衬底不受损伤的同时，去除刻蚀工序产生的残留聚合物；另外，这种方法适用于多种不同的集成电路结构，包括接合垫、焊垫、通孔、接触孔等具有侧壁，且较难去除聚合物残留的结构。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。