专利名称：光刻胶的去除方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种光刻胶的去除方法。
背景技术：
光刻是半导体制造工艺中的重要工艺方法之一，通常包括如下步骤在半导体晶 片上旋涂光刻胶以形成光刻胶层；对所述光刻胶层进行选择性曝光，并通过显影步骤使得 曝光后的光刻胶层进一步形成光刻胶图案，本步骤又称为光刻胶层的图案化；以所述图案 化后的光刻胶层为掩膜，对所述半导体晶片进行刻蚀；在完成刻蚀之后对所述光刻胶层进 行灰化(ash)，将光刻胶层去除。灰化工艺一般是使用激励源对氧气等气体进行解离，使气体分子发生电离，产生 包含氧基或氧离子(0+)的等离子气体，然后将其通入反应腔中与半导体晶片上的光刻胶层 进行反应，生成碳和氢的化合物(C02，H2O等)，从而实现光刻胶的清除过程。此外，为了加 速光刻胶与氧气等离子体的反应过程，灰化工艺一般是在较高的温度下进行的，一般为数 十至数百摄氏度。已经公开的申请号为200710042132.0的中国专利申请中公开了一种光刻胶的 去除方法和制造镶嵌结构的方法，该方法主要通过控制产生氧气等离子体的激励源的功 率，使其小于或等于400W，从而降低氧气等离子体的物理轰击效果，以此来避免光刻胶去 除过程中等离子体对光刻胶层下层的介质层造成的损伤。但实际上，采用上述方案去除 光刻胶，如果激励源的功率过小，会使得光刻胶的去除效果较差，造成色差缺陷(discolor defect)。所述色差缺陷是指在缺陷观测过程中，存在缺陷的区域与周边无缺陷区域之间存 在颜色差异。去除光刻胶之后的色差缺陷主要是由于残留的光刻胶以及刻蚀过程中生成的 聚合物(polymer)附着在晶片表面造成的，此类缺陷会影响后续工艺步骤的进行，从而降 低器件的可靠性。现有技术中往往在灰化去除光刻胶之后对晶片表面进行清洗，但是实际 的效果并不好，并不能有效去除残留的光刻胶和聚合物。因此，需要一种新的光刻胶的去除方法，改善光刻胶的去除效果，消除色差缺陷。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种光刻胶的去除方法，改善光刻胶层的去除效果，消 除色差缺陷。为解决上述问题，本发明提供了一种光刻胶的去除方法，包含下列步骤提供半导体基底，所述半导体基底的表面上形成有光刻胶层；使用氧气等离子体对所述光刻胶层进行第一步灰化，第一步灰化中产生所述氧气 等离子体的激励源功率为第一功率；使用氧气等离子体对所述光刻胶层进行第二步灰化，第二步灰化中产生所述氧气 等离子体的激励源功率为第二功率，所述第二功率大于第一功率。可选的，所述第一功率的功率值为400W至1000W。
可选的，所述第二功率的功率值为2000W至3000W。可选的，还包括使用硫酸溶液和氨水溶液分别对所述半导体基底的表面进行清 洗。可选的，所述第一步灰化中氧气等离子体的流量为500至1500sCCm(毫升/分 钟)。可选的，所述第二步灰化中氧气等离子体的流量为500至1500sCCm。可选的，所述第一步灰化的持续时间为30s至60s。可选的，所述第二步灰化的持续时间为k至10s。可选的，所述激励源为射频源或微波源。与现有技术相比，本发明具有以下优点上述技术方案中的去除光刻胶的方法，采用了两步灰化过程，首先使用第一功率 作为激励源功率产生氧气等离子体，用该氧气等离子体进行第一步灰化，之后使用大于第 一功率的第二功率产生氧气等离子体，进行第二步灰化，由于第二步灰化中产生氧气等离 子体的激励源功率大于第一步灰化，产生的氧气等离子体能量较高，且其中的氧离子浓度 较大，改善了光刻胶的去除效果，避免了色差缺陷。此外，与所述第一步灰化相比，第二步灰化的持续时间较短，避免或减弱了等离子 体轰击对光刻胶下层的介质层造成的损伤。
图1是本发明实施例的光刻胶的去除方法的流程示意图；图2至图6是本发明实施例的浅沟槽隔离结构的形成过程的剖面结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施方式
做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不 同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类 似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式
的限制。现有技术中，为了避免光刻胶层下层的介质层受损，产生氧气等离子体的激励源 的功率往往较小，从而削弱氧气等离子的轰击效果，避免损伤。但是，发明人发现，如果激励 源的功率过小，会使得产生的氧气等离子体的能量较低，由于灰化是一个边轰击边反应的 过程，较低能量的等离子体会降低去除光刻胶的效率；另一方面，激励源的功率小，使得气 体电离度较低，产生的氧气等离子体中氧离子的浓度偏低，也会影响光刻胶的去除效果。上 述两方面原因使得氧气等离子体与光刻胶之间的反应效率变差，容易产生光刻胶的残留， 造成色差缺陷。本发明提供了一种光刻胶的去除方法，采用了两步灰化过程，首先使用第一功率 作为激励源功率产生氧气等离子体，用该氧气等离子体进行第一步灰化，之后使用大于第 一功率的第二功率产生氧气等离子体，并进行第二步灰化，由于第一步灰化中产生氧气等 离子体的激励源功率较小，不会因等离子体的轰击造成介质层的损伤；而第二步灰化中产生氧气等离子体的激励源功率大于第一步灰化，产生的氧气等离子体中氧离子浓度较大， 且能量较高，改善了光刻胶的去除效果，避免了色差缺陷。图1给出了本发明实施例的流程示意图。如图1所示，执行步骤Si，提供半导体基 底，所述半导体基底的表面上形成有光刻胶层；执行步骤S2，使用氧气等离子体对所述光 刻胶层进行第一步灰化，第一步灰化中产生所述氧气等离子体的激励源功率为第一功率； 执行步骤S3，使用氧气等离子体对所述光刻胶层进行第二步灰化，第二步灰化中产生所述 氧气等离子体的激励源功率为第二功率，所述第二功率大于第一功率。本实施例以形成浅沟槽隔离结构中的光刻胶去除过程为例，图2至图5为本发明 实施例的浅沟槽隔离结构的形成过程的剖面结构示意图。下面结合图1对本发明的实施例 进行详细说明。参考图1，执行步骤Si，提供半导体基底，所述半导体基底的表面上形成有光刻胶层。如图2所示，提供半导体基底100，所述半导体基底100表面依次形成有硬掩膜层 (hard mask) 101 和光刻胶层 102。所述半导体基底100的材质可以是单晶硅、多晶硅、非晶硅中的一种，所述半导体 衬底100还可以是绝缘体上硅(SOI，Silicon On Insulator)结构或硅上外延层结构。所述硬掩膜层101的材料为氮化硅(Si3N4)或者氮氧化硅(SiON)或者两者的叠层 结构。所述硬掩膜层101的形成方法可以为等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)或者低 压化学气相沉积(LPCVD)工艺。本实施例中硬掩膜层101优选的材料为氮化硅，优选的形 成方法为低压化学气相沉积，其厚度为200至500 A,优选为300 A。所述硬掩膜层101可以 对半导体基底100的硅材料起到保护作用，并且在后续工艺的平整化过程中可以作为终止 层。所述硬掩膜层101上经过旋涂的方法形成有光刻胶层102，所述光刻胶层102经过 曝光、显影等工艺后被图案化，其上形成有沟槽开口的图案。如图3所示，以所述图案化后的光刻胶层102为掩膜，对所述硬掩膜层101和半导 体基底100进行刻蚀，形成沟槽开口 110，所述沟槽开口 110延伸至所述半导体基底100内。 本实施例中的刻蚀过程采用干法刻蚀，所述干法刻蚀中采用的刻蚀气体为含氟的化合物气 体。参考图1和图4，执行步骤S2，使用氧气等离子体对所述光刻胶层进行第一步灰 化，第一步灰化中产生所述氧气等离子体的激励源功率为第一功率。本实施例中进行第一步灰化过程的反应腔是上述干法刻蚀过程中的反应腔，即原 位(in-situ)的，在本发明的其他实施例中也可以是非原位的。所述第一步灰化具体包括 使用射频或者微波源作为激励源产生氧气等离子体，并将产生的氧气等离子体通入反应腔 内对所述光刻胶层进行灰化，所述光刻胶层反应后生成碳和氢的化合物(C02，H20等)后被 去除。如图4所示，经过所述第一步灰化后，所述硬掩膜层101之上的光刻胶层被去除。所述 第一步灰化过程中的产生氧气等离子体的第一功率为400W至1000W，气体源为氧气(O2)、 臭氧(O3)、氧化氮(NO)等，第一步灰化中氧气等离子体的流量为500至1500sCCm，其持续时 间为30s至60s。本实施例中产生氧气等离子体的过程中优选射频源作为激励源，第一功率 的功率值优选为800W，气体源优选为氧气，第一步灰化过程中氧气等离子体的流量优选为SOOsccm，持续时间优选为50s。由于第一步灰化过程中，激励源的功率较低，产生的氧气等 离子体能量较低，避免了其对光刻胶层下层的结构造成轰击损伤。现有技术中为了防止氧气等离子体对介质层造成轰击损伤，产生氧气等离子体的 激励源功率较小，如背景技术中所述的方案中将激励源功率控制在400W以下，但是，激励 源功率小会使得光刻胶去除的速率偏低，影响产能。发明人发现，将第一功率控制在400W 至1000W，并不会对介质层造成较明显的损伤，而且还可以提高光刻胶的去除速率。实际上，由于第一步灰化过程中产生氧气等离子体的激励源功率较小，一方面使 得产生的氧气等离子体的能量较小，另一方面在激励源功率偏低的情况下，气体源的电离 度较低，使得形成的氧气等离子体中氧离子的浓度偏低，上述两方面原因会使得氧气等离 子体与光刻胶的反应效率降低。因此，经过第一步灰化后，会有残留的光刻胶存在，如果不 对其进行消除，会造成色差缺陷，对后续的工艺进程造成影响。参考图1，执行步骤S3，使用氧气等离子体对所述光刻胶层进行第二步灰化，产生 所述氧气等离子体的激励源功率为第二功率，所述第二功率大于第一功率。所述第二步灰化可以是原位进行的，即与第一步灰化过程在同一反应腔中完成， 也可以是非原位的。具体包括使用射频或者微波源作为激励源产生氧气等离子体，并将产 生的氧气等离子体通入反应腔内进行第二步灰化，去除残留的光刻胶。所述第二功率大于 所述第一功率，为2000W至3000W，产生氧气等离子体的气体源为氧气(O2)，臭氧(O3)，氧化 氮(NO)等，第二步灰化中氧气等离子体的流量为500至1500sCCm，其持续时间为&至10s。 本实施例中优选微波源作为第二步灰化的激励源，优选的第二功率大小为2500W，气体源为 氧气，第二步灰化过程中氧气等离子体的流量优选为SOOsccm，持续时间优选为8s。现有技术中，为了防止损伤介质层，灰化过程中产生氧气等离子体的激励源功率 较低，一般不会超过1000W，会造成光刻胶的残留问题。本技术方案中采用两步灰化，首先用 较小的第一功率进行对光刻胶进行预去除，之后使用较大的第二功率将第一步灰化后残留 的光刻胶去除。为了防止在较大功率下对介质层造成损伤，本方案严格控制了第二步灰化 的持续时间，在完全去除光刻胶的同时又避免了对介质层造成损伤。在所述第二步灰化过程中，由于产生氧气等离子体的激励源功率较高，一方面使 得产生的氧气等离子体的能量较高，其轰击效果较明显，使得残留的光刻胶在轰击作用下 更容易发生反应后去除；另一方面使得气体源的电离度较高，产生的氧气等离子体中氧离 子的浓度较高，改善了对残留的光刻胶的去除效果。与所述第一步灰化相比，第二步灰化的持续时间较短，防止了高能量的等离子体 对光刻胶层下层的介质层的过度轰击，如本实施例中图4所示的硬掩膜层101和半导体基 底100，避免了由轰击损伤造成的介质层损伤以及可靠性下降的问题。同时，由于第一步灰 化之后残留的光刻胶一般较少，因此，在上述持续时间范围内可以完成光刻胶的去除过程。在所述第二步灰化之后，使用硫酸和氨水溶液对所述半导体基底的表面分别进行 清洗，本实施例中具体为对所述硬掩膜层的表面进行清洗。虽然现有技术中也有类似的清 洗过程，但效果较差。由于本实施例中的技术方案在清洗之前进行了第二步灰化，其中使用 的氧气等离子体的能量较大，在等离子体的轰击作用下，残留的光刻胶以及聚合物被轰击 成较小的微粒，更容易通过清洗过程去除。如图5和图6所示，在清洗过程后，还包括在所述开口 110中填充介质材料以及进行平整化。具体包括，如图5所示，先在所述开口 110的底部和侧壁形成衬垫层(liner) 103， 其形成方法可以为原位水汽生成(in-situ streamgeneration =ISSG)退火工艺，也可以采 用热氧化工艺；之后，在所述开口 110内进行介质材料填充工艺，形成介质层104，所述填充 工艺为化学气相沉积或高密度等离子体化学气相沉积，本实施例中所述介质层104的材料 为氧化硅。之后如图6所示，对所述介质层104的表面进行平整化，本实施例中的平整化方 法为化学机械抛光，将覆盖在所述硬掩膜层101表面上的部分介质层104以及硬掩膜层101 分别研磨去除，完成浅沟槽隔离结构的形成过程。上述实施例是以形成浅沟槽隔离结构中的光刻胶去除过程为例，本发明的技术方 案还可以应用于其他工艺步骤中的光刻胶的去除过程。如形成互连结构的过程中，在光刻 和刻蚀形成沟槽和通孔结构之后，使用本技术方案进行光刻胶的去除，之后再进行金属填 充形成互连或栓塞结构。综上所述，本发明采用了两步灰化过程，首先使用较低的第一功率作为激励源功 率产生氧气等离子体，并用该氧气等离子体进行第一步灰化，之后使用大于第一功率的第 二功率产生氧气等离子体，并进行第二步灰化，其中第二步灰化中产生氧气等离子体的激 励源功率大于第一步灰化，产生的氧气等离子体能量较高，且其中的氧离子浓度较大，改善 了光刻胶的去除效果，避免了色差缺陷。此外，与所述第一步灰化相比，第二步灰化的持续时间较短，避免了等离子体对光 刻胶下层的介质层造成轰击损伤。此外，在所述第二步灰化之后，使用硫酸和氨水溶液进行清洗，去除残留的光刻胶 和聚合物，进一步避免了色差缺陷。本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发 明技术方案做出可能的变动和修改，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作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案 的保护范围。
权利要求
1.一种光刻胶的去除方法，其特征在于，包括提供半导体基底，所述半导体基底的表面上形成有光刻胶层；使用氧气等离子体对所述光刻胶层进行第一步灰化，第一步灰化中产生所述氧气等离 子体的激励源功率为第一功率；使用氧气等离子体对所述光刻胶层进行第二步灰化，第二步灰化中产生所述氧气等离 子体的激励源功率为第二功率，所述第二功率大于第一功率。
2.根据权利要求1所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，所述第一功率的功率值为 400W 至 IOOOff0
3.根据权利要求1或2所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，所述第二功率的功率值 为 2000W 至 3000W。
4.根据权利要求1所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，还包括使用硫酸溶液和氨 水溶液分别对所述半导体基底的表面进行清洗。
5.根据权利要求1所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，所述第一步灰化中氧气等 离子体的流量为500至1500sccm。
6.根据权利要求1所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，所述第二步灰化中氧气等 离子体的流量为500至1500sccm。
7.根据权利要求1所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，所述第一步灰化的持续时 间为30s至60s。
8.根据权利要求1所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，所述第二步灰化的持续时 间为5s至10s。
9.根据权利要求1所述的光刻胶的去除方法，其特征在于，所述激励源为射频源或微 波源。
全文摘要
一种光刻胶的去除方法，包括提供半导体基底，所述半导体基底的表面上形成有光刻胶层；使用氧气等离子体对所述光刻胶层进行第一步灰化，第一步灰化中产生所述氧气等离子体的激励源功率为第一功率；使用氧气等离子体对所述光刻胶层进行第二步灰化，第二步灰化中产生所述氧气等离子体的激励源功率为第二功率，所述第二功率大于第一功率。本发明改善了光刻胶的去除效果，消除了色差缺陷。
文档编号G03F7/42GK102073227SQ20091024631
公开日2011年5月25日 申请日期2009年11月25日 优先权日2009年11月25日
发明者朱旋, 杨兆宇, 肖玉洁, 谢宝强 申请人:无锡华润上华半导体有限公司, 无锡华润上华科技有限公司