去除光刻膠層的方法

專利名稱：去除光刻膠層的方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造技術領域，特別涉及一種去除光刻膠層的方法。
背景技術：
半導體器件制造技術中，通常利用光刻工藝將掩模版上的掩模圖形 轉移到半導體結構表面的光刻膠層中。通常光刻的基本工藝包括涂膠、 曝光和顯影等步驟。涂膠的目的是在半導體結構表面建立薄而均勻，并 且沒有缺陷的光掩才莫層。曝光的目的是利用曝光光源將掩模圖形轉移到 光刻膠層中。顯影是圖案化光刻膠層，將光刻膠層進行曝光或者未曝光 的區域去除，從而在半導體結構表面形成圖案化的光刻膠層。之后在圖 案化的光刻膠層的掩蔽下對半導體結構進行刻蝕，就將掩模圖形轉移到 半導體結構中，從而在半導體結構中形成電路圖形。在刻蝕之后還需要
將光刻膠層去除。
在現有技術中，去除光刻膠層的方法是利用等離子體干法去膠。將 帶有光刻膠層的半導體結構置于去膠機內，在射頻電壓的能量的作用 下，灰化氣體被解離為等離子體。所述等離子體和光刻膠發生反應，從 而將光刻膠層去除。但是現有技術中因為是一步灰化，因此如果灰化速 率太慢，會使光刻膠層或者反應生成物去除不盡，從而存在灰化殘余物
的問題；如果灰化速率太快在去除光刻膠層的反應過程中，會使反應生 成物賊落在半導體結構表面形成灰化殘余物，因此同樣會存在灰化殘余 物的問題。例如，圖1為利用現有技術的去除光刻膠層的方法去除光刻 膠層之后，對半導體結構的上表面檢測的示意圖，從圖l可以看出在半 導體結構100上存在灰化殘余物110。
在2007年12月26公開的，公開號為CN101095379A,名稱為 光刻膠和刻蝕殘留物的低壓去除的中國專利申請中，提供了 一種用于低 壓等離子體灰化去除光刻膠殘余和刻蝕殘留物的方法。該灰化方法使用 涉及兩步等離子體工藝，其中在第一清潔步驟中向半導體結構施加低射頻電壓或零射頻電壓以從半導體結構上去除顯著量的光刻膠殘余和刻 蝕殘留物，并且從處理室表面上刻蝕并去除有害的氟碳殘留物。在第二 清潔步驟中向半導體結構施加增大的射頻電壓以從半導體結構上去除
剩余的光刻膠和刻蝕殘留物。但是該方法因為采用低偏置電壓，針對密 度較大或者摻雜之后的光刻膠層可能還是較難去凈。

發明內容
本發明提供了 一種去除光刻膠層的方法，在去除光刻膠層時可以更 干凈的去除灰化殘余物。
本發明提供的去除光刻膠的方法，提供一半導體結構，所述半導體
結構上具有光刻膠層；對光刻膠層進行第一步灰化，灰化掉部分厚度的 光刻膠層；對剩余的光刻膠層進行第二步灰化，將剩余的光刻膠層去除； 其中第 一步灰化中的等離子體灰化速率大于第二步灰化中的等離子體 的灰化速率。
可選的，所述第一步灰化中的等離子體的密度大于第二步灰化中的 等離子體的密度。
可選的，所述第一步灰化所去除的光刻膠層的厚度大于光刻膠層厚
度的一半。
可選的，所述第一步灰化和第二步灰化在反應腔內進行，并且第一 步灰化的反應腔內壓強大于第二步灰化的反應腔內壓強。
可選的，所述第一步灰化中，反應腔內的壓強為600mTorr至 1500mTorr。
可選的，所述第二步灰化中，反應腔的壓強小于600mTorr。 可選的，所述第一步灰化和第二步灰化的灰化氣體包括02和N2H2。 可選的，所述第一步灰化中，02的流量為6000sccm; N2H2的流量
為600sccm;反應腔內的壓強為1000mTorr;射頻電壓為1100W±50W;
反應腔內溫度為250°C ± 10°C。
可選的，所述第二步灰化中，02的流量為6000sccm; N2H2的流量
為600sccm;反應腔內的壓強為500 mTorr;射頻電壓為1100W ± 50W;
5反應腔內溫度為250°C ± 10°C。
可選的，所述第一步灰化的射頻電壓大于或等于所述第二步灰化的 射頻電壓。
上述技術方案^是供的去除光刻^g交層的方法的優點是利用兩步等離 子體灰化，在第一步灰化中，等離子體的灰化速率大于第二步灰化中等 離子體的灰化速率，從而在第一步灰化中可以更干凈的去除光刻膠層， 在第二步灰化中去除剩余的光刻膠層，因為第二步灰化中等離子體的灰 化速率小于第一步灰化中等離子體的灰化速率，因此第二步灰化時濺落 在半導體結構表面上的反應生成物較少，從而本發明在更干凈的去除灰
化殘余物。
在本發明的一個可選的技術方案中，第一步灰化去除光刻膠層的厚 度大于光刻膠層總厚度的一半，這樣可以去除大部分的不易去除的光刻 膠層，因此可以進一步減少灰化殘余物。
在本發明的一個可選的技術方案中，所述第一步灰化和第二步灰化 在反應腔內進行，并且第一步灰化的反應腔內壓強大于第二步灰化的反 應腔內壓強。因此通過調整反應腔內的壓強實現了第一步灰化中，等離 子體的灰化速率大于第二步灰化中等離子體的灰化速率，操作簡單容易 控制。


圖1為存在灰化殘余問題的半導體結構表面的示意圖； 圖2為本發明的去除光刻膠的方法的實施例的流程圖； 圖3-圖5為本發明的去除光刻膠的方法的過程示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是 本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員 可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公 開的具體實施的限制。其次，本發明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時， 為便于說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且 所述示意圖只是實例，其在此不應限制本發明保護的范圍。此外，在實 際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
下面對本發明的方法的實施例進行詳細描述。由于本發明涉及去除 光刻膠層的過程，因而下面的描述中，光刻膠層去除步驟以外的工藝步 驟僅僅是為了配合說明本發明的方法而引入的，并不能構成對本發明的 保護范圍的限制，而且，下面所描述的光刻膠層去除步驟以外的工藝步 驟并不僅僅限于下面的描述，也可采用本領域技術人員所習知的其它工
藝
傳統的去除光刻膠層的方法是利用等離子體干法去膠。將帶有光刻 膠層的半導體結構至于去膠機內，在射頻電壓的能量的作用下灰化氣體 被解離為等離子體，所述等離子體和光刻膠發生反應，從而將光刻膠層 去除。
但是在對灰化后的半導體結構檢測時，發現去除光刻膠層之后的半
導體結構的上表面存在灰化殘余物。發明人研究后認為光刻膠層在半 導體器件的制造中有時會充當摻雜離子時的光掩模層，因此柵極的摻 雜，光刻膠層也被摻雜進離子。以柵極預摻雜為例，在柵極的預摻雜過 程中，通常在N型有源區上的柵層中摻雜N型離子，例如磷；在P型 有源區上的柵層中摻雜P型離子，例如硼，因此在P型有源區上的柵層 中摻雜P型離子時，會用光刻膠層將N型有源區上的柵層進行掩蔽， 光刻膠層在P型有源區上的對應位置具有開口 。但是由于柵層摻雜時， 光刻膠層經過柵層摻雜之后通常也被摻雜了硼離子，這樣使得該光刻膠 層被;慘雜硼離子的位置不容易去除，因此在去除光刻膠層后，會存在灰 化殘余物，如果增大灰化速率，又會因為灰化速率太快在去除光刻膠層 的反應過程中，存在反應生成物濺落在半導體結構表面形成灰化殘余 物。
因此本發明^是供了 一種去除光刻膠層的方法，4是供一半導體結構，所述半導體結構上具有光刻膠層；對光刻膠層進行第一步灰化，灰化掉 部分厚度的光刻膠層；對剩余的光刻膠層進行第二步灰化，將剩余的光 刻膠層去除；其中第 一步灰化中的等離子體灰化速率大于第二步灰化中 的等離子體的灰化速率。
其中，所述第一步灰化中的等離子體的密度大于第二步灰化中的等 離子體的密度。
其中，所述第一步灰化灰化掉的光刻膠層的厚度大于光刻膠層厚度 的一半。
其中，所述第一步灰化和第二步灰化在反應腔內進行，并且第一步 灰化的反應腔內壓強大于第二步灰化的反應腔內壓強。
其中，所述第一步灰化中，反應腔內的壓強為600mTorr至 1500mTorr。
其中，所述第二步灰化中，反應腔的壓強小于600mTorr。
其中，所述第一步灰化和第二步灰化的灰化氣體包括02和N2H2。
其中，所述第 一步灰化中，02的流量為6000sccm; N2H2的流量為
600sccm;反應腔內的壓強為1000 mTorr;射頻電壓為1100W ± 50W;
反應腔內溫度為250。C ± 10°C。
其中，所述第二步灰化中，02的流量為6000sccm; N2H2的流量
為600sccm;反應腔內的壓強為500 mTorr;射頻電壓為1100W ± 50W;
反應腔內溫度為250°C ± l(TC。
其中，也可以使所述第一步灰化的射頻電壓大于或等于所述第二步
灰化的射頻電壓。
明。圖2為本發明的去除光刻膠層的方法的實施例的流程圖，請參考圖 2。
第一實施例
Sl:提供一半導體結構，所述半導體結構上具有光刻膠層； 請參考圖3,提供半導體結構200,所述的半導體結構200可以是
8單晶硅、多晶硅或非晶硅；所述半導體結構200也可以是硅、鍺、砷化 鎵或硅鍺化合物；該半導體結構200還可以具有外延層或絕緣層上硅結 構；所述的半導體結構200還可以是其它單晶硅、氧化物和多晶硅的疊 層結構，或者單晶硅、氧化物和金屬層的疊層結構，這里不再一一列舉。 半導體結構200上具有光刻膠層220,光刻膠層220具有開口。所
中，該半導體結構200包括^t層210,在4冊層210上具有厚度為7000 埃的光刻膠層220。
在本實施例中還包括對柵層210進行預摻雜的步驟。進行預摻雜時， 被摻雜的離子，例如硼離子，會從光刻膠層220的開口進入柵層，同時 被摻雜的離子也會進入光刻膠層220,停止在光刻膠層220中。例如采 用離子注入的方式，劑量為4E15,硼離子被離化、分離、加速獲得動 能，形成離子束流，穿過光刻膠層220的開口進入柵層210，同時也有 硼離子進入光刻膠層220,停留在光刻膠層220內，例如圖3所示的黑 點230為離子注入時進入光刻膠層220內的硼離子，因為硼離子注入光 刻膠層220,并和光刻膠層220結合，因此該處通常硬度較大，利用傳 統的去膠方法較難去除。而且進入光刻膠層的硼離子大部分會停留在光 刻膠層內靠近上表面的位置，從而在光刻膠層220內靠近上表面位置形 成一層光刻膠硬皮，較難去除。
S2:對光刻膠層220進行第一步灰化，灰化掉部分厚度的光刻膠層； 該步驟采用等離子體干法灰化。第一步灰化的灰化氣體包括02和 N2H2,在本實施例中，第一步灰化的灰化氣體為02和N2H2的混合氣體。 第一步灰化中向反應腔內通入02和N2H2,其中通入02流量為 6000sccm，通入N2H2的流量為600sccm;調整反應腔氣體流出的速度， 4吏反應腔內的壓強為600mTorr至1500 mTorr,例如為600mTorr 、 1000mTorr或1500mTorr;射頻電壓為1100W ± 50W;反應腔內溫度為 250°C ± 10°C。
在射頻電壓的作用下，灰化氣體02和N2H2的混合氣體被解離為氧
9原子O、氮原子N和氫原子H的等離子體，并和光刻膠層220發生化 學反應，生成的反應氣體被抽出反應腔，如圖4所示，第一步灰化去除 部分厚度的光刻膠層220，剩余部分厚度的光刻膠層220,在剩余的光 刻膠層220存在較少的硼離子。
因為傳統方法中，為了保證灰化氣體和光刻膠層220充分反應時產 生較少的賊落在半導體結構表面的反應生成物，通常在光刻膠層220灰 化時，反應室內的壓強為500 mTorr。在本實施例的第一步灰化中，通 過施加較大的壓強，從而使等離子體的密度較大，因此互相撞擊的頻率 也較高，使得等離子體的活性較強，從而灰化速率較快，因此傳統方法 中不容易去除的光刻膠層220中的區域，例如本實施例中的被注入硼離 子位置的光刻膠層，可以被去除的更干凈，因此這樣第一步灰化可以有 效地去除光刻膠層220的靠近上表面處的光刻膠硬皮。
在本實施例中，第一步灰化去除大于一半厚度的光刻膠層220,例 如灰化時間60s,灰化掉光刻膠的厚度為4375埃± 400埃。因此使得光 刻膠層的硬皮被有效去除，同時還使得光刻膠層220中的大部分的被注 入的硼離子被去除。
S3:對光刻膠層220進行第二步灰化，將剩余的光刻膠層220去除。
該步驟釆用等離子體千法灰化。第二步灰化的灰化氣體包括02和 N2H2,在本實施例中，第二步灰化的灰化氣體為02和N2H2的混合氣體。 第二步灰化中向反應腔內通入流量為6000sccm的02，通入流量為 600sccm的N2H2;調整反應腔氣體流出的速度，使反應腔內的壓強小于 600mTorr,例如為500mTorr;射頻電壓為1100W±50W;溫度為250
°c ± io°c。
在射頻電壓的能量的作用下，灰化氣體02和N2H2的混合氣體被解 離為氧原子O、氮原子N和氫原子H的等離子體，所述等離子體和光 刻膠層發生化學反應，生成的反應氣體被抽出反應腔，如圖5所示，從 而去除剩余的光刻膠層220,露出半導體結構200的表面。
在第二步灰化中，施加的射頻壓強小于第一步灰化中施加的射頻壓強，例如可以等于傳統技術中的壓強500mTorr,從而使等離子體的密度 減小，因此互相撞擊的頻率也較小，使等離子體的活性降低，從而使第 二步灰化中等離子體的灰化速率小于第一步灰化中的灰化速率，從而第 二步灰化中，不易出現因灰化過快、反應劇烈，生成的反應物濺落到半 導體結構表面的情況，因此第二步灰化在去除剩余的光刻膠層的同時， 減少了因反應物濺落到半導體結構表面而形成的灰化殘余物。
在本實施例中，第二步灰化的灰化時間為60s,去除厚度為2625 埃± 200埃的光刻膠層220。
因為第二步灰化目的是去除剩余的光刻膠層220，因此該步的灰化 速率應該使得硬度均勻的光刻膠層220可以被去除，而且不至于因為反 應過快造成反應物濺落形成灰化殘余物，因此第二步灰化除上述實施例 之外，也可采用本領域技術人員所習知的其它灰化方法和灰化參數實 現。
本發明的去除光刻膠的方法通過改進的兩步等離子體干法灰化，其 中第一步灰化中的等離子體灰化速率大于第二步灰化中的等離子體的
域，例如本實施例中的被注入硼離子位置的光刻膠。第二步灰化可完全 去除光刻膠層220,同時減少了因反應物濺落到半導體結構表面而形成 的灰化殘余物。
上述實施例中，利用第一步灰化中的等離子體的密度大于第二步灰 化中的等離子體的密度，從而使得第 一步灰化等離子體互相撞擊的頻率 較大，等離子體的活性增強；第二步灰化等離子體互相撞擊的頻率較小， 等離子體的活性降低，因此使得第一步灰化的速率大于第二步灰化的速 率，使得灰化過程更加精確、容易控制。
上述實施例中，利用第一步灰化的反應腔內壓強大于第二步灰化的 反應腔內壓強，使得第一步灰化中的等離子體的密度大于第二步灰化中 的等離子體的密度，方法簡便易行。
第二實施例在第二個實施例中，步驟S1和第一實施例相同。
S2:對光刻膠層220進行第一步灰化，灰化掉部分厚度的光刻膠層。 該步驟采用等離子體干法灰化。第一步灰化的灰化氣體包括02和 N2H2，在本實施例中，第 一步灰化的灰化氣體為02和N2H2的混合氣體。 第一步灰化中向反應腔內通入流量為6000sccm的02,通入流量為 600sccm的N2H2;反應腔內的壓強為500mTorr;射頻電壓大于1100W, 例如為1200W;反應月空內溫度為250°C ± 10°C。
因為傳統方法中，為了保證灰化氣體和光刻膠層220充分反應時產 生較少的'踐落在半導體結構表面的反應生成物，通常在光刻膠層灰化 時，射頻電壓1100W。在本實施例中，在第一步灰化中的等離子體為 02和N2H2的混合氣體被解離成氧原子O、氮原子N和氫原子H的等離 子體，通過施加較大的射頻電壓，從而使灰化氣體解離出的等離子體較 多，因此等離子體的密度較大，互相撞擊的頻率也4交高，使得等離子體 的活性較強，從而灰化速率較快，因此傳統方法中灰化不掉的光刻膠層 220的位置，可以被灰化的更干凈，例如本實施例中的被注入硼離子位 置的光刻膠，因此這樣第 一 步灰化可以有效地去除光刻膠層的靠近上表 面位置的光刻膠硬皮。
在本實施例中，第一步灰化所去除大于一半厚度的光刻膠層220, 例如灰化時間60s,灰化掉光刻膠層220的厚度為4375埃± 400埃。因 此使得光刻膠層220的硬皮被有效去除，同時還使得光刻膠層220被注 入的大部分硼離子^^皮去除。
S3:對光刻膠層220進行第二步灰化，將剩余的光刻膠層220去除。 該步驟釆用等離子體干法灰化。第二步灰化的灰化氣體包括02和
N2H2,在本實施例中，第二步灰化的灰化氣體為02和N2H2的混合氣體。
第二步灰化中向反應腔內通入流量為6000sccm的02,通入流量為 600sccm的N2H2;反應腔內的壓強為500mTorr;射頻電壓小于或等于 1100W,例如為1100W;溫度為250°C ± l(TC。
在射頻電壓的作用下，灰化氣體02和N2H2的混合氣體被解離為氧
12等離子體，所述等離子體和光刻膠層
220發生化學反應，生成的反應氣體被抽出反應腔，如圖5所示，從而 去除剩余的光刻膠層。
在第二步灰化中，通過施加小于第一步灰化中的射頻電壓的射頻電 壓，從而使解離的等離子體減少，使等離子體的密度減小，因此互相撞 擊的頻率也較小，使等離子體的活性降低，從而使第二步灰化中等離子 體的灰化速率小于第一步灰化中的灰化速率，從而第二步灰化中，不易 出現因灰化過快、反應劇烈，生成的反應物濺落到半導體結構表面的情 況，因此第二步灰化在去除剩余的光刻膠層的同時，減少了因反應物濺 落到半導體結構表面而形成的灰化殘余物。
在本實施例中，第二步灰化的灰化時間為60s,去除厚度為2625 埃± 200埃的剩余光刻膠層220。
除此之外，也可以將第一實施例與第二實施例相結合，在第一步灰 化中通過施加大于第二步灰化的壓強，并且大于第一步灰化的射頻電 壓，從而使第一步灰化等離子體的密度大于第二步灰化，因此互相撞擊 的頻率更高，使得第一步灰化的灰化速率大于第二步灰化的灰化速率，
凈，同時不易因灰化速率過快而使得反應物濺落到半導體結構表面，從 而形成灰化殘余物。
另外，在上述實施例中也可以應用于沒有進行#^雜硼原子的光刻膠 層220的去除。
另外，除柵層上的光刻膠層之外的光刻膠層的去除中，例如淺溝槽 隔離區(STI)的制作過程中光刻膠層的去除也可以應用該方法。
本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其并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范圍內，都可以做出可能 的變動和修改，因此本發明的保護范圍應當以本發明權利要求所界定的 范圍為準。
權利要求
1、一種去除光刻膠層的方法，其特征在于，提供一半導體結構，所述半導體結構上具有光刻膠層；對光刻膠層進行第一步灰化，灰化掉部分厚度的光刻膠層；對剩余的光刻膠層進行第二步灰化，將剩余的光刻膠層去除；其中第一步灰化的灰化速率大于第二步灰化的灰化速率。
2、 如權利要求1所述的去除光刻膠層的方法，其特征在于，所述 第一步灰化中的等離子體的密度大于所述第二步灰化中的等離子體的 密度。
3、 如權利要求2所述的去除光刻膠層的方法，其特征在于，所述 第 一 步灰化所去除的光刻膠層的厚度大于光刻膠層厚度的 一半。
4、 如權利要求1、 2或3所述的去除光刻膠層的方法，其特征在于， 所述第一步灰化和第二步灰化在反應腔內進行，并且第一步灰化的反應 腔內壓強大于第二步灰化的反應腔內壓強。
5、 如權利要求4所述的去除光刻膠層的方法，其特征在于，所述 第一步灰化中，反應腔內的壓強為600mTorr至1500mTorr。
6、 如權利要求5所述的去除光刻膠層的方法，其特征在于，所述 第二步灰化中，反應腔的壓強小于600 mTorr。
7、 如權利要求6所述的去除光刻膠層的方法，其特征在于，所述 第一步灰化和第二步灰化的灰化氣體包括02和N2H2。
8、 如權利要求7所述的去除光刻膠層的方法，其特征在于，所述 第一步灰化中，02的流量為6000sccm; N2H2的流量為600sccm;反應 腔內的壓強為1000mTorr;射頻電壓為1100W±50W;反應腔內溫度為 250°C ± 10°C。
9、 如權利要求7所述的去除光刻膠層的方法，其特征在于，所述 第二步灰化中，02的流量為6000sccm; N2H2的流量為600sccm;反應 腔內的壓強為500 mTorr;射頻電壓為1100W± 50W;反應腔內溫度為 250°C ± 10°C。
10、 如權利要求l、 2或3所述的去除光刻膠層的方法，其特征在于，所述第一步灰化的射頻電壓大于或等于所述第二步灰化的射頻電壓。
全文摘要
本發明公開了一種去除光刻膠層的方法，提供一半導體結構，所述半導體結構上具有光刻膠層；對光刻膠層進行第一步灰化，灰化掉部分厚度的光刻膠層；對剩余的光刻膠層進行第二步灰化，將剩余的光刻膠層去除；其中第一步灰化的灰化速率大于第二步灰化的灰化速率。該方法在去除光刻膠層時可以更干凈的去除灰化殘余物。
文檔編號H01L21/02GK101651099SQ200810118408
公開日2010年2月17日 申請日期2008年8月14日 優先權日2008年8月14日
發明者韓寶東, 韓秋華 申請人:中芯國際集成電路制造(北京)有限公司