光刻膠去除方法及半導體器件制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光刻膠去除方法及半導體器件制作方法，先在低溫環(huán)境下對待去除的光刻膠層進行濕法浸泡清洗，從而可以軟化并去除該光刻膠層表層的大部分硬殼，同時可以降低整個光刻膠層去除的成本；然后再對清洗后的半導體襯底進行紫外光照射烘干并維持低溫，從而改變剩余硬殼的性質，并避免光刻膠內易揮發(fā)溶劑散發(fā)導致光刻膠聚合物雜質的產生，使其容易通過后續(xù)的灰化處理工藝去除，同時對濕法清洗后的半導體襯底進行了烘干，從而為后續(xù)灰化處理工藝提供良好的反應環(huán)境；最后通過灰化處理工藝快速、高效的完成整個去膠過程，能夠解決光刻膠殘留問題，避免光刻膠殘留物造成的器件缺陷，提高制造的半導體器件的穩(wěn)定性和良率。
【專利說明】
光刻膠去除方法及半導體器件制作方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種光刻膠去除方法及半導體器件制作方法。
【背景技術】
[0002]在現代CMOS集成電路的制作工藝過程中，幾乎所有的襯底結構都是由離子注入形成的，從而使其滿足各種器件不同功能的要求。這些襯底結構的摻雜區(qū)的制作流程如下:首先使用光刻膠或者其他高于表面的結構，定義需要注入的區(qū)域，然后使用離子注入機將高能離子(比如砷、磷、硼等)嵌入到襯底中，最后去除光刻膠，得到所需的摻雜區(qū)。然而在高能離子注入涂布有光刻膠的襯底晶圓過程中，其中的部分高能離子會被吸附到光刻膠表面上甚至會摻雜到光刻膠中，使光刻膠表面甚至一定深度發(fā)生硬化，變成一種金剛石型與石墨型混合的碳質層堅硬外殼(crust )，該外殼主要由交聯(lián)的碳鏈化合物(如C-S1-O)且摻雜著各種注入的離子組分構成，其內部還包裹有沒有被高能離子照射到的(即沒有被硬化的)光刻膠。
[0003]現有的光刻膠去除工藝多采用250°C左右的氧氣混合含氟氣體(例如CF4)的高溫灰化工藝，通過氧氣與含氟氣體的混合氣體產生的等離子體碰撞光刻膠而產生易揮發(fā)性的反應物，來實現去除光刻膠的目的，例如公開號CN104701141A的專利申請。但是由于高能離子注入后形成的光刻膠外殼比較硬，因此通過現有的一道灰化工藝很難完全去除所有光刻膠，很容易造成較為嚴重的光刻膠殘留(PR Residue，如圖1中的虛線框所示)，這些光刻膠殘留物會給后續(xù)工藝帶來很多負面影響，進而降低半導體器件的穩(wěn)定性，造成產品良率下降。
[0004]因此，如何提供一種能夠解決光刻膠殘留問題的光刻膠去除方法，是本領域技術人員亟待解決的技術問題之一。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種光刻膠去除方法及半導體器件制作方法，能夠解決光刻膠殘留問題，避免光刻膠殘留物造成的器件缺陷，提高制成的半導體器件的穩(wěn)定性和良率。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種光刻膠去除方法，包括:
[0007]提供一半導體襯底，其上具有待去除的光刻膠層；
[0008]在120°C以下的條件下，對所述半導體襯底的光刻膠層進行濕法浸泡清洗；以除去所述光刻膠層的表面；
[0009]對清洗后的半導體襯底進行紫外光照射烘干，并維持半導體襯底溫度低于120°C;
[0010]對紫外光照射后的半導體襯底進行灰化處理，去除剩余的光刻膠層。
[0011]進一步的，所述濕法浸泡清洗的過程包括由30°C升溫到120°C的多步濕法浸泡清洗。
[0012]進一步的，所述多步濕法浸泡清洗中采用的清洗液不完全相同。
[0013]進一步的，所述濕法浸泡清洗采用的清洗液為酸溶液或臭氧水，所述酸溶液為氯酸溶液、高氯酸溶液、氫氟酸溶液、硝酸溶液或由硫酸與雙氧水體構成的SPM溶液。
[0014]進一步的，所述SPM溶液中的硫酸與雙氧水體積比為3:1?10:1。
[0015]進一步的，所述紫外光照射的波長與光刻膠的曝光波長一致。
[0016]進一步的，對紫外光照射后的半導體襯底進行灰化處理的過程包括兩步:
[0017]在120°C以下的條件下，采用氧氣與第一輔助氣體的混合氣體灰化處理所述光刻膠層的表面；
[0018]在200°C?300°C的條件下，用純氧氣或氧氣與第二輔助氣體的混合氣體灰化處理剩下的光刻膠層。
[0019]進一步的，所述第一輔助氣體為氮氣、氫氣、含氟氣體中的一種或幾種組合;所述第二輔助氣體為含氟氣體。
[0020]進一步的，所述含氟氣體為31卩4、肥3、5卩6、0卩4、0卩31、0^3、01疋、01疋2、(:疋6、(:疋6、C3F8、C4F8、C5F8、C4F6、C6F6、Cl2Fl5、Cl5Fl8 中的一種或幾種組合。
[0021]進一步的，在120°C的條件下的灰化處理工藝中的氧氣流量小于在200°C?300°C的條件下的灰化處理工藝中的氧氣流量。
[0022]進一步的，所述灰化處理工藝中，射頻功率為200W?250W，反應腔內的氣壓為500mTorr?2000mTorr。
[0023]本發(fā)明還提供一種半導體器件制作方法，包括上述的光刻膠去除方法。
[0024]進一步的，提供所述半導體襯底的步驟包括:
[0025]提供一半導體基底，在所述半導體基底上依次形成保護層、掩膜層和光刻膠層；
[0026]圖案化所述光刻膠層以定義出所述半導體基底的離子注入區(qū)域；
[0027]以圖案化的光刻膠層為掩膜，依次刻蝕所述掩膜層以及半導體基底，以將所述光刻膠層的圖案轉移到所述半導體基底上，形成離子注入區(qū)域；
[0028]對所述離子注入區(qū)域執(zhí)行離子注入。
[0029]與現有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有以下有益效果:
[0030]1、先在低溫環(huán)境下對待去除的光刻膠層進行濕法浸泡清洗，從而可以軟化并去除該光刻膠層表層的大部分硬殼，同時可以降低整個光刻膠層去除的成本;然后再對清洗后的半導體襯底進行紫外光照射烘干并維持低溫，從而改變剩余硬殼的性質，并避免光刻膠內易揮發(fā)溶劑散發(fā)導致光刻膠聚合物雜質的產生，使其容易通過后續(xù)的灰化處理工藝去除，同時對濕法清洗后的半導體襯底進行了烘干，從而為后續(xù)灰化處理工藝提供良好的反應環(huán)境，并節(jié)約了后續(xù)灰化處理的時間；最后通過灰化處理工藝快速、高效的完成整個去膠過程，能夠解決光刻膠殘留問題，避免光刻膠殘留物造成的器件缺陷，提高制造的半導體器件的穩(wěn)定性和良率。
[0031]2、進一步的，在濕法浸泡清洗工藝和灰化處理工藝中，均可采用升溫的多步工藝，使得光刻膠在低溫時充分與刻蝕劑反應，在高溫時加快去膠速率，提高去膠能力，從而節(jié)約整個去膠工藝的時間。
【附圖說明】
[0032]圖1是現有技術中的一種離子注入后去除光刻膠層的殘留情況電鏡圖；
[0033]圖2是本發(fā)明具體實施例的光刻膠去除方法流程圖。
【具體實施方式】
[0034]為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的說明，然而，本發(fā)明可以用不同的形式實現，不應只是局限在所述的實施例。
[0035]請參考圖2，本發(fā)明提出一種光刻膠去除方法，包括:
[0036]SI，提供一半導體襯底，其上具有待去除的光刻膠層；
[0037]S2，在120°C以下的條件下，對所述半導體襯底的光刻膠層進行濕法浸泡清洗；以除去所述光刻膠層的表面；
[0038]S3，對清洗后的半導體襯底進行紫外光照射烘干，并維持半導體襯底溫度低于120°C；
[0039]S4，對紫外光照射后的半導體襯底進行灰化處理，去除剩余的光刻膠層。
[0040]步驟SI中，提供所述半導體襯底的具體過程包括:
[0041]提供一半導體基底，在所述半導體基底上依次形成保護層、掩膜層和光刻膠層，所述半導體基底的材料可以為單晶硅(Si)、單晶鍺(Ge)、或硅鍺(GeSi)、碳化硅(SiC);也可以是絕緣體上硅(SOI)，絕緣體上鍺(G0I);或者還可以為其它的材料，例如砷化鎵等m-V族化合物;所述半導體基底上可以形成有半導體器件(圖中未示出)，例如:晶體管、二極管、電容、電感等；
[0042]圖案化所述光刻膠層以定義出所述半導體基底的離子注入區(qū)域；
[0043]以圖案化的光刻膠層為掩膜，依次刻蝕所述掩膜層以及半導體基底，以將所述光刻膠層的圖案轉移到所述半導體基底上，形成離子注入區(qū)域；
[0044]以圖案化的光刻膠層為掩膜，對所述離子注入區(qū)域執(zhí)行離子注入。以所述光刻膠層為掩模，對所述離子注入區(qū)域進行高劑量的離子注入，在半導體基底中形成摻雜區(qū)，比如:所述摻雜區(qū)可以為晶體管的源/漏區(qū)。在進行高劑量的離子注入后，由于高劑量離子的影響，光刻膠層會形成一部分難以溶于刻蝕溶液的物質(比如:無定形碳)。
[0045]在步驟S2中，所述濕法浸泡清洗的過程即濕法去除光刻膠工藝，主要是為了去除光刻膠層表面的硬殼，可以采用一種清洗液在同一溫度下完成，這種情況下，光刻膠的軟化效率和去除效率，隨著清洗液的消耗會逐漸降低。但是為了提高光刻膠硬殼的軟化效率和去除效率，可以采用一種清洗液并由30°C逐漸升溫到120°C來實現，當然也可以按照不同清洗液的不同溫度下的軟化效率和去除效率來選用多種清洗液，且更換清洗液的順序按照不同的清洗液最佳清洗溫度由低到高的順序，例如本實施例中共有四種清洗液:第一種清洗液在40 0C效果最佳，第二種清洗液在50 0C效果最佳，第三種清洗液在80 0C效果最佳，第四種清洗液在100°C效果最佳，則對具有待去除光刻膠層的半導體襯底進行多步濕法清洗的過程如下:先用第一種清洗液在40°C條件下浸泡半導體襯底一定時間，然后更換到第二種清洗液在50°C條件下浸泡半導體襯底一定時間，之后更換到第三種清洗液在80°C條件下浸泡半導體襯底一定時間，最后更換到第四種清洗液在100 °c條件下浸泡半導體襯底一定時間。其中的清洗液可以為酸溶液或臭氧水，所述酸溶液為氯酸溶液、高氯酸溶液、氫氟酸溶液、硝酸溶液或由硫酸與雙氧水體構成的SPM溶液，所述SPM溶液中的硫酸與雙氧水體積比為3:I?10:1，例如為5:1。該步驟中在低溫環(huán)境下采用相應的清洗液對光刻膠層進行濕法浸泡清洗，清洗液可以從光刻膠層的側面和表面溶解注入光刻膠表面的硬殼中，并逐步滲透入光刻膠層內部，從而可以軟化并去除光刻膠表層的大部分硬殼，并使大塊的光刻膠層從半導體襯底的表面脫落，在浸泡時間和清洗液容量足夠的情況下甚至可以去除半導體成表面大部分的光刻膠層。此外，濕法清洗液的成本較低，可以減少后續(xù)灰化處理工藝的處理時間，從而節(jié)約灰化處理工藝的損耗，進而降低整個光刻膠去除過程的成本。
[0046]在步驟S3中，對清洗后的半導體襯底進行紫外光照射烘干并維持低溫，可以繼續(xù)改變剩余硬殼的性質，并避免光刻膠內易揮發(fā)溶劑散發(fā)導致光刻膠聚合物雜質的產生，使其容易通過后續(xù)的灰化處理工藝去除，同時對濕法清洗后的半導體襯底進行了烘干，從而為后續(xù)灰化處理工藝提供良好的反應環(huán)境，并節(jié)約了后續(xù)灰化處理的時間。本步驟中，所述紫外光照射的波長優(yōu)選為與所述光刻膠層的曝光波長一致，例如，當所述光刻膠的曝光工藝中采用的波長為436nm，則所述紫外光照射的波長可以為400nm?450nm，優(yōu)選為436nm;當所述光刻膠的曝光工藝中采用的波長為248nm，則所述紫外光照射的波長可以為200nm?300nm，優(yōu)選為248nm;當所述光刻膠的曝光工藝中采用的波長為193nm，則所述紫外光照射的波長可以為150nm?250nm，優(yōu)選為193nm，由此可以使剩余的光刻膠硬殼得到最大程度的破壞，同時能夠最大程度地溶解未硬化的光刻膠。
[0047]在步驟S4中，當半導體襯底表面剩余較少的光刻膠層時，可以對半導體襯底僅進行一道高于200°C的灰化處理即可，而當剩余的光刻膠層依舊較厚時，該步驟可以分為低溫灰化和高溫灰化兩步過程，具體如下:
[0048]第一步低溫灰化:在120°C以下的條件下，采用氧氣與第一輔助氣體的混合氣體灰化處理所述光刻膠層的表面；
[0049]第二步高溫灰化:在200°C?300°C的條件下，用純氧氣或氧氣與第二輔助氣體的混合氣體灰化處理剩下的光刻膠層。
[0050]其中，所述第一輔助氣體為氮氣、氫氣、含氟氣體中的一種或幾種組合;所述第二輔助氣體為含氟氣體;所述含氟氣體為 SiF4、NF3、SF6、CF4、CF31、CHF3、CH3F、CH2F2、C2F6、C2F6、C3F8、C4F8、C5F8、C4F6、C6F6、Cl2Fl5、Cl5Fl8中的一種或幾種組合。且優(yōu)選的，在120°C的條件下的灰化處理工藝中的氧氣流量大于在200 °C?300 °C的條件下的灰化處理工藝中的氧氣流量，例如在50°C、85°C或100°C的條件下的灰化處理工藝中的氧氣流量為5000sccm，在250°C、265°C或280°C的條件下的灰化處理工藝中的氧氣流量為lOOOOsccm。
[0051]優(yōu)選的，所述第一輔助氣體為氮氣、氫氣和含氟氣體的組合，其中的含氟氣體可以進一步防止灰化處理過程中光刻膠的硬化，氮氣、氫氣可以提高光刻膠生成易揮發(fā)物質的效率。
[0052]進一步的，所述灰化處理工藝中，射頻功率為200W?250W，反應腔內的氣壓為500mTorr?2000mTorr。
[0053]此外，本發(fā)明還提供一種半導體器件制作方法，包括:
[0054]提供一半導體基底，在所述半導體基底上依次形成保護層、掩膜層和光刻膠層；
[0055]圖案化所述光刻膠層以定義出所述半導體基底的離子注入區(qū)域；
[0056]以圖案化的光刻膠層為掩膜，依次刻蝕所述掩膜層以及半導體基底，以將所述光刻膠層的圖案轉移到所述半導體基底上，形成離子注入區(qū)域；
[0057]以圖案化的光刻膠層為掩膜，對所述離子注入區(qū)域執(zhí)行離子注入；
[0058]在120°C以下的條件下，對所述半導體襯底的光刻膠層進行濕法浸泡清洗；以除去所述光刻膠層的表面；
[0059]對清洗后的半導體襯底進行紫外光照射烘干，并維持半導體襯底溫度低于120°C;
[0060]對紫外光照射后的半導體襯底進行灰化處理，去除剩余的光刻膠層。
[0061]綜上所述，本發(fā)明提供的光刻膠去除方法和半導體制作方法，先在低溫環(huán)境下對光刻膠層進行濕法浸泡清洗，從而可以軟化并去除光刻膠表層的大部分硬殼;然后再對清洗后的半導體襯底進行紫外光照射烘干并維持低溫，從而改變剩余硬殼的性質，并避免光刻膠內易揮發(fā)溶劑散發(fā)導致光刻膠聚合物雜質的產生，使其容易通過后續(xù)的灰化處理工藝去除，同時對濕法清洗后的半導體襯底進行了烘干，以節(jié)約后續(xù)灰化處理的時間；最后通過灰化處理工藝快速、高效的完成整個去膠過程，能夠解決光刻膠殘留問題，避免光刻膠殘留物造成的器件缺陷，提高制造的半導體器件的穩(wěn)定性和良率。
[0062]顯然，本領域的技術人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1.一種光刻膠去除方法，其特征在于，包括: 提供一半導體襯底，其上具有待去除的光刻膠層； 在120°C以下的條件下，對所述半導體襯底的光刻膠層進行濕法浸泡清洗；以除去所述光刻膠層的表面； 對清洗后的半導體襯底進行紫外光照射烘干，并維持半導體襯底溫度低于120°C; 對紫外光照射后的半導體襯底進行灰化處理，去除剩余的光刻膠層。2.如權利要求1所述的光刻膠去除方法，其特征在于，所述濕法浸泡清洗的過程包括由30 V升溫到120°C的多步濕法浸泡清洗。3.如權利要求2所述的光刻膠去除方法，其特征在于，所述多步濕法浸泡清洗中采用的清洗液不完全相同。4.如權利要求1或3所述的光刻膠去除方法，其特征在于，所述濕法浸泡清洗采用的清洗液為酸溶液或臭氧水，所述酸溶液為氯酸溶液、高氯酸溶液、氫氟酸溶液、硝酸溶液或由硫酸與雙氧水體構成的SPM溶液。5.如權利要求4所述的光刻膠去除方法，其特征在于，所述SPM溶液中的硫酸與雙氧水體積比為3:1?10:1。6.如權利要求1所述的光刻膠去除方法，其特征在于，所述紫外光照射的波長與光刻膠的曝光波長一致。7.如權利要求1所述的光刻膠去除方法，其特征在于，對紫外光照射后的半導體襯底進行灰化處理的過程包括兩步: 在120°C以下的條件下，采用氧氣與第一輔助氣體的混合氣體灰化處理所述光刻膠層的表面； 在200°C?300°C的條件下，用純氧氣或氧氣與第二輔助氣體的混合氣體灰化處理剩下的光刻膠層。8.如權利要求7所述的光刻膠去除方法，其特征在于，所述第一輔助氣體為氮氣、氫氣、含氟氣體中的一種或幾種組合;所述第二輔助氣體為含氟氣體。9.如權利要求8所述的光刻膠去除方法，其特征在于，所述含氟氣體為SiF4、NF3、SF6、CF4、CF31、CHF3、CH3F、CH2F2、C2F6、C2F6、C3F8、C4F8、C5F8、C4F6、C6F6、C12F15、C15F18 中的一種或幾種組合。10.如權利要求7所述的光刻膠去除方法，其特征在于，在120°C的條件下的灰化處理工藝中的氧氣流量小于在200°C?300°C的條件下的灰化處理工藝中的氧氣流量。11.如權利要求7所述的光刻膠去除方法，其特征在于，所述灰化處理工藝中，射頻功率為200W?250W，反應腔內的氣壓為500mTorr?2000mTorr。12.—種半導體器件制作方法，其特征在于，包括權利要求1至11中任一項所述的光刻月父去除方法。13.如權利要求12所述的半導體器件制作方法，其特征在于，提供所述半導體襯底的步驟包括: 提供一半導體基底，在所述半導體基底上依次形成保護層、掩膜層和光刻膠層； 圖案化所述光刻膠層以定義出所述半導體基底的離子注入區(qū)域； 以圖案化的光刻膠層為掩膜，依次刻蝕所述掩膜層以及半導體基底，以將所述光刻膠層的圖案轉移到所述半導體基底上，形成離子注入區(qū)域； 對所述離子注入區(qū)域執(zhí)行離子注入。
【文檔編號】G03F7/42GK105824202SQ201610307221
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】陳宏
【申請人】上海華虹宏力半導體制造有限公司