一種等離子體去除光刻膠的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種等離子體去除光刻膠的方法，在反應(yīng)腔上施加低頻率的射頻功率源取代傳統(tǒng)的高頻率的射頻功率源，使得反應(yīng)腔內(nèi)含氧的反應(yīng)氣體在低射頻功率的作用下激發(fā)等離子體放電，產(chǎn)生高活性離子，實現(xiàn)對光刻膠的刻蝕去除反應(yīng)。通過采用低頻的射頻功率源，抑制了氧自由基的生成，避免了氧自由基的分布不均導(dǎo)致的基片不同區(qū)域刻蝕反應(yīng)的速率不同的問題。保證了在高活性離子和氧化性分子的作用下均勻快速的完成光刻膠的去除反應(yīng)。
【專利說明】一種等離子體去除光刻膠的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及等離子體處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種等離子體去膠的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】中，經(jīng)常需要在半導(dǎo)體基片上構(gòu)圖刻蝕形成孔洞或溝槽，在刻蝕前首先要在半導(dǎo)體基片表面涂覆光刻膠，利用光刻膠的準(zhǔn)確曝光將所需的刻蝕圖形轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體基片的刻蝕基底上，光刻膠可以作為掩膜覆蓋在刻蝕區(qū)以外的區(qū)域，保護刻蝕區(qū)以外的半導(dǎo)體基底不被刻蝕?？涛g過程中，半導(dǎo)體基片在等離子體環(huán)境下被刻蝕為需要的圖形，刻蝕完成后涂覆在半導(dǎo)體基片表面的光刻膠需要進行去除。
[0003]由于光刻膠的主要成分為有機物，目前常用的去除光刻膠的方法為:在較高射頻(頻率大于等于25Mhz)電源作用下激發(fā)02或者C02等含氧氣體解離生成0自由基，利用0自由基為反應(yīng)物與光刻膠層進行化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)利用等離子體去膠的目的。然而，反應(yīng)氣體進入反應(yīng)腔后電離成0自由基，0自由基在基片表面進行光刻膠去除的同時，在反應(yīng)腔下方設(shè)置的真空抽氣泵的作用下會向邊緣擴散導(dǎo)致反應(yīng)腔內(nèi)邊緣濃度大于中間濃度。0自由基在反應(yīng)腔體內(nèi)的不均勻分布會造成很多技術(shù)問題，如，當(dāng)光刻膠下方的目標(biāo)刻蝕層為低介電常數(shù)的絕緣材料時，由于低介電常數(shù)的材料分子式為S1-C-0-Η，0自由基容易與低介電常數(shù)材料反應(yīng)，改變低介電常數(shù)材料的介電常數(shù)，而鑒于氧自由基在腔體內(nèi)濃度分布的不均勻性，基片邊緣的光刻膠最先刻蝕完成，當(dāng)基片邊緣的光刻膠去除后，氧自由基進一步與基片邊緣處的低介電常數(shù)材料反應(yīng)，使得基片邊緣損傷，造成電流泄露(current leakage)等問題。對于另外一些制程，特別是一些純粹刻蝕有機材料的制程中，需要非常高的刻蝕均勻度。如果采用自由基進行刻蝕，由于的自由基的分布不均勻造成的刻蝕速率不均勻會嚴(yán)重影響刻蝕工藝的工藝窗口。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種等離子體去除光刻膠的方法，所述方法在一反應(yīng)腔內(nèi)進行，所述光刻膠位于基片的表面，所述光刻膠下方為目標(biāo)刻蝕層，所述方法包括下列步驟:向所述反應(yīng)腔內(nèi)提供含氧的反應(yīng)氣體，對所述反應(yīng)腔施加一小于等于5兆赫茲的低射頻功率，所述含氧的反應(yīng)氣體在低射頻功率的作用下激發(fā)等離子體放電，產(chǎn)生高活性離子，所述高活性離子對光刻膠進行刻蝕去除反應(yīng)。
[0005]進一步的，所述反應(yīng)氣體中的氧化性氣體分子在高活性離子的作用下對光刻膠進行刻蝕去除反應(yīng)。
[0006]優(yōu)選的，所述反應(yīng)腔內(nèi)氣壓為200MT-2T。
[0007]進一步的，所述反應(yīng)腔內(nèi)氣壓為500MT-2T。較高地反應(yīng)腔內(nèi)氣壓有利于反應(yīng)氣體吸附在光刻膠表面，從而使其中的氧化性分子與光刻膠進行反應(yīng)。
[0008]優(yōu)選的，所述反應(yīng)氣體包括02，03，N02, S02, C02中的至少一種。
[0009]優(yōu)選的，所述反應(yīng)氣體還包括COS和⑶中的一種或兩種。
[0010]優(yōu)選的，所述反應(yīng)氣體還包括Ar和Xe中的一種或兩種。
[0011]優(yōu)選的，所述反應(yīng)氣體的流量范圍為200sccm-5000sccm。
[0012]優(yōu)選的，所述反應(yīng)氣體的流量范圍為1500sccm-5000sccm。
[0013]優(yōu)選的，所述目標(biāo)刻蝕層為低介電常數(shù)的絕緣材料，所述絕緣材料的介電常數(shù)小于 3F/m。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點在于:在反應(yīng)腔上施加低頻率的射頻功率源取代傳統(tǒng)的高頻率的射頻功率源，使得反應(yīng)腔內(nèi)含氧的反應(yīng)氣體在低射頻功率的作用下激發(fā)等離子體放電，產(chǎn)生高活性離子，實現(xiàn)對光刻膠的刻蝕去除反應(yīng)。通過采用低頻的射頻功率源，抑制了氧自由基的生成，避免了氧自由基的分布不均導(dǎo)致的基片不同區(qū)域刻蝕反應(yīng)的速率不同的問題。保證了在高活性離子和氧化性分子的作用下均勻快速的完成光刻膠的去除反應(yīng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0016]如下附圖構(gòu)成了本說明書的一部分，和說明書一起列舉了不同的實施例，以解釋和闡明本發(fā)明的宗旨。以下附圖并沒有描繪出具體實施例的所有技術(shù)特征，也沒有描繪出部件的實際大小和真實比例。
[0017]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中去除光刻膠反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2示出現(xiàn)有技術(shù)中基片表面不同區(qū)域的光刻膠刻蝕率曲線；
[0019]圖3示出氧化性分子和氧化性正離子在基片表面刻蝕的原理示意圖；
[0020]圖4示出本發(fā)明所述基片表面不同區(qū)域的光刻膠刻蝕率曲線。

【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明公開了一種在反應(yīng)腔內(nèi)去除半導(dǎo)體基片表面的光刻膠的方法，為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0022]在半導(dǎo)體基片刻蝕完成之后需要對其表面的光刻膠進行去除，光刻膠用來作為從光刻掩膜到基片表面的圖形轉(zhuǎn)移媒介以及被刻蝕區(qū)域的阻擋層，一旦刻蝕完成，光刻膠在硅片表面就不再有用，必須完全去除?，F(xiàn)有技術(shù)中可以采用濕法去除光刻膠的方法，但在大部分應(yīng)用中，由于對化學(xué)藥品所需的管理和處理，使得濕法去除光刻膠并不合算。而且在干法刻蝕之前，光刻膠的表面在氟基或氯基氣體中進行加固處理，這就使得光刻膠在大部分的濕法去膠液中不溶解。在這種情況下需要用干法等離子體刻蝕光刻膠技術(shù)。
[0023]現(xiàn)有技術(shù)中的干法等離子體刻蝕技術(shù)主要是通過在高射頻功率源(通常高于25MHZ)及20Mt?200Mt的壓力作用下，將反應(yīng)腔內(nèi)含氧的刻蝕氣體解離生成氧自由基，利用氧自由基與光刻膠在等離子體環(huán)境下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來去除光刻膠。圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中去除光刻膠反應(yīng)腔結(jié)構(gòu)示意圖，為了保證干法等離子體刻蝕光刻膠反應(yīng)的持續(xù)進行，反應(yīng)腔100上方的氣體噴淋頭101不斷注入含氧的反應(yīng)氣體，反應(yīng)腔100下方設(shè)置真空抽氣泵105，將反應(yīng)后的氣體排出反應(yīng)腔。真空抽氣泵105通常設(shè)置于反應(yīng)腔100底部，基片支撐架102的外圍，故反應(yīng)氣體會持續(xù)不斷的由基片150中心區(qū)域向基片150邊緣區(qū)域擴散，如曲線110所示，導(dǎo)致基片150中心區(qū)域氧自由基的濃度小于邊緣區(qū)域氧自由基的濃度，從而使得光刻膠刻蝕中間區(qū)域的反應(yīng)速率小于邊緣區(qū)域的反應(yīng)速率，如曲線120所示。為了更為直觀的描述曲線120，圖2示出現(xiàn)有技術(shù)中基片表面不同區(qū)域的光刻膠刻蝕率曲線。
[0024]基片表面光刻膠不均勻的刻蝕速率導(dǎo)致光刻膠的去除極不均勻，隨著反應(yīng)的進行，邊緣區(qū)域的去膠完成后，高濃度的氧自由基會繼續(xù)對邊緣的光刻膠下方的目標(biāo)刻蝕層進行刻蝕，對基片邊緣區(qū)域造成嚴(yán)重損傷，影響基片的合格率?？紤]到氧自由基呈電中性，容易受氣流影響改變分布，為了提供一種均勻去除光刻膠的方法，本發(fā)明利用氧化性氣體分子和氧化性正離子代替氧自由基進行光刻膠刻蝕。
[0025]在本發(fā)明中，采用低頻的射頻功率源取代高頻的射頻功率源對反應(yīng)氣體進行解離，低頻射頻功率源的頻率小于5兆赫茲，功率在50瓦-1000瓦之間。圖3示出氧化性氣體分子和氧化性正離子在基片表面刻蝕的原理示意圖；在較高的反應(yīng)腔體壓力下，氧化性氣體分子140如C02，02等在基片表面的吸附能力大大增強。此時，以低頻射頻功率源產(chǎn)生的高活性氧化性正離子130在等離子體鞘層的加速下轟擊基片表面的光刻膠并與光刻膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時基片表面吸附的氧化性氣體分子140在氧化性正離子130提供的能量作用下，也與光刻膠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，與氧化性正離子130 —同進行光刻膠的刻蝕去除。在本實施例中，含氧氣體包括C02，02，03，N02, S02中的至少一種，所述氣體在射頻功率源的作用下解離生成氧正離子、氧自由基及氧原子等粒子，當(dāng)射頻功率源大于25MHZ時，生成氧自由基的濃度較大，當(dāng)射頻功率源根據(jù)本發(fā)明所述小于5MHZ時，生成的氧正離子濃度較大。根據(jù)上文描述，氧自由基分布易受氣流影響，故為了得到均勻的刻蝕速率，本發(fā)明的技術(shù)方案盡可能的減少氧自由基的濃度，增加氧正離子的濃度。
[0026]為了進一步增強反應(yīng)腔內(nèi)光刻膠刻蝕速率，可以在反應(yīng)氣體中加入Ar氣或/和Xe氣等惰性氣體，由于Ar氣和Xe氣容易解離生成Ar+和Xe+，在等離子體中具有較大的動能，可以增加攜帶氧化性氣體分子140的能量，實現(xiàn)光刻膠的快速刻蝕。本發(fā)明中所述的氧化性正離子130包括0+、02+、C02+、Ar+等，本實施例中，氧自由基濃度較低，且氧化性正離子130在光刻膠表面轟擊均勻，因此光刻膠刻蝕均勻性更好，如圖4所示，基片中心區(qū)域的和邊緣區(qū)域的光刻膠刻蝕速率相同。由于在對光刻膠下方的目標(biāo)刻蝕層刻蝕過程中使用了碳氟氣體，因此刻蝕完成后光刻膠表面和反應(yīng)腔側(cè)壁會殘留碳氟聚合物，在光刻膠去膠反應(yīng)過程中會釋放活性F*，進一步腐蝕刻蝕目標(biāo)層。為減少活性F*的影響，可以在反應(yīng)氣體中加入COS和/或CO等氣體，COS和C0氣體可以與F離子反應(yīng)，生成氣相的COFx。本實施例中，上述含氧反應(yīng)氣體的氣體流量范圍為200SCCm-5000SCCm之間，為了最大限度的減少等離子體中氧自由基的濃度，減少氧自由基產(chǎn)生的不均勻刻蝕，可以采用更大流量的反應(yīng)氣體對氧自由基進行稀釋，在某些實施例中，所述反應(yīng)氣體的氣體流量范圍為1500SCCm-5000SCCm之間。
[0027]本發(fā)明技術(shù)方案能夠順利實現(xiàn)的另一個關(guān)鍵因素是反應(yīng)腔100內(nèi)的壓強，由于較高的反應(yīng)腔體壓力會增加氧化性氣體分子在基片表面的吸附能力，同時，在較高的反應(yīng)腔壓力下氧自由基會發(fā)生復(fù)合反應(yīng)生成氧氣分子，進一步抑制氧自由基的產(chǎn)生，減少氧自由基的濃度，故本發(fā)明采用的反應(yīng)腔100內(nèi)的壓力為200MT-2T，為使效果更為顯著，在某些實施例中，可以采用的反應(yīng)腔100內(nèi)的壓力為500MT-2T。本實施例中，光刻膠下方的目標(biāo)刻蝕層為低介電常數(shù)的絕緣材料，介電常數(shù)通常小于等于3F/m。通過采用本發(fā)明所述的技術(shù)方案，有效地避免了受氧自由基濃度分布不均對低介電常數(shù)材料造成的損傷，保證了基片表面光刻膠的去除均勻、完全，提高了基片加工的合格率。
[0028]本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子體去除光刻膠的方法，所述方法在一反應(yīng)腔內(nèi)進行，所述光刻膠位于基片的表面，所述光刻膠下方為目標(biāo)刻蝕層，其特征在于，所述方法包括下列步驟:向所述反應(yīng)腔內(nèi)提供含氧的反應(yīng)氣體，對所述反應(yīng)腔施加一小于等于5兆赫茲的低射頻功率，所述含氧的反應(yīng)氣體在低射頻功率的作用下激發(fā)等離子體放電，產(chǎn)生高活性離子，所述高活性離子對光刻膠進行刻蝕去除反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體去除光刻膠的方法，其特征在于:所述反應(yīng)氣體中的氧化性氣體分子在高活性離子的作用下對光刻膠進行刻蝕去除反應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體去除光刻膠的方法，其特征在于:所述反應(yīng)腔內(nèi)氣壓為 200MT-2T。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體去除光刻膠的方法，其特征在于:所述反應(yīng)腔內(nèi)氣壓為 500MT-2T。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體去除光刻膠的方法，其特征在于:所述反應(yīng)氣體包括 02，03，no2, so2, co2 中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體去除光刻膠的方法，其特征在于:所述反應(yīng)氣體還包括COS和C0中的一種或兩種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體去除光刻膠的方法，其特征在于:所述反應(yīng)氣體還包括Ar和Xe中的一種或兩種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體去除光刻膠的方法，其特征在于:所述反應(yīng)氣體的流量范圍為 200sccm-5000sccm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體去除光刻膠的方法，其特征在于:所述反應(yīng)氣體的流量范圍為 1500sccm-5000sccm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體去除光刻膠的方法，其特征在于:所述目標(biāo)刻蝕層為低介電常數(shù)的絕緣材料，所述絕緣材料的介電常數(shù)小于3F/m。
【文檔編號】G03F7/42GK104345581SQ201310312175
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月23日
【發(fā)明者】王兆祥, 倪圖強 申請人:中微半導(dǎo)體設(shè)備(上海)有限公司