CN103592827B - 去除高剂量离子注入后的光刻胶层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种去除高剂量离子注入后的光刻胶层的方法，包括步骤：在半导体衬底上依次形成保护层、掩膜层和光刻胶层；图案化所述光刻胶层以定义离子注入区域并暴露部分所述掩膜层；湿法去除所述暴露的掩膜层；对所述衬底执行离子注入；进一步湿法去除位于保护层和所述光刻胶层之间的掩膜层以暴露所述光刻胶层的内部区域；湿法去除所述光刻胶层。本发明可以在一个湿刻蚀步骤中把受到高剂量离子注入的光刻胶通过其内部区域把之彻底去除，由于省略了现有技术中在含氧气氛中灰化的步骤，所以不会对晶片造成损害。

Description

去除高剂量离子注入后的光刻胶层的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种去除高剂量离子注入后的光刻胶层的方法。

背景技术

目前，集成电路已经从60年代的每个芯片上仅几十个器件发展到现在的每个芯片上可包含约10亿个器件，集成电路之所以能飞速发展，光刻技术的支持起到了极为关键的作用。因为它直接决定了单个半导体器件的物理尺寸，因此光刻技术的水平已经成为决定半导体器件集成度的最重要的因素之一。

光刻技术的基本工艺通常包括涂胶、曝光和显影三大步骤。涂胶工艺的目的是在晶片表面建立薄而均匀、没有缺陷的光刻胶层。曝光是通过曝光灯或其他辐射光源将光掩模上的图形转移到光刻胶层上。曝光后，器件或电路图形以曝光和未曝光区域的形式记录在光刻胶层上。显影后光掩模的图案就固定在光刻胶层上。

在光刻工艺之后即可以光刻胶层为掩模进行刻蚀工艺或者是离子注入工艺。

湿法刻蚀、干法刻蚀或离子注入后，晶片表面的光刻胶都需要去除。

光刻胶层是一层有机物层其经常用于集成电路的制造，其可以使用有机溶剂，例如丙酮、N-甲基吡咯烷酮（NMP）等来去除。但是在高剂量的离子注入工艺步骤之后，其很难用以上的方法来去除。

现有技术中也有将在高剂量的离子注入步骤之后的光刻胶层去除的尝试。例如使用含氧气体灰化光刻胶层和湿刻蚀的方法。其中湿刻蚀所使用的化学溶剂包括硫酸和过氧化氢的混合物(Sulfuric-peroxidemixture（SPM）)或NMP。但是在用本方法来去除光刻胶时晶片的表面会受到含氧气体的损害，此外由于LDD区域十分接近于晶片的表面，所以这样的损害需要避免。

也有使用具有高体积比的SPM溶液来去除高剂量的离子注入后的光刻胶的尝试。但是该方法对光刻胶层的去除耗时较长、需要很高的反应温度且收效甚微。所以需要一种能把经过高剂量离子注入后的光刻胶彻底去除的方法。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提供一种去除高剂量离子注入后的光刻胶层的方法，包括步骤：a)在半导体衬底上依次形成保护层、掩膜层和光刻胶层；b)图案化所述光刻胶层以定义离子注入区域并暴露部分所述掩膜层；c)湿法去除所述暴露的掩膜层；d)对所述衬底执行离子注入；e)进一步湿法去除位于保护层和所述光刻胶层之间的掩膜层以暴露所述光刻胶层的内部区域；f)湿法去除所述光刻胶层。

进一步，其特征在于使用氮化物形成所述保护层，

进一步，其特征在于所述形成的保护层具有厚度10-20埃。

进一步，其特征在于使用氧化物形成所述掩膜层，

进一步，其特征在于所述形成掩膜层的方法是LTCVD，

进一步，其特征在于所述形成的掩膜层具有厚度200-300埃。

进一步，其特征在于使用DHF执行步骤c)和步骤e)中掩膜层的湿法去除。

进一步，其特征在于步骤c)中使用100:1DHF。

进一步，其特征在于步骤e)中使用300:1DHF，反应时间为40秒。

进一步，其特征在于使用SPM执行步骤f)中光刻胶层的湿法去除，反应温度为125摄氏度。

进一步，其特征在于还包括在步骤f)之后，湿法去除所述掩膜层和所述保护层。

进一步，其特征在于使用H3PO4执行步骤f)之后掩膜层的湿法去除，反应温度为160摄氏度。

进一步，其特征在于使用DHF执行所述步骤f)之后保护层的湿法去除。

进一步，其特征在于所述湿法去除在同一个湿制程机台中进行。

本发明可以在一个湿刻蚀步骤中把受到高剂量离子注入的光刻胶通过其内部区域把之彻底去除，由于省略了现有技术中在含氧气氛中灰化的步骤，所以不会对晶片造成损害。

本发明还具有可以在较低的温度条件下执行所述湿刻蚀以及湿法去除的多个步骤在一个湿制程机台中执行从而减少晶片搬运次数的优点。

附图说明

图1-4是本发明各个工艺步骤的器件剖面图。

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来说显而易见的是，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。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便说明本发明是如何有效去除经过高剂量离子注入后的光刻胶层且不对晶片表面造成损害的。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。本发明的较佳实施方式详细描述如下，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/或它们的组合接下来，将结合附图更加完整地描述本发明

参照图1。提供半导体衬底200，所述衬底可以为以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅（SOI）、绝缘体上层叠硅（SSOI）、绝缘体上层叠锗化硅（S-SiGeOI）以及绝缘体上锗化硅（SiGeOI）等，在所述衬底中可以具有掺杂区域和/或隔离结构，所述隔离结构为浅沟槽隔离（STI）结构或者局部氧化硅（LOCOS）隔离结构等，图中省略。然后在该衬底上依次形成具有堆栈结构的保护层201和掩膜层202。其中可以通过包括化学气相沉积法(CVD)，如低温化学气相沉积(LTCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、快热化学气相沉积(LTCVD)、等离子体化学气相沉积(PECVD)，也可使用例如溅镀及物理气相沉积(PVD)等一般相似方法使用SiN来形成该保护层201，优选的使用低温化学气相沉积(LTCVD)来形成，其可以具有10-20埃的厚度。可以通过包括化学气相沉积法(CVD)，如低温化学气相沉积(LTCVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、快热化学气相沉积(LTCVD)、等离子体化学气相沉积(PECVD)，也可使用例如溅镀及物理气相沉积(PVD)等一般相似方法使用SiO2来形成该掩膜层202，优选的使用低温化学气相沉积(LTCVD)来形成，其可以具有200-300埃的厚度。

然后在掩膜层的上形成光刻胶层203。还可以包括形成抗反射涂层（ARC)的步骤，即还可以先形成底部抗反射涂层（BARC）（图中未示出）于硬掩膜层202上，可以使用TiN或SiN来形成BARC层，然后再形成光刻胶层于该BARC层上；或先形成光刻胶层203于硬掩膜层202上，再在该光刻胶层上形成顶部防反射涂层（TARC）（图中未示出）的步骤。形成的方法可以是旋转涂胶的方法。

还可以进行对准的步骤，然后将该具有光刻胶的半导体衬底置于曝光设备中进行曝光以图案化光刻胶层的步骤以及烘烤的步骤等，并暴露一部分掩膜层202。

参见图2。执行稀释HF（DHF）去除的步骤，本步骤可以将所暴露的SiO2的掩膜层去除并使其部分凹进于光刻胶层和保护层201之间。可以是用100:1DHF来去除，处理的时间可以设置为20-50秒。

然后执行离子注入的步骤。即可以是形成沟道、袋形注入区、轻掺杂源漏极和源极漏极等的离子注入。注入的离子停留在靠近光刻胶层表面的位置，使其具有十分坚硬的表面，参见图2示出的光刻胶层203的相应部分。

参见图3。对晶圆再次执行DHF去除工艺以进一步去除位于保护层和光刻胶层之间的部分掩膜层202。在一个实施例中选用300:1DHF，反应时间为40秒，进一步以103埃/分钟的速率刻蚀SiO2的掩膜层使其进一步凹进（pullback）于光刻胶层和保护层201之间，暴露出内部的光刻胶层。由于大多数注入的离子停留在靠近光刻胶层表面的位置，使得光刻胶层的表面具有十分坚硬的性质，但是光刻胶层的内部区域，即在以上实施例中通过去除SiO2的掩膜层而暴露的光刻胶层的内部区域依然具有较软的性质，参见图3示出的光刻胶层203的相应部分。

参照图4。进行去除光刻胶层的步骤。在本发明中，对经过上述步骤处理过的晶片执行热硫酸和或过氧化氢的混合物（SPM）去除工艺，其反应的温度约为125摄氏度。即可以容易地通过具有较软性质的光刻胶内部将光刻胶层去除。

然后还可以包括把残留的掩膜层202和保护层201去除的步骤。

在本发明的一个实施例中，再次执行DHF工艺来去除剩下的SiO2的掩膜层。

然后使用H3PO4来去除SiN的保护层，该步骤的反应温度约为160摄氏度。

本发明的去除光刻胶层的方法为全湿法（all-wet），不需要灰化等等离子处理过程。特别的，本发明的去除光刻胶层的方法可以在同一个湿制程机台中进行，即上述去除掩膜层、保护层以及光刻胶层的步骤可以在同一个湿制程机台中进行，从而减少对晶片搬运的次数。

因此，根据本发明的去除光刻胶的方法，可以减少晶片表面的光刻胶残留，进而有效提高半导体器件的性能。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式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方式范围内。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方式，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。

Claims (14)

1.一种去除高剂量离子注入后的光刻胶层的方法，包括步骤：

a)在半导体衬底上依次形成保护层、掩膜层和光刻胶层；

b)图案化所述光刻胶层以定义离子注入区域并暴露部分所述掩膜层；

c)湿法去除所述暴露的掩膜层；

d)对所述衬底执行离子注入；

e)进一步湿法去除位于保护层和所述光刻胶层之间的掩膜层以暴露所述光刻胶层的内部区域；

f)从所述光刻胶层的内部区域开始湿法去除所述光刻胶层。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用氮化物形成所述保护层。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述形成的保护层具有厚度10-20埃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用氧化物形成所述掩膜层。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述形成掩膜层的方法是LTCVD。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述形成的掩膜层具有厚度200-300埃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用DHF执行步骤c)和步骤e)中掩膜层的湿法去除。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于步骤c)中使用100:1DHF。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于步骤e)中使用300:1DHF，反应时间为40秒。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用SPM执行步骤f)中光刻胶层的湿法去除，反应温度为125摄氏度。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括在步骤f)之后，湿法去除所述掩膜层和所述保护层。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于使用H₃PO₄执行步骤f)之后掩膜层的湿法去除，反应温度为160摄氏度。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于使用DHF执行所述步骤f)之后保护层的湿法去除。

14.根据权利要求1或11所述的方法，其特征在于所述湿法去除在同一个湿制程机台中进行。