專利名稱：光阻去除方法
技術領域：
本發明涉及半導體制造后道工藝中的光阻去除技術，尤其涉及干法去除光阻的方法。
背景技術：
在半導體器件制造工藝中，利用光刻過程將印在光掩膜上的圖形結構轉移到襯底 的表面上。在光刻過程中，首先將光阻(photo resist)，又稱光刻膠旋轉涂布在襯底上，然 后對光阻進行軟烘干，使之成為固態薄膜。接著，對涂布有光阻的晶片進行光刻和顯影，于 是在光阻中形成期望的三維圖形。基于該三維圖形，可以對襯底進行蝕刻，使得光阻上的圖 像深入到襯底中。根據襯底和工藝的不同，該刻蝕過程可以是濕蝕刻或是諸如離子注入的 干蝕刻。在完成襯底蝕刻之后，已經不再需要光阻作保護層，可以將其除去，稱為去膠。去 膠過程分為濕法去膠和干法去膠，其中濕法去膠又分有機溶劑去膠和無機溶劑去膠。有機 溶劑去膠，主要是使光阻溶于有機溶劑而除去；無機溶劑去膠則是利用光阻本身也是有機 物的特點，通過一些無機溶劑，將光阻中的碳元素氧化為二氧化碳而將其除去。干法去膠， 則是用等離子體將光阻剝除。傳統地，干法清洗去膠主要是利用氧在等離子體中產生的活 性氧與光阻發生反應生成二氧化碳和水，以達到去除光阻的目的。它能對高溫烘烤過的膠、 顯影后的底膠以及鋁電極和大劑量離子注入過的膠進行清洗。目前，普遍采用的干法清洗 光阻工藝都是在真空室里利用低氣壓氧等離子體來進行清洗。另一方面，隨著半導體器件尺寸不斷收縮，互連結構越來越窄，使得互連電阻越來 越高。銅借助其優異的導電性，已經成為集成電路技術領域中互連集成技術的解決方案之 一，銅互連技術已廣泛應用于90nm及65nm節點的工藝中。在銅互連工藝中，已經發現，降低用于隔離金屬連線層的中間絕緣層(IMD)的介 電常數(k)，可以有效地降低金屬連線之間可能發生的相互作用或串擾，并能夠有效降低互 連的電阻電容(RC)延遲。因此，在90nm、65nm甚至45nm設計規則的應用中，低k材料和超 低k材料現在已越來越廣泛地應用于Cu互連工藝中作為隔離金屬銅的中間絕緣層。Cu互連中低k材料和超低k材料的使用對光阻的去除提出了新的要求。首先，如 果低k材料被暴露在氧離子環境中，材料中的碳原子將被逐漸耗盡，因此介電常數K值會升 高。其次，為了獲得超低k值，通常采用的是多孔材料。然而，多孔性使得材料的機械強度更 低，更容易受到破壞。針對低k材料和超低k材料的特點，已經提出使用基于二氧化碳C02 的光阻去除方法，取代傳統的氧氣去除過程，由此降低對低k材料的損害。然而，C02光阻 去除方法的應用并不能完全解決低k材料受損的問題。在光阻去除之后，仍然可以看到多 種有缺陷的溝槽輪廓，包括頂部呈現圓形、彎曲、微溝槽等等。對于超低k材料來說，最終獲 得的溝槽輪廓不是由溝槽蝕刻步驟決定的，而是由光阻去除過程決定的。圖1示出現有技術中光阻去除前后獲得的溝槽輪廓的對比。圖IA示出在低k材 料中進行溝槽蝕刻之后獲得的形貌。根據本領域中常規的蝕刻過程，在低k材料上面涂布 有光阻，其間還可能有附加的鈍化保護層。該鈍化保護層材料可以選擇為TE0S，成分主要是二氧化硅，是用Si (OC2H5)4為主要原料反應生成的。利用光阻圖案，通過例如離子蝕刻方法 對下層的低k材料進行蝕刻，從而獲得圖IA所示的溝槽輪廓。從圖IA中可以看到，此時的 溝槽外型是比較理想的，頂部沒有出現明顯的彎曲或圓形，側壁也相對豎直。圖IB示出利用C02在低壓下進行光阻去除之后獲得的溝槽輪廓。所述低壓例如 是40mT(1T= 133.32Pa)以下的壓強。由于較低的壓強可以使得等離子具有較高的向下沖 擊能量，因此，低壓的向下“準直”轟擊使得頂部的TEOS迅速被消耗掉，最終使得槽脊頂部 呈現圓形或彎曲。圖IC示出利用C02在高壓下進行光阻去除之后獲得的溝槽輪廓。所述高壓例 如是40mT以上的壓強。由于較高的壓強使得等離子更加傾向于各項同性，因此，高壓等 離子會對圖IA中材料的各個方向都進行輻射，其中橫向輻射(與溝槽蝕刻方向垂直的方 向上的輻射)會對溝槽側壁的低k材料造成明顯的損壞，使得溝槽脊呈現出明顯的“回 拉”(pull-back)現象。此外，由于高壓下縱向輻射相對不足，使得TEOS殘留在表面，在每 個槽脊上呈現一個蓋帽的形狀。很明顯，以上方式進行光阻去除所獲得的溝槽外型都不夠理想。在溝槽形貌有缺 陷的情況下，半導體器件的互連性能和參數勢必受到不利影響。鑒于上述問題，需要提供一 種改進的光阻去除方法，這種方法能夠在低k材料和超低k材料作為IMD層的情況下，減少 光阻去除過程對IMD層的損壞，確保產生理想的溝槽外型，從而保證器件的互連性能。

發明內容
在本發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式
部分中 進一步詳細說明。本發明的發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案 的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。為了在低k材料和超低k材料作為IMD層的情況下，減少光阻去除過程對IMD層 的損害，產生理想的溝槽外型，本發明提供了一種用于在半導體結構中去除光阻的方法，所 述半導體結構至少包括由低k材料和/或超低k材料構成的介電層，在所述介電層上方形 成的光阻層，以及蝕刻至所述介電層中的溝槽，所述方法包括利用等離子體方法以第一壓 強去除所述半導體結構中的光阻層的一部分；以及利用所述等離子體方法以高于所述第一 壓強的第二壓強去除所述半導體結構中的剩余光阻層。本發明還提供了通過上述方法獲得 的半導體結構、半導體器件，以及包含這樣的半導體器件的電子設備。利用本發明的兩階段的光阻去除方法，可以獲得理想的溝槽輪廓，避免出現頂部 彎曲、側壁“回拉”等缺陷形態，并且減小對低k/超低k材料構成的介電層的損害，從而改 善形成的半導體結構的性能。


本發明的下列附圖在此作為本發明的一部分用于理解本發明。附圖中示出了本發 明的實施例及其描述，用來解釋本發明的原理。在附圖中圖IA示出在低k材料中進行溝槽蝕刻之后獲得的形貌；圖IB示出利用C02在低壓下進行光阻去除之后獲得的溝槽輪廓；圖IC示出利用C02在高壓下進行光阻去除之后獲得的溝槽輪廓；
圖2A-2C示出根據本發明實施例的光阻去除方法的示意圖；圖3示出根據本發明實施例去除光阻后的溝槽輪廓的SEM圖像；以及圖4示出根據本發明實施例的光阻去除方法的流程圖。
具體實施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然 而，對于本領域技術人員來說顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以 實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進 行描述。圖2A-2C示出根據本發明實施例的光阻去除方法的示意圖。圖2A示出實施光阻 去除之前的溝槽輪廓。更具體而言，圖2A示出了一種雙大馬士革結構，該結構包含通孔停 止層100、中間介電層101以及光阻層102和103。其中通孔停止層100可以沉積在前一互 連層或有源器件層上。中間介電層101可以通過CVD方式沉積在通孔停止層100之上。該 中間介電層101由低k材料、超低k材料、或者低k材料以及超低k材料的組合構成，厚度 為100-600nm的量級。上述低k材料和超低k材料可以選自本領域常見的各種低k值介電 材料，包括但不限于k值為2. 5-2. 9的硅酸鹽化合物(Hydrogen Silsesquioxane,簡稱為 HSQ)、k值為2. 2的甲基硅酸鹽化合物(Methyl Silsesquioxane，簡稱MSQ)、k值為2. 8的 H0SP (Honeywell公司制造的基于有機物和硅氧化物的混合體的低介電常數材料)以及k 值為2.65的SiLK G)0W Chemical公司制造的一種低介電常數材料)等等。為了獲得圖 示的雙大馬士革結構，首先在中間介電層101中形成通孔104，然后例如通過等離子體蝕刻 法來蝕刻低k或超低k介電材料101，在其中形成溝槽105。因此，在蝕刻完成之后，在通孔 104中會殘留有光阻103，在中間介電層上部表面也會有殘留有光阻層102。在一種實施例 中，在中間介電層101和光阻層102之間還可能選擇性地沉積有例如TEOS的鈍化保護層。在蝕刻得到圖2A的雙大馬士革結構、并在光阻去除之前，結構中溝槽的輪廓是比 較規則和理想的。基于這樣的結構，下面描述本發明的兩階段光阻去除過程。圖2B示出根據本發明實施例的光阻去除過程的第一階段。在這一階段中，利用低 壓等離子去除光阻的一部分。在較低壓強下，氣體密度較小，使得電子與氣體分子碰撞幾率 減小，從而參與離化的氣體分子較少，等離子體密度較小。另一方面，由于離子與分子間碰 撞幾率較小，使得離子能量較高。因此，在低壓情況下，容易獲得各向異性的、傾向于向下的 “準直”離子輻射。在這樣的低壓光阻去除過程中，等離子體的較強的向下輻射使得通孔104中殘余 的光阻103被快速去除。另一方面，控制低壓操作的時間，使得低k/超低k介電層101上 部表面的光阻102由于等離子的輻射而被減薄，同時又不會完全消耗掉，由此起到保護槽 脊頂部的作用。因此，通過這樣的低壓等離子光阻去除操作，在雙大馬士革結構中，通孔中 的光阻得到去除，槽脊表面的光阻被減薄，使得槽脊頂部受到保護，避免出現等離子輻射導 致的圓形或彎曲頂部的情況。具體地，在一個具體實施例中，在40mT的壓強下進行上述低壓操作，其中采用的 氣體為二氧化碳C02，其流速為300sccm，施加的功率為27MHz功率150W，2MHz功率100W。低 壓操作施加的時間為50秒，低于現有技術中僅僅利用低壓進行光阻去除所施加的時間。該操作時間滿足上述要求，即，使得通孔中的光阻得到去除，表面光阻被減薄而留有剩余。在 其他實施例中，根據光阻厚度和其他參數需要來調整低壓壓強和操作時間，例如使得低壓 壓強為小于40mT的其他值，低壓操作時間在40秒到60秒范圍內。在此基礎上，光阻去除 過程進入第二階段。圖2C示出根據本發明實施例的光阻去除過程的第二階段。在這一階段中，利用高 壓等離子對光阻進行去除。在較高壓強下，氣體密度較大，使得電子與氣體分子碰撞幾率增 大，從而參與離化的氣體分子較多，等離子體密度較大。同時，由于離子與分子間碰撞幾率 較大，使得離子能量較低。因此，在高壓情況下，容易獲得各向同性的、朝向各個方向的離子 輻射。在這樣的高壓光阻去除過程中，進一步去除殘余的表面光阻層102。由于通孔中的 光阻已經在第一階段得到去除，同時表面光阻層102已經被減薄，因此高壓操作施加的時 間不需要很長。由于高壓操作時間相比于現有技術中僅僅施加高壓的過程得到明顯縮短， 因此，高壓操作對溝槽側壁的低k/超低k材料的損傷得到降低，“回拉”現象得到改善。另 一方面，由于表面光阻層102已經通過低壓操作而減薄，因此短時間的高壓操作就可以將 剩余的光阻完全去除，避免了現有技術中由于槽脊頂部光阻和TEOS清除不徹底而出現的 蓋帽形狀。具體地，在一個具體實施例中，在IOOmT的壓強下進行上述高壓操作，其中采用的 氣體仍為二氧化碳C02，其流速為300SCCm，施加的功率為27MHz功率400W。高壓操作施加的 時間為30秒，顯著低于現有技術中僅僅利用高壓進行操作所需的時間。在其他實施例中， 可以根據第一階段之后剩余光阻的厚度以及其他參數和需要來調整高壓壓強和操作時間。 例如，使得高壓壓強為大于40mT的其他壓強值，例如80mT，120mT,并相應調整操作時間，例 如調整為20-40秒，以獲得期望的溝槽輪廓。圖3示出根據本發明實施例去除光阻后的溝槽輪廓的SEM圖像。對比圖3的溝槽 圖像與圖IB和IC示出的現有技術獲得的溝槽圖像可以看到，通過利用本發明的兩階段的 光阻去除過程，獲得的溝槽形貌更加規格和理想。在圖3的圖像中既沒有出現圖IB示出的 槽脊頂部呈現圓形或彎曲的現象，也沒有出現圖IC示出的明顯的“回拉”現象和蓋帽形狀。 因此，可以看到，本發明的光阻去除方法改善了溝槽的輪廓，減小了對低k/超低k材料的損 傷和破壞。圖4示出根據本發明實施例的光阻去除方法的流程圖。如圖4所示，在步驟401， 準備半導體結構，其中該結構至少包括由低k和/或超低k材料構成的介電層，在所述介 電層上方形成的光阻層，以及蝕刻至所述介電層中的溝槽。在一種實施方式中，該結構可以 是雙大馬士革結構，其中還包括通孔以及通孔停止層，并且光阻層還部分地位于通孔中。在 另一實施方式中，上述結構還包括TEOS鈍化層。基于該準備好的半導體結構，在步驟402 中，利用等離子體方法以第一壓強去除所述半導體結構中的光阻層的一部分。對于雙大馬 士革結構，步驟402將通孔中的光阻清除，并將介電層表面的光阻層減薄。然后，在步驟403 中，利用等離子體方法以高于第一壓強的第二壓強去除所述半導體結構中的光阻層。在一 種實施方式中，上述步驟402和403均利用二氧化碳等離子體。通過利用以上描述的本發明的兩階段光阻去除方法，可以獲得較為理想的溝槽形 貌。低壓操作的施加使得通孔中的光阻得到清除，同時減薄介電層表面的光阻層，保護槽脊頂部受到直接輻射；高壓操作的施加進一步清除表面的殘余光阻，最終獲得規則的溝槽輪 廓。在光阻去除過程中，由于低壓操作沒有直接作用于槽脊頂部，因此槽脊頂部不會呈現 彎曲或圓形的不利形狀；由于高壓操作時間縮短，較小了對溝槽側壁的損傷，降低了低k損 傷。由此獲得的溝槽形貌可以較為理想地用于后續的互連工藝的進行，獲得較好的器件性 能。 本發明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于 舉例和說明的目的，而非意在將本發明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人 員可以理解的是，本發明并不局限于上述實施例，根據本發明的教導還可以做出更多種的 變型和修改，這些變型和修改均落在本發明所要求保護的范圍以內。本發明的保護范圍由 附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
權利要求
1.一種用于在半導體結構中去除光阻的方法，所述半導體結構至少包括由低k材料 和/或超低k材料構成的介電層，在所述介電層上方形成的光阻層，以及蝕刻至所述介電層 中的溝槽，所述方法包括利用等離子體方法以第一壓強去除所述半導體結構中的光阻層的一部分；以及利用所述等離子體方法以高于所述第一壓強的第二壓強去除所述半導體結構中的剩 余光阻層。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述半導體結構為雙大馬士革結構，所述雙 大馬士革結構還包括通孔和通孔停止層，所述光阻層還部分地位于所述通孔中。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述低k材料和所述超低k材料選自k 值為2. 5-2. 9的硅酸鹽化合物、k值為2. 2的甲基硅酸鹽化合物、k值為2. 8的H0SP 以及 k 值為 2. 65 的 SiLKtm0
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述等離子體方法使用二氧化碳等離子體。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一壓強小于或等于40mT，所述第二壓 強高于40mT。
6.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述以第一壓強去除所述半導體結構中的 光阻層的一部分的步驟使得所述通孔中的光阻層得到清除。
7.如權利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述以第一壓強去除所述半導體結構中 的光阻層的一部分的步驟使得所述介電層表面上的光阻層減薄，而沒有完全清除。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述以第二壓強去除所述半導體結構中的 剩余光阻層的步驟使得所述介電層表面上的已減薄的光阻層得到完全清除。
9.一種半導體器件，包含根據權利要求1-8中任一項獲得的半導體結構。
10.一種包含如權利要求9所述的半導體器件的集成電路，其中所述集成電路選自隨 機存取存儲器、動態隨機存取存儲器、同步隨機存取存儲器、靜態隨機存取存儲器、只讀存 儲器、可編程邏輯陣列、專用集成電路和掩埋式DRAM、射頻器件。
11.一種包含如權利要求9所述的半導體器件的電子設備，其中所述電子設備選自個 人計算機、便攜式計算機、游戲機、蜂窩式電話、個人數字助理、攝像機和數碼相機。
全文摘要
本發明公開了一種用于在半導體結構中去除光阻的方法，所述半導體結構至少包括由低k材料和/或超低k材料構成的介電層，在所述介電層上方形成的光阻層，以及蝕刻至所述介電層中的溝槽，所述方法包括利用等離子體方法以第一壓強去除所述半導體結構中的光阻層的一部分；以及利用所述等離子體方法以高于所述第一壓強的第二壓強去除所述半導體結構中的剩余光阻層。本發明還提供了通過上述方法獲得的半導體結構、半導體器件，以及包含這樣的半導體器件的電子設備。利用本發明的光阻去除方法，可以獲得理想的溝槽輪廓，避免出現缺陷結構形態，并且減小對低k/超低k材料構成的介電層的損害，從而改善形成的半導體結構的性能。
文檔編號G03F7/36GK102135734SQ20101010245
公開日2011年7月27日 申請日期2010年1月27日 優先權日2010年1月27日
發明者孫武, 尹曉明, 張海洋, 黃怡 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司