[发明专利]光阻去除方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺中的光阻去除技术，尤其涉及在重加工过程中去除光阻的方法。

背景技术

在半导体器件制造工艺中，利用光刻过程将印在光掩膜上的图形结构转移到衬底的表面上。在光刻过程中，首先将光阻旋转涂布在衬底上，然后对其进行软烘干，使之成为固态薄膜。接着，对涂布有光阻的晶片进行光刻和显影，于是在光阻中形成期望的三维图形。基于该三维图形，可以对衬底进行蚀刻，使得光阻上的图形深入到衬底中。在完成衬底蚀刻之后，已经不再需要光阻作保护层，可以将其除去。但是，如果在光刻或显影过程中，光阻中得到的图形不够理想，那么通常将该不够理想的光阻去除，重新涂布光阻层，再次进行光刻和显影，如此反复，直到获得理想的图形才继续进行接下来的衬底蚀刻，由此保证最终获得的器件的性能。这样的过程可以称为重加工(rework)。在重加工过程中，需要多次对光阻进行去除。

去除光阻的过程可以分为湿法去除和干法去除，其中湿法去除又分有机溶剂去除和无机溶剂去除。有机溶剂去除，主要是使光阻溶于有机溶剂而将其除去；无机溶剂去除则是利用光阻本身也是有机物的特点，通过一些无机溶剂，将光阻中的碳元素氧化为二氧化碳而将其除去。干法去除，则是用等离子体将光阻剥除。传统地，干法清洗去除光阻主要是利用氧在等离子体中产生的活性氧与光阻发生反应生成二氧化碳和水，以达到去除光阻的目的。

实践中，为了增加光刻的效用，通常在光阻层下面涂布各种抗反射的涂层。一种方式是在衬底上沉积一层低温氧化物(LTO)层作为硬掩模，在LTO层上面涂布一层底部抗反射涂层(BARC)，其构成材料例如是SiON。然后，在BARC层上面涂布光阻层。光阻层下面的BARC层可以减少曝光过程中光在光阻的下表面的反射，以使曝光的大部分能量都被光阻吸收。不过，对于增加光刻过程中的曝光景深(DOF)，实现光阻的均匀曝光来说，更为优选的材料是基于Si的抗反射层，或称Si-ARC。Si-ARC与另一种底部抗反射材料ODL(有机绝缘层)结合起来，能够更好地实现理想的光刻过程。在上述重加工过程的光阻去除步骤中，也需要将这些附加层，包括Si-ARC层与ODL层一同除去。然而，如果ODL、Si-ARC和光阻是涂布在铜互连结构的低k值中间介电层上，那么就为去除这样的ODL、Si-ARC提出了新的要求。

实际上，铜借助其优异的导电性，已经广泛应用于尺寸越来越小的集成电路领域中。在铜互连工艺中，越来越多地采用低/超低介电常数(k)的中间介电层作为用于隔离金属连线层的中间绝缘层，由此有效降低金属连线之间可能发生的相互作用或串扰，并降低互连的电阻电容(RC)延迟。然而，这样的低k/超低k介电层具有易氧化、机械强度低等特点，非常容易受到破坏。

基于铜互连结构的上述特点，在重加工过程中去除低k/超低k介电层上的Si-ARC，ODL变得较为困难。对于湿法去除光阻来说，为了除去Si-ARC层和ODL层，常用的是SPM湿法清洗。SPM湿法清洗使用硫酸与双氧水的混合液将光阻材料与Si-ARC和ODL去除掉。然而，对于上述铜互连结构来说，SPM侵蚀性过强，对于后续结构的制作非常不利。对于干法去除光阻来说，由于下层的介电层由低k/超低k材料构成，容易受到等离子体的损害，因此也没有得到广泛使用。总体来说，已有的在重加工过程中去除这样的光阻的方法具有清洗不够彻底、表面留有残余，以及容易破坏低k/超低k材料的不足。

图1A-1B示出利用已有技术去除光阻得到的SEM图像。图1A示出利用已有技术去除光阻后得到的表面残余的图像。从图中可以看到，在进行光阻去除清洗之后，表面仍然存在大量的残余。这样的残余对于重加工过程的后续处理非常不利。图1B示出利用已有技术去除光阻之后得到的介电层的图像。如图所示，在光阻去除之后，低k/超低k材料构成的介电层受到了明显的结构破坏。这样的破坏会影响最终获得的器件的性能。

鉴于上述问题，需要提供一种改进的光阻去除方法，使得能够在低k材料和超低k材料作为介电层的情况下，减少光阻去除过程对介电层的损坏，同时减少清除之后的残余光阻材料，从而保证最终获得的器件的互连性能。

发明内容

在本发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。