可去除刻蚀后残留聚合物的半导体器件制造方法技术

公开了一种可去除刻蚀后残留聚合物的半导体器件制造方法，通过在刻蚀后进行热处理对残留的难溶聚合物进行收缩、软化及燃烧，实现刻蚀后残留聚合物的完全去除。本发明专利技术实现方便，无需增加额外的工艺步骤，仅依靠对工艺顺序进行调整即可实现，对生产周期没有影响，在保持低成本、高效率的同时，提高了产品的成品率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领城，特别涉及一种可去除刻蚀后残留聚会物的 半导体器件制造方法。技术背景在半导体器件制造过程中，常需要在晶片上定义出极细微尺寸的图案， 这些图案的定义主要是通过刻蚀技术完成。所谓刻蚀技术就是将晶片表面材 料均匀去除或图案选择性部分去除的技术，可以分为湿法腐蚀和千法刻蚀两 种。其中，湿法腐蚀是用液体化学试剂以化学方式去除晶片表面材料，因其 具有各向同性， 一般只用于尺寸较大的情况。干法刻蚀则是将晶片表面曝露于气态中产生的等离子体中，通过等离子 体与晶片发生物理与/或化学反应，去除曝露的表面材料。干法刻蚀一般具有 较强的方向性，可以获得较高的各向异性的刻蚀剖面，较好地控制线宽，是 亚微米尺寸下刻蚀器件的最主要的方法。目前，干法刻蚀已成为集成电路制 造中的关键工艺之一，该工艺水平将直接影响到最终产品质量及生产技术的 先进性。随着超大规模集成电路器件特征尺寸不断地等比例缩小，集成度不断地 提高，对可以完整地将掩膜图形复制到晶片表面的刻蚀技术的要求也越来越 高。不但要求图形转移的保真度要高，刻蚀的选择比要高，刻蚀的均匀性要好；同时还要求刻蚀设备在大规模量产中能保证极高的稳定性、极低的缺陷率。图1 A到1 C是说明现有对器件进行干法刻蚀的剖面示意图。图1 A为刻蚀前 的器件剖面示意图，如图1A所示，在硅衬底101上生长介质层102，并在晶片 表面涂布上光刻胶103，形成图形。图1B为刻蚀后的器件剖面示意图，如图1B 所示，通过刻蚀将未被光刻胶保护的介质层102去除，实现将图形转移到光刻 胶下面的介质层上，刻蚀过程中，通常会用刻蚀反应气体所产生的等离子体 进行刻蚀，如CF4、 CF8、 C5F8、 C4F6、 CHF3、 BC13等，它们与光刻胶、刻蚀 生成物等会产生一定的结合，形成聚合物104,该聚合物能阻挡对侧壁的刻蚀， 增强刻蚀的方向性，从而实现对图形关键尺寸的良好控制。刻蚀聚合物的产生有多种原因，成份也相当复杂，其受到包括刻蚀气体、刻蚀材料、保护层、 刻蚀停止层及下层材料在内的多种物质的影响，具有很强的难以氧化和去除 的碳氟键。但是，这些聚合物在刻蚀完成后必须去除，否则将成为增加晶片 表面缺陷密度的颗粒和污染物源，毁坏器件功能，影响器件的成品率和可靠步骤，其去除效果的好坏也备受关注。图1C为现有技术中刻蚀后残留聚合物未能完全去除的器件剖面示意图，如图1C所示，在刻蚀完成后，若未能完全 去除聚合物，则在刻蚀的沟槽内仍会残留一些聚合物微粒105，这些残留聚合 物微粒一般都^艮小，甚至可以逃过正常的镜;险进入后面的工艺流程，但随着工艺的进行，这些残留的聚合物微粒往往会发生移动，在晶片表面形成微粒 缺陷，并最终对器件性能造成不可弥补的影响。现有去除刻蚀后残留聚合物的方法主要有两种， 一种是利用化学腐蚀清 洗的方法，另一种则是利用过刻蚀的方法，但两种方法都有不足的地方。对 于前者，是在刻蚀后采用特殊的化学气体或强溶剂对晶片进行清洁以去除残 留的聚合物，如用EKC或SC1液进行清洁，用02进行处理等。但实际中，这些 措施往往不能将残留聚合物完全去除干净，仍会残留下部分难溶的聚合物微 粒。对于后者，是在刻蚀完成后，采用与主刻蚀不同的刻蚀气体再对晶片进 行等离子过刻蚀处理，以消除刻蚀沟槽内的聚合物。但该方难以实现精确控 制， 一旦出现过度的过刻蚀，则一方面会加深对晶片的损伤，另一方面，也 会影响到图案的剖面形状，进而影响到对线宽的控制。故而，事实上很难单 纯通过过刻蚀实现刻蚀后残留聚合物的完全去除。申请号为03816222.9的中国专利公开了 一种选择性清除刻蚀残留物的组 合物，该组合物包含有去离子水、有机二羧酸、有机或无机碱、含氟离子化 合物及防腐蚀剂等，可以去除刻蚀后残留的聚合物。但该方法中的组合物种 类多达八种以上，成本较高；且组合物配比也较为复杂，尤其要求对该组合 物最终的ph值进行严格的控制，这在操作上有一定的难度，不易实现。
技术实现思路
本专利技术提供了 一种，该 方法利用刻蚀后的热处理实现对残留聚合物的去除。本专利技术提供的 一种，包括步骤在衬底上形成至少 一层材料层；对所述材料层进行刻蚀；对衬底进行热处理。 其中，所述的材料层是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化钽、钛酸钡锶、 多晶硅、单晶硅和金属中的一种或其组合。 其中，所述刻蚀为等离子刻蚀。其中，所述热处理是快速热退火处理或高温炉退火处理，热处理过程中 通入了氮气、氩气或氮气与氧气的混合气体中的一种；热处理的温度为 300°C-1350°C，热处理的时间在3秒到60分钟之间。其中，所述方法进一步包括利用掩膜对材料层进行图形化处理，以及对 所述掩膜的去除及清洗过程。本专利技术具有相同或相应技术特征的另一种去除刻蚀后残留聚合物的方 法，是对刻蚀后的衬底进行热处理。其中，所述热处理是快速热退火处理或高温炉退火处理，在热处理过程 中通入氮气、氩气或氮气与氧气的混合气体中的一种；热处理的温度为 300°C-13 50 °C,热处理的时间在3秒到6 0分钟之间。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点采用本专利技术提供的，通 过在刻蚀后对晶片进行热处理，使得残留的难溶聚合物通过高温处理而被去 除。在实际工艺中，通过对工艺顺序进行调整，将器件制造流程中的热退火 工艺移至多层材料的刻蚀均完成后再执行，就可以在不增加工艺步骤，不增 加工艺时间，也不增加工艺难度的情况下实现本专利技术的残留聚合物的去除， 提高产品的成品率。同时，本专利技术还可以有效地减少清洗的步骤及时间，降 低了生产成本，提高了生产效率。 附图说明图1A至1C为说明现有对器件进行干法刻蚀的剖面示意图； 图2为说明本专利技术第一实施例的器件制造方法流程示意图； 图3为本专利技术第一实施例中热处理后的器件结构剖面图； 图4为说明本专利技术第二实施例的器件制造方法流程示意图5A至5E为本专利技术第二实施例中的器件结构剖面图； 图6为采用本专利技术器件制造方法前后聚合物检测结果对比图； 图7为采用本专利技术器件制造方法前后的器件成品率对比图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图 对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。本专利技术，利用在刻蚀后 对晶片进行的热处理对残留的难溶聚合物进行高温分解，将残留的难溶聚合 物去除。实际的工艺制造过程中往往需要对不止一层的材料进行多步刻蚀，如果 在每次刻蚀后都进行热处理去除残留的聚合物，会造成生产周期加长，实际 也没有必要。可以在需要进行的多步刻蚀全部完成后，再进行热处理，实现 多次刻蚀后留下的聚合物的一次性地去除。此外，工艺制造过程中本身也需 要对晶片进行一些高温热处理，如在掺杂后，就需要对晶片进行快速热退火 或高温炉退火处理，以激活注入的杂质，进一步改善器件的电学性能。因而 只要对工艺顺序进行一些调整，将这一高温处理步骤移至多步刻蚀完成后再进行，就可以轻易实现本专利技术，无需加入额外的工艺步骤，对生产周期及生 产成本也没有影响。本专利技术的第 一实施例以刻蚀硅片上的氧化硅层为例，对刻蚀一层材料后 进行热处理以去除残留聚合物的器件制造过程进行说明。图2为本专利技术可去 除刻蚀后残留聚合物的半导体器件制造方法的第 一实施例的流程示意图，结 合图2i兌明第一实施例如下首先，在硅片淀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可去除刻蚀后残留聚合物的半导体器件制造方法，其特征在于，包括：在衬底上形成至少一层材料层；对所述材料层进行刻蚀；对衬底进行热处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：仇圣棻，施平，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]