晶圆表面光刻胶的处理方法及半导体设备

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种晶圆表面光刻胶的处理方法及半导体设备。

背景技术

在半导体器件制备过程中，尤其是当器件越来越精细化，需重复经历沉积，光刻，曝光，刻蚀，去胶等过程，成千上百道工艺由这几项重复进行。因此去胶显得尤为重要，对于后段工艺不需要将光刻胶进行全部去除时，并且希望整个晶圆的光刻胶表面要保持足够一致性，尽量减少对后段工艺器件的连接等的影响。因此就需要对去胶工艺提出严格的要求，包括去胶速率，均匀性等。

而目前现有通用的去胶工艺多数使用氧气进行去胶，氧气经射频功率形成含有氧离子的等离子体，使得长链碳氢交联化合物光刻胶破坏形成短链交联化合物，并与晶圆上的光刻胶发生化学反应达到去胶的效果。目前的反应速率较低，尤其是低温条件下，经解离后的氧离子能量低，活化能低，与光刻胶反应较慢；并且在低温下氧离子与其他氧气碰撞降低了其能量，对经过单一方向后软烘的光刻胶，二者相互作用，最终导致低温条件下光刻胶去胶后剩余光刻胶的均匀性比较低，一般为7％以上。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种晶圆表面光刻胶的处理方法及半导体设备，其能够改善光刻胶去胶后的均匀性，使得去胶后的表面平整度较好。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种晶圆表面光刻胶的处理方法，包括：

晶圆本体放置步骤，将表面附着有光刻胶层的晶圆本体放置于反应腔中；

预热处理步骤，对表面附着有光刻胶层的晶圆本体进行预热处理，以使所述晶圆本体与所述反应腔内部的温度保持一致；

活化步骤，使用等离子体活化所述晶圆本体表面附着的光刻胶层的上表层；

去除步骤，去除所述晶圆本体表面附着的光刻胶层的上表面的活化部分；

依次循环所述预热处理步骤至所述去除步骤，直至在所述晶圆本体表面留下预设厚度的光刻胶层。

进一步地，使用等离子体活化所述晶圆本体表面附着的光刻胶层的上表层的步骤，包括：

向所述反应腔内通入活化气体，所述活化气体为流量为800sccm的惰性气体或者为氢氮混合气体，所述反应腔的压力为1.1T；

在700W能量下电离所述活化气体以形成所述等离子体；

利用所述等离子体轰击所述光刻胶层的上表面，每次轰击时间为30S。

进一步地，所述活化气体包括H2、N2、Ar、CxFy、SF6、NF3、He、N2O中的至少一种气体。

进一步地，去除所述晶圆本体表面附着的光刻胶层的上表面的活化部分的步骤，包括：

向所述反应腔内通入反应气体；

在电离条件下利用所述反应气体与所述光刻胶层反应，以去除所述光刻胶层的上表面的活化部分。

进一步地，所述反应气体包括O2、CxFy、N2中的至少一种气体。

进一步地，在晶圆本体放置步骤之前，所述方法还包括：

在所述晶圆本体的表面涂布光刻胶，以形成所述光刻胶层；

对所述晶圆本体进行烘烤。

进一步地，在对所述晶圆本体进行烘烤的步骤之后，所述方法还包括：

利用光刻工艺对所述光刻胶层进行图案化；

利用刻蚀工艺去除部分所述光刻胶层。

进一步地，对所述晶圆本体进行烘烤的步骤，包括：

在大气氛围下对所述晶圆本体进行软烘或硬烘，以蒸发所述光刻胶层表面的部分溶剂。

进一步地，对所述晶圆本体进行烘烤的步骤，包括：

在气氛炉中对所述晶圆本体进行软烘或硬烘，其中，所述气氛炉中通入氮气或惰性气体。

进一步地，在活化步骤之前，所述方法还包括：

稳压步骤，向所述反应腔通入稳压气体，以控制并稳定所述反应腔的内部压力。

进一步地，表面附着有光刻胶层的晶圆本体进行预热处理的步骤，包括：

通过反应腔内部加热装置热传导加热所述晶圆本体；

向所述反应腔持续通入均温气体，以使所述晶圆本体均匀受热。

在另一方面，本发明提供了一种半导体设备，所述半导体设备至少包括反应腔，所述半导体设备通过所述反应腔可实现以上所述的晶圆表面光刻胶的处理方法。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本发明实施例提供了一种晶圆表面光刻胶的处理方法，首先将面附着有光刻胶层的晶圆本体放置于反应腔中；然后对该晶圆本体进行预热处理，使得晶圆本体与反应腔内部的温度保持一致，然后使用等离子体活化晶圆本体表面附着的光刻胶层的上表层，再去除晶圆本体表面附着的光刻胶层的上表面的活化部分；依次循环预热步骤至去除步骤，直至所述晶圆本体表面留下预设厚度的光刻胶层。相较于现有技术，本发明实施例提供的晶圆表面光刻胶的处理方法，在去除光刻胶层前，先用等离子体活化光刻胶层的上表层，然后去除该活化部分，通过循环去年活化部分的光刻胶，从而使得去胶后的表面平整度较好，极大地改善了剩余光刻胶层的均匀性，有利于后段继续进行制程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的晶圆表面光刻胶的处理方法的步骤框图；

图2为本发明第一实施例提供的晶圆表面光刻胶的处理方法中步骤S11的示意图；

图3为本发明第一实施例提供的晶圆表面光刻胶的处理方法中步骤S12的示意图；

图4为本发明实施例提供的晶圆表面光刻胶的处理方法中晶圆表面去胶速率分布示意图；

图5为本发明第二实施例提供的晶圆表面光刻胶的处理方法中步骤S12的示意图。

图标：100-晶圆本体；110-光刻胶层；200-气氛炉。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

正如背景技术中所公开的，现有的去胶工艺，特别是针对去除部分光刻胶层的工艺，往往采用氧气进行去胶，氧气经过电离后形成还有氧离子的等离子体，并与光刻胶发生化学反应，从而达到去胶的效果。然而，一方面在低温条件下，氧离子能量低，且活化能低，与光刻胶反应较慢，另一方面氧离子与其他氧气碰撞进一步降低了其能量，同时光刻胶层通过单一方向后软烘后表面形成一种硬化层，二者相互作用下，容易导致低温条件下去除部分光刻胶后均匀性较差，一般都在7％以上。

为了解决上述问题，本发明提供了一种新型的晶圆表面光刻胶的处理方法，其首先对光刻胶层进行活化，然后再进行常规的氧气去胶工艺，去胶后表面平整度较好，均匀性可以控制在5％以内，经实际测试，可以达到2％左右。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

第一实施例

参见图1并结合图2，本实施例提供了一种晶圆表面光刻胶的处理方法，在去除光刻胶层110前，先用活化气体电离后轰击光刻胶层110，从而使得光刻胶层110的表面得以活化，从而使得去胶后的表面平整度较好，极大地改善了剩余光刻胶层110的均匀性，有利于后段继续进行制程。

本实施例提供的晶圆表面光刻胶的处理方法，适用于半导体器件的制备，具体可以适用于外延生长过程中、刻蚀过后。

本实施例提供的晶圆表面光刻胶的处理方法，包括以下步骤：

S1：将表面附着有光刻胶层的晶圆本体放置于反应腔中；

具体而言，步骤S1为晶圆本体放置步骤，反应腔可以是一密封腔体，该反应腔的具体参数配置符合本领域的常规的工艺腔室的要求，在此不再具体介绍。其中，晶圆本体100可以包括衬底和薄膜层，其中薄膜层外延生长在衬底上，光刻胶层110覆盖在薄膜层上。

在执行步骤S1之前，还需要制备表面附着有光刻胶层的晶圆本体，具体可以执行以下步骤：

S11：在晶圆本体100的表面涂布光刻胶，以形成光刻胶层110。

结合参见图2，具体而言，可以在另外的工艺腔室内完成步骤S11至步骤S14，在执行步骤S11时，可以提供一晶圆本体100，也可以在工艺腔室内通过在衬底上形成薄膜层的方式形成该晶圆本体100。在形成晶圆本体100后，在晶圆本体100的表面旋转涂布光刻胶，从而在晶圆本体100的表面形成了光刻胶层110。

S12：在大气氛围下对晶圆本体100进行烘烤。

结合参见图3(图中箭头表示热量)，具体而言，在大气氛围下对晶圆本体100进行软烘或者硬烘，以蒸发光刻胶表面的溶剂。其中，晶圆本体100可以设置在软烘/硬烘平台上，光刻胶层110位于晶圆本体100远离平台的一侧，平台下侧具有热源，在进行加热时，热量由晶圆本体100底部向上传递，并经过晶圆本体100后传递至光刻胶层110，而光刻胶层110上表面直接与空气接触，从而挥发较快，通过烘烤能够蒸发光刻胶层110上表面的部分溶剂，以使光刻胶层110大大满足可以进行光刻工艺的前置条件。

S13：利用光刻工艺对光刻胶层110进行图案化；

具体而言，利用掩膜板将光刻胶层110准确曝光、显影，并将所需的刻蚀图形转移到光刻胶层110上。

S14：利用刻蚀工艺去除部分光刻胶层110。

具体而言，利用刻蚀液或者通过等离子体对光刻胶层110进行刻蚀，残留的光刻胶层110即作为掩膜覆盖在晶圆本体100的刻蚀区以外，从而形成光阻，保护非刻蚀区的晶圆本体100不被刻蚀。

需要说明的是，步骤S13和步骤S14均是常规的光刻-刻蚀工艺，其具体工艺步骤、条件和原理均可参考现有的光刻-刻蚀工艺。

还需要说明的是，在本发明其他较佳的实施例中，也可以不执行步骤S13和步骤S14，直接开始执行步骤S2。

S2：对表面附着有光刻胶层的晶圆本体进行预热处理。

具体地，在完成光刻胶层110的制备，即步骤S12或步骤S14之后，可以执行预热处理步骤，以使晶圆本体与反应腔内部的温度保持一致。即对晶圆本体100进行预热处理，以使晶圆本体100达到预设温度，其中，可以对反应腔整体或者晶圆本体100底部进行加热，加热方式在此不作限定。在实际对晶圆本体100进行预热时，可以首先加热晶圆本体，然后向反应腔内持续通入均温气体，以使得晶圆本体100均匀受热。其中均温气体可以是氧气，通过气体传递热量会使得传热更加均匀，快速地使得晶圆本体100上下以及内部保持与反应腔设定的温度一致。当然，此处均温气体也可以是其他气体，例如氮气或氦气等，在此不作限定。

在本实施例中，预热步骤反应压强可以设定为0.5～5T，反应温度为50～300℃，反应时间为5～120sec，所述均温气体流量为100～10000sccm。通过对晶圆本体100的预热，能够使得晶圆本体100和光刻胶层内部温度保持一致，提高后续去胶速率及均匀性。

S3：向所述反应腔通入稳压气体。

具体而言，在预热晶圆本体100后，还需要对反应腔进行预处理前的稳压，以稳定反应腔内部的压力。此处可以向反应腔内通入稳压气体，以控制并稳定反应腔的内部压力。其中稳压气体可以是氧气，通过氧气对反应腔的内部压力进行调节，使得反应腔的内部压力趋于稳定。当然，此处稳压气体也可以是其他气体，例如氮气或者氦气等，在此不作限定。

在本实施例中，稳压步骤反应压强可以设定为0.5～5T，反应温度为50～300℃，反应时间为5～120sec，稳压气体流量为100～10000sccm。

S4：使用等离子体活化所述晶圆本体表面附着的光刻胶层的上表层。

具体而言，在反应腔的压力稳定后，可以执行活化步骤，此时可以向反应腔内通入活化气体，并向反应腔内施加一定的能量(RF，通过射频形成能量)，使得活化气体经电离后形成等离子体，该等离子体能够轰击光刻胶层110的表面，从而活化光刻胶层110的表面，从而活化晶圆本体表面附着的光刻胶层的上表层。其中，活化气体括H

在本实施例中，活化步骤中射频反应功率为200～800w，反应压强为0.5～5T，反应温度为50～300℃，反应时间为5～120sec，所述活化气体流量为100～10000sccm。优选地，活化气体为流量为800sccm的惰性气体或者为氢氮混合气体，反应腔的压力为1.1T，并且在700W能量下电离活化气体以形成等离子体，利用等离子体轰击光刻胶层的上表面，每次轰击时间为30S。

S5：去除所述晶圆本体表面附着的光刻胶层的上表面的活化部分。

具体而言，在对光刻胶层110的表面进行活化处理后，例如活化处理达到预设时间t1后，再次向反应腔内通入反应气体，在电离条件下利用反应气体与光刻胶层反应，以去除光刻胶层的上表面的活化部分，从而去除光刻胶层110。

在本实施例中，可以向反应腔内通入特定流量的氧气，并同时施加一定的能力形成带有氧离子的等离子体，在一定的时间下，氧等离子体与光刻胶发生化学反应，从而达到去除光刻胶的目的。并且，此处可以通过控制反应时间t2，达到去除部分光刻胶的目的，并留下完全均匀的光刻胶层110在晶圆本体100的表面上。

在完成步骤S5后，需要重复步骤S2-S5，直至在晶圆本体表面留下预设厚度的光刻胶层。由于提前进行了活化处理，故利用反应气体去除部分光刻胶层110后，残留的光刻胶层110的均匀性较好，可以达到5％以下，例如经过等离子体处理的去胶后，去胶速率860A/min，均匀性2.6％，具体可以参考图4，图4为晶圆去胶速率分布图。

在本实施例中，反应气体可以是O

需要说明的是，本实施例中可以通过在反应腔内设置电离轰击装置来分别对活化气体和反应气体进行电离，本实施例中电离轰击装置可以是射频电源。在通入反应气体时，通过电离轰击装置击发氧气含氧气体解离生成氧自由基，利用氧自由基为反应物与光刻胶层110进行化学反应，从而实现了利用反应等离子体去除光刻胶层110的目的。

还需要说明的是，本实施例中预设时间t1和反应时间t2均可以根据电离轰击装置的参数性能以及光刻胶层110的材料厚度等参数决定。

本实施例还提供了一种半导体设备，其包括反应腔，通过该反应腔能够实现上述的晶圆表面光刻胶的处理方法。具体地，反应腔中还设置有电离轰击装置来分别对活化气体和反应气体进行电离。同时反应腔还设置有反应气体通入装置和活化气体通入装置，并在底部设置有加热装置，以实现对晶圆本体的加热。

综上所述，本实施例提供的晶圆表面光刻胶的处理方法，首先将表面面附着有光刻胶层的晶圆本体放置于反应腔中；然后对该晶圆本体进行预热处理，使得晶圆本体与反应腔内部的温度保持一致，然后使用等离子体活化晶圆本体表面附着的光刻胶层的上表层，再去除晶圆本体表面附着的光刻胶层的上表面的活化部分；依次循环预热步骤至去除步骤，直至所述晶圆本体表面留下预设厚度的光刻胶层。本实施例在去除光刻胶层110前，先用活化气体电离后轰击光刻胶层110，从而使得光刻胶层110的表面得以活化，从而使得去胶后的表面平整度较好，极大地改善了剩余光刻胶层110的均匀性，有利于后段继续进行制程。

第二实施例

本实施例提供的晶圆表面光刻胶的处理方法，其基本步骤和原理及产生的技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。

本实施提供的晶圆表面光刻胶的处理方法，与第一实施例的不同之处在于步骤S1，在本实施例中，在执行步骤S1之前，还需要执行以下步骤：S11：在晶圆本体100的表面涂布光刻胶，以形成光刻胶层110。

具体而言，可以提供一晶圆本体100，也可以在反应腔内通过在衬底上形成薄膜层的方式形成该晶圆本体100。在形成晶圆本体100后，在晶圆本体100的表面旋转涂布光刻胶，从而在晶圆本体100的表面形成了光刻胶层110。

S12：在气氛炉200中对晶圆本体100进行烘烤。

结合参见图5(图中箭头表示热量)，具体而言，在完成涂布工艺后，在气氛炉200中对晶圆本体100进行软烘或者硬烘，以蒸发光刻胶表面的溶剂。其中，气氛炉200中可以通入氮气或惰性气体。晶圆本体100可以设置在软烘/硬烘平台上，光刻胶层110位于晶圆本体100上方，平台四周具有热源，在进行加热时，热量由四周向晶圆本体100传递至光刻胶层110，使得晶圆及上层光刻胶整体受热搅匀，避免了光刻胶内溶剂挥发不一致的情况，使得光刻胶内部溶剂与长链碳氢交联化合物分布一致，并使光刻胶层110大大满足可以进行光刻工艺的前置条件。

需要说明的是，本实施例中气氛炉200可以同时对多个晶圆本体100进行烘烤，同时使用气氛炉200进行软烘硬烘，可以有效降低因常规条件下因一侧传热导致光刻胶上下溶剂挥发不一致的情况，避免了在去胶时发生去胶速率不一致的情况，保证了后续光刻胶层110表面均匀性良好。

S13：利用光刻工艺对光刻胶层110进行图案化；

具体而言，利用掩膜板将光刻胶层110准确曝光、显影，并将所需的刻蚀图形转移到光刻胶层110上。

S14：利用刻蚀工艺去除部分光刻胶层110。

具体而言，利用刻蚀液或者通过等离子体对光刻胶层110进行刻蚀，残留的光刻胶层110即作为掩膜覆盖在晶圆本体100的刻蚀区以外，从而形成光阻，保护非刻蚀区的晶圆本体100不被刻蚀。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。