專利名稱：襯底表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種襯底表面處理方法。
背景技術(shù)：
隨著半導體技術(shù)的發(fā)展，互補金屬氧化物半導體(CM0Q工藝相關(guān)器件的特征尺寸不斷縮小，至今已達到22nm量級。由此，也對制造工藝提出了更高的技術(shù)要求，其中表面缺陷是影響器件合格率的重要因素之一。在特征尺寸不斷減小的趨勢下，減小表面缺陷成為工藝發(fā)展的必然要求。表面缺陷通常包含工藝過程中的顆粒以及相關(guān)工藝過程的殘留物，工藝過程中的顆?？赏ㄟ^提高潔凈度等方式克服，而相關(guān)工藝過程的殘留物往往需通過后續(xù)特定的工藝步驟去除。而在微機電系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域，由于許多技術(shù)都源于標準CMOS 工藝，因此，同樣存在表面缺陷對器件合格率的影響因素。目前，業(yè)界對半導體相關(guān)工藝過程的殘留物的去除方法已有不少研究。其中大多集中在濕法清洗的領(lǐng)域，例如對清洗溶液的組分、清洗的步續(xù)等有諸多討論，但均需要增加額外的材料和時間成本。另外，對一些含特定雜質(zhì)如難熔金屬的殘留物去除效果也不夠理想。此外，也可通過等離子體處理的方式進行表面處理，以去除相關(guān)工藝過程的殘留物。專利號為US7759249的美國專利提出了一種利用氮氧化合物(NxOy)等離子體進行刻蝕后處理的方法，但其僅限于一般殘留物的去除，并不特別涉及難熔金屬殘留物的去除，且該專利主要討論的是實現(xiàn)相關(guān)工藝的設(shè)備結(jié)構(gòu)配置，對工藝過程的介紹不大深入。因此，對于含難熔金屬的殘留物(也稱為難熔金屬殘留物)的去除，需要開發(fā)一種工藝過程簡單、易于實現(xiàn)、成本可控、適于實際生產(chǎn)的表面處理方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種襯底表面處理方法，能夠有效改善襯底表面平整度，有利于后續(xù)工藝步驟的開展，并可提高器件性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種襯底表面處理方法，所述襯底上形成有圖形化膜層，所述圖形化膜層表面具有難熔金屬殘留物，所述襯底表面處理方法包括執(zhí)行刻蝕工藝，以去除所述圖形化膜層表面的難熔金屬殘留物；其中，所述刻蝕工藝使用的刻蝕氣體由反應(yīng)性氣體和稀釋性氣體組成，所述反應(yīng)性氣體包含有鹵族元素?？蛇x的，在所述的襯底表面處理方法中，所述反應(yīng)性氣體為四氟化碳、八氟環(huán)丁烷、六氟化硫、三氟化氮、三氯化硼、氯氣中的一種或其組合；所述稀釋性氣體為氧氣、氮氣、 氬氣、氦氣中的一種或其組合?？蛇x的，在所述的襯底表面處理方法中，所述稀釋性氣體與反應(yīng)性氣體的流量比在10 1至20 1之間?？蛇x的，在所述的襯底表面處理方法中，所述刻蝕工藝為反應(yīng)離子刻蝕工藝。所述反應(yīng)性氣體為四氟化碳和六氟化硫，所述稀釋性氣體為氧氣，所述四氟化碳流量為10 40SCCm，所述六氟化硫流量為3 lkccm，所述氧氣的流量為120 450sCCm。所述刻蝕工藝的射頻功率為20 350W，所述刻蝕工藝的工藝壓強為20 300mTorr，所述刻蝕工藝的工藝時間為20 60sec?？蛇x的，在所述的襯底表面處理方法中，所述圖形化膜層包括圖形化電極層以及覆蓋所述圖形化電極層的圖形化硬掩膜層。所述圖形化膜層利用以下步驟形成提供一襯底；在所述襯底上依次形成電極層和硬掩膜層；圖形化所述硬掩膜層和電極層，以形成圖形化硬掩膜層和圖形化電極層，所述圖形化硬掩膜層表面具有難熔金屬殘留物。所述電極層的材料為氮化鉭、氮化鈦、鉭、鈦、鎢中的一種或其組合?？蛇x的，在所述的襯底表面處理方法中，所述圖形化膜層為圖形化鈍化層。所述圖形化膜層利用以下步驟形成在所述襯底上依次形成壓點和覆蓋所述壓點和襯底的鈍化層；圖形化所述鈍化層，以形成圖形化鈍化層，所述圖形化鈍化層暴露所述壓點的部分表面，所述圖形化鈍化層表面具有難熔金屬殘留物。所述壓點膜層的材料為鋁。由于采用了以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明通過在形成圖形化膜層之后，執(zhí)行一步刻蝕工藝，來去除所述圖形化膜層上的難熔金屬殘留物，所述刻蝕工藝使用的刻蝕氣體由反應(yīng)性氣體和稀釋性氣體組成，所述反應(yīng)性氣體包含有鹵族元素，由于難熔金屬殘留物在圖形化膜層表面多呈凸起狀態(tài)，通過尖端放電效應(yīng)，鹵族元素離子較易將難熔金屬殘留物通過轟擊去除；并且，本發(fā)明通過控制射頻功率以減少對襯底表面的損傷，改善襯底表面的平整度；此外，該襯底表面處理方法僅需在圖形化膜層形成后增加一步特定的工藝步驟，沒有增加復雜的工藝流程，對產(chǎn)能和生產(chǎn)成本不會造成明顯影響。


圖IA IC為本發(fā)明第一實施例的襯底表面處理方法中各步驟對應(yīng)的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A 2C為本發(fā)明第二實施例的襯底表面處理方法中各步驟對應(yīng)的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式在背景技術(shù)中已經(jīng)提及，在對膜層進行圖形化之后，其中的刻蝕過程會導致圖形化膜層表面或周圍含有難熔金屬殘留物，此類難熔金屬殘留物會對后續(xù)工藝步驟和器件性能造成不良影響。因此，本發(fā)明的核心思想在于，提供一種襯底表面處理方法，所述襯底上形成有圖形化膜層，所述圖形化膜層表面或周圍具有難熔金屬殘留物，所述襯底表面處理方法通過執(zhí)行刻蝕工藝來去除所述圖形化膜層上的難熔金屬殘留物，所述刻蝕工藝使用的刻蝕氣體由反應(yīng)性氣體和稀釋性氣體組成，所述反應(yīng)性氣體包含有鹵族元素，由于難熔金屬殘留物在圖形化膜層表面多呈凸起狀態(tài)，通過尖端放電效應(yīng)，鹵族元素離子較易將難熔金屬殘留物通過轟擊去除，并且可減少對襯底表面的損傷，改善襯底表面的平整度；此外，本發(fā)明提供的襯底表面處理方法僅需在形成了圖形化膜層后增加一步特定的工藝步驟，沒有增加復雜的工藝流程，對產(chǎn)能和生產(chǎn)成本不會造成明顯影響。下面將結(jié)合剖面結(jié)構(gòu)示意圖對本發(fā)明的襯底表面處理方法進行更詳細的描述，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此， 下列描述應(yīng)當被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。第一實施例以形成紅外探測器的電極工藝為例，所述圖形化膜層即包括圖形化電極層以及覆蓋所述圖形化電極層的圖形化硬掩膜層，所述圖形化電極層即可作為紅外探測器的電極。 圖IA IC為本發(fā)明第一實施例的襯底表面處理方法中各步驟對應(yīng)的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖IA所示，首先，提供一襯底100，并在襯底100上依次形成電極層110和硬掩膜層120 ；至此，膜層淀積完成，即可形成如圖IA所示三層結(jié)構(gòu)。其中，所述襯底100的材料可以為無定形硅或二氧化硅(SiO2),所述襯底100的厚度例如為500~2000A,優(yōu)選為1000 A;所述電極層Iio的材料可以為氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鎢(W)中的一種或其組合，所述電極層110的厚度例如為 90~300A,優(yōu)選為150A。所述圖形化硬掩膜層120的材料例如是氮氧化硅(SiON)，厚度為 200 400A,優(yōu)選為300A。如圖IB所示，接著，圖形化硬掩膜層120和電極層110，以形成圖形化硬掩膜層 121和圖形化電極層111(其可作為紅外探測器的電極)。其中，所述“圖形化”也被稱為“圖案化”，其是指利用曝光、顯影、刻蝕等工藝，將掩模版(mask)上的圖形轉(zhuǎn)移到待圖形化的膜層上。在本實施例中，首先，利用光刻工藝將掩模版上的圖形轉(zhuǎn)移到光刻膠層上，以形成圖形化光刻膠；然后，利用刻蝕工藝將圖形化光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到硬掩膜層120和電極層110上，即可形成圖形化硬掩膜層121和圖形化電極層111。所述圖形化過程是本領(lǐng)域內(nèi)的公知常識，在此不再詳細描述。然而，經(jīng)本申請人發(fā)明人長期研究發(fā)現(xiàn)，由于襯底100的材料通常為無定形硅或二氧化硅，為保持對無定形硅或二氧化硅刻蝕的選擇性，通常采用含氟的等離子體進行刻蝕，以將圖形化光刻膠上的圖形轉(zhuǎn)移到硬掩膜層120和電極層110上，即形成圖形化硬掩膜層121和圖形化電極層111。以所述電極層110的材料為氮化鉭為例，由于在氮化鉭刻蝕過程中，物理轟擊起了較大作用，部分含鉭的難揮發(fā)物質(zhì)容易殘留在光刻膠中，導致去除光刻膠后，不可避免的在圖形化硬掩膜層121的邊緣形成難熔金屬殘留物130。此類難熔金屬殘留物130會對后續(xù)工藝步驟和器件性能造成不良影響。因此，對難熔金屬殘留物130的去除成為一個必要的工藝步驟。本發(fā)明的關(guān)鍵步驟是，執(zhí)行刻蝕工藝，以去除圖形化硬掩膜層121上的難熔金屬殘留物130 ；其中，刻蝕工藝使用的刻蝕氣體由反應(yīng)性氣體和稀釋性氣體組成，所述反應(yīng)性氣體包含有鹵族元素。由于難熔金屬殘留物130在圖形化硬掩膜層121表面多呈凸起狀態(tài)，通過尖端放電效應(yīng)，鹵族元素離子較易將難熔金屬殘留物130通過轟擊去除，并且可減少對襯底表面的損傷，改善襯底表面的平整度；此外，本發(fā)明實施例提供的襯底表面處理方法僅需在形成了圖形化膜層后增加一步特定的工藝步驟，沒有增加復雜的工藝流程，對產(chǎn)能和生產(chǎn)成本不會造成明顯影響。在本步驟完成后，難熔金屬殘留物130被完全去除，同時改善了襯底表面的平整度，形成了如圖IC所示的紅外探測器的電極結(jié)構(gòu)。其中，所述反應(yīng)性氣體可以為四氟化碳(CF4)、八氟環(huán)丁烷(C4F8)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、三氯化硼(BCl3)、氯氣(Cl2)中的一種或其組合，所述反應(yīng)性氣體用以提供刻蝕劑F離子或Cl離子的來源。所述稀釋性氣體可以為氧氣(O2)、氮氣(N2)、氬氣(Ar)、氦氣(He)中的一種或其組合，用以維持等離子體并保持其均勻性，較佳的，該稀釋性氣體在總氣體流量中占較大比例，所述稀釋性氣體與反應(yīng)性氣體的流量比優(yōu)選在10 1至20 1 之間，進一步的，所述刻蝕工藝為反應(yīng)離子刻蝕工藝，所述反應(yīng)性氣體為四氟化碳 (CF4)和六氟化硫(SF6),所述稀釋性氣體為氧氣(O2)，所述四氟化碳(CF4)的流量為10 40sccm，所述六氟化硫(SF6)的流量為3 15sccm，所述氧氣(O2)的流量為120 450sccm。 較佳的，可通過控制射頻功率，以減少對襯底表面的損傷，改善襯底表面的平整度；例如，所述刻蝕工藝的射頻功率為20 350W，所述刻蝕工藝的工藝壓強為20 300mTorr，所述刻蝕工藝的工藝時間為20 60sec。更進一步的，在本實施例中，選用氧氣(O2)作為稀釋性氣體，流量設(shè)置為300sCCm ； 選用四氟化碳(CF4)作為反應(yīng)性氣體，流量為20sCCm;另外選用六氟化硫(SF6)作為輔助的反應(yīng)性氣體，以增加氟離子的供給，流量范圍為^ccm。關(guān)于工藝壓強，為平衡等離子體濃度與離子轟擊能量兩項參數(shù)，優(yōu)選為200mTorr。為增強轟擊效應(yīng)，在工藝過程中選用的射頻 (RF)頻率應(yīng)較低，一般小于20MHz。根據(jù)設(shè)備配置，本實施例選用通用頻率13.56MHz。對于RF功率，考慮減少對襯底表面的影響，功率優(yōu)選為150W，該功率可確保不會破壞襯底上原有的圖形。刻蝕工藝的工藝時間則需根據(jù)殘留物狀態(tài)確定，在本實施例中，工藝時間優(yōu)選為30seC。利用上述工藝條件，可最大程度的去除難熔金屬殘留物，改善襯底表面的平整度； 并且，不會損傷到原有的膜層圖形。當然，上述數(shù)值并不用于限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實際要去除的難熔金屬殘留物的種類以及大小，并根據(jù)刻蝕機臺的具體配置，來相應(yīng)的調(diào)整工藝參數(shù)，以達到最佳的去除效果。第二實施例在本實施例中，該方法適用于壓點(pad)刻蝕后的表面處理，所述圖形化膜層即包括壓點以及覆蓋所述壓點的圖形化硬掩膜層。圖2A 2C為本發(fā)明第二實施例的襯底表面處理方法中各步驟對應(yīng)的器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2A所示，首先，提供一襯底200，并在襯底200上依次形成壓點210和覆蓋所述壓點210和襯底200的鈍化層220。所述壓點210的材料為金屬鋁。如圖2B所示，接著，圖形化鈍化層220，以形成圖形化鈍化層221，所述圖形化鈍化層221暴露出所述壓點210的部分表面。在刻蝕所述鈍化層220的過程中，壓點210受到轟擊，因此，不可避免的，所述圖形化鈍化層220上含有難熔金屬殘留物230，所述難熔金屬殘留物230中含有鋁、硅成分，此類難熔金屬殘留物230會對后續(xù)工藝步驟和器件性能造成不良影響。如圖2C所示，接下來，即執(zhí)行刻蝕工藝，以去除所述圖形化鈍化層220表面的難熔金屬殘留物230 ；其中，所述刻蝕工藝使用的刻蝕氣體由反應(yīng)性氣體和稀釋性氣體組成，所述反應(yīng)性氣體包含有鹵族元素。在本實施例中，選用氮氣(N2)為稀釋性氣體，流量為150 400SCCm，優(yōu)選為300SCCm;選用氯氣(Cl2)作為反應(yīng)性氣體，流量為10 30sCCm，優(yōu)選為 15sccm ；工藝壓強為40 IOOmTorr,優(yōu)選為60mTorr ；RF頻率優(yōu)選為13. 56MHz ；RF功率范圍150 400W，優(yōu)選為250W ；刻蝕工藝的工藝時間優(yōu)選為15sec。綜上所述，通過在膜層圖形化后增加一步特定的襯底表面處理工藝，可以有效去除圖形化過程中產(chǎn)生的難熔金屬殘留物，改善襯底表面的平整度。在實施過程中，僅需在圖形化工藝后增加一步工藝步驟，沒有增加復雜的工藝流程，對產(chǎn)能和生產(chǎn)成本不會造成明顯影響。需要說明的是，上述實施例以形成紅外探測器的電極工藝和形成壓點工藝為例； 但是本發(fā)明并不限制于此，除上述兩個實施例外，本發(fā)明還可用于含鎢、鈦等殘留物的去除，例如，本發(fā)明還可用于電容等其他結(jié)構(gòu)的形成工藝。其中反應(yīng)性氣體可選含氟或氯等鹵族元素的氣體。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)對襯底表面的刻蝕程度，相應(yīng)的調(diào)整氣體流量比、工藝壓強、RF功率等工藝參數(shù)，并相應(yīng)的控制刻蝕工藝時間來實現(xiàn)。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并非用于限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，對本發(fā)明的技術(shù)方案作本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的等同改變或替換均不超出本發(fā)明的揭露以及保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種襯底表面處理方法，所述襯底上形成有圖形化膜層，所述圖形化膜層表面具有難熔金屬殘留物，所述襯底表面處理方法包括執(zhí)行刻蝕工藝，以去除所述圖形化膜層表面的難熔金屬殘留物；其中，所述刻蝕工藝使用的刻蝕氣體由反應(yīng)性氣體和稀釋性氣體組成，所述反應(yīng)性氣體包含有鹵族元素。
2.如權(quán)利要求1所述的襯底表面處理方法，其特征在于，所述反應(yīng)性氣體為四氟化碳、 八氟環(huán)丁烷、六氟化硫、三氟化氮、三氯化硼、氯氣中的一種或其組合；所述稀釋性氣體為氧氣、氮氣、氬氣、氦氣中的一種或其組合。
3.如權(quán)利要求1所述的襯底表面處理方法，其特征在于，所述稀釋性氣體與反應(yīng)性氣體的流量比在10 1至20 1之間。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項所述的襯底表面處理方法，其特征在于，所述刻蝕工藝為反應(yīng)離子刻蝕工藝。
5.如權(quán)利要求4所述的襯底表面處理方法，其特征在于，所述反應(yīng)性氣體為四氟化碳和六氟化硫，所述稀釋性氣體為氧氣，所述四氟化碳流量為10 40sCCm，所述六氟化硫流量為3 lkccm，所述氧氣的流量為120 450sCCm，所述刻蝕工藝的射頻功率為 20 350W，所述刻蝕工藝的工藝壓強為20 300mTorr，所述刻蝕工藝的工藝時間為20 60seco
6.如權(quán)利要求1所述的襯底表面處理方法，其特征在于，所述圖形化膜層包括圖形化電極層以及覆蓋所述圖形化電極層的圖形化硬掩膜層。
7.如權(quán)利要求6所述的襯底表面處理方法，其特征在于，所述圖形化膜層利用以下步驟形成 在所述襯底上依次形成電極層和硬掩膜層；圖形化所述硬掩膜層和電極層，以形成圖形化硬掩膜層和圖形化電極層，所述圖形化硬掩膜層表面具有難熔金屬殘留物。
8.如權(quán)利要求7所述的襯底表面處理方法，其特征在于，所述電極層的材料為氮化鉭、 氮化鈦、鉭、鈦、鎢中的一種或其組合。
9.如權(quán)利要求1所述的襯底表面處理方法，其特征在于，所述圖形化膜層為圖形化鈍化層。
10.如權(quán)利要求9所述的襯底表面處理方法，其特征在于，所述圖形化膜層利用以下步驟形成在所述襯底上依次形成壓點和覆蓋所述壓點和襯底的鈍化層；圖形化所述鈍化層，以形成圖形化鈍化層，所述圖形化鈍化層暴露所述壓點的部分表面，所述圖形化鈍化層表面具有難熔金屬殘留物。
11.如權(quán)利要求10所述的襯底表面處理方法，其特征在于，所述壓點的材料為鋁。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種襯底表面處理方法，所述襯底上形成有圖形化膜層，所述圖形化膜層上具有難熔金屬殘留物，所述襯底表面處理方法包括執(zhí)行刻蝕工藝，以去除所述圖形化膜層上的難熔金屬殘留物；其中，所述刻蝕工藝使用的刻蝕氣體由反應(yīng)性氣體和稀釋性氣體組成，所述反應(yīng)性氣體包含有鹵族元素。本發(fā)明可減少對襯底表面的損傷，改善襯底表面的平整度；并且，沒有增加復雜的工藝流程，對產(chǎn)能和生產(chǎn)成本不會造成明顯影響。
文檔編號H01L31/18GK102176415SQ20111006179
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者康曉旭, 王偉軍, 袁超 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司