[发明专利]三层光刻材料的返工方法

说明书

本发明公开了一种三层光刻材料的返工方法，包括步骤：步骤一、提供形成有多晶硅栅的半导体衬底；步骤二、旋涂ODL层、SHB层和PR层叠加而成的三层光刻材料；步骤三、进行膜层检查，如果检查出现问题，则进行后续步骤四；步骤四、进行返工工艺，包括：步骤41、进行有机溶剂清洗；步骤42、进行采用CF4为刻蚀气体的第一次等离子气体刻蚀；步骤43、进行采用N2H2为刻蚀气体的第二次等离子气体刻蚀。步骤44、采用单片清洗工艺对所述半导体衬底进行清洗。本发明能提高返工工艺的适用范围，极大提高返工工艺的安全性，而且还能降低返工工艺额外引入的缺陷。

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种三层光刻材料的返工方法。

背景技术

随着技术发展，芯片的特征线宽尺寸越来越小。为了提高线宽图形的保真度，光刻时的晶圆薄膜堆叠采用多层材质堆叠，依次传递图形。芯片的制造工艺非常的复杂，步骤繁多，晶圆为单晶结构半导体衬底如硅衬底组成圆片。在每一步的制作都达标后，最终制作的芯片才能达到设计功能，否则就成为废品。任何一个工艺步骤发生的异常若无法返工的话，就会前功尽弃，成为废品。

光刻工艺过程中，为了提高图形的解析度，以及工艺过程中的保真度，会采用三层不同材质的薄膜堆叠结构即三层光刻材料来依次传递图形及尺寸。发生工艺异常时可以通过返工工艺剥离掉晶圆表面的薄膜材质，经过返工的晶圆重新淀积相关薄膜材质，避免晶圆报废。三层光刻材料通常分别为有机底层结构(Organic Dielectric Layer，ODL)层、硅氧基硬掩模中间层结构(Si-O-based Hard Mask，SHB)层和光刻胶(PR)层。

SHB层采用硅基抗反射层如硅底部抗反射涂层(BARC)。

ODL层通常采用碳涂层(Spin-On-Carbon，SOC)，SOC是高碳含量的聚合物。

在多晶硅栅的切割工艺中也需要采用三层光刻材料，通过三层光刻材料实现光刻工艺的定义并更加光刻定义实现对多晶硅栅的刻蚀。

现有一种返工工艺包括如下步骤：步骤1、采用O2等离子气体刻蚀去除晶圆表面的光刻胶；步骤2、采用CF4等离子气体刻蚀去除晶圆光刻胶下的硅基抗反射层；步骤3、采用O2等离子气体刻蚀去除晶圆硅基抗反射层下的ODL层。

现有这种干法刻蚀返工工艺可以挽救硅基抗反射层沉积异常、硅基抗反射层沉积后的光刻胶沉积异常、光刻曝光过程中以及曝光后的任何异常。但对于硅基抗反射层沉积前的任何异常如ODL层涂布后发现异常，若采用该流程去返工，则会导致晶圆报废，这是因为：

步骤1和3都是采用O2等离子气体刻蚀，如果在硅基抗反射层之前发生工艺异常通常为涂布ODL层发生异常时，这时进行返工工艺会在步骤1中就将ODL层去除，这样，后续的步骤2的CF4等离子气体刻蚀会对半导体衬底上的结构如形成于半导体衬底上的多晶硅栅产生破坏作用如会将多晶硅栅直接去除，故容易导致晶圆异常。

现有一种改进的返工工艺包括如下步骤：

步骤1、采用光刻胶减量(Resist Reduction Coating，RRC)工艺去除晶圆表面的光刻胶；步骤2、采用CF4等离子气体刻蚀去除晶圆光刻胶下的硅基抗反射层；步骤3、采用O2等离子气体刻蚀去除晶圆硅基抗反射层下的ODL层。这种改进方法能消除前面描述的现有方法中所存在的缺陷，也即当ODL层涂布后发现异常后，进行步骤1的RRC工艺并不会对ODL层产生减薄的影响；进行步骤2的CF4等离子气体刻蚀也仅会对ODL层产生部分减薄，不会将ODL层去除，故包括的ODL层会对底部的多晶硅栅产生保护作用，防止CF4等离子气体刻蚀对多晶硅栅所产生的破坏作用。但是，这种改进方法的缺点是，在步骤3的O2等离子气体刻蚀中，ODL层被去除后，O2等离子气体刻蚀容易对暴露的多晶硅栅产生氧化作用，从而会使多晶硅栅的高度产生损失。对于技术节点为28nm以下的半导体器件来，由于多晶硅栅的厚度即高度本来就比较低，多晶硅栅的高度损失后会增加多晶硅栅电阻，最后会影响器件的性能。