一種高能量離子注入后的去膠方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高能量離子注入后的去膠方法，采用三個階段去膠，第一個階段是晶圓預(yù)熱階段，達(dá)到后續(xù)反應(yīng)所需的工藝溫度；第二個階段是表面硬殼去除階段，應(yīng)用純氫氣、氮氣混合氣作為工藝氣體去除高能離子注入后的表面碳化硬殼；第三個階段是主體光刻膠去除階段，以一定比例的氧氣、氫氣、氮氣混合氣為工藝氣體去除殘余的光刻膠。本發(fā)明的三階段工藝去膠方法是利用氫氣還原交聯(lián)碳鏈的原理，在溫和的反應(yīng)條件下先去除注入后光刻膠外表面的碳化硬殼，從而避免反應(yīng)開始階段由于去膠速率過快而致光刻膠爆裂的情況發(fā)生，同時減少反應(yīng)過程中碳硅氧成分的殘留物生成，對其它膜質(zhì)不會造成額外的損傷，有效降低晶圓表面缺陷，提高產(chǎn)品良率。
【專利說明】一種高能量離子注入后的去膠方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種高能量離子注入后的去膠方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體晶圓生產(chǎn)前端工藝中，等離子體干法去膠被廣泛的應(yīng)用于高能量離子注入后殘余光刻膠的去除工藝。經(jīng)過光刻膠涂布、曝光、顯影等工藝處理后的晶圓，在高能量離子注入后，露出的圖形是根據(jù)產(chǎn)品電學(xué)特性需求需要進行離子注入的區(qū)域，同時在光刻膠覆蓋的區(qū)域表面(即圖1A中的11所示，沒有被滲透的光刻膠)會形成一定厚度的堅硬的表面硬殼(crust)(如圖1A中的12所示的硬殼)。此硬殼12的主要由交聯(lián)的碳鏈化合物且摻雜著各種注入的離子組分。這樣給后續(xù)的去膠工藝帶來了更多的困難和挑戰(zhàn)，經(jīng)常會伴隨著出現(xiàn)膠爆裂(poping)(圖1B所示)、C-S1-O殘留物(residue)(圖1C所示)、甚至多晶娃損傷(poly broken)(圖1D所示)等工藝缺陷,對產(chǎn)品的良率帶來負(fù)面影響。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)一般通過以下方法來解決圖1A至圖1D所示的工藝缺陷:
[0004]1.使用O2和N2的混合工藝氣體，采用低溫工藝的方法降低反應(yīng)速度。
[0005]2.使用O2和H2/N2的混合氣體，通過調(diào)節(jié)氧氣和氫氮混合器的比例來控制反應(yīng)的速度。
[0006]3.引入CF4反應(yīng)氣體來達(dá)到去除表面硬殼和C-S1-O殘留物的目的
[0007]然而上述方法存在以下問題:
[0008]1.低溫條件下，使用02/N2的混合工藝氣體，在IlOnm及以上節(jié)點的工藝中使用較為廣泛，但對于90nm以下節(jié)點的高階工藝，隨著離子注入能量的加大，以及關(guān)鍵尺寸的縮小，單純使用02/N2氣體會產(chǎn)生光刻膠爆裂以及多晶硅損傷等缺陷；
[0009]2.02和H2/N2的混合氣體，通過調(diào)節(jié)氧氣和氫氮混合氣的比例來控制反應(yīng)的速度，此方法可解決大部分高能粒子注入后去膠工藝的需求。但是對于某些特殊產(chǎn)品和圖形，使用上述的方法仍會有缺陷產(chǎn)生，此類缺陷主要為C-S1-O的殘留物，且在后續(xù)的濕法清洗中難以去除；
[0010]3.使用CF4反應(yīng)氣體可以有效的去除C-S1-O殘留物及表面硬殼，但會對器件帶來其它不利影響。由于CF4氣體具有較強的刻蝕腐蝕性，會對多晶硅側(cè)壁的氧化膜或氮化膜，硅或氧化膜襯底以及帶來新的刻蝕損傷，導(dǎo)致器件的關(guān)鍵尺寸或襯底硅損傷量發(fā)生變化，從而影響器件的性能。
[0011]因而需要一種新的高能量離子注入后的去膠方法，以避免上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于提供一種高能量離子注入后的去膠方法，可以避免光刻膠爆裂、C-S1-O的殘留物以及多晶硅損傷等工藝缺陷。
[0013]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種高能量離子注入后的去膠方法，包括:
[0014]晶圓預(yù)熱階段:對待去膠的晶圓加熱，使其達(dá)到后續(xù)反應(yīng)所需的工藝溫度；[0015]表面硬殼去除階段:采用氫氣、氮氣形成的混合氣作為工藝氣體，去除晶圓高能量離子注入后的晶圓上光刻膠表面碳化的硬殼；
[0016]主體光刻膠去除階段:采用氧氣、氫氣、氮氣形成的混合氣為工藝氣體，去除晶圓上殘余的光刻膠。
[0017]進一步的，在所述晶圓預(yù)熱階段中，通過調(diào)整晶圓和加熱板的接觸時間、接觸方式及反應(yīng)條件，并結(jié)合缺陷檢測機，確定出包括所述工藝溫度在內(nèi)的最佳工藝溫度區(qū)間。
[0018]進一步的，所述晶圓預(yù)熱階段的最佳工藝區(qū)間包括:反應(yīng)壓力為IT?3T，反應(yīng)溫度為200°C?300°C，晶圓預(yù)熱時間為6s?10s。
[0019]進一步的，在所述表面硬殼去除階段中的工藝參數(shù)包括:，氫氣、氮氣的混合氣中氫氣的體積比例為4%?8%，工藝溫度為200°C?300°C，反應(yīng)壓力為0.5T?3T，反應(yīng)功率為 500W ?3000W。
[0020]進一步的，在所述表面硬殼去除階段中的工藝參數(shù)包括:反應(yīng)壓力為IT?3T，反應(yīng)溫度為200°C?300°C，反應(yīng)功率為1000W?2500W，氫氣、氮氣的混合氣的氣體流量為IOOOsccm ?5000sccm,反應(yīng)時間為 20s ?IOOs0
[0021]進一步的，在所述主體光刻膠去除階段中的工藝參數(shù)包括:氧氣的體積比例為50%?90%，氫氣的體積比例為2%?20%，氮氣的體積比例為20%?50%，工藝溫度為200 V?300°C，反應(yīng)壓力為0.5T?3T，反應(yīng)功率為500W?3000W。
[0022]進一步的，所述主體光刻膠去除階段中的工藝參數(shù)包括:反應(yīng)壓力為IT?3T，工藝溫度為200°C?300°C，反應(yīng)功率為1000W?2500W，氧氣的氣體流量為5000sccm?9000sccm，氫氣、氮氣的混合氣的的氣體流量分別為IOOOsccm?5000sccm，反應(yīng)時間為20s ?50so
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的高能量離子注入后的去膠方法，采用三個階段去膠，第一個階段是晶圓預(yù)熱階段，達(dá)到后續(xù)反應(yīng)所需的工藝溫度；第二個階段是表面硬殼去除階段，應(yīng)用純氫氣、氮氣混合氣作為工藝氣體去除高能離子注入后的表面碳化硬殼；第三個階段是主體光刻膠去除階段，以一定比例的氧氣、氫氣、氮氣混合氣為工藝氣體去除殘余的光刻膠。本發(fā)明的三階段工藝去膠方法是利用氫氣還原交聯(lián)碳鏈的原理，在溫和的反應(yīng)條件下先去除注入后光刻膠外表面的碳化硬殼，從而避免反應(yīng)開始階段由于去膠速率過快而致光刻膠爆裂的情況發(fā)生，同時減少反應(yīng)過程中碳硅氧成分的殘留物生成，對其它膜質(zhì)不會造成額外的損傷，有效降低晶圓表面缺陷，提高產(chǎn)品良率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1A至圖1D為現(xiàn)有技術(shù)的去膠工藝中的四種典型工藝缺陷的電子掃描圖；
[0025]圖2為本發(fā)明具體實施例的高能量離子注入后的去膠工藝流程圖；
[0026]圖3為本發(fā)明具體實施例的晶圓和加熱板接觸時間與溫度關(guān)系圖表；
[0027]圖4為傳統(tǒng)的02/H2N2混合氣體工藝去膠后在圖形密集區(qū)域的缺陷的電子掃描圖；
[0028]圖5為現(xiàn)有的CF4氣體工藝去膠后在圖形密集區(qū)域的電子掃描圖；
[0029]圖6為本發(fā)明具體實施例的去膠后在圖形密集區(qū)域的電子掃描圖；
[0030]圖7為現(xiàn)有的CF4氣體工藝去膠后的晶圓缺陷示意圖；
[0031]圖8為本發(fā)明具體實施例的去膠后的晶圓缺陷示意圖?！揪唧w實施方式】
[0032]本發(fā)明的核心思想在于提出一種高能量離子注入后的去膠方法，采用三個階段去膠，第一個階段是晶圓預(yù)熱階段，達(dá)到后續(xù)反應(yīng)所需的工藝溫度；第二個階段是表面硬殼去除階段，應(yīng)用純氫氣、氮氣混合氣作為工藝氣體去除高能離子注入后的表面碳化硬殼；第三個階段是主體光刻膠去除階段，以一定比例的氧氣、氫氣、氮氣混合氣為工藝氣體去除殘余的光刻膠。本發(fā)明的三階段工藝去膠方法是利用氫氣還原交聯(lián)碳鏈的原理，在溫和的反應(yīng)條件下先去除注入后光刻膠外表面的碳化硬殼，從而避免反應(yīng)開始階段由于去膠速率過快而致光刻膠爆裂的情況發(fā)生，同時減少反應(yīng)過程中碳硅氧成分的殘留物生成，對其它膜質(zhì)不會造成額外的損傷，有效降低晶圓表面缺陷，提高產(chǎn)品良率。
[0033]為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的說明，然而，本發(fā)明可以用不同的形式實現(xiàn)，不應(yīng)只是局限在所述的實施例。
[0034]請參考圖2，本發(fā)明提出一種高能量離子注入后的去膠方法，包括:
[0035]晶圓預(yù)熱階段:對待去膠的晶圓加熱，使其達(dá)到后續(xù)反應(yīng)所需的工藝溫度；
[0036]表面硬殼去除階段:采用氫氣H2、氮氣N2形成的混合氣作為工藝氣體，去除晶圓高能量離子注入后的晶圓上光刻膠表面碳化的硬殼；
[0037]主體光刻膠去除階段:米用氧氣O2、氫氣H2、氮氣N2形成的混合氣為工藝氣體,去除晶圓上殘余的光刻膠。
[0038]請參考圖2和圖3，在晶圓預(yù)熱階段中，通過調(diào)整晶圓和加熱板的接觸方式、距離、接觸時間、腔體壓力、氣體流量，反應(yīng)的起始溫度、使晶圓預(yù)熱到一定的溫度，此溫度值與反應(yīng)后的缺陷情況直接相關(guān)，因而可以結(jié)合去膠反應(yīng)后缺陷檢測機進行缺陷檢測，得到適合于該產(chǎn)品的最佳工藝過程控制區(qū)間(圖3中的工藝條件適用區(qū)域)，即確定出適合高能離子注入工藝的反應(yīng)溫度區(qū)間。本實施例中，反應(yīng)過程溫度不超過160°C，所述晶圓預(yù)熱階段的最佳工藝區(qū)間包括:反應(yīng)壓力為IT~3T，反應(yīng)溫度為200°C~300°C，晶圓預(yù)熱時間為6s~IOs0經(jīng)過預(yù)熱階段后，待去膠的晶圓20上的表面硬殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生一定變化，有利于后續(xù)去除。
[0039]請參考圖2和圖3，根據(jù)晶圓預(yù)熱階段設(shè)定的工藝過程控制條件，在第二工藝階段(表面硬殼去除階段)采用僅有h2、n2兩種氣體混合的混合氣體作為工藝的唯一氣體，此階段的工藝反應(yīng)氣體可以表示為H2N2或者H2/N2。通過調(diào)節(jié)腔體壓力、氫氣、氮氣的混合氣的氣體流量、反應(yīng)功率、晶圓位置，實現(xiàn)溫和的反應(yīng)過程，進行光刻膠表面硬殼的去除反應(yīng)。此處N2僅作為稀釋氣體作用，實際參與反應(yīng)氣體為H2,反應(yīng)方程式為:
[0040]

+JTs ◎ CIMGO2 # B2O
[0041]本實施例中，混合氣中H2的混合比例為4%~8%，去除表面硬殼的反應(yīng)條件為:反應(yīng)壓力為IT~3T，反應(yīng)溫度為200°C~300°C，反應(yīng)功率為1000W~2500W，氫氣、氮氣的混合氣的氣體流量為1000sccm~5000sccm，反應(yīng)時間為20s~IOOs ；;或者反應(yīng)溫度為200°C~300°C，反應(yīng)壓力為0.5T~3T，反應(yīng)功率為500W~3000W。
[0042]請參考圖2和圖3，根據(jù)晶圓預(yù)熱階段設(shè)定的工藝過程控制條件，在第三工藝階段(主體光刻膠去除階段)，引入氧氣，即氧氣與氫氣、氮氣的混合氣的進一步混合，工藝反應(yīng)氣體為02、H2, N2，此階段的工藝反應(yīng)氣體可以表示為02/H2N2。通過調(diào)節(jié)氣體比例、O2和氫氣、氮氣的混合氣的氣體流量、反應(yīng)功率、腔體壓力，從而加快光刻膠有機化物的反應(yīng)去除速率，實現(xiàn)剩余主體光刻膠的快速去除，反應(yīng)方程式為:
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種高能量離子注入后的去膠方法，其特征在于，包括: 晶圓預(yù)熱階段:對待去膠的晶圓加熱，使其達(dá)到后續(xù)反應(yīng)所需的工藝溫度； 表面硬殼去除階段:采用氫氣、氮氣形成的混合氣作為工藝氣體，去除晶圓高能量離子注入后的晶圓上光刻膠表面碳化的硬殼； 主體光刻膠去除階段:采用氧氣、氫氣、氮氣形成的混合氣為工藝氣體，去除晶圓上殘余的光刻膠。
2.如權(quán)利要求1所述的高能量離子注入后的去膠方法，其特征在于，在所述晶圓預(yù)熱階段中，通過調(diào)整晶圓和加熱板的接觸時間、接觸方式及反應(yīng)條件，并結(jié)合缺陷檢測機，確定出包括所述工藝溫度在內(nèi)的最佳工藝條件區(qū)間。
3.如權(quán)利要求2所述的高能量離子注入后的去膠方法，其特征在于，所述晶圓預(yù)熱階段的最佳工藝區(qū)間包括:反應(yīng)壓力為IT?3T，反應(yīng)溫度為200°C?300°C，晶圓預(yù)熱時間為6s ?IOs0
4.如權(quán)利要求2所述的高能量離子注入后的去膠方法，其特征在于，所述表面硬殼去除階段中的工藝參數(shù)包括:氫氣、氮氣的混合氣中氫氣的體積比例為4%?8%，工藝溫度為200°C?300°C，反應(yīng)壓力為0.5T?3T，反應(yīng)功率為500W?3000W。
5.如權(quán)利要求1或3所述的高能量離子注入后的去膠方法，其特征在于，所述表面硬殼去除階段中的工藝參數(shù)包括:反應(yīng)壓力為IT?3T，反應(yīng)溫度為200°C?300°C，反應(yīng)功率為1000W?2500W，氫氣、氮氣的混合氣的氣體流量為IOOOsccm?5000sccm，反應(yīng)時間為20s ?IOOs0
6.如權(quán)利要求1所述的高能量離子注入后的去膠方法，其特征在于，所述主體光刻膠去除階段中的工藝參數(shù)包括:氧氣的體積比例為50%?90%，氫氣的體積比例為2%?20%，氮氣的體積比例為20%?50%，工藝溫度為200°C?300°C，反應(yīng)壓力為0.5T?3T，反應(yīng)功率為 500W ?3000W。
7.如權(quán)利要求1或6所述的高能量離子注入后的去膠方法，其特征在于，所述主體光刻膠去除階段中的工藝參數(shù)包括:反應(yīng)壓力為IT?3T，工藝溫度為200°C?300°C，反應(yīng)功率為1000W?2500W，氧氣的氣體流量為5000sccm?9000sccm，氫氣、氮氣的混合氣的氣體流量分別為IOOOsccm?5000sccm,反應(yīng)時間為20s?50s。
【文檔編號】G03F7/42GK103578971SQ201310491935
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】荊泉, 高騰飛, 任昱, 呂煜坤, 張旭升 申請人:上海華力微電子有限公司