前端制程等离子体介导的灰化方法及设备技术

用于从基板移除有机材料的前端制程（ＦＥＯＬ）等离子体介导的灰化方法总体上包括将该基板暴露于等离子体以从该基板选择性地移除光致抗蚀剂、经注入的光致抗蚀剂、聚合物和／或残余物，其中该等离子体所含有的活性氮与活性氧的比率大于可从包含氧气及氮气的气体混合物的等离子体获得的活性氮与活性氧的比率。该等离子体展现出高产量，同时最小化和／或防止基板氧化及掺杂剂漂白。还描述了等离子体设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】前端制程等离子体介导的灰化方法及设备
技术介绍
本公开内容总体上涉及前端制程(front end of line) (FEOL)等离子体介导的灰化方法，所述方法提供有机材料从半导体基板的有效移除，同时使得能够在处理期间减少基板氧化和/或侵蚀，并且更具体地，涉及等离子体介导的灰化方法，其中所述等离子体中活性氮与活性氧的比率基本上大于从氧气(O2)与氮气( )的气体混合物的等离子体获得的活性氮与活性氧的比率。集成电路制造方法可总体上划分成前端制程(FEOL)及后端制程(back end of line) (BEOL)处理。FEOL方法聚焦于构成集成电路的不同器件的制造，而BEOL方法聚焦于形成集成电路的不同器件之间的金属互连。关于国际半导体技术蓝图(International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS))对FEOL处理的检验揭示了在包括等离子体灰化的若干关键领域中未来器件所面临的主要性能挑战。例如，对等离子体灰化的蓝图设想对于45纳米(nm)级每个清洁步骤的目标硅损失不大于0. 4埃，并且对于32nm级不大于0.3埃。通常，诸如注入有非常浅的掺杂剂、SiGe、高-k电介质、金属栅等的硅的敏感基板材料在光致抗蚀剂移除过程期间暴露且可发生基板损坏。基板损坏可总体上呈基板侵蚀 (例如，由蚀刻、溅射等引起的基板的一部分的实体移除)、基板氧化、掺杂剂漂白(dopant bleaching)/浓度改变或其组合的形式。这些改变为不当的，因为其将改变基板层的电学、 化学及物理性质。此外，在下层中形成的经图案化的轮廓中的小偏差可不利地影响最终集成电路的器件性能、收率及可靠性。例如，在源极及漏极注入应用中，在执行高剂量注入之前，经图案化的光致抗蚀剂层形成于硅基板上方的源极区及漏极区处。在高剂量注入期间， 光致抗蚀剂经受相对高能量离子，所述相对高能量离子在大致等于或稍大于光致抗蚀剂中的离子的范围的深度处诱发交联反应。此交联反应及所得氢损失生成光致抗蚀剂层的硬化上部部分，其大体上称为壳(crust)。壳的物理及化学性质视注入条件而变化，且总体上较能抵抗等离子体介导的灰化。由于此原因，需要更具侵蚀性的等离子体化学物质来移除抗蚀剂。然而，同时，极浅的接合深度要求抗蚀剂移除过程中的非常高的选择性。在高剂量离子注入剥离期间必须避免源极/漏极区的硅损失或硅氧化。例如，过度硅损失可有害地更改在给定外加电压下的电流饱和，以及引起归因于减小的接合深度的寄生漏电，从而不利地更改器件的电学功能。当前的等离子体介导的灰化方法总体上不适合于此类型的应用。传统FEOL等离子体介导的剥离方法通常为基于氧气0)2)的，其之后为湿式清洁步骤。然而，基于氧气的等离子体方法可引起显著量的基板表面氧化，通常数量级为约10 埃以上。因为硅损失一般已知为由等离子体抗蚀剂剥离方法的硅表面氧化决定，所以使用基于氧气(O2)的等离子体灰化方法被许多人视为对于用于先进逻辑器件的32及更高技术节点而言为不可接受的，在用于先进逻辑器件的32及更高技术节点中需要几乎“零”基板损失，且引入了对表面氧化极度敏感的诸如嵌入式SiGe源极/漏极、高k闸极电介质、金属栅及MSi触点的新材料。同样地，已发现传统含氟等离子体方法除了引起不可接受的基板损失之外，而且引起掺杂剂漂白。其它FEOL等离子体灰化方法使用诸如合成气体(forminggas) (N2/H2)的还原化学物质，因为合成气体与基板氧化相关，所以其提供良好结果，但由于其较低抗蚀剂移除速率而具有产量问题。此外，已发现氢气等离子体诱发掺杂剂分布的改变，此有害地影响器件的电学性质。由于此原因，先前的等离子体介导的灰化方法一般被视为不适合用于在用于先进设计规则的FEOL方法流程中移除光致抗蚀剂。因此，由于被看作为与用于这些设计规则的等离子体介导的灰化相关联的不可克服的问题(例如，基板损失、掺杂剂漂白等)，故已将大量注意力贯注在光致抗蚀剂的湿式化学移除上。如将在本文中证明的，申请人已发现适用于先进设计规则的提供最小基板损失、掺杂剂漂白等的可行的等离子体介导的剥离方法。重要的是，应注意灰化方法与蚀刻方法显著不同。尽管两种方法可均为等离子体介导的，但蚀刻方法明显地不同，不同的处在于选择等离子体化学物质来通过经由光致抗蚀剂掩模中的开口移除基板表面的部分而将影像永久地转印至基板中。蚀刻等离子体一般使基板在低温及低压(数量级为毫托)下暴露至高能量离子轰击以实体地移除基板的选定部分。此外，暴露至该离子的基板的所述选定部分一般以比光致抗蚀剂掩模的移除速率大的速率移除。相对照地，灰化方法一般指代移除光致抗蚀剂掩模及在蚀刻期间形成的任何聚合物或残余物。灰化等离子体化学物质比蚀刻化学物质的侵蚀性小得多，并且一般经选择而以比下面的基板的移除速率大得多的速率移除光致抗蚀剂掩模层。此外，大多数灰化方法加热基板以进一步增加等离子体反应性及晶片产量，且在相对更高的压力(数量级为托)下执行。因此，蚀刻方法与灰化方法是针对用于非常不同的目的的光致抗蚀剂及聚合物材料的移除，且因而需要完全不同的等离子体化学物质及方法。成功的灰化方法并不用于将影像永久地转印至基板中。相反，成功的灰化方法是由在不影响或移除下面的层(例如，基板、低k介电材料等)的情况下的光致抗蚀剂、聚合物和/或残余物移除速率所定义的。基于前述内容，现有技术中需要如先进设计规则所需的用于光致抗蚀剂移除的可行方案。专利技术简述本文中公开这样的方法和设备，所述方法和设备配置为在等离子体中提供基本上大于从氧气(O2)与氮气( )的气体混合物的等离子体获得的活性氮与活性氧的比率的活性氮与活性氧的比率。在一个实施方案中，一种用于从基板移除光致抗蚀剂、聚合物和/或残余物的前端制程等离子体灰化方法包括将包括光致抗蚀剂、聚合物和/或残余物的基板放置到反应室中；从含有氧元素和氮元素的气体混合物产生等离子体，其中所述等离子体所具有的活性氮与活性氧的比率大于可从由氧气与氮气混合物形成的等离子体获得的活性氮与活性氧的比率；和将所述基板暴露于所述等离子体以从所述基板选择性地移除光致抗蚀剂、 聚合物和/或残余物。在另一实施方案中，该方法包括将包括光致抗蚀剂、聚合物和/或残余物的基板放置到反应室中；产生等离子体；和将所述基板暴露于所述等离子体以从所述基板选择性地移除光致抗蚀剂、聚合物和/或残余物，其中该等离子体所含有的活性氮与活性氧的比率大于可从由包含氧气与氮气的气体混合物形成的等离子体获得的活性氮与活性氧的比6率。一种用于从基板灰化光致抗蚀剂、聚合物和/或残余物的等离子体设备，所述等离子体设备包括用于产生等离子体的等离子体产生部件，其中所述等离子体配置为所含有的活性氮与活性氧的比率大于可从由包含氧气与氮气的气体混合物形成的等离子体获得的活性氮与活性氧的比率；与所述等离子体产生部件流体连通的处理室，所述处理室容纳基板；和在所述等离子体和所述基板中间的材料，所述材料配置为在将所述基板暴露于所述等离子体之前从所述等离子体移除活性氧。在另一实施方案中，该等离子体设备包括用于产生等离子体的等离子体产生部件；容纳基板的处理室，所述处理室与所述等离子体产生部件流体连通；和在所述等离子体和所述基本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于从基板移除光致抗蚀剂、经注入的光致抗蚀剂、聚合物和／或残余物的前端制程等离子体灰化方法，所述方法包括：将包括光致抗蚀剂、聚合物和／或残余物的所述基板放置到反应室中；从含有氧元素和氮元素的气体混合物产生等离子体，其中所述等离子体所具有的活性氮与活性氧的比率大于可从由氧气和氮气混合物形成的等离子体获得的活性氮与活性氧的比率；和将所述基板暴露于所述等离子体以从所述基板选择性地移除光致抗蚀剂、聚合物和／或残余物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗士坚，
申请(专利权)人：艾克塞利斯科技公司，
类型：发明
国别省市：US