极低硅损失高剂量植入剥离制造技术

本发明专利技术提供用于从工件表面剥离光致抗蚀剂并移除离子植入相关残留物的改进的方法。根据各种实施例，使用元素氢、含氟气体及保护剂气体来产生等离子体。经等离子体活化的气体与高剂量植入抗蚀剂发生反应，从而移除结壳及块体抗蚀剂层两者，并同时保护所述工件表面的暴露部分。在低硅损失的情况下，所述工件表面大体上无残留物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】极低硅损失高剂量植入剥离相关申请案的交叉参考本申请案主张2009年12月11日申请并以引用方式并入本文的第12/636,582号美国专利申请案的优先权。
本专利技术涉及从工件表面移除或剥离光致抗蚀剂材料并且移除相关残留物的方法及设备。在某些实施例中，本申请案涉及用于在离子植入或等离子体辅助掺杂植入之后剥离抗蚀剂(低剂量或高剂量植入抗蚀剂)的方法及设备。
技术介绍
光致抗蚀剂为在处理期间在工件(例如半导体晶片)上形成经图案化涂层的某些制造工艺中所使用的感光材料。在使经光致抗蚀剂涂覆的表面暴露于高能量辐射的图案之后，移除所述光致抗蚀剂的一部分以显露下方的表面，并使剩余表面得以被保护。在未经遮盖表面及剩余光致抗蚀剂上执行半导体工艺(例如蚀刻、沉积及离子植入)。在执行一个或一个以上半导体工艺之后，以剥离操作移除剩余光致抗蚀剂。在离子植入期间，使掺杂离子(例如硼离子、二氟化硼离子、铟离子、镓离子、铊离子、磷离子、砷离子、锑离子、铋离子或锗离子)朝工件目标加速。所述离子植入在所述工件的所暴露区中以及剩余光致抗蚀剂表面中。所述工艺可形成阱区(源极/漏极)及轻掺杂漏极(LDD)区及双扩散漏极(DDD)区。所述离子植入用植入物质灌注抗蚀剂，并使所述表面耗乏氢。所述抗蚀剂的外层或结壳形成碳化层，所述碳化层的密度可比下伏块体抗蚀剂层大。这两个层具有不同热膨胀速率，并在不同速率下对剥离工艺作出反应。外层与块体层之间的差别在后高剂量离子植入抗蚀剂中相当显著。在高剂量植入中，离子剂量可大于1x1015离子/平方厘米，且能量可从10Kev到大于100keV。传统的高剂量植入剥离(HDIS)工艺采用氧气化学，其中远离工艺室形成单原子氧气等离子体，且接着使所述单原子氧气等离子体指向工件表面。反应性氧与光致抗蚀剂组合以形成用真空泵移除的气态副产物。对于HDIS，需要额外气体来移除具有氧气的所植入掺杂物。主要的HDIS考虑因素包含剥离速率、残余物量及经暴露且下伏的膜层的膜损失。通常在HDIS及剥离之后在衬底表面上发现残留物。高能量植入期间的溅镀、结壳的不完全移除及/或抗蚀剂中的植入原子的氧化可产生所述残留物。在剥离之后，所述表面应无残留物或大体上无残留物，以确保高良率并消除对额外残留物移除处理的需要。可通过过剥离(即，超过移除所有光致抗蚀剂标称上所需的点的剥离工艺的继续)来移除残留物。遗憾的是，在常规HDIS操作中，过剥离有时移除下伏功能装置结构中的一些。在装置层处，即使来自晶体管源极/漏极区的硅损失极小，仍可不利地影响装置性能及良率，对于在＜32纳米设计规则或更小的条件下制造的极浅结装置来说尤其如此。因此需要用于剥离光致抗蚀剂及离子植入相关残留物的改进的方法及设备，尤其对于HDIS来说，所述方法及设备最小化硅损失并使残留物较少或无残留物，同时维持可接受的剥离速率。
技术实现思路
本专利技术提供用于从工件表面剥离光致抗蚀剂并移除离子植入相关残留物的改进的方法。根据各种实施例，使用元素氢、含氟气体及保护剂气体来产生等离子体。等离子体活化气体与高剂量植入抗蚀剂发生反应，移除结壳及块体抗蚀剂层两者，同时保护工件表面的暴露部分。在低硅损失的情况下，所述工件表面大体上无残留物。下文将参考相关联图式更详细地描述本专利技术的这些及其它特征及优点。附图说明图1A到1D描绘离子植入及剥离操作前后的各种半导体装置制造阶段。图2A到2D描绘根据其中所述装置包含金属栅极的某些实施例的离子植入及剥离操作前后的各种半导体装置制造阶段。图3A展示依据NF3流速及CF4流速而变的剩余残留物。图3B展示依据NF3流速及CF4流速而变的硅损失。图4及5为展示根据本专利技术的某些实施例的各种操作的工艺流程图。图6展示依据CO2流速而变的硅损失。图7展示适合实施本专利技术的方面的多台式循序架构。图8为展示适合实施本专利技术的方面的设备的示意性说明。具体实施方式介绍在本专利技术的下列详细描述中，陈述大量具体实施例以提供对本专利技术的全面理解。然而，如所属领域的技术人员将明白，本专利技术可在无这些具体细节的情况下或通过使用替代元件或工艺来执行。在其它情况下，并未详细描述众所周知的工艺、程序及组件，以免不必要地混淆本专利技术的方面。在本申请案中，将可交换地使用术语“工件”、“半导体晶片”、“晶片”及“部分制造的集成电路”。所属领域的技术人员将理解，术语“部分制造的集成电路”可指代在其上的许多集成电路制造阶段中的任一者期间的硅晶片。下列详细描述假设在晶片上实施本专利技术。然而，本专利技术并无如此限制。工件可为各种形状、大小及材料。除半导体晶片之外，可利用本专利技术的其它工件包含各种物品(例如显示器、印刷电路板等)。如前面所提到，本专利技术的方法及设备可用于在高剂量离子植入之后高效并有效地移除光致抗蚀剂材料。本专利技术并不限于高剂量植入剥离(HDIS)。本专利技术也并不限于任何特定种类的植入离子。举例来说，所描述的方法及设备可在中等或低剂量植入之后与剥离一起有效地使用。虽然论述具体掺杂离子(例如硼、砷及磷)，但所描述的方法及设备可有效地用于剥离用其它掺杂物(例如氮、氧、碳、锗及铝)灌注的抗蚀剂。本专利技术的方法及设备使用产自含有氢的气体的等离子体。在某些实施例中，所述气体还含有弱氧化剂、含氟气体及保护剂气体(例如CF4)。所属领域的技术人员将认识到所述等离子体中存在的实际物质可为从氢、弱氧化剂、含氟气体及保护剂气体得到的不同离子、基团及分子的混合物。注意，随着等离子体与有机光致抗蚀剂及其它残留物发生反应并将其分解，反应室中可存在其它物质(例如小碳氢化合物、二氧化碳、水蒸气及其它挥发性组分)。所属领域的技术人员还将认识到，引入到所述等离子体中的初始气体通常不同于所述等离子体中存在的气体以及在剥离期间接触工件表面的气体。图1A到1D描绘离子植入及剥离操作前后的各种半导体制造阶段。图1A展示用光致抗蚀剂材料103涂覆的半导体衬底101。衬底101可包含一层或一层以上经沉积膜(例如，氧化物膜、硅化物触点及/或多晶硅膜)，或可为裸硅衬底，包含(例如)绝缘体上硅型衬底。最初，光致抗蚀剂材料涂覆整个衬底表面。接着使光致抗蚀剂暴露于穿过掩模而产生的图案化辐射并显影以移除所述材料的一部分(例如，图1A中所示的位于剩余光致抗蚀剂材料103之间的开口104)。接着，使所述衬底暴露于离子植入工艺。在离子植入期间，所述工件或晶片的表面被植入掺杂离子。所述工艺可为(例如)等离子体浸渍离子植入(PIII)或离子束植入。所述离子轰击衬底表面，包含暴露的硅层101及光致抗蚀剂103。随着高能量离子植入，可将少量下伏材料107溅镀到光致抗蚀剂侧壁。参见图1B。此材料可包含一些植入物质、等离子体或离子束中的其它材料及所述植入的副产物。它们包含硅、铝、碳、氟、钛、其它接触材料(例如钴)及元素与化合物形式两者的氧。实际物质取决于在离子植入之前的衬底的组成、光致抗蚀剂及所植入物质。在暴露的硅层101处，形成经掺杂区109。离子能量或轰击强度决定经掺杂区的深度或厚度。离子通量的密度决定掺杂程度。所述离子还灌注形成结壳层105的光致抗蚀剂表面。结壳层105可为经碳化并高度交联的聚合物链。所述结壳通常耗乏氢，并用植入物质灌注。结壳层105的密度比块体抗蚀剂层103的密度大。相对密度取决于离子通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.11 US 12/636,5821.一种在反应室中从硅表面移除高剂量植入的抗蚀剂的方法，所述方法包括：从包括分子氢、不含碳的含氟气体及化合物的工艺气体混合物形成第一等离子体，其中所述化合物为选自含碳化合物、含氮化合物或含氟化合物的化合物，其中所述第一等离子体的主要蚀刻剂组分为HF蒸气，其中所述不含碳的含氟气体与所述化合物以第一体积流量比率提供；使所述硅表暴露于所述第一等离子体以由此以第一蚀刻速率从所述硅表面移除所述高剂量植入的抗蚀剂的侧面结壳和顶部结壳中的一者；改变所述不含碳的含氟气体及所述化合物的所述体积流量比率以形成第二等离子体，其中所述第二等离子体的主要蚀刻剂组分为HF蒸气；及使所述硅表面暴露于所述第二等离子体以由此以不同于所述第一蚀刻速率的第二蚀刻速率从所述硅表面移除所述高剂量植入的抗蚀剂的所述侧面结壳和所述顶部结壳中的另一者。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述化合物为碳氟化合物。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述碳氟化合物为CF4、C2F6、CHF3、CH2F2、C3F8中的一者。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述碳氟化合物为CF4。5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的方法，其中所述不含碳的含氟气体为NF3、F2、HF或SF6中的一者。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述不含碳的含氟气体为NF3。7.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的方法，其中所述不含碳的含氟气体与所述化合物的所述第一体积流量比率介于1:20到1:5之间，且改变所述体积流量比率包括将所述比率改变为介于1:4到1:2之间。8.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的方法，其中所述不含碳的含氟气体与所述化合物的所述第一体积流量比率介于1:20到1:5之间。9.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的方法，其中改变所述不含碳的含氟气体与所述化合物的所述体积流量比率以形成第二等离子体包括：关断化合物流。10.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的方法，其中所述工艺气体混合物进一步包括二氧化碳。11.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的方法，其中在移除之后所述硅表面大体上没有所述高剂量植入的抗蚀剂的残留物，且其中从所述硅表面损失少于2埃的硅。12.根据权利要求11所述的方法，其中在移除之后所述硅表面大体上没有所述高剂量植入的抗蚀剂的残留物，且其中从所述硅表面损失少于1埃的硅。13.一种在反应室中从硅表面移除高剂量植入的抗蚀剂的方法，所述方法包括：从包括分子氢、不含碳的含氟气体及化合物的工艺气体混合物形成第一等离子体，其中所述化合物为选自含碳化合物、含氮化合物或含氟化合物的化合物，其中所述第一等离子体的主要蚀刻剂组分为HF蒸气，使所述硅表面暴露于所述第一等离子体以由此以第一蚀刻速率从所述硅表面移除所述高剂量植入的抗蚀剂的侧面结壳和顶部结壳中的一者，且同时在所述硅表面上形成保护层；改变所述不含碳的含氟气体及所述化合物的体积流量比率以形成第二等离子体，其中所述第二等离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·张，浩权·方，杰克·郭，伊利亚·卡利诺夫斯基，李钊，姚谷华，阿尼尔班·古哈，柯克·奥斯特洛夫斯基，
申请(专利权)人：诺发系统有限公司，
类型：
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