一种高能量离子注入后的去胶方法
【专利摘要】本发明提供一种高能量离子注入后的去胶方法，采用三个阶段去胶，第一个阶段是晶圆预热阶段，达到后续反应所需的工艺温度；第二个阶段是表面硬壳去除阶段，应用纯氢气、氮气混合气作为工艺气体去除高能离子注入后的表面碳化硬壳；第三个阶段是主体光刻胶去除阶段，以一定比例的氧气、氢气、氮气混合气为工艺气体去除残余的光刻胶。本发明的三阶段工艺去胶方法是利用氢气还原交联碳链的原理，在温和的反应条件下先去除注入后光刻胶外表面的碳化硬壳，从而避免反应开始阶段由于去胶速率过快而致光刻胶爆裂的情况发生，同时减少反应过程中碳硅氧成分的残留物生成，对其它膜质不会造成额外的损伤，有效降低晶圆表面缺陷，提高产品良率。
【专利说明】一种高能量离子注入后的去胶方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种高能量离子注入后的去胶方法。
【背景技术】
[0002]在半导体晶圆生产前端工艺中，等离子体干法去胶被广泛的应用于高能量离子注入后残余光刻胶的去除工艺。经过光刻胶涂布、曝光、显影等工艺处理后的晶圆，在高能量离子注入后，露出的图形是根据产品电学特性需求需要进行离子注入的区域，同时在光刻胶覆盖的区域表面(即图1A中的11所示，没有被渗透的光刻胶)会形成一定厚度的坚硬的表面硬壳(crust)(如图1A中的12所示的硬壳)。此硬壳12的主要由交联的碳链化合物且掺杂着各种注入的离子组分。这样给后续的去胶工艺带来了更多的困难和挑战，经常会伴随着出现胶爆裂(poping)(图1B所示)、C-S1-O残留物(residue)(图1C所示)、甚至多晶娃损伤(poly broken)(图1D所示)等工艺缺陷,对产品的良率带来负面影响。
[0003]现有技术一般通过以下方法来解决图1A至图1D所示的工艺缺陷:
[0004]1.使用O2和N2的混合工艺气体，采用低温工艺的方法降低反应速度。
[0005]2.使用O2和H2/N2的混合气体，通过调节氧气和氢氮混合器的比例来控制反应的速度。
[0006]3.引入CF4反应气体来达到去除表面硬壳和C-S1-O残留物的目的
[0007]然而上述方法存在以下问题:
[0008]1.低温条件下，使用02/N2的混合工艺气体，在IlOnm及以上节点的工艺中使用较为广泛，但对于90nm以下节点的高阶工艺，随着离子注入能量的加大，以及关键尺寸的缩小，单纯使用02/N2气体会产生光刻胶爆裂以及多晶硅损伤等缺陷；
[0009]2.02和H2/N2的混合气体，通过调节氧气和氢氮混合气的比例来控制反应的速度，此方法可解决大部分高能粒子注入后去胶工艺的需求。但是对于某些特殊产品和图形，使用上述的方法仍会有缺陷产生，此类缺陷主要为C-S1-O的残留物，且在后续的湿法清洗中难以去除；
[0010]3.使用CF4反应气体可以有效的去除C-S1-O残留物及表面硬壳，但会对器件带来其它不利影响。由于CF4气体具有较强的刻蚀腐蚀性，会对多晶硅侧壁的氧化膜或氮化膜，硅或氧化膜衬底以及带来新的刻蚀损伤，导致器件的关键尺寸或衬底硅损伤量发生变化，从而影响器件的性能。
[0011]因而需要一种新的高能量离子注入后的去胶方法，以避免上述缺陷。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于提供一种高能量离子注入后的去胶方法，可以避免光刻胶爆裂、C-S1-O的残留物以及多晶硅损伤等工艺缺陷。
[0013]为解决上述问题，本发明提出一种高能量离子注入后的去胶方法，包括:
[0014]晶圆预热阶段:对待去胶的晶圆加热，使其达到后续反应所需的工艺温度；[0015]表面硬壳去除阶段:采用氢气、氮气形成的混合气作为工艺气体，去除晶圆高能量离子注入后的晶圆上光刻胶表面碳化的硬壳；
[0016]主体光刻胶去除阶段:采用氧气、氢气、氮气形成的混合气为工艺气体，去除晶圆上残余的光刻胶。
[0017]进一步的，在所述晶圆预热阶段中，通过调整晶圆和加热板的接触时间、接触方式及反应条件，并结合缺陷检测机，确定出包括所述工艺温度在内的最佳工艺温度区间。
[0018]进一步的，所述晶圆预热阶段的最佳工艺区间包括:反应压力为IT?3T，反应温度为200°C?300°C，晶圆预热时间为6s?10s。
[0019]进一步的，在所述表面硬壳去除阶段中的工艺参数包括:，氢气、氮气的混合气中氢气的体积比例为4%?8%，工艺温度为200°C?300°C，反应压力为0.5T?3T，反应功率为 500W ?3000W。
[0020]进一步的，在所述表面硬壳去除阶段中的工艺参数包括:反应压力为IT?3T，反应温度为200°C?300°C，反应功率为1000W?2500W，氢气、氮气的混合气的气体流量为IOOOsccm ?5000sccm,反应时间为 20s ?IOOs0
[0021]进一步的，在所述主体光刻胶去除阶段中的工艺参数包括:氧气的体积比例为50%?90%，氢气的体积比例为2%?20%，氮气的体积比例为20%?50%，工艺温度为200 V?300°C，反应压力为0.5T?3T，反应功率为500W?3000W。
[0022]进一步的，所述主体光刻胶去除阶段中的工艺参数包括:反应压力为IT?3T，工艺温度为200°C?300°C，反应功率为1000W?2500W，氧气的气体流量为5000sccm?9000sccm，氢气、氮气的混合气的的气体流量分别为IOOOsccm?5000sccm，反应时间为20s ?50so
[0023]与现有技术相比，本发明提供的高能量离子注入后的去胶方法，采用三个阶段去胶，第一个阶段是晶圆预热阶段，达到后续反应所需的工艺温度；第二个阶段是表面硬壳去除阶段，应用纯氢气、氮气混合气作为工艺气体去除高能离子注入后的表面碳化硬壳；第三个阶段是主体光刻胶去除阶段，以一定比例的氧气、氢气、氮气混合气为工艺气体去除残余的光刻胶。本发明的三阶段工艺去胶方法是利用氢气还原交联碳链的原理，在温和的反应条件下先去除注入后光刻胶外表面的碳化硬壳，从而避免反应开始阶段由于去胶速率过快而致光刻胶爆裂的情况发生，同时减少反应过程中碳硅氧成分的残留物生成，对其它膜质不会造成额外的损伤，有效降低晶圆表面缺陷，提高产品良率。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1A至图1D为现有技术的去胶工艺中的四种典型工艺缺陷的电子扫描图；
[0025]图2为本发明具体实施例的高能量离子注入后的去胶工艺流程图；
[0026]图3为本发明具体实施例的晶圆和加热板接触时间与温度关系图表；
[0027]图4为传统的02/H2N2混合气体工艺去胶后在图形密集区域的缺陷的电子扫描图；
[0028]图5为现有的CF4气体工艺去胶后在图形密集区域的电子扫描图；
[0029]图6为本发明具体实施例的去胶后在图形密集区域的电子扫描图；
[0030]图7为现有的CF4气体工艺去胶后的晶圆缺陷示意图；
[0031]图8为本发明具体实施例的去胶后的晶圆缺陷示意图。【具体实施方式】
[0032]本发明的核心思想在于提出一种高能量离子注入后的去胶方法，采用三个阶段去胶，第一个阶段是晶圆预热阶段，达到后续反应所需的工艺温度；第二个阶段是表面硬壳去除阶段，应用纯氢气、氮气混合气作为工艺气体去除高能离子注入后的表面碳化硬壳；第三个阶段是主体光刻胶去除阶段，以一定比例的氧气、氢气、氮气混合气为工艺气体去除残余的光刻胶。本发明的三阶段工艺去胶方法是利用氢气还原交联碳链的原理，在温和的反应条件下先去除注入后光刻胶外表面的碳化硬壳，从而避免反应开始阶段由于去胶速率过快而致光刻胶爆裂的情况发生，同时减少反应过程中碳硅氧成分的残留物生成，对其它膜质不会造成额外的损伤，有效降低晶圆表面缺陷，提高产品良率。
[0033]为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明，然而，本发明可以用不同的形式实现，不应只是局限在所述的实施例。
[0034]请参考图2，本发明提出一种高能量离子注入后的去胶方法，包括:
[0035]晶圆预热阶段:对待去胶的晶圆加热，使其达到后续反应所需的工艺温度；
[0036]表面硬壳去除阶段:采用氢气H2、氮气N2形成的混合气作为工艺气体，去除晶圆高能量离子注入后的晶圆上光刻胶表面碳化的硬壳；
[0037]主体光刻胶去除阶段:米用氧气O2、氢气H2、氮气N2形成的混合气为工艺气体,去除晶圆上残余的光刻胶。
[0038]请参考图2和图3，在晶圆预热阶段中，通过调整晶圆和加热板的接触方式、距离、接触时间、腔体压力、气体流量，反应的起始温度、使晶圆预热到一定的温度，此温度值与反应后的缺陷情况直接相关，因而可以结合去胶反应后缺陷检测机进行缺陷检测，得到适合于该产品的最佳工艺过程控制区间(图3中的工艺条件适用区域)，即确定出适合高能离子注入工艺的反应温度区间。本实施例中，反应过程温度不超过160°C，所述晶圆预热阶段的最佳工艺区间包括:反应压力为IT~3T，反应温度为200°C~300°C，晶圆预热时间为6s~IOs0经过预热阶段后，待去胶的晶圆20上的表面硬壳内部结构发生一定变化，有利于后续去除。
[0039]请参考图2和图3，根据晶圆预热阶段设定的工艺过程控制条件，在第二工艺阶段(表面硬壳去除阶段)采用仅有h2、n2两种气体混合的混合气体作为工艺的唯一气体，此阶段的工艺反应气体可以表示为H2N2或者H2/N2。通过调节腔体压力、氢气、氮气的混合气的气体流量、反应功率、晶圆位置，实现温和的反应过程，进行光刻胶表面硬壳的去除反应。此处N2仅作为稀释气体作用，实际参与反应气体为H2,反应方程式为:
[0040]
+JTs ◎ CIMGO2 # B2O
[0041]本实施例中，混合气中H2的混合比例为4%~8%，去除表面硬壳的反应条件为:反应压力为IT~3T，反应温度为200°C~300°C，反应功率为1000W~2500W，氢气、氮气的混合气的气体流量为1000sccm~5000sccm，反应时间为20s~IOOs ；;或者反应温度为200°C~300°C，反应压力为0.5T~3T，反应功率为500W~3000W。
[0042]请参考图2和图3，根据晶圆预热阶段设定的工艺过程控制条件，在第三工艺阶段(主体光刻胶去除阶段)，引入氧气，即氧气与氢气、氮气的混合气的进一步混合，工艺反应气体为02、H2, N2，此阶段的工艺反应气体可以表示为02/H2N2。通过调节气体比例、O2和氢气、氮气的混合气的气体流量、反应功率、腔体压力，从而加快光刻胶有机化物的反应去除速率，实现剩余主体光刻胶的快速去除，反应方程式为:
[0043]
【权利要求】
1.一种高能量离子注入后的去胶方法，其特征在于，包括: 晶圆预热阶段:对待去胶的晶圆加热，使其达到后续反应所需的工艺温度； 表面硬壳去除阶段:采用氢气、氮气形成的混合气作为工艺气体，去除晶圆高能量离子注入后的晶圆上光刻胶表面碳化的硬壳； 主体光刻胶去除阶段:采用氧气、氢气、氮气形成的混合气为工艺气体，去除晶圆上残余的光刻胶。
2.如权利要求1所述的高能量离子注入后的去胶方法，其特征在于，在所述晶圆预热阶段中，通过调整晶圆和加热板的接触时间、接触方式及反应条件，并结合缺陷检测机，确定出包括所述工艺温度在内的最佳工艺条件区间。
3.如权利要求2所述的高能量离子注入后的去胶方法，其特征在于，所述晶圆预热阶段的最佳工艺区间包括:反应压力为IT?3T，反应温度为200°C?300°C，晶圆预热时间为6s ?IOs0
4.如权利要求2所述的高能量离子注入后的去胶方法，其特征在于，所述表面硬壳去除阶段中的工艺参数包括:氢气、氮气的混合气中氢气的体积比例为4%?8%，工艺温度为200°C?300°C，反应压力为0.5T?3T，反应功率为500W?3000W。
5.如权利要求1或3所述的高能量离子注入后的去胶方法，其特征在于，所述表面硬壳去除阶段中的工艺参数包括:反应压力为IT?3T，反应温度为200°C?300°C，反应功率为1000W?2500W，氢气、氮气的混合气的气体流量为IOOOsccm?5000sccm，反应时间为20s ?IOOs0
6.如权利要求1所述的高能量离子注入后的去胶方法，其特征在于，所述主体光刻胶去除阶段中的工艺参数包括:氧气的体积比例为50%?90%，氢气的体积比例为2%?20%，氮气的体积比例为20%?50%，工艺温度为200°C?300°C，反应压力为0.5T?3T，反应功率为 500W ?3000W。
7.如权利要求1或6所述的高能量离子注入后的去胶方法，其特征在于，所述主体光刻胶去除阶段中的工艺参数包括:反应压力为IT?3T，工艺温度为200°C?300°C，反应功率为1000W?2500W，氧气的气体流量为5000sccm?9000sccm，氢气、氮气的混合气的气体流量分别为IOOOsccm?5000sccm,反应时间为20s?50s。
【文档编号】G03F7/42GK103578971SQ201310491935
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】荆泉, 高腾飞, 任昱, 吕煜坤, 张旭升 申请人:上海华力微电子有限公司