一种高能离子注入后的去胶方法

摘要

本发明涉及大规模集成电路制造领域，尤其涉及一种高能离子注入后的去胶方法，通过在高压高流量的工艺条件下，一步法即可去除高能粒子注入后的光刻胶及表面形成硬壳残留物，即通过工艺条件的调节，使表面硬壳的去除速率大于硬壳内残留光刻胶的膨胀速率，在快速去除高能粒子注入后产生的表面硬壳的同时，还能有效避免光刻胶爆裂发生，从而在保持缺陷无异常的结果下，提供更高更快的单位时间作业量，提升工艺能力。

权利要求

1.一种高能离子注入后的去胶方法，其特征在于，所述方法包括：提供一用于去胶工艺的半导体结构，且该半导体结构包括一残留光刻胶和覆盖在该残留光刻胶暴露的表面上的硬壳；

对所述半导体结构进行预加热工艺；

采用含有氧气、氢气和稀释气体的混合气体，去除所述硬壳和所述残留光刻胶；

其中，在进行所述去胶工艺时，去除所述硬壳的速率大于所述残留光刻胶的膨胀速率；

所述混合气体中氧气的比例为70％～90％，氢气的比例为2％～5％，稀释气体的比例为

10％～20％。

2.根据权利要求1所述的高能离子注入后的去胶方法，其特征在于，所述半导体结构还包括一半导体衬底；

所述残留光刻胶设置在所述半导体衬底上，所述硬壳覆盖所述残留光刻胶的上表面及其侧壁上。

3.根据权利要求2所述的高能离子注入后的去胶方法，其特征在于，所述方法还包括：于所述半导体衬底上旋涂光刻胶后，经曝光、显影工艺，继续采用高能量离子注入工艺，形成覆盖所述残留光刻胶暴露表面上的硬壳。

4.根据权利要求1所述的高能离子注入后的去胶方法，其特征在于，于一反应腔室中进行所述去胶工艺，并通过调整该反应腔室中的压力、气体流量来提高所述去胶工艺的速度。

5.根据权利要求1所述的高能离子注入后的去胶方法，其特征在于，采用一加热板对所述半导体结构进行预加热工艺，并通过调整该半导体结构与所述加热板的接触方式、接触时间来调整所述预加热工艺的温度。

6.根据权利要求5所述的高能离子注入后的去胶方法，其特征在于，所述加热板上还设置有可移动的顶杆，并利用该顶杆来调整所述半导体结构与所述加热板的接触方式和接触时间。

7.根据权利要求1所述的高能离子注入后的去胶方法，其特征在于，所述预加热工艺的温度为120～200℃，时间为6～10s，压力为5～9Torr。

8.根据权利要求1所述的高能离子注入后的去胶方法，其特征在于，去除所述硬壳和所述残留光刻胶的工艺条件为：所述混合气体的流量为10000～14000sccm，温度为200～300℃，压力为6～9Torr，功率为3000～5000W，反应时间为10～30s。

9.根据权利要求1～8中任意一项所述的高能离子注入后的去胶方法，其特征在于，所述稀释气体为氮气。

说明书

一种高能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装置领域，尤其涉及一种高能离子注入后的去胶方法。

背景技术

[0002] 目前，在半导体晶圆生产前端工艺中，等离子体干法去胶方法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中，即经过光刻胶涂布、曝光、显影等工艺处理后的晶圆，在高能离子注入后，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会形成一定厚度的坚硬的外壳（crust）；图1是经过高能离子注入后光刻胶的结构示意图，如图1所示，覆盖在衬底11的光刻胶经高能离子注入工艺后，外部暴露的部分形成坚硬的外壳12，且该外壳12内部还包裹有没有被高能粒子照射到的（即没有被硬化的）光刻胶13，而该外壳12主要由交联的碳链化合物（如C-Si-O）且掺杂着各种注入的离子组分构成。

[0003] 由于上述高能离子注入后形成的光刻胶外壳比较难以去除，这样就给后续的去胶工艺带来了很多的困难和挑战，且在去胶工艺中还经常会出现残留物（residue）、胶爆裂（poping）、甚至多晶硅损伤（poly broken）等工艺缺陷。

[0004] 图2是光刻胶爆裂后形成缺陷的结构示意图，图3是被破坏的多晶硅栅极（poly broken）的结构示意图；如图2～3所示，光刻胶爆裂后会在晶圆形成如图2中所示的爆裂缺陷14，进而会造成如图3中所示的多晶硅栅极15上的缺陷16，且上述的各种工艺缺陷均会给后续的工艺的稳定性及最终制备产品的良率带来负面影响。

[0005] 当前，为避免上述工艺缺陷的产生，主要采用的解决方案为：

[0006] 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；

[0007] 2、引入CF4反应气体来达到去除表面硬壳和C-Si-O残留物的目的。

[0008] 但是，当在低温条件下，使用O2/N2的混合工艺气体，在110nm及以上工艺 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O2/N2气体会产生光刻胶爆裂以及多晶硅损伤等缺陷；而采用CF4反应气体虽然可以有效的去除C-Si-O残留物及表面硬壳，但会对器件带来其它不利影响，如由于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、硅或氧化膜衬底等带来新的刻蚀损伤，进而导致器件的关键尺寸或衬底硅损伤量发生变化，从而影响最终制备器件的性能。

[0009] 中国专利（公开号：CN1141501A）记载了一种去胶方法，通过在铝腐蚀后，将晶片在真空中，由铝腐蚀室传输，不接触大气地送入去胶室。输送晶片后，由阀门将200sccm的CH3OH气输入，并将压力调节到1.2Torr；接着，施加450mA的微波流，由此产生等离子体；由CH3OH等离子体的顺流系统处理晶片；关闭阀门，停止供给CH3OH气；接着，打开阀门，输入400sccm氧气；在1.2Torr压力下，施加450mA的微波流，由此产生等离子体；由氧气等离子体顺流处理去掉并消除晶片上的光刻胶；以在去除光刻胶的同时，防止腐蚀，但并没有记载解决上述问题相关的技术方案。

[0010] 中国专利（公开号：CN102033437A）记载了一种去胶方法，该方法包括：采用O2等离子体轰击去胶对象，并检测CO生成物，当检测到CO的下降量达到预设值时，停止O2等离子体轰击过程，开始采用CO2等离子体轰击去胶对象残留物，以在有效去除去胶对象的同时，减少对低k介质的损伤；同样，该文献也没有记载解决上述问题相关的技术方案。

发明内容

[0011] 针对上述存在的问题，本发明揭示了一种高能离子注入后的去胶方法（A new method for post high energy implant dry strip process），应用于等离子体干法刻蚀工艺中，其中，所述方法包括：

[0012] 提供一用于去胶工艺的半导体结构，且该半导体结构包括一残留光刻胶和覆盖在该残留光刻胶暴露的表面上的硬壳；

[0013] 对所述半导体结构进行预加热工艺；

[0014] 采用含有氧气、氢气和稀释气体的混合气体，去除所述硬壳和所述残留光刻胶；

[0015] 其中，在进行所述去胶工艺时，去除所述硬壳的速率大于所述残留光刻胶的膨胀速率。

[0016] 上述的高能离子注入后的去胶方法，其中，所述半导体结构还包括一半导体衬底；

[0017] 所述残留光刻胶设置在所述半导体衬底上，所述硬壳覆盖所述残留光刻胶的上表面及其侧壁上。

[0018] 上述的高能离子注入后的去胶方法，其中，所述方法还包括：

[0019] 于所述半导体衬底上旋涂光刻胶后，经曝光、显影工艺，继续采用高能量离子注入工艺，形成覆盖所述残留光刻胶暴露表面上的硬壳。

[0020] 上述的高能离子注入后的去胶方法，其中，于一反应腔室中进行所述去胶工艺，并通过调整该反应腔室中的压力、气体流量来提高所述去胶工艺的速度。

[0021] 上述的高能离子注入后的去胶方法，其中，采用一加热板对所述半导体结构进行预加热工艺，并通过调整该半导体结构与所述加热板的接触方式、接触时间来调整所述预加热工艺的温度。

[0022] 上述的高能离子注入后的去胶方法，其中，所述加热板上还设置有可移动的顶杆，并利用该顶杆来调整所述半导体结构与所述加热板的接触方式和接触时间。

[0023] 上述的高能离子注入后的去胶方法，其中，所述预加热工艺的温度为120～200℃，时间为6～10s，压力为5～9Torr。

[0024] 上述的高能离子注入后的去胶方法，其中，所述混合气体中氧气的比例为70％～90％，氢气的比例为2％～5％，稀释气体的比例为10％～20％。

[0025] 上述的高能离子注入后的去胶方法，其中，去除所述硬壳和所述残留光刻胶的工艺条件为：

[0026] 所述混合气体的流量为10000～14000sccm，温度为200～300℃，压力为6～9Torr，功率为3000～5000W，反应时间为10～30s。

[0027] 上述的高能离子注入后的去胶方法，其中，所述稀释气体为氮气。

[0028] 综上所述，本发明一种高能离子注入后的去胶方法，通过在高压高流量的工艺条件下，一步法即可去除高能粒子注入后的光刻胶及表面形成硬壳残留物，即通过工艺条件的调节，使表面硬壳的去除速率大于硬壳内残留光刻胶的膨胀速 率，在快速去除高能粒子注入后产生的表面硬壳的同时，还能有效避免光刻胶爆裂发生，从而在保持缺陷无异常的结果下，提供更高更快的单位时间作业量，提升工艺能力。

附图说明

[0029] 图1是经过高能离子注入后光刻胶的结构示意图；

[0030] 图2是光刻胶爆裂后形成缺陷的结构示意图；

[0031] 图3是被破坏的多晶硅栅极的结构示意图；

[0032] 图4～7是本发明一实施例中高能离子注入后的去胶方法的流程结构示意图；

[0033] 图8是本发明一实施例中进行预加热工艺的结构示意图。

具体实施方式

[0034] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

[0035] 图4～7是本发明一实施例中高能离子注入后的去胶方法的流程结构示意图；如图4～7所示，一种高能离子注入后的去胶方法，包括：

[0036] 首先，在等离子体干法刻蚀工艺中，进行光刻工艺时，旋涂光刻胶覆盖在半导体衬底21（如晶圆等）的表面，经曝光、显影后，继续采用功能了离子注入工艺，形成由交联的碳链化合物及掺杂的各种注入离子构成（如C-Si-O残留物等）的硬壳22，且该硬壳22包裹有残留光刻胶23（残留光刻胶23位于半导体衬底21的上表面，硬壳22覆盖残留光刻胶23暴露的表面上，即硬壳22覆盖残留光刻胶23的上表面及其侧壁），进而形成如图4所示的结构。

[0037] 其次，当需要去除上述的硬壳22和残留光刻胶23时，需要先对其进行预加热工艺，形成如图5中所示的经过预加热处理的硬壳221，并通过调整相应的预加热工艺条件，来控制上述预加热工艺的温度。

[0038] 优选的，图8是本发明一实施例中进行预加热工艺的结构示意图，如图8所示，将上述的半导体衬底21通过可移动的顶杆32设置于加热板31上，并利用该顶杆32来调整半导体衬底21与加热板31之间的接触方式及接触时间，进而使半导体衬底21的温度达到工艺需求的温度范围。

[0039] 其中，在压力为5～9Torr（如5Torr、6Torr、7Torr、8Torr或9Torr等）的条 件下，利用加热板31对半导体衬底21进行6～10s（如6s、7s、8s、9s或10s等）的预加热工艺，并利用可移动的顶杆32使得半导体衬底21的温度控制在120～200℃（如120℃、140℃、160℃、180℃或200℃等）的范围内。

[0040] 之后，采用含有氧气、氢气和稀释气体构成的混合气体对上述的硬壳22和残留光刻胶23进行去除工艺，且在进行该去除工艺时，硬壳22的去除速率要大于残留光刻胶23的去除速率（即如图6所示的结构），以避免在进行去除工艺时，出现残留光刻胶23因膨胀导致胶爆裂（poping）缺陷，进而避免多晶硅损伤（polybroken）等工艺缺陷的产生，并在一段时间后，还不会出现残留物（residue）的现象，进而形成如图7所示的结构，。

[0041] 优选的，上述去除硬壳22和残留光刻胶23的工艺是在一反应腔室中进行的，且通过调整该反应腔室中的压力、气体流量、功率等工艺参数，来提高上述去除工艺的速度，以在单位时间内实现更高更快的作业量，进而提升工艺能力。

[0042] 优选的，上述的稀释气体可选用氮气等惰性气体，且该混合气体中氧气的比例为70％～90％（如70％、75％、80％、85％或90％等），氢气的比例为2％～5％（如2％、3％、
3.5％、4％或5％等），稀释气体的比例为10％～20％（如10％、12％、15％、18％或20％等）。

[0043] 进一步的，采用气体流量为10000～14000sccm（10000sccm、11000sccm、12000sccm、13000sccm或14000sccm等）的混合气体，在温度为200～300℃（如200℃、
220℃、250℃、2280℃或300℃等）、压力为6～9Torr（如6Torr、6.5Torr、7Torr、8Torr或
9Torr等）和功率为3000～5000W（3000W、3500W、4000W、4500W或5000W等）的条件下，去除硬壳22和残留光刻胶23，且其工艺时间为10～30s（如10s、14s、18s、25s或30s等），以使得该去除工艺不会出现残留物。

[0044] 其中，采用上述实施例的去胶方法，相对于传统的去胶工艺，其可有效的避免多晶硅损伤缺陷的前提下，加快去胶的反应速率，进而提升工艺能力，且还不会对其他膜质造成额外的损伤（即混合气体不会与多晶硅和\或其他的膜质反应），还能有效的降低晶圆表面的缺陷，提高产品的良率。

[0045] 具体 的，在进行过 预加热工艺后，对硬壳22和残留 光刻胶 23进行去除工艺时，实际参与反应气体为氧气和少量的氢气，其反应方程式为：

[0046] 设定光刻胶表面硬壳去除速率为R1，硬壳厚度为T1；硬壳内残留光刻胶的膨胀速率为R2，残胶厚度为T2，则在预加热工艺和去除工艺的工艺条件下调节反应速率R1>R2，以快速去除表面硬壳，避免光刻胶爆裂现象发生，其反应总时间为t=（T1/R1+T2/R2+t0），其中，t0为过刻蚀时间。

[0047] 另外，本实施例一种高能离子注入后的去胶方法，于Logic、Memory、RF、HV、Analog/Power、CIS等多个技术平台上，可应用于90nm或65/55nm等多个的技术节点的工艺中。

[0048] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明实施例提出通过在高压高流量的工艺条件下，一步法即可去除高能粒子注入后的光刻胶及表面形成硬壳残留物，即通过工艺条件的调节，使表面硬壳的去除速率大于硬壳内残留光刻胶的膨胀速率，在快速去除高能粒子注入后产生的表面硬壳的同时，还能有效避免光刻胶爆裂发生，从而在保持缺陷无异常的结果下，提供更高更快的单位时间作业量，提升工艺能力。

[0049] 通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。

[0050] 对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。