[发明专利]前段工序中用于清洁离子注入的光致抗蚀剂的组合物

说明书

技术领域

本发明涉及用于清洁制造微电子器件过程中前段工序中经历晶片掺杂工艺的晶片的清洁组合物。本发明提供了在前段工序中用于除去注入的大量光致抗蚀剂和清洁晶片的组合物和方法。

发明背景

在集成电路制造中，通过抗蚀剂涂布的晶片进行离子注入以控制掺杂水平。近几年来，用于前段工序(front end of the line，FEOL)半导体制造工艺的光致抗蚀剂清洁或剥离步骤的数量有很大增长。在器件制造工艺中所需的不断增长的离子注入步骤推动了这种增长。目前，高电流或高能量注入操作(大剂量注入或HDI)是最为苛刻的，因为这些操作要求在减少或消除光致抗蚀剂爆裂、表面残余、以及金属污染时，获得高度的晶片清洁度，同时要求基本上没有基板/结(junction)损耗或者氧化物损耗。

HDI带来特别具有挑战性的FEOL清洁操作的原因在于后注入的抗蚀剂的物理结构，该抗蚀剂硬化并且难以除去，因为该清洁操作必须在图案化操作步骤之前，其中不同的光致抗蚀剂用于线图案化。该离子注入工艺有效地耗尽抗蚀剂表面的氢且使用注入物来注入该抗蚀剂膜。由于注入物渗入抗蚀剂，抗蚀剂转变成两个相异的层，外部是硬化的碳化外壳层，内部是体氢化层。由于外部碳化层已经基本上耗尽了氢，它能够比内部体光致抗蚀剂层的灰化慢大约75％。另外，该内部体层包括了比较高水平的化学键合的氮和余量水平的原始浇注溶剂，当提高灰化温度时快速释气和膨胀。当外部碳化外壳层的膨胀速率远低于内层挥发溶剂的速率时造成外壳破裂或“暴裂”，这种现象导致光致抗蚀剂的爆裂。光致抗蚀剂爆裂可能是等离子体灰化体系中工艺缺陷的最大来源。爆裂残余物的效应为：注入晶片上较高水平的粒子，需要攻击性的灰化后湿法清洁的高度氧化的表面残余物，和更频繁的腔体清洁和预防性维护程序。而且，当残余物积聚在工艺腔体时，粒子再沉积在其它晶片上的概率也增加。另一个因素是HDI能够溅射来自晶片基板的硅或二氧化硅，并且将残余物沉积在抗蚀剂的顶部上。

因此，在离子注入步骤之后，抗蚀剂和不希望的残余物应被彻底除去，使晶片表面无任何残余物，否则无效的残余物清除潜在地会产生高水平的工艺缺陷，且清洁步骤的质量可以直接影响电学良率。干法灰化后用湿法化学清洗，例如，氧等离子体和硫酸-过氧化氢洗液(piranha)湿法清洁操作，硫酸和过氧化氢或臭氧的混合物，通常被用于除去硬化的抗蚀剂和残余物。这种工艺昂贵且危险，且同样未有效地除去无机残余物，例如注入物、硅、二氧化硅和抗蚀剂添加物，因此，就需要更进一步的湿法化学清洁来去除无机残余物。而且，这种干法灰化且接着进行湿法化学清洁造成不希望地损伤掺杂的晶片，即，损伤该掺杂的晶片的源极区和漏极区。因此存在对FEOL清洁组合物的需求，该组合物能够有效地且高效率地从离子注入的晶片剥离-清洁光致抗蚀剂和离子注入残余物，并且对这种剥离-清洁组合物存在下述要求：不引起腐蚀，即，改变就该掺杂的晶片的源极区和漏极区而言的晶片结构。

发明概述

本发明提供用于在FEOL操作中从离子注入的晶片清除光致抗蚀剂和其它残余物的FEOL剥离和清洁组合物，以及使用这些组合物来FEOL清洁离子注入的晶片表面的方法，该组合物包括：至少一种有机剥离溶剂，至少一种选自氟化铵、氟化氢铵或氟化氢的氟离子，至少一种无机或有机酸，和水。本发明的FEOL剥离-清洁组合物优选地还包括氧化剂，所述氧化剂在使用前添加。本发明的FEOL剥离-清洁组合物基本上排除了在湿法化学清洁之前对任何灰化步骤的需要，使用本发明的化合物，取而代之允许用单个步骤剥离/清洁光致抗蚀剂和残余物。

本发明的用于剥离-清洁离子注入晶片基板的FEOL剥离和清洁组合物包含以下组分：

a)至少一种有机剥离溶剂，

b)至少一种选自氟化铵、氟化氢铵或氟化氢的氟离子，

c)至少一种选自无机或有机酸的酸化剂，和

d)水。

本发明的FEOL剥离-清洁组合物还包含以下组分：

a)至少一种有机剥离溶剂，

b)至少一种选自氟化铵、氟化氢铵或氟化氢的氟离子，

c)至少一种选自无机或有机酸的酸化剂，

d)水，和

e)氧化剂。

在后述组合物中，氧化剂通常就在该组合物的期望使用前一次加入到其他组分的前述组合物中。本发明的FEOL组合物还另外包含一种或多种组分，例如金属络合物/抗蚀化合物、其他腐蚀抑制剂和表面活性剂。