[发明专利]一种高能量离子注入后的去胶方法

说明书

技术领域

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

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-Si-O残留物（residue）（图1C所示）、甚至多晶硅损伤（poly broken）（图1D所示）等工艺缺陷，对产品的良率带来负面影响。

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：

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。

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。

3.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

然而上述方法存在以下问题：

1.低温条件下，使用O₂/N₂的混合工艺气体，在110nm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O₂/N₂气体会产生光刻胶爆裂以及多晶硅损伤等缺陷；

2.O₂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-Si-O的残留物，且在后续的湿法清洗中难以去除；

3.使用CF₄反应气体可以有效的去除C-Si-O残留物及表面硬壳，但会对器件带来其它不利影响。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。

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

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-Si-O的残留物以及多晶硅损伤等工艺缺陷。

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：

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。

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。

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1T～3T，反应温度为200℃～300℃，晶圆预热时间为6s～10s。

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℃～300℃，反应压力为0.5T～3T，反应功率为500W～3000W。

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1T～3T，反应温度为200℃～300℃，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～100s。

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℃～300℃，反应压力为0.5T～3T，反应功率为500W～3000W。