專利名稱：等離子體介導(dǎo)灰化工藝的制作方法
等離子體介導(dǎo)灰化工藝
相關(guān)申請的交叉引用
本申請是于2010年7月27日申請的美國非臨時專利申請序列號N0.12/844，193和于2008年11月21日申請的美國非臨時申請序列號N0.12/275，394的延續(xù)的部分，并要求兩者的權(quán)益，該兩者的全部內(nèi)容通過引用并入本文。
背景技術(shù)：
本發(fā)明總體涉及等離子體介導(dǎo)灰化工藝，其能夠有效地從半導(dǎo)體襯底去除有機材料，同時在處理過程中能夠減少襯底氧化和/或侵蝕，并且更具體地，涉及其中等離子體基本無快速擴散物質(zhì)的等離子體介導(dǎo)灰化工藝。集成電路制造工藝通?？煞譃榍肮ば蛏a(chǎn)線(FEOL)和后工序生產(chǎn)線(BEOL)處理。FEOL工藝集中于制造組成集成電路的不同器件，而BEOL工藝通常集中于形成集成電路的不同的器件之間的金屬互連。對于FEOL工藝，調(diào)查國際半導(dǎo)體技術(shù)藍圖(ITRS)揭示了在包括等離子體灰化的一些關(guān)鍵領(lǐng)域中由未來的器件所面臨的關(guān)鍵的性能挑戰(zhàn)。例如，等離子體灰化項目的藍圖針對45納米(nm)代的硅損失要不大于0.4埃每清洗步驟，且針對32納米代的硅損失要不大于0.3埃。通常情況下，在光致抗蝕劑去除工藝中將敏感的襯底材料(如用很淺的摻雜物注入的娃、SiGe,高k電介質(zhì)、金屬柵(gate)等)暴露,且這些材料會在光致抗蝕劑去除工藝過程中損壞。襯底損傷可通常以襯底侵蝕(例如，由蝕刻、濺射、和類似工藝引起的襯底的部分的物理去除，例如，硅損失)、襯底氧化、摻雜物漂白/濃度改變、或者其組合的形式。由于這些變化將改變襯底的電氣、化學和物理性能，因此這些改變是不合乎期望的。此外，形成在下伏層中的圖案化的輪廓中的小偏差會不利地影響最終的集成電路的器件性能、產(chǎn)率和可靠性。例如，在源極和漏極注入應(yīng)用中，在進行高劑量注入之前，在源區(qū)和漏區(qū)在硅襯底上形成圖案化的光致抗蝕劑層。在高劑量注入工藝過程中，光致抗蝕劑經(jīng)受相對高能量的離子的作用，該相對高能量的離子在約等于或稍大于該離子的范圍的深度誘導(dǎo)光致抗蝕劑中的交聯(lián)反應(yīng)。這種交聯(lián)反應(yīng)和因而產(chǎn)生的氫損失產(chǎn)生光致抗蝕劑層的硬化的上部，通常稱為硬殼。硬殼的物理和化學性質(zhì)根據(jù)注入條件變化，且通常比下伏的非交聯(lián)的光致抗蝕劑更耐等離子體介導(dǎo)灰化工藝。正因為如此，需要更具腐蝕性的等離子體化學物質(zhì)以去除抗蝕劑。同時，然而非常淺的結(jié)深要求在抗蝕劑去除工藝中的非常高的選擇比。在高劑量的離子注入剝離過程中必須避免從源極/漏極區(qū)的硅損失或硅氧化。例如，過量的硅損失可以有害地改變在給定的施加電壓下的電流飽和以及導(dǎo)致寄生漏電流，因而減小的結(jié)深度有害地改變該器件的電氣功能。當前的等離子體介導(dǎo)灰化工藝通常不適合于這種類型的應(yīng)用。常規(guī)的FEOL等離子體介導(dǎo)剝離工藝是典型的基于氧(O2)的工藝，隨后是濕法清潔步驟。然而，基于氧的等離子體工藝可以導(dǎo)致顯著數(shù)量的襯底表面氧化，通常約10?；蚋瘛＠?，硅或硅-鍺的等離子體氧化速率由通過生長表面氧化物的氧化物質(zhì)的擴散速率來確定。由于擴散時間與氧化層的厚度成正比，且氧化物的厚度與氧化速率成正比地增長，生長的氧化物的厚度與等離子體暴露時間的平方根成正比。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將其稱為拋物線生長，并且可以由下面的方程表示:
x2+ax=b (t)
其中:x=氧化層厚度，t=時間，B=拋物線速率常數(shù)，和A/B=線性速率常數(shù)。由于硅損失通常公知為由用于等離子體光致抗蝕劑剝離工藝的硅表面氧化主導(dǎo)，所以許多人認為對先進邏輯器件的32納米及更高級的技術(shù)結(jié)點，使用基于氧(O2)的等離子體灰化工藝是不可接受的，這些技術(shù)要求幾乎是“零”的襯底損失以及引入對表面氧化非常敏感的新材料，如嵌入式SiGe源/漏極、高-k柵介質(zhì)、金屬柵和NiSi接觸件。對于常規(guī)的等離子體灰化，拋物線速率常數(shù)可以高達50埃2/秒，因此在僅僅幾秒鐘的暴露時間中會發(fā)生顯著的氧化物生長。同樣，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的含氟等離子體工藝，除了導(dǎo)致不可接受的襯底損失，通常還導(dǎo)致?lián)诫s物漂白。其他FEOL等離子體灰化工藝使用還原性化學物，如合成氣體(N2/H2)，其在涉及襯底氧化方面提供了良好的結(jié)果，但由于其較低的光致抗蝕劑去除速率因而具有產(chǎn)率問題。此外，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)基于氫的等離子體引起摻雜物分布改變，這有害地影響了器件的電氣性能。因此，對于先進的設(shè)計規(guī)則，現(xiàn)有的等離子體介導(dǎo)灰化工藝通常被認為在FEOL工藝流程中不適合用于去除光致抗蝕劑。因此，濕化學去除光致抗蝕劑已備受關(guān)注，其原因是對于這些設(shè)計規(guī)則，例如襯底損失、摻雜物漂白等被視為與等離子體介導(dǎo)灰化工藝相關(guān)的無法克服的問題。如將在本文中證明的，申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)適合于先進的設(shè)計規(guī)則的可行的等離子體介導(dǎo)剝離工藝，其提供最少的襯底損失、最少的摻雜物漂白等。重要的是要注意灰化工藝與蝕刻工藝顯著不同。雖然這兩種工藝均可以是等離子體介導(dǎo)的，但蝕刻工藝的顯著不同之處在于選擇等離子體化學物以通過經(jīng)由光致抗蝕劑掩模中的開口去除襯底表面的部分永久地將圖像轉(zhuǎn)移到襯底。蝕刻等離子體通常將襯底暴露于在低溫和低壓強(約毫乇)的高能量的離子轟擊以物理去除襯底的選定部分。此外，襯底的暴露于離子的選定部 分通常以大于光致抗蝕劑掩模的去除速率的速率去除。相比而言，灰化工藝通常涉及去除光致抗蝕劑掩模和在蝕刻過程中形成的任何聚合物或殘留物?；一入x子體化學物質(zhì)與蝕刻化學物質(zhì)相比侵蝕性小得多，且通常被選擇以遠遠大于下伏襯底的去除速率的速率去除光致抗蝕劑掩模層。此外，大多數(shù)灰化工藝加熱襯底以進一步提高等離子體的反應(yīng)性和晶片產(chǎn)率，并在相對較高的壓強(乇數(shù)量級)下進行。因此，蝕刻工藝和灰化工藝針對非常不同的目的的光致抗蝕劑和聚合物材料的去除，并且它們需要完全不同的等離子體化學物和工藝。成功的灰化工藝不用于永久地將圖像轉(zhuǎn)移到襯底。相反，成功的灰化工藝由下述因素限定:光致抗蝕劑、聚合物、和/或殘留物去除速率，以及不影響或去除例如襯底、氧化物和氮化物隔離物、低k介電材料等下伏層。根據(jù)上述情況，由于先進設(shè)計規(guī)則的需要，特別是涉及在高劑量的離子注入處理后的光致抗蝕劑的去除，在本領(lǐng)域中需要一種去除光致抗蝕劑的可行的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
在一種實施方式中，一種用于從襯底上去除光致抗蝕劑、聚合物和/或殘留物的等離子體灰化方法，其包括將包含光致抗蝕劑、聚合物和/或殘留物的襯底放入反應(yīng)室；從包含氧氣(O2)和/或含氧氣體的氣體混合物產(chǎn)生等離子體；抑制和/或減少等離子體中的快速擴散物質(zhì)；以及將襯底暴露于等離子體以選擇性地從該襯底去除光致抗蝕劑、聚合物和/或殘留物，其中該等離子體基本無快速擴散物質(zhì)。在另一種實施方式中，一種從襯底灰化有機物質(zhì)的方法,其包括從包含氧氣(O2)和/或含氧氣體的氣體混合物產(chǎn)生等離子體；結(jié)合等離子體和原子氧凈化氣體；將其上具有該有機物質(zhì)的襯底暴露于等離子體；以及選擇性地從襯底去除該有機物質(zhì)。在又一實施方式中，一種用于從襯底上灰化光致抗蝕劑、聚合物和/或殘留物的等離子體裝置，該裝置包括用于產(chǎn)生等離子體的等離子體產(chǎn)生部件，其中，該等離子體被配置為基本上無快速擴散的氧化物質(zhì)并從含氧氣體和原子氧凈化氣體的氣體混合物中形成；與該等離子體產(chǎn)生部件流體連通的處理室，所述處理室容納該襯底。在又一實施方式中，一種用于從襯底上灰化光致抗蝕劑、聚合物和/或殘留物的等離子體裝置，其包括用于產(chǎn)生等離子體的等離子體產(chǎn)生部件，其中，該等離子體從結(jié)合原子氧凈化氣體的包含氧氣(O2)或含氧氣體的氣體混合物產(chǎn)生；在等離子體和襯底中間的凈化材料，其被配置為抑制和/或減少等離子體中快速擴散物質(zhì)；以及與該等離子體產(chǎn)生部件流體連通的用于容納該襯底的處理室，所述處理室被配置為將襯底暴露于等離子體中，該等離子體中具有抑制和/或減少的快速擴散物質(zhì)以選擇性地從襯底去除光致抗蝕劑、聚合物和/或殘留物。從本發(fā)明下面的詳細描述與附圖將會更加充分地理解本發(fā)明的實施方式的這些特征和優(yōu)點和其它特征和優(yōu)點。值得注意的是，權(quán)利要求書所主張的范圍由權(quán)利要求書中所敘述的內(nèi)容來限定，而不是由在本說明書中闡述的特征和優(yōu)點的具體實施方式
來限定。


當結(jié)合以下附圖進行研究時，可以更好地理解本發(fā)明的具體實施方式
的下述詳細的闡述，附圖是示例性的實施方式，其中:圖1示出了柱狀圖表，其顯示現(xiàn)有技術(shù)中從含氧氣體(O2)和氮氣(N2)形成的等離子體與根據(jù)本發(fā)明形成的等離子體相比的所產(chǎn)生的活性氮與活性氧的相對數(shù)量，其中活性氮與活性氧的比例明顯大于從現(xiàn)有技術(shù)中的氧氣和氮氣的等離子體中可得到的比例。圖2圖解說明了歸一化的硅氧化物的生長作為用于形成等離子體的氣體混合物中的氧含量的函數(shù)的變化，其中，所述氣體組分包括氧氣(O2)和氮氣(N2)的混合物，以及氧氣(O2)和合成氣體(H2/N2)的混合物。圖3圖解說明了示例性的等離子體裝置，其被配置為提高活性氮與活性氧的比例，該比例明顯大于從現(xiàn)有技術(shù)中的氧氣和氮氣的等離子體中可得到的比例。圖4示出了顯示硅氧化物的生長和光致抗蝕劑的灰化率的柱狀圖表，其針對基于一氧化二氮的等離子體(N2O)與從氧氣(O2)和合成氣體(N2/H2)的氣體混合物中形成的現(xiàn)有技術(shù)的等離子體以及與從合成氣體(N2/H2)形成的另一種現(xiàn)有技術(shù)等離子體的比較。圖5A-C示出了柱狀圖表，其顯示基于一氧化二氮的等離子體與現(xiàn)有技術(shù)的基于氧氣(O2)的等離子體的襯底損傷的比較，以及p-MOS高劑量離子注入清洗應(yīng)用后的掃描電子顯微鏡照片。襯底損傷包括(i)來自絕緣體上硅(SOI)的測試結(jié)構(gòu)的硅損失，(ii)在裸硅測試晶片上的硅-氧化物生長，及(iii )來自硅熱氧化測試晶片的硅-氧化物損失。圖5B和5C中的SEM圖像示出了在進行等離子體剝離并隨后進行去離子水沖洗后，對于從O2和隊/4氣體混合物形成的等離子體(b)以及從一氧化二氮氣體形成的等離子體(c)的自上而下渲染圖像。圖6示出了柱狀圖表，其顯示了:分別作為基于一氧化二氮的等離子體、基于合成氣體的等離子體、基于氧氣和合成氣體的等離子體以及具有高氫含量的h2/n2等離子體的等離子體化學物的函數(shù)的硅襯底損失、摻雜物損失和光致抗蝕劑灰化率。圖7圖解說明了硅氧化作為基于一氧化二氮的等離子體以及氧和合成氣體等離子體的抗蝕劑去除的函數(shù)變化。該圖示例地顯示了帶有和不帶有活性氮富集的配置的一氧化二氮等離子體條件以及具有優(yōu)化的一氧化二氮剝離等離子體條件。圖8圖解說明了柱狀圖表，其表示在帶有和不帶有活性氮富集配置條件下獲得的圖7的一氧化二氮的等離子體的活性氧和活性氮的相對量以及活性氧和活性氮的相應(yīng)比例。圖9圖解說明了分別作為基于一氧化二氮的等離子體與從氧氣和合成氣體形成的等離子體的波長的函數(shù)的等離子體光學發(fā)射強度變化的對比。圖10圖解說明了在不同的功率設(shè)置的基于一氧化二氮的等離子體的活性氮和活性氧的相對量以及活性氮與活性氧的相應(yīng)比例。還示出了這些等離子體的相應(yīng)的硅氧化物生長。圖11圖解說明了基于一氧化二氮的等離子體、具有CF4添加劑的基于一氧化二氮的等離子體、以及從O2和合成氣體產(chǎn)生的等離子體、以及從O2氣和N2氣產(chǎn)生的等離子體的活性氮和活性氧的相對量以及活性氮與活性氧的相應(yīng)比例。圖12圖解說明了:對于氧化性等離子體，作為電子溫度的函數(shù)的硅氧化的量的變化。圖13圖解說明了:對于在不同的功率設(shè)置下從90% NH3和10% O2產(chǎn)生的等離子體，作為光發(fā)射強度的函數(shù)的微波功率的變化。圖14圖解說明了:對于在恒定的功率設(shè)置下從90% NH3和10% O2產(chǎn)生的等離子體，總的氣體流率和壓強作為光發(fā)射強度的函數(shù)。圖15圖解說明了:對于從氧氣和合成氣體產(chǎn)生的等離子體、從一氧化二氮氣體產(chǎn)生的等離子體、以及從氨氣和氧氣產(chǎn)生的等離子體，硅損失和氧化物生長作為時間的函數(shù)。圖16圖解說明了:對于從氨氣和氧氣混合物產(chǎn)生的等離子體與從氧氣和合成氣體(5%的氫氣在N2中)產(chǎn)生的等離子體，相對光發(fā)射光譜強度作為波長的函數(shù)的比較。圖17圖解說明了石英和氧化鋁的材料的復(fù)合系數(shù)的溫度依賴性。圖18圖解說明了激發(fā)的分子氧與活性原子氧的歸一化濃度作為等離子體源功率密度的函數(shù)的比較。圖19圖解說明了在270°C從各種氧化性物質(zhì)測量的拋物線生長率。圖20是一些材料的原子氧復(fù)合率的表。圖21圖解說明了從含有N*與Cf的高比例的等離子體向表面氧化物引入氮。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，為了簡單和清楚的目的而示出圖中的要素，其不一定按比例繪制。
具體實施方式
我們表征了如在圖19中所示的不同的氧化物質(zhì)的拋物線速率常數(shù)B。離子和原子物質(zhì)的氧比諸如NO*或0/等分子物質(zhì)有較高數(shù)量級的拋物線速率常數(shù)。鑒于這一發(fā)現(xiàn)，通過兩種可能的機制可以顯著減少硅氧化:
(1)用基本較慢擴散的分子物質(zhì)取代如O+、O—或Cf等快速擴散物質(zhì)；
(2)氮化表面氧化物-減小通過生長的氧化物物質(zhì)的擴散速率。本發(fā)明公開的是用于選擇地從襯底去除光致抗蝕劑、離子注入的光致抗蝕劑、聚合物、殘留物和/或有機物質(zhì)的等離子體介導(dǎo)灰化工藝和裝置。如這里描述的，除了其它優(yōu)點，該等離子體介導(dǎo)灰化工藝和裝置還提供相對高的灰化速率、使襯底損失最小化或沒有襯底損失、對下伏材料(例如，高k介電材料)的損傷最小化或沒有損傷、以及使摻雜物的變化最小化或沒有變化。因此，本文所描述的等離子體介導(dǎo)光致抗蝕劑灰化工藝和裝置適于用于32nm和超越技術(shù)節(jié)點的FEOL處理，在該處理中通過光致抗蝕劑去除工藝必須保持襯底損失最小(小于1.0埃)并且電學性質(zhì)必需基本上不變。在一種實施方式中，從包含氧氣(O2)和/或含氧氣體的氣體混合物產(chǎn)生等離子體，其中該等離子體基本無快速擴散物質(zhì)。由等離子體產(chǎn)生形成的且在灰化中使用的大多數(shù)原子物質(zhì)具有高的擴散常數(shù)。已發(fā)現(xiàn)具有高的擴散常數(shù)的原子物質(zhì)會導(dǎo)致高的硅氧化，導(dǎo)致等離子體介導(dǎo)灰化工藝中產(chǎn)生不合乎期望的效果。換句話說，等離子體氧化速率主要是由快速擴散物質(zhì)主導(dǎo)的。因此，如本文所用的，術(shù)語“快速擴散物質(zhì)”通常是指具有高的擴散常數(shù)的原子物質(zhì)，即，高的拋物線生長速率常數(shù)大于約0.003埃2/秒的原子物質(zhì)。在一種實施方式中，快速擴散物質(zhì)具有在270攝氏度(°C)等于或大于約0.02平方埃/秒(A2/sec )的拋物線速率常數(shù)。能在通常的等離子體工藝中產(chǎn)生的示例性快速擴散物質(zhì)包括但不限于活性氧(O*)、原子氧(O)、離子氧(0+，0_)，等等。如本文所用的，術(shù)語“活性氮”，“活性氧”和如活性氫等其他類似的活性物質(zhì)通常是指原子的或分子的、能量激勵的，但電中性的物質(zhì)。本文公開的等離子體介導(dǎo)灰化工藝是一種受控的氧擴散工藝，其中在等離子體產(chǎn)生期間或等離子體暴露給待處理的襯底之前，降低了由會氧化襯底的快速擴散物質(zhì)的拋物線速率常數(shù)測得的擴散速率，或者從等離子體消除/或抑制快速擴散物質(zhì)。為了實現(xiàn)這一點，優(yōu)化由微波或射頻能量所產(chǎn)生的等離子體源以產(chǎn)生分子物質(zhì)，其中，將慢擴散的分子物質(zhì)與快速擴散原子物質(zhì)的比例最大化以減少快速擴散物質(zhì)的影響，或減小快速擴散物質(zhì)的擴散速率，或兩者。更具體地，可以通過使0/或NO*與活性氧(Cf)的比例最大化來降低快速擴散物質(zhì)的影響。因為，作為氧氣或含有氧化氣體的等離子體的天然的副產(chǎn)物的活性氧的存在是一種用于氧化的機制，活性氧的減少在使硅氧化最小化中非常有效。此外，快速擴散物質(zhì)的擴散速率可以通過將氧化物氮化而減少。更具體地，可以通過使活性氮(N*)和原子的氧(O*)的比例最大化來減小擴散常數(shù)。例如，在一種實施方式中，等離子體介導(dǎo)灰化工藝通常包括增加等離子體中活性氮與活性氧的比例，使得該比例明顯大于通常從氧(O2)和氮(N2)的氣體混合物的等離子體可獲得的活性氮物質(zhì)與活性氧物質(zhì)的比例。圖1概念性地示出了基于從氧(O2)氣和氮(N2)氣形成的等離子體的可得到的活性氮和活性氧的比例并將這些比例與通過實施申請人的發(fā)明所能得到的比例進行對比的差異。如曲線圖的左側(cè)所示，申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)無論是否有特定的氧和氮的氣體組合物用于形成等離子體，現(xiàn)有技術(shù)的由氧氣和氮氣混合物形成的等離子體顯示出活性氮與活性氧的比例，其包括比活性氮的量相對較高的活性氧的量。與此相反，申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了用于增加等離子體中活性氮與活性氧的比例的各種方法，該比例明顯大于能從由含有氧氣和氮氣的氣體混合物形成的等離子體獲得的比例。參考圖2，示出了氧化物生長作為包括用于形成等離子體的氧氣(O2)和氮氣(N2)的現(xiàn)有技術(shù)的氣體混合物中的氧氣(O2)含量的函數(shù)。所評價的氣體混合物包括含有氧氣和氮氣的混合物以及含氧氣和合成氣體的混合物，其中，該合成氣體為含有3%氫氣的氮氣。如圖所示，即使微量的活性氧的影響也對襯底氧化提供了有害影響。在0%的氧觀察到最小的“非零”的表面改性。對于兩種氣體混合物，對包括合成氣體形成的等離子體觀察到較高的氧化率，這表明等離子體內(nèi)形成的活性氫物質(zhì)顯著增強硅氧化。通過改變活性氮與活性氧的比例，申請人已意外地發(fā)現(xiàn)了一種方法，在該方法中可以使表面氧化最小化，同時提供有效的光致抗蝕劑的去除。為了進行比較，在相似的條件下從含有氮和氧元素的氣體(例如，一氧化二氮)形成的等離子體表現(xiàn)出小于約4埃的作為氧含量的函數(shù)的氧化物生長，這顯著低于使用從氧和氮的氣體混合物形成的等離子體的氧化的量。氧化的減少的主要機制是原子氮以及隨后的原子氧的擴散速率的連續(xù)減小。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如圖21所示，原子氮積聚在氧化物-硅界面并阻擋原子氧的擴散。在一種實施方式中，等離子體介導(dǎo)灰化工藝通常包括從氣體混合物產(chǎn)生含有活性氮和活性氧的活性物質(zhì)，以及使襯底暴露于反應(yīng)物質(zhì)。等離子體氣體混合物的具體組分通常取決于所采用的用于改變活性氮與活性氧的比例的特定的實施方式。例如，等離子體可以從氣體一氧化二氮本身或一氧化二氮與含氟氣體、氧化性氣體、惰性氣體、還原氣體、和它們的各種組合物的混合物中產(chǎn)生。此外，一氧化二氮氣體或一氧化二氮氣體的混合物可進一步包括各種添加劑，以提高光致抗蝕劑的去除速率和/或以最大限度減少對下伏材料的損傷，該下伏材料例如，介電材料、襯底、金屬、摻雜物濃度、等等。應(yīng)當指出，盡管相對于使用氧氣(O2)和氮氣(N2)獲得的活性氮與活性氧的比例,上文特別參考一氧化二氮作為適于增加等離子體中活性氮與活性氧的比例，但可考慮包括含氧氣和氧化物的其他氣體。另外，該混合物可由在處理室中結(jié)合的兩個或多個等離子體形成。例如，從含氧氣體形成的等離子體可以與含氮氣體形成的等離子體混合。在這種方式中，等離子體中的一種可從氧氣(O2)形成，且另一種等離子體從提供增加的活性氮的含氮氣體形成。相反，等離子體的一種可以由氮氣(N2)產(chǎn)生且另一等離子體可從含氧氣體形成。在又一實施方式中，結(jié)合活性氮(N*)和可選的活性氧(Cf)物質(zhì)的活性氫物質(zhì)(H*)的添加和存在對一些應(yīng)用可以是有益的，這些應(yīng)用例如某些注入后應(yīng)用(特別是涉及殘余物去除時)以及金屬氧化可以影響器件的性能的一些高K/金屬柵極結(jié)構(gòu)。通過提供活性氮、活性氫物質(zhì)、以及可選的活性氧的受控混合物的等離子體，提供低的襯底損傷(例如，Si的氧化和/或Si的損失)和低的金屬襯底的氧化(例如，TiN、TaN和/或W金屬)，同時在相對較高產(chǎn)率下有效地去除光致抗蝕劑與殘留物。在一些實施方式中，從NH3合成氣體形成等離子體。在其它實施方式中，從包括NH3的氣體混合物形成等離子體，其中NH3構(gòu)成該氣體混合物的主要部分。通過示例的方式，在一些實施方式中，該氣體混合物可包括大于50 %的NH3，在其他實施方式中大于75%并在別的實施方式中大于85%。對于大多數(shù)灰化應(yīng)用，在氣體混合物中優(yōu)選大于或等于90%的NH3。示例的氣體混合物包括但不限于NH3和合成氣體、NHjPN2、以及NH3、合成氣體和氧氣。觀察到氧的存在提高了灰化率，以及通過控制在氣體混合物中存在的氧的量使硅損失最小化，同時提供高產(chǎn)率工藝。
如在本發(fā)明中更詳細地討論的，用于降低在等離子體中的快速擴散物質(zhì)(例如，原子氧物質(zhì))的各種方法，其包括使用過濾器、凈化氣體、凈化材料或吸雜劑等以去除和/或吸收在O2的激發(fā)時并暴露于光致抗蝕劑之前在等離子體中產(chǎn)生的快速擴散物質(zhì)，從而減少等離子體內(nèi)快速擴散物質(zhì)的量。此外，這些吸雜材料產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的分子氧，這有效地去除光致抗蝕劑而不氧化襯底材料。替代地，可以選擇等離子體源和氣體混合物以最大化如分子氧化劑等緩慢擴散的氧化劑與如原子或離子的氧等快速擴散的氧化劑的比例，這可以是與上文指出的任何增強的方法組合或其本身。通過這樣做，等離子體可以進一步包括活性氫物質(zhì)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這提供等離子體具有對離子注入的抗蝕劑硬殼更具侵蝕性的灰化性能，并使損傷(例如，襯底氧化，襯底侵蝕等)最小化?？墒褂酶咔治g性的灰化性能以高效地灰化通常被認為難以灰化的光致抗蝕劑材料，該材料諸如，例如，在暴露于高能劑量的離子注入(HDIS)后形成在光致抗蝕劑中的硬殼層、蝕刻后殘留物等。圖3示出了用于產(chǎn)生多個等離子體流的通常由標號10表示的示例性裝置。等離子體裝置10通常包括氣體輸送組件12、等離子體產(chǎn)生部件14、處理室16和排氣管18。氣體輸送組件12可以包括與一個或多個氣體源20流體連通的氣體凈化器(圖中未示出)，氣體源20與等離子體產(chǎn)生部件流體連通。使用微波激發(fā)作為用于從氣體混合物產(chǎn)生等離子體的合適的能量源的實施例，等離子體產(chǎn)生部件34包括微波外殼36，它通常是具有等離子體管38穿過其中的分區(qū)的矩形箱。如在本領(lǐng)域中公知的，微波等離子體部件14被配置成使輸入氣體激發(fā)成等離子體，從而產(chǎn)生反應(yīng)物質(zhì)。除了微波能量，等離子體產(chǎn)生部件304也可以與RF能量激發(fā)源、RF和微波能量的組合等一起進行操作。等離子體管38包括一個或多個氣體入口 22，其中兩個被示出，將氣體20從氣體輸送組件12進給到該氣體入口。從氣體入口延伸的等離子體管從等離子體能量下游連接。以這種方式，在裝置內(nèi)產(chǎn)生不同的等離子體，然后在將它們暴露給襯底之前將它們混合。一旦激勵，將活性物質(zhì)引入用于均勻地輸送該反應(yīng)物質(zhì)到工件24的表面的處理室16的內(nèi)部區(qū)域，工件24如涂覆有抗蝕劑的半導(dǎo)體晶片。在這方面，一個或多個擋板26、28包含在處理室16內(nèi)。雖然在下文中未描述擋板的操作的特定方式的進一步的細節(jié)，但這樣的操作的額外信息可在Axcelis科技公司的美國專利申請N0.10/249, 964中找到，其全部內(nèi)容通過弓I用并入本文。為了提高光致抗蝕劑和/或蝕刻后殘余物與由上游的等離子體產(chǎn)生的活性物質(zhì)的反應(yīng)速率，工件24可由成陣列的加熱元件(例如，鎢鹵燈，或電阻加熱的卡盤，在圖中未示出)加熱。排氣管18的入口 34與在底板的開口流體連通，用于接收排放氣體到排氣管18。同樣，應(yīng)該理解的是，等離子體灰化裝置10表示一個這樣的裝置的實施例:這樣的裝置可與實施本發(fā)明結(jié)合使用，以便從不同的氣體流產(chǎn)生不同的等離子體，接著在襯底暴露于等離子體之前將不同的等離子體混合。其他合適的等離子體裝置包括在約100乇操作的中壓等離子體系統(tǒng)(MPP)，以提供較低的電子溫度，以及單個的等離子體管裝置和如寬源區(qū)等離子體之類無擋板的等離子體源。適用于不同實施方式的合適的含氮氣體包括但不限于N2, N2O> NO、N203、NH3> NF3、N2F4、C2N2、HCN、N0C1、C1CN、(CH3)2NH, (CH3)NH2' (CH3) 3N、C2H5NH2、它們的混合物，等等。 加入氣體混合物的合適的惰性氣體包括但不限于氦氣、氬氣、氮氣、氪氣、氙氣、氖
與坐坐
V1、寸寸O
其中活性氟是合乎希望的合適的含氟氣體包括當通過等離子體激勵時產(chǎn)生氟反應(yīng)物質(zhì)的氣態(tài)化合物。在一種實施方式中，氟氣態(tài)化合物在等離子體形成條件下是氣體，并選自由具有通式CxHyFz的化合物或它們的組合物組成的組中，其中X是從O到4的整數(shù)，和Y是從O到9的整數(shù)，以及z是從I到9的整數(shù)，并具有以下條件:當χ=0，則y和z兩者都等于1，且當y是O時，則X是I至4且z是I至9。替代地，如果合乎期望，含氟氣體是F2、SF6,以及包括F2和SF6的混合物，含氟氣體由上面的通式CxHyFz限定。當含氟氣體暴露于等離子體時,含氟氣體小于等離子體氣體混合物的總體積的約5%以使選擇比最大化。在其它實施方式中，當暴露于等離子體時，含氟化合物小于等離子體的氣體混合物的總體積的約3%。在另一些實施方式中，含氟化合物暴露于等離子體時，其小于等離子體的氣體混合物的總體積的約I%。合適的還原性氣體包括但不限于，諸如H2、CH4、NH3、CxHy等含氫氣體，其中χ是從I到4的整數(shù)，且y是從I至8的整數(shù)，以及它們的組合。使用的含氫氣體化合物是產(chǎn)生足夠的原子氫物質(zhì)以增加在蝕刻過程中形成的聚合物和蝕刻殘留物的去除選擇性的那些化合物。特別優(yōu)選的含氫化合物是在等離子體形成條件下以氣體狀態(tài)存在的并釋放氫以形成如自由基或氫離子之類原子氫物質(zhì)的那些化合物。烴基含氫化合物氣體可以由如溴、氯、或氟等鹵素部分地取代，或用氧、氮、羥基和胺基部分地取代。氫氣(H2)優(yōu)選以氣體混合物的形式。在一種實施方式中，氫氣體混合物是包括氫氣和惰性氣體的那些氣體。合適的惰性氣體的實例包括氬、氮、氖、氦等。特別優(yōu)選的氫氣體混合物是所謂的基本上由氫氣和氮氣氣體組成的合成氣體。特別優(yōu)選的是，合成氣體中該氫氣的量介于總的合成氣體組成物的體積的大約1%至約5%的范圍內(nèi)。雖然可使用大于5%的量，但由于氫氣的爆炸的危險，因此安全成為問題。合適的氧化性氣體包括但不限于02、O3> CO、CO2, H2O, N2O, NO2、等等。使用氧化性氣體時，優(yōu)選地，如上所述，在等離子體暴露給襯底之前從等離子體去除任何O*和O-物質(zhì)。如上指出的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，襯底氧化的誘發(fā)因素是襯底與0%0+和/或0_物質(zhì)的反應(yīng)。這些物質(zhì)可以很容易地擴散穿過生長的SiOx表面氧化物，從而導(dǎo)致相對較厚的氧化物生長。此外，這些物質(zhì)的快速擴散，可以通過在表面氧化物中存在或誘導(dǎo)的電場而增強。因此，最大限度地減少氧化增長的策略應(yīng)解決以下幾個問題，即:抑制原子或離子的氧的形成(或任何其他的快速擴散物質(zhì)的形成)；降低剩余的快速擴散物質(zhì)的擴散速率；并減少或消除電場和氧化物充電。如上所述，通過在等離子體處理過程中增加反應(yīng)室內(nèi)的壓強、改變功率密度、加入添加物、加入含有氮和氧元素(例如，一氧化氮)的氣體、并使用過濾器(例如原子和離子過濾器等)等來實現(xiàn)去除。可以在常規(guī)的等離子體灰化系統(tǒng)中實施等離子體介導(dǎo)灰化工藝。本發(fā)明并不意圖被限制在任何特定的用于等離子體灰化的硬件。例如，可以使用采用電感耦合等離子體反應(yīng)器的等離子體灰化機或可以使用例如微波驅(qū)動、RF驅(qū)動之類下游等離子體灰化機。根據(jù)本公開，特定的等離子體灰化機的設(shè)置和優(yōu)化將正好處于本領(lǐng)域技術(shù)人員的技術(shù)范圍內(nèi)。等離子體灰化機通常由等離子體產(chǎn)生室和等離子體反應(yīng)室組成。僅為了示例性的用途，在可從Axcelis Technologies公司(本受讓者)獲得的300毫米RpS320下游微波等離子體灰化機中，將在反應(yīng)室的襯底加熱到介于室溫和450°C之間的溫度。在處理過程中使用的溫度可以是恒定的或替代地在處理過程中是漸變的或階躍的。在本領(lǐng)域中的熟練技術(shù)人員將認識到提高溫度是一種增加灰化速率的方法。優(yōu)選地，該反應(yīng)室的內(nèi)部壓強減少至約0.1乇或高于0.1乇。更優(yōu)選地，在從約0.5乇至約4乇的范圍內(nèi)操作壓強。例如在不合乎期望的氧物質(zhì)(例如，O*, O-)的氣相復(fù)合是期望的以便增加等離子體中的活性氮和活性氧的比例的一些應(yīng)用中，可以利用大于4乇的更高的操作壓強，在一些實施方式中使用大于10乇的操作壓強。用來激發(fā)氣體和形成等離子體能量源的功率通常介于約1000瓦(W)和約10000W之間。對于一些氣體混合物，功率大于5000W至小于約10000W。例如，當氣體混合物包括作為主成分(大于50%)的NH3時，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，增加功率到大于5000W至小于10000W可以用來增加在等離子體內(nèi)形成的活性氫的量，從而可以有利地提供灰化速率增加。此外，活性氫物質(zhì)的增加的量減少了金屬氧化。在一些實施方式中，將等離子體暴露給吸雜劑，以減少所需的活性氫的量。也可以調(diào)節(jié)功率設(shè)定，以控制在等離子體中的活性氮與活性氧的比例，這適用于其他類型的等離子體灰化工具。也可以調(diào)整在等離子體源中的功率密度(即，每單位體積的氣體的功率)，以增加中性和激發(fā)態(tài)的分子物質(zhì)(例如，02、0/等)的量。在一種實施方式中，可以產(chǎn)生至少約75瓦每立方厘米(W/cm3)的功率密度的等離子體；優(yōu)選至少約100W/cm3,更優(yōu)選至少約150W/cm3,另更優(yōu)選在至少約200W/cm3,以及最優(yōu)選至少約300W/cm3。將氣體混合物經(jīng)由氣體入口供給到等離子體產(chǎn)生室，該氣體混合物包含NH3、氧氣或氧氣和氮氣以及在一些實施方式中的含氫(hydrogen-bearing)氣體。然后,將氣體暴露于等離子體產(chǎn)生室內(nèi)的能量源，例如，微波能量，優(yōu)選約1000W和約10000W之間，以從該氣體混合物產(chǎn)生激發(fā)的或有動力的原子。所產(chǎn)生的等離子體由電中性和帶電粒子和從等離子體氣體混合物中所使用的氣體形成的激發(fā)的氣體物質(zhì)組成。在一種實施方式中，在等離子體到達晶片之前選擇性地去除該帶電粒子。對于300毫米下游等離子體灰化器，總的氣體流率優(yōu)選從約500至12000標準立方厘米每分鐘(seem)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，總的氣體流率可以影響一些氣體混合物的發(fā)射光譜。例如，對于包含NH3作為主要成分以提高在等離子體中的活性氫的量，并增加活性分子的物質(zhì)的濃度的氣體混合物，較低的總氣體流率可能是優(yōu)選的。在一種實施方式中，含NH3的氣體或氣體混合物的總的氣體流率小于5標準升每分鐘(slm)。在其它實施方式中，小于4slm，在另一些實施方式中，小于3.5slm。通過與由等離子體產(chǎn)生的激發(fā)的或有能量的原子(B卩，活化的物質(zhì))反應(yīng)，光致抗蝕劑、離子注入的光致抗蝕劑、聚合物、殘留物、或類似的有機物質(zhì)可以從襯底選擇性地去除?？梢怨鈱W監(jiān)測該反應(yīng)用于在本領(lǐng)域中公認的端點檢測。可選地，在等離子體灰化工藝后實施漂洗步驟，以去除在等離子體處理過程中形成的揮發(fā)性化合物和/或漂洗可去除的化合物。在一種實施方式中，漂洗步驟中采用去離子水，但也可包括氫氧化銨、硫酸或氫氟酸等。如果施用漂洗步驟，其可以包括約I至10分鐘的旋轉(zhuǎn)漂洗，隨后還有旋轉(zhuǎn)干燥過程。舉例而言，可以修改等離子體硬件配置，以將活性慢擴散物質(zhì)加快成快速擴散物質(zhì)，或增加活性氮與活性氧的比例。在一種實施方式中，設(shè)置如原子氧和/或離子氧的過濾器和/或催化劑材料之類凈化材料在襯底和等離子體源中間，以便產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的分子氧和減少等離子體中的快速擴散物質(zhì)的量。該過濾器可以是催化過濾器和/材料，表面復(fù)合過濾器，氣相復(fù)合過濾器等。舉例而言，過濾器可以是表面反應(yīng)金屬或金屬合金、陶瓷、石英或藍寶石材料，反應(yīng)性氣體在與晶片表面的相互作用之前通過其中。通過控制反應(yīng)性表面的溫度以及反應(yīng)性表面的形狀和表面粗糙度，可以提高該過濾器的有效性。由于激發(fā)態(tài)的分子具有相對短的壽命，因此凈化材料可以定位緊靠襯底。更具體地，凈化材料可以位于離工件(襯底)約8cm或8cm以下處。在另一種實施方式中，利用雙擋板的等離子體灰化工具被修改，已發(fā)現(xiàn)上部擋板用石英而不用藍寶石制成，提高了活性氮與活性氧的比例。通過用藍寶石或其他材料代替石英制成等離子體管觀察到類似的效果。合適的凈化材料可以被用于減少等離子體中的快速擴散物質(zhì)含量，特別是o、(f、0+和/或0_含量，這些合適的凈化材料是具有等于或大于約5X 10_4的復(fù)合系數(shù)的材料。用于凈化原子氧的示例性的材料列于圖20的表中，這些材料可包括，但不限于:如 B、Mg、Al、Ag、Be、T1、Cr、Fe、Mn、N1、Rb、Ir、Pb、Pt、Sr、Ba、Cs 等金屬，和它們的合金，或者如PrNi5, Nd2Ni17等金屬間化合物，或如TiO2, Ta2O5, ZrO2, Al2O3, FeO等陶瓷，或如Si，Ge等半導(dǎo)體，或有機金屬化合物。示例性的原子氧凈化氣體包括但不限于:如NH3、C0、N0、CH4、其他烴類、碳氟化合物等氣體，用于形成活性氮的合適的催化劑包括但不限于，如Fe、Co、N1、Ru、Re、Pt、Mo、Pd等金屬，或如MgAl2O4等陶瓷。通過采用如He、Ar、Kr、Xe等氣體的添加劑，或通過等離子體源的設(shè)計要素，如等離子體源的表面材料和溫度，或通過等離子體源的操作方法，如激勵頻率、功率密度、電子溫度、氣體混合比，或類似要素，還可以促進活性氮的形成。在另一種實施方式中，凈化材料直接或間接地加熱至約200°C或更高的溫度，以提高原子氧復(fù)合。圖17以圖形方式示出了 Al2O3和SiO2復(fù)合的增加，并作為溫度的函數(shù)。大多數(shù)材料的復(fù)合率在升高的溫度下增加。在另一種實施方式中，凈化氣體可用于代替凈化和/或吸雜氣體材料或附加到凈化和/或吸雜氣體材料。原子氧的凈化氣體，可以結(jié)合上述的等離子體源，其中所述凈化氣體有效地進一步減少原子氧的含量到至多四分之一。用于進一步減少快速擴散物質(zhì)的示例性的凈化氣體是NH3，其中在氣體混合物中NH3與O2的比超過2:1。在另一種實施方式中，在暴露反應(yīng)性物質(zhì)到襯底之前使用下游等離子體灰化機選擇性地去除帶電粒子，下游等離子體灰化機諸如例如，從在Beverly, Ma的AxcelisTechnologies公司市售的商品名為RpS320的下游微波等離子體灰化機。對于FEOL處理，通常希望在將襯底暴露于反應(yīng)物質(zhì)之前從反應(yīng)物質(zhì)基本上去除所有的帶電粒子。以這種方式，襯底不暴露于帶電粒子，帶電粒子可能有害的影響襯底的電性能。根據(jù)本發(fā)明，將該襯底暴露于電中性的反應(yīng)物質(zhì)，以影響光致抗蝕劑、聚合物和/或殘留物(即，氮(N*)、氧(Cf)、可選的(H*)和類似的活性物質(zhì))的去除。對先進的設(shè)計規(guī)則的額外的/新的要求是需要保持等離子體灰化工藝與高k電介質(zhì)和金屬柵極材料的相容性。為了促進相容性，一氧化二氮的氣體混合物或任何上面討論的各種可以用來增加活性氮對活性氧的比例的手段，可包括選擇添加劑以減少損壞這些材料，同時保持足夠的反應(yīng)性，以去除光致抗蝕劑和經(jīng)注入的硬殼材料。合適的化學添加劑包括但不限于含鹵素的材料，諸如:CF4、CHF3> C2F6, HBr, Br、HCUCl2, BC13、CH3C1、CH2Cl2、和類似物。上文所描述的含鹵素的添加劑可以有效地用于提高被稱為離子注入的光致抗蝕劑的硬殼的光致抗蝕劑層的部分的去除率。在其它實施方式中，包括活性氮、活性氧、和活性氫類的等離子體可以用于有效地去除硬殼。通過示例的方式，可以從NH3、O2和合成氣體的氣體混合物形成等離子體，從而能夠有效地去除硬殼和下伏光致抗蝕劑。在其它實施方式中，多步驟的等離子體灰化工藝可以用于去除硬殼，隨后用腐蝕性的等離子體化學物，隨后用較不具腐蝕性的等離子體化學物，以便去除下伏的非交聯(lián)的光致抗蝕劑、聚合物和殘留物，可選地隨后用鈍化或殘留物去除等離子體步驟。例如，為了在等離子體灰化處理離子注入的光致抗蝕劑時保護柵極和/或柵極電介質(zhì)，第一步驟可以包括用一氧化二氮的氣體混合物形成等離子體，該混合物包括含鹵素的添加劑，以除去光致抗蝕劑的硬殼，隨后用等離子體灰化步驟，該步驟包括只用氣體的一氧化二氮形成等離子體，即，比含有含鹵素添加劑的等離子體更不具腐蝕性的等離子體。應(yīng)當指出等離子體的多個步驟中的一個或多個不要求等離子體具有活性氮和活性氧的比大于從氧氣和氮氣活性的等離子體獲得的活性氮和活性氧的比。在一些實施方式中，多個步驟中只有一個包括產(chǎn)生具有所需的較高的活性氮對活性氧的比例的等離子體。等離子體介導(dǎo)灰化工藝可以用于有效地從所述半導(dǎo)體襯底灰化(S卩，去除)光致抗蝕齊 、離子注入的光致抗蝕劑、聚合物、和/或蝕刻殘留物，具有最小的襯底損失和最小的摻雜物漂白劑，摻雜物輪廓的變化，或摻雜物濃度的變化等優(yōu)點。有利的是，本發(fā)明描述的等離子體灰化工藝可以優(yōu)化成 對硅具有大于10，000:1的灰化選擇性。在一種實施方式中，該工藝是多步驟的工藝，其對于去除離子注入的光致抗蝕劑是有效的。如上所述，離子注入的光致抗蝕劑通常包括上部和下部，其中所述上部比所述下部具有更高的交聯(lián)密度，交聯(lián)密度作為離子注入的暴露量的函數(shù)。多步驟的工藝可以包括:第一步驟，通過暴露光致抗蝕劑層至從包括NH3的氣體混合物中形成的小于約70W/cm3的低密度等離子體，基本上去除整個上部，其中NH3構(gòu)成氣體混合物的主要部分。然后，可以使用不同的等離子體去除所述下部。例如，通過暴露光致抗蝕劑層至從包括NH3的氣體混合物中形成的至少為約70W/cm3的高密度等離子體，可去除下部，其中NH3構(gòu)成氣體混合物的主要部分。然后任選地可以使用無NH3的不同的等離子體去除任何潛在的殘留物，該等離子體諸如，例如，從氮氣或合成氣體的氣體混合物中形成的等離子體。如果需要也可以鈍化表面。光致抗蝕劑通常是用于將圖像轉(zhuǎn)移到下層襯底的有機感光膜。本發(fā)明通常適用于灰化在g_線、i_線、DUV、193nm、157nm、電子束，EUV、浸沒式光刻技術(shù)的應(yīng)用或類似應(yīng)用中使用的光致抗蝕劑。這包括，但不限于，線型酚醛樹脂，聚乙烯基苯酚，丙烯酸酯，乙縮醛，聚酰亞胺，縮酮，環(huán)烯烴或類似物。根據(jù)本公開，適合在本發(fā)明中使用的其他的光致抗蝕劑的配方對在本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見。光致抗蝕劑可以是正性或負性的，具體取決于選擇的光致抗蝕劑的化學物和顯影劑。襯底基本上可以是任何用于制造集成電路的半導(dǎo)體襯底。合適的半導(dǎo)體襯底通常包括，或者可以包含硅；應(yīng)變硅；硅鍺襯底(例如，SiGe);絕緣體上硅；高1^介電材料；如W、T1、TiN、TaN等金屬；GaAs ;碳化物，氮化物，氧化物，等。有利的是，該工藝適用于半導(dǎo)體襯底(如在摻雜區(qū))的材料的損失是不希望的的任何設(shè)備制造。下面的實施例被呈現(xiàn)僅用于說明的目的，并不意在限制本發(fā)明的范圍。
實施例1在本實施例中，將涂覆到硅襯底上的光致抗蝕劑暴露于在從Axcelis科技公司獲得的商售RapidStrip320等離子體灰化工具中的一氧化二氮剝離化學物。該光致抗蝕劑是1-線光致抗蝕劑并在硅襯底上沉積有1.9微米的厚度。通過在I乇的壓強、240°C的溫度和3500瓦的功率設(shè)置下使一氧化二氮氣體以7標準升每分鐘(slm)流入等離子體灰化工具形成等離子體化學物?！趸入x子體剝離工藝的灰化率、跨越晶片的均一性、和氧化物生長與不含氧的還原等離子體(合成氣體)和基于氧的等離子體比較。在I乇的壓強、240°C的溫度和3500瓦的功率設(shè)置下使合成氣體(含3%氫氣的氮氣)的氣體混合物以7slm的流率流入等離子體灰化工具形成還原性等離子體。使用90%的氧氣(02)和10%的合成氣體(含3%氫氣的氮氣)在240°C的溫度和3500瓦的功率設(shè)置下以7slm流入等離子體灰化工具形成基于氧的等離子體。在光致抗蝕劑暴露于相應(yīng)的等離子體持續(xù)8或15秒后測量灰化率和非均勻性。在將未涂覆的硅襯底暴露于相應(yīng)的等離子體持續(xù)300秒之后測量氧化物生長。圖4示出了結(jié)果。正如預(yù)期的那樣，基于氧的等離子體的氧化物生長是顯著的，為約12埃(A),并顯示出最高的灰化率，為約7.8微米/分鐘。與此相反，相對于基于氧等離子體，還原性等離子體和一氧化二氮等離子體顯示出顯著的改善，但有較低的灰化率?；谝谎趸牡入x子體與還原性等離子體相比，顯示出較少的氧化物增長，基于一氧化二氮的等離子體的約3.0人相比還原性等離子體的約4 A。值得一提的是，與還原性等離子體約1.0微米/分鐘相比，基于一氧化二氮的等離子體表現(xiàn)出約4.4微米/分鐘的灰化率。此外，基于一氧化二氮的等離子體的灰化非均勻性(非均勻性=2.8%)顯著優(yōu)于相同的處理條件下的氧/合成氣體的灰化非均勻性(> IO % )。
實施例2在本實施例中，加入少量的CF4到不同的等離子體氣體混合物，
并在RapidStrip 320等離子體灰化工具進行處理。使娃襯底暴露于不同的等離子體化學物，且測量氧化物的生長。結(jié)果示于下面的表I中。在每個實例中，在I乇的壓強和3500瓦特的功率設(shè)置下，氣體混合物使用7slm的流率流到等離子體灰化工具以形成各種等離子體。
表I
等離子體化學物__處理時間(秒)__氧化物生長(A)
CF4ZN2O__103__324_
CF4/3%02/合成氣體 103__9J4_
CF4/90 % O2/合成氣體 103__SJ6_
3% O2/合成氣體_[UQ_9.82_如表所示，如氧化物生長所證明的，在等離子體形成過程中加入少量的CF4導(dǎo)致襯底損失最小化，且有利地，可以預(yù)期產(chǎn)生更有能量的物質(zhì)，相對在實施例1中觀察到的結(jié)果這可以有效地增加灰化率。cf4/n20的等離子體有最高的活性氮與活性氧的比例，這也顯示出最少的氧化量。
實施例3在本實施例中，對于從一氧化二氮形成的等離子體(S卩，標記為新技術(shù))，與現(xiàn)有技術(shù)的從帶有和不帶有少量的四氟化碳的O2/合成氣體混合物形成的等離子體相比，使用RapidStrip320等離子體灰化工具根據(jù)娃損失、氧化物生長、和氧化物損失來測量襯底的損傷。合成氣體組分是含3%氫氣的氮氣。結(jié)果示于圖5A。在每個實施例中，在I乇的壓強，2400C的溫度和3500瓦特的功率設(shè)置下，氣體混合物使用7slm的流率流到等離子體灰化工具以形成各種等離子體。襯底損傷包括(i)絕緣體上硅(SOI)測試結(jié)構(gòu)的硅損失，(ii)在裸硅測試晶片上的硅-氧化物生長和硅熱氧化測試晶片的硅-氧化物損失?？?b)和(c)比較了 P-MOS高劑量離子注入清洗應(yīng)用后的掃描電子顯微鏡圖像。示出了對于從O2和N2/H2氣體混合物形成的等離子體以及從一氧化二氮的氣體形成的等離子體，在等離子體剝離隨后去離子水漂洗后(c)的SEM圖像，其表示從一氧化二氮氣體混合物形成的等離子體的顯著改善的殘留物去除能力。結(jié)果清楚地顯示對于具有相對高的活性氮與活性氧的比例的等離子體，襯底損壞大幅下降。從不帶有四氟化碳的氧化性等離子體觀察到了殘留物。此外，在圖5B和圖5C中指出，使用一氧化二氮等離子體，殘留物去除顯著改善。
實施例4在本實施例中，在使用從一氧化二氮氣體、合成氣體(3 % H2,97 % N2)、氧氣(90 % )和合成氣體(10%)、和具有高的氫氣量的合成氣體(S卩，90% H2和10% N2的混合物)形成的等離子體的等離子體處理期間監(jiān)測摻雜物損失、襯底損失和灰化率。使用7slm的總氣流率和3500W的微波功率形成所有等離子體。在等離子體處理過程中，襯底被加熱到240°C的溫度。硅氧化處理時間為5分鐘。確定抗蝕劑去除的處理時間為8秒或15秒。對于摻雜分布測試，空白的硅晶片根據(jù)標準配方注入有As或BF2。然后將晶片暴露于各種灰化等離子體持續(xù)5分鐘，并在1050°C下進行10秒退火。進行二次離子質(zhì)譜(SIMS)分析以確定摻雜物輪廓，和進行薄片電阻(Rs)測量以確定薄片電阻。其結(jié)果示于圖6。如圖所示，使用最高的活性氮與活性氧的比例形成的等離子體對于As和BF2注入除了相對高的灰化率和低的氧化速率外還表現(xiàn)出穩(wěn)健的行為。此外，正如預(yù)期的那樣，從包括氧氣的氣體混合物形成的等離子體顯示出不可接受的高的硅氧化。
實施例5在本實施例中，示出了活性氮富集配置的效果。與具有石英管(非氮富集配置)的配置相比，用藍寶石管(活性氮富集配置)配置RPS320等離子體源導(dǎo)致降低的硅氧化(圖7)。圖8示出了該示例性氮富集配置(藍寶石等離子體管與石英等離子體管相比)的確導(dǎo)致增加的活性氮，而活性氧的量基本上保持不變，且相活性氮與活性氧的相應(yīng)比例增加。圖7進一步示出了一氧化二氮等離子體的最優(yōu)化的配置，其包括優(yōu)化的微波功率、溫度、和等離子體管組分，這顯示了顯著減少了硅氧化。如圖所示，相對于從標準的氧和合成氣體組分形成的等離子體，從一氧化二氮形成的所有等離子體表現(xiàn)出較低的氧化量，氧化量作為去除的抗蝕劑量的函數(shù)。此外，降低的溫度和功率設(shè)置導(dǎo)致較低的氧化和提高的灰化率。此外，與合成氣體的受控等離子體相比，從一氧化二氮形成的等離子體表現(xiàn)出較高的灰化率。
實施例6
在該示例中，光學發(fā)射光譜用于分析從一氧化二氮形成的等離子體與從90%氧氣和10%的合成氣體(3% H2/97% N2)形成的標準等離子體的工藝的比較。用3500W和7slm的總的氣體流率在RPS320中產(chǎn)生每種氣體的等離子體。等離子體的光學發(fā)射用OceanOptics光學發(fā)射光譜儀通過在處理室的觀察通道在晶片水平面收集。圖9圖解說明了波長作為強度的函數(shù)。值得注意的是在約300和380nm之間的發(fā)射信號對應(yīng)于從一氧化二氮的形成的等離子體中產(chǎn)生的N/活性物質(zhì)。與此相反，對于標準等離子體工藝在這些波長沒有觀察到明顯量的N/。因此，在標準的等離子體工藝中的活性氧與活性氮(Cf:N/)的比例顯著高于一氧化二氮的工藝。雖然不希望被理論所束縛，但通過在圖21中以圖形方式所示的硅-硅氧化物界面的明顯的氮化，N/被認為有助于一氧化二氮工藝中較低的氧化，而且似乎也有助于較低的灰化率。除了這種觀察，該圖還以圖形方式顯不了基于一氧化二氮工藝產(chǎn)生顯著較多的NO。
實施方式7在本實施方式中，對于一氧化二氮形成的等離子體，光學發(fā)射光譜用于測量活性氮物質(zhì)與活性氧物質(zhì)的比例，該比例作為微波等離子體的函數(shù)。使用RapidStrip320等離子體灰化工具，在1.0乇的壓強，在240°C的溫度下，通過使一氧化二氮的氣體以7標準升每分鐘(slm)流入等離子體灰化工具，形成等離子體化學物。如圖10所示，所述比例提高與微波功率降低為函數(shù)關(guān)系，其中在2.5kff的最低評估設(shè)置觀察到1.2的比例。還示出對于測試的一氧化二氮的等離子體條件的硅表面氧化的相對量，示出硅氧化量與活性等離子體的氮和活性氧物質(zhì)的比例的良好的相關(guān)性。
實施方式8在本實施方式中，光發(fā)射譜用于測量對于從(i )一氧化二氮氣體，(ii)有0匕添加劑的一氧化二氮氣體，(iii)90%的氧氣和10%的合成氣體(3% H2/97% N2)的混合物，以及(iv)90%的氧氣和10%的氮氣的混合物形成的等離子體的活性氮與活性氧物質(zhì)的比例。為了說明的目的，對于不同等離子體，圖11中所示的測量的活性氧與活性氮的量被歸一化以對于02+N2等離子體反映值I。對于用一氧化二氮的氣體混合物形成的等離子體，活性氮與活性氧的相應(yīng)的比例顯著較高，并且對于從02+FG的氣體混合物形成的等離子體其較低，這與先前報道的與硅氧化的量很好地相關(guān)。值得一提的是，對于4種評估的等離子體，活性氧的量是相對相同的，而活性等離子體的氮的量存在顯著的差異。
實施方式9在本示例中，圖12以圖形方式示出了硅氧化的量作為氧化性等離子體的電子溫度的函數(shù)。從90%的氧氣和10%的合成氣體形成的等離子體表明，硅氧化隨著等離子體的電子溫度的增加按指數(shù)規(guī)律增加。低的硅氧化需要保持低的電子溫度、低于約5.0電子伏特。
實施方式10在該示例中，對于各種等離子體測量了硅襯底的氧化物生長和光致抗蝕劑的灰化速率。在3500W的功率配置、7slm的氣體流率和245°C的溫度下使用Rapidstrip320等離子體灰化機用不同的氣體混合物形成等離子體。這些氣體混合物包括:a)02和合成氣體(3%的氫氣/氮氣)；b) N2O ；c) N20+0.3% CF4 ；d) NH3和O2, e)合成氣體(3%氫氣/氮氣)+10%N2O ;以及f) He-H2+10% N2O0在光致抗蝕劑去除之前，硅襯底有以下4種注入物:i )非晶注入物； )碳注入物；iii)鹵代注入物；及iv)擴展(extension)注入物+。
其中包括常規(guī)的氫氧化銨-過氧化氫的混合物(APM) /硫酸過氧化混合物(SPM)的離子注入、光致抗蝕劑的灰化和濕清洗步驟之后襯底的自頂向下的襯底的掃描電子顯微照片。APM的清洗步驟包括將襯底暴露于NH4OH =H2O2 =H2O混合物(氫氧化銨-過氧化氫混合物)，其也被稱為SCI (標準清洗I)或RCAl。SPM方法，也稱為“過氧硫酸清洗(piranhaclean)”，包括在100°C至130°C將襯底暴露于H2SO4 =H2O2溶液。然后襯底用蒸餾水漂洗并干燥。如圖所示，在所有顯微照片中殘留物顯而易見，除了用從下面的氣體混合物形成的等離子體處理的襯底:c) N2CHCF4和d)順3+02。
下面的表2提供了針對各種等離子體的氧化層生長和灰化率的結(jié)果。單通氧化物生長的結(jié)果表示用表2中提供的相應(yīng)的等離子體化學物單次處理晶片后的氧化物生長的測量結(jié)果。每個晶片和等離子體化學條件是基本相同的，從而顯示出不同的等離子體化學過程之間的相對有效性。20通氧化物生長率代表用等離子體化學物處理晶片循環(huán)20次后氧化物生長的測量值。20通氫化物生長測量被認為大幅減少了測量誤差。
權(quán)利要求
1.一種用于從襯底去除光致抗蝕劑、聚合物和/或殘留物的等離子體灰化方法，該方法包括: 將包括所述光致抗蝕劑、聚合物、和/或殘留物的所述襯底放入反應(yīng)室； 從包含氧氣(O2)和/或含氧氣體的氣體混合物產(chǎn)生等離子體； 抑制和/或減少所述等離子體中的快速擴散物質(zhì)；以及 使所述襯底暴露于所述等離子體以選擇性地從所述襯底去除所述光致抗蝕劑、聚合物和/或殘留物，其中，所述等離子體基本無快速擴散物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體灰化方法，其中，所述快速擴散物質(zhì)具有在270攝氏度等于或大于約0.02平方埃每秒的拋物線速率常數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體灰化方法，其中，所述快速擴散物質(zhì)包括O'O、O+、O' H*、或包含至少一種前述物質(zhì)的組合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體灰化方法，其中，抑制和/或減少所述等離子體中的快速擴散物質(zhì)包括使所述快速擴散物質(zhì)與包含凈化材料的表面接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體灰化方法，進一步包含加熱所述凈化材料以進一步抑制和/或減少所述快速擴散物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體灰化方法，其中，加熱所述表面是在等于或大于約200攝氏度的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的等 離子體灰化方法，其中，所述凈化材料具有等于或大于5X10—4的復(fù)合系數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體灰化方法，其中，所述凈化材料包括:二氧化硅、鋁、氧化招、鎳、鎳合金、鉬、鉬合金、鈦、氧化鈦、銀、銀合金、鶴、氧化鶴、鶴合金、或含有前述材料中的至少一種的組合物。
9.據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體灰化方法，其中，通過所述凈化氣體的加入，所述氧原子含量被抑制。
10.據(jù)權(quán)利要求9所述的等離子體灰化方法，其中，所述凈化氣體包含NH3、CO、NO、或CxHy，其中，所述凈化氣體構(gòu)成所述氣體混合物的足夠部分以減少所述原子氧的含量至四分之一或者更少。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的等離子體灰化方法，其中，所述氣體混合物還包括由氫氣(H2)和氮氣(N2)組成的合成氣體混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體灰化方法，其中，所述氣體混合物還包括N2或N2O,其中，所述等離子體具有比從由任何氧氣和氮氣混合物形成的等離子體能獲得的活性氮與活性氧的比例大的活性氮與活性氧的比例。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體灰化方法，其中，所述方法包括改變施加到所述氣體混合物的功率密度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的等離子體灰化方法，其中，所述等離子體的產(chǎn)生步驟包括在至少約75瓦每立方厘米的功率密度的激勵。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的等離子體灰化方法，其中，所述等離子體的功率來自微波或RF功率源。
16.—種用于從襯底灰化有機物質(zhì)的方法,其包括:從含有O2或含氧氣體的氣體混合物中產(chǎn)生等離子體，其中，所述等離子體基本無快速擴散物質(zhì)； 將所述等離子體與氧原子凈化氣體結(jié)合； 暴露其上具有所述有機物質(zhì)的所述襯底到所述等離子體；以及 選擇性地從所述襯底去除所述有機物質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述凈化氣體減少所述等離子體中的氧原子含量到至多約四分之一。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述凈化氣體包含NH3、C0、C02、CxHy、或包含前述物質(zhì)中的至少一種的組合物，其中X是從I到4的整數(shù)，且y是從I到8的整數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述凈化氣體與O2的體積比等于或大于約2:1
20.一種用于從襯底上灰化光致抗蝕劑、聚合物、和/或殘留物的等離子體裝置，該裝置包括: 用于產(chǎn)生等離子體的等離子體產(chǎn)生部件，其中，所述等離子體由與原子氧凈化氣體結(jié)合的包含氧氣(O2)或含氧氣體的氣體混合物形成； 在所述等離子體和所述襯底中間的凈化材料，其配置為抑制和/或減少所述等離子體中的快速擴散物質(zhì)；以及 用于容納所述襯底的與所述 等離子體產(chǎn)生部件流體連通的處理室，所述處理室配置為將所述襯底暴露于其中的快速擴散物質(zhì)已經(jīng)被抑制和/或減少的所述等離子體，以從所述襯底選擇性地去除光致抗蝕劑、聚合物、和/或殘留物。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的等離子體裝置，其中，所述凈化材料包括二氧化硅、鋁、氧化鋁、鎳、鎳合金、鉬、鉬合金、鈦、氧化鈦、銀、銀合金、鎢、氧化鎢、鎢合金、或包含前述材料中的至少一種的組合物。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的等離子體裝置，還包括由氧原子復(fù)合所產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)的分子氧氣。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的等離子體裝置，其中，所產(chǎn)生的所述激發(fā)態(tài)的分子氧在所述激發(fā)態(tài)的分子氧的半衰期內(nèi)被輸送到所述晶片。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的等離子體裝置，其中，所產(chǎn)生的所述激發(fā)態(tài)的分子氧在Ims內(nèi)被輸送到所述晶片。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的等離子體裝置，其中，所產(chǎn)生的所述激發(fā)態(tài)的分子氧通過使氣體以超過4標準升每分鐘的流率被輸送到所述晶片。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的等離子體裝置，其中，所述凈化材料被放置在離開襯底約6厘米或更少。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的等離子體裝置，其中，所述氣體混合物通過微波或RF能量以75瓦每立方厘米或更大的功率密度被激發(fā)以形成等離子體。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的等離子體裝置，其中，所述凈化材料被直接或間接地加熱到200°C或更高的溫度。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的等離子體裝置，其中，所述凈化氣體是NH3、NO、CO、烴類氣體、或包含前述材料中的至少一種的組合物。
30.根據(jù)權(quán)利要求20所述的等離子體裝置，其中，所述凈化材料被配置為減少所述等離子體中的活性氧含量到至多二分之一。
全文摘要
一種用于從襯底上去除光致抗蝕劑、聚合物和/或殘留物的等離子體灰化方法，其包括將包含光致抗蝕劑、聚合物和/或殘留物的襯底放入反應(yīng)室；從包含氧氣(O2)和/或含氧氣體的氣體混合物產(chǎn)生等離子體；抑制和/或減少等離子體中的快速擴散物質(zhì)；以及將襯底暴露于等離子體以選擇性地從該襯底去除該光致抗蝕劑、聚合物和/或殘留物，其中該等離子體基本無快速擴散物質(zhì)。
文檔編號G03F7/42GK103154820SQ201180046451
公開日2013年6月12日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月27日
發(fā)明者伊凡·貝里, 羅世堅, 卡洛·沃爾德弗里德, 奧蘭多·埃斯科爾西亞 申請人:朗姆研究公司