[发明专利]降低光刻胶层在等离子体浸没式离子注入中降解的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求Martin A.Hilkene等人2009年1月26号申请的专利名称“REDUCING PHOTORESIST LAYER DEGRADATION IN PLASMA IMMERSION ION IMPLANTATION(降低光刻胶层在等离子体浸没式离子注入中降解)”的美国临时申请61/206,075的优先权。

背景

等离子体浸没式离子注入已成为离子束注入的极其有效的替代方案。将诸如半导体晶片的工件浸没于含有待被离子注入的化学物种(例如：掺杂物)的气体所形成等离子体中。对于用于半导体中的掺杂物种而言，该工艺气体可为诸如砷、硼或磷的掺杂物种的氢化物或氟化物。该离子注入剂量率为该等离子体离子密度的函数，而该离子注入深度分布为施加至该工件的偏置电压的函数。如本文所使用，术语“离子注入剂量”指该工件注入层中经离子注入的原子的浓度，该浓度通常以每立方厘米的原子为单位来测量。术语“剂量率(dose rate)”指在离子注入期间，剂量的增加的时间。在一些应用中，该离子注入根据由光刻工艺所沉积的光刻胶掩模建立在工件表面上的预设图案来执行。在此状况下，该光刻胶掩模是一层薄膜，该薄膜的厚度大于离子的穿透深度。对于诸多应用(诸如场效应晶体管的源极及漏极的掺杂)而言，结深由该注入深度分布决定，而该注入深度分布由施加至该工件的偏置电压控制。对于典型结深而言，该偏置电压相对较高，在数万伏范围内。光刻胶层内存在的离子的影响是通过破坏光刻胶中的氢-碳键而对光刻胶造成损害。该光刻胶具有足够的多孔性以允许游离氢经由该光刻胶而除气(outgas)。由于氢原子的损失，该损害导致光刻胶薄膜的碳化，并最终导致自光刻胶层的顶表面开始形成碳-碳键。随着这些碳-碳键增长，类金刚石无孔(diamond-like non-porous)区域开始在光刻胶薄膜中生长，且该生长从光刻胶薄膜的顶表面开始，并向下进展。一旦此区域已生长至足够的厚度，则其会捕捉住尚未经碳化的光刻胶薄膜的较低(剩余)部分中所产生的氢气。所捕捉的氢气在光刻胶薄膜中形成最终会破裂的气泡，从而导致光刻胶薄膜失效，进而产生无法接受程度的污染。另一问题在于，在该等离子体浸没式离子注入工艺完成之后，难以除去该类金刚石的碳化光刻胶。若在该离子注入工艺完成之后整个光刻胶层已碳化的情况下，则尤其如此。需要在该离子注入工艺完成之后除去所有光刻胶，以避免在后续制造步骤中的工艺污染。

除去该碳化光刻胶的问题已通过以单独连续努力而使用一个三步光刻胶灰化工艺除去所有光刻胶来解决，该工艺由以下三个步骤组成：(1)晶片表面的去离子水冲洗，(2)氧灰化步骤，以及(3)暴露于硫酸和过氧化氢。此三步光刻胶除去工艺具有三个局限性。第一，其既不能防止也不能消除由光刻胶的起泡或失效所导致的污染。第二，其未必除去所有碳化的光刻胶。第三，普遍认为灰化工艺的第二步骤的氧化学反应可从该工件的一些区域移除所注入的掺杂物种(诸如硼)，进而降低整个工件表面上的掺杂物分布的均匀性。

因此需要一个等离子体浸没式离子注入工艺，该工艺不会引起光刻胶层失效，同时允许所有光刻胶材料在注入工艺完成之后得以除去。

概述

一种用于工件的等离子体浸没式离子注入方法，该工件在其顶表面上具有光刻胶掩模，该方法用以防止由该光刻胶碳化所引起的光刻胶失效。该方法包括执行连续离子注入子步骤，每一个该离子注入子步骤都具有一段持续时间，在该段持续时间期间，仅光刻胶层的部分顶部分受到离子注入损害。在每一个所述连续离子注入子步骤之后，通过执行灰化子步骤除去该光刻胶的该部分顶部分，并且同时将该光刻胶层的剩余部分留在原位置。连续离子注入子步骤的数目足以达到该工件中预设离子注入剂量。

附图简要说明

因此，获得且可详细理解本发明的示范性实施例的方式，即上文简要概述的本发明的更特定描绘可参照其实施例进行，这些实施例图示于附图式中。应了解，本发明中并未讨论一些熟知工艺以避免混淆本发明。

图1描绘了根据实施例的等离子体反应器。

图2A、图2B、图2C及图2D示出了在常规的离子注入工艺期间光刻胶层的损害或碳化区域的生长。

图3是根据实施例工艺的流程图。

图4A至图4G描绘了在图3的工艺中的连续离子注入子步骤及灰化子步骤之后的光刻胶层。

图5A至图5C是同期时序图，这些时序图描绘了在晶片上使用RF偏置电压的实施例，其中图5A描绘了以时间为函数的含有离子注入物种的气体的流速，图5B描绘了以时间为函数的氧气的流速，以及图5C描绘了以时间为函数的偏压功率发生器的输出。