光刻胶层的去除方法丨结果与讨论

摘要

湿化学和高速固体 CO2 气溶胶预处理的组合用于从图案化的硅结构中去除离子注入的抗蚀剂。顶部抗蚀剂表面通过重离子注入（1x1016 As atom/cm2，40keV）进行改性，形成外壳。气溶胶处理旨在破坏和部分去除植入抗蚀剂的结痂顶层，在该表面产生圆形开口，直径为数十至数百微米。在经过气溶胶预处理的晶片碎片浸入热的 H2SO4/H2O2 混合物 (SPM) 后，光学显微镜或局部 SEM 检测均未检测到抗蚀剂。

下一代器件面临的最关键挑战之一是有效去除离子注入后的光刻胶，而不损坏下面的栅极堆叠结构 。可行的抗蚀剂剥离工艺的其他要求必须包括完全去除任何抗蚀剂残留物、无硅衬底或掺杂剂损失，以及与新型金属栅极和高介电常数（高 k）材料的兼容性。在生产线前端 (FEOL) CMOS 器件加工流程的离子注入期间，抗蚀剂通常用作阻挡掩模。由于增加的离子剂量和能量对于提高器件性能是必要的，顶部抗蚀剂表面在离子通量下经历化学改性，导致形成“外壳”，在所需的高选择性规格下很难去除或干法。例如，使用具有侵蚀性的氟基等离子体化学物质剥离光刻胶会导致高得令人无法接受的硅衬底和掺杂剂损失。同时，单独的湿化学处理不能有效地攻击或穿透上壳，因此无法成功去除大量离子注入的抗蚀剂层。

结果与讨论

抗蚀剂结皮表征

最近，离子注入抗蚀剂层的综合表征研究在别处详细讨论 (7)，因此这里只包括几个观察结果。在离子注入后抗蚀剂样品上记录的拉曼光谱中观察到两个主要特征（见图 1）：中心在 1580 cm-1 处的宽而强烈的峰和约 100 cm-1 处的肩峰。1350 cm-1，这分别归因于微晶或无定形碳物种中的石墨 G 和 D 拉曼模式（7 及其中的参考文献）。虽然对于注入 1x1014 As 原子/cm2 的抗蚀剂样品，在该光谱区域中几乎没有检测到信号，但对于注入 1x1015 As 原子/cm2 的抗蚀剂，两个拉曼峰都显着出现，并且它们的强度随着离子注入剂量的增加而增加。拉曼峰强度与拉曼峰强度的相对相似的依赖性。在可比较的剂量和能量下，对于 As 离子和 B 离子注入的 DUV 抗蚀剂都观察到了离子注入剂量。

图 1：在 40 keV 下使用 1x1014 至 1x1016 原子/cm2 的砷剂量进行离子注入后获得的 DUV 抗蚀剂样品的拉曼光谱。

离子注入后抗蚀剂去除

图2比较了在烧杯中浸入热 SPM（4/1：H2SO4/H2O2，140°C）后，涂有棋盘图案、离子注入抗蚀剂（As，1x1016 原子/cm2，40keV）的晶圆碎片的代表性光学显微照片10 分钟，有和没有高速固体 CO2 气溶胶预处理。仅用热 SPM 处理的离子注入样品上明显存在大量抗蚀剂残留物，如图2（左图）中的箭头所示。相比之下，在用高速固体 CO2 气溶胶预处理过的离子注入抗蚀剂样品进行类似的热 SPM 浸渍后，通过光学显微镜没有观察到抗蚀剂残留物（见图2，右图）。

 

图2：在热 SPM（4/1:H2SO4/H2O2，140°C）中浸泡 10 分钟后，具有棋盘图案、离子注入抗蚀剂（As，1x1016 原子/cm2，40keV）的晶片碎片的代表性光学显微照片，没有（左图）和高速固体 CO2 气溶胶预处理（右图）。右侧面板插图显示了经过固体气溶胶和 SPM 处理后的多晶硅线（70 纳米宽）的典型 SEM 图像；没有观察到抗蚀剂残留。

电子显微照片显示离子注入抗蚀剂

审核编辑：符乾江