光致抗蚀剂剥离和清洗对器件性能的影响

退火后对结特性的剥离和清洁对于实现预期和一致的器件性能至关重要，发现光致抗蚀剂剥离和清洗会导致:结蚀刻、掺杂剂漂白和结氧化，植入条件可以增强这些效应，令人惊讶的是，剥离和清洁也会影响掺杂剂分布，并且这些影响可能是掺杂剂活化， 通过非晶化的程度来修改和多次增强，并且根据激活退火的类型而显著变化。参数研究的细节显示了抗蚀剂剥离参数(功率、压力、温度、化学)对表面氧化、表面蚀刻和表面钝化的影响，以及抗蚀剂剥离与注入和退火条件之间的意外相互作用。

高剂量注入光致抗蚀剂的去除通常是含氧等离子体灰化步骤，随后是APM/SPM湿法清洗，其去除灰化后的残留物，等离子体和湿法清洗步骤都会影响暴露的注入结，并导致衬底损耗，测量衬底损耗的精确技术是测量经受不同剥离和清洁条件的SOI晶片主体的厚度变化，这对于非注入硅很有效，但是对于注入SOI很困难，因为注入的非晶层会干扰测量。图3示出了在非注入SOI晶片上的清洗损失测试的例子。

ITRS基板损耗规范假设清洁化学(灰化和/或湿法清洗)蚀刻基板，基于容许的衬底损耗除以衬底暴露于清洗过程的清洗循环次数来计算规格，众所周知，在离子注入后清洗中使用普通无机湿法清洗化学物质，例如dHF或NH4OH:H2O2 (SP1)蚀刻硅和SiO2，通过降低浓度和温度以及减少暴露时间，可以减少湿法清洗化学物质造成的材料损失，尽管要以清洁度和颗粒去除效率(PRE)为代价，当使用含氟的等离子体化学物质时，蚀刻也可能发生在等离子体灰化过程中，(氟通常被添加到基于氧的灰化学物质中，用于增强离子注入外壳的去除)。减少含氟等离子体剥离化学物质造成的衬底损失的常用技术是添加氢/氮混合物(FG)形式的氢，形成气体，图4示出了在添加和不添加合成气体的情况下，作为CF4浓度的函数的热生长SiO2的蚀刻速率。

对于USJ条件，即使少量的衬底蚀刻也会改变结的特性，CF4蚀刻对砷延伸注入的薄层电阻的影响，甚至0%的CF4也显示出约3%的电阻率增加，这是由于等离子体剥离室中的氟记忆效应，超浅结特性对少量氟或其他蚀刻剂的极端敏感性要求在剥离和清洁过程中几乎消除任何结蚀刻化学物质，必须控制和理解氧化效应，因为这些也会影响结特性，与蚀刻效应不同，化学和等离子体氧化都是自限制过程，并且不会在每次蚀刻/清洗循环中累积，湿法化学物质和等离子体化学物质都可以氧化硅。

对单晶硅的研究表明，等离子体氧化几乎与高达350℃的温度无关，并且是氧浓度和等离子体功率的微弱函数，然而，它是晶片RF偏置的强函数，已经提出了两种理论来描述这种增强:1)离子能量-有效的氧离子注入 或2)氧通过氧化物的场增强扩散，

在图中显示的结果支持场增强扩散理论，通过使用等离子体阴极，离子被注入到与RF偏压条件类似的浓度和能量，在等离子体阴极中，没有场被施加到晶片，没有RF偏压，仅观察到轻微的氧化增强，场增强扩散的进一步证据是等离子体电子温度和氧化物生长之间的相关性，由于晶片表面的电场与电子温度成正比，场增强扩散模型可以解释这种相关性。

不幸的是，注入造成的损伤会提高结氧化率，对于重注入(非晶化)硅，这种增强可以是2-3倍，例如，注入砷的硅的等离子体氧化在非注入硅和1×1016注入硅之间增加了几乎3倍。

典型的非蚀刻等离子体灰化化学物质是这些混合物的比例会影响氧化速率，并且如我们将在后面看到的，还会影响掺杂剂分布，甚至可能影响掺杂剂活化。下图中给出了对于给定的等离子体气体比，通过椭圆偏振法测量的硅氧化，显而易见，氢在硅氧化中起着关键作用，此外，只有从系统中去除痕量的氧气或水蒸气，才能抑制硅氧化。

 

更高剂量下更浅结的趋势增加了植入后剥离和清洁的两倍挑战，降低的注入能量将更多的掺杂剂带入清洁化学物质的相互作用体积内，并且增加的注入剂量增加了化学反应性，在90纳米技术节点下，导致表面轻度蚀刻的剥离和清洁化学物质是可接受的，甚至是优选的，因为其具有去除颗粒和减少缺陷的能力，然而，在未来，即使是微弱的蚀刻化学物质也会对结的特性产生重大影响，工业开始拒绝含氟等离子体剥离工艺，并减少APM清洗中的时间、温度和NH4OH浓度，未来的节点可能需要完全消除APM，并且将需要替换的清洗化学品。

大多数金属栅极材料在诸如SPM的酸清洗中容易被蚀刻，并且可以被等离子体剥离化学氧化，氧化铪的高k电介质对氧是可渗透的，并且担心氧等离子体会氧化下面的硅，包含氮化学物质的非氧化等离子体也对高k电介质造成风险，其中氮可能会结合到电介质中，可能会降低电子迁移率，因此需要开发限制氮结合到高k电介质中的灰化学物质。

　　审核编辑：汤梓红