CN102148150A - 一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法 - Google Patents

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韩传余
王守国
赵玲利
杨景华
张朝前
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一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法，其特征在于：该新方法是采用一个常压介质阻挡等离子体发生器，工作气体可以采用氮气、氮气/氢气的混合气体来产生高密度的自由基，并在一定气体压力下把放电等离子体区产生的高密度自由基由喷口向外喷出，在硅片衬底被加热到一定温度时，喷射到硅片上的高密度自由基束流与硅片上的光刻胶反应生成NOx和H2O等反应副产物，该反应副产物经由排气管道排出；该高密度的自由基束流还也可以用来去除其它材料表面的有机物和改善表面的亲水性能。

Description

一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法
【技术领域】
本发明涉及一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法，尤指利用介质阻挡等离子体放电所产生的高密度自由基喷射到硅片上去除光刻胶或其它有机物的一种新方法。
【背景技术】
在微电子工业中光刻胶的清洗是一个十分重要的环节，清洗工序占整个制造工序的30％～35％。随着集成电路技术节点尺寸减小到32nm及以下，去胶和清洗技术面临这越来越多的困难。
在前道工艺中，超浅结(USJ)工艺中的清洗成为最关键，对此国际半导体蓝图(IT RS)要求每次清洗所造成的硅材料损失小于 
Figure GSA00000013293500011
要满足这样苛刻的要求对于高剂量离子注入后的去胶工艺而言是相当困难的。同时，新型的FEOL材料也面临其自身带来的光刻胶去除问题。当使用强氧化性去胶和清洗试剂时，会造成铪基高k值栅介质薄膜严重脱氮，例如：铪硅氧氮化合物(HfSiON)和铪硅氧化物(HfSiO)。当使用氧基等离子体或者具有氧化性的湿法清洗工艺，类似的脱氮情况也发生在某些金属栅材料上，这促使无论湿法还是干法清洗都要使用非氧化性的去胶试剂。
在后道(BEOL)工艺中，新BEOL材料的引入也增加了去胶工艺的复杂程度。对于使用超低k电介质绝缘材料的双大马士革结构，当介电常数(k值)小于2.5，去胶工艺变得很困难，常规使用的湿法或干法去胶工艺都无法同时满足清洗和k值的要求。
本发明介绍了一种应用于32nm及以下技术节点的新无损伤去胶和清洗方法。采用一种新型的介质阻挡等离子体发生器来产生高浓度的自由基，该放电是采用介质阻挡的高电压放电形式，以氮气或氮气和氢气的混合气体作为工作气体，产生的高密度自由基束流喷射到硅片表面上，来清洗光刻胶和其它有机物的新方法。
【发明内容】
为了达到上述目的，本发明的目的在于提供一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法，其特征在于：该新方法是采用一个常压介质阻挡等离子体发生器，工作气体可以采用氮气、氮气/氢气混合气体来产生高密度的自由基，并在一定气体压力下把放电等离子体区产生的高密度自由基由喷口向外喷出，在硅片衬底被加热到一定温度时，喷射到硅片上的高密度自由基束流与硅片上的光刻胶反应生成NOx和H2O等反应副产物，该反应副产物经由排气管道排出；该高密度的自由基束流还也可以用来去除其它材料表面的有机物和改善表面的亲水性能。
所述的一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法，其特征在于：所采用的自由基束流是由介质阻挡的等离子体放电产生的，是由等离子体发生器喷口喷出的不含电子、离子和其它发光成份的自由基束流。
所述的一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法，其特征在于：等离子体放电区所产生的自由基是由高压气流携带喷出的，高压气体的流量是大于10升每分钟。
所述的一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法，其特征在于：该放电等离子体是采用氮气或氮气和氢气的混合气体作为放电工作气体。
所述的一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法，其特征在于：可以通过增加硅片衬底的温度，提高清洗速率。
所述的一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法，其特征在于：高密度自由基束流与光刻胶反应生成NOx和H2O等反应副产物，该反应副产物经由排气管道排出。
本发明提供一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法，其优点是：1、该产生等离子体的方法是采用介质阻挡的高压电源实现气体的击穿放电，相同功率的高压电源要比射频电源造价低。2、该方法不但可以实现氮气气体放电，还可以利用氮气和氢气的混合气体来产生高密度的自由基束流。3、该方法所使用的气体成本低，且产生自由基的密度高。4、该放电气体产生的自由基不会对新型FEOL、BEOL材料造成氧化性损伤。
本发明的主要用途是：用于晶圆的无损伤去胶和有机物清洗。
【附图说明】
图1为本发明一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法原理示意图。
请参阅图1，该方法采用一个等离子体发生器，它包括一个高压电极101、包覆高压电极的绝缘材料108、一个地电极102、一个高压电源105、一个供气源104等构成。供气源104所提供氮气或氮气和氢气的混合气体，具有一定压力的气体通过供气导管107与地电极102和包覆高压电极101的绝缘材料108之间的间隙贯通，并在该间隙内产生等离子体放电103和自由基200，该自由基200束流由高压气流携带喷出，在到达硅衬底203上后与其表面的光刻胶202反应生成氮氧化合物(NOx)或水等反应副产物202，该反应副产物202再由排气管道排出。
自由基束流是由介质阻挡的等离子体发生器产生的，这些自由基成份是 由氮原子、氢原子以及亚稳态氮分子等活性粒子构成，并由高压气流携带出等离子体放电区，喷射到有待清洗的物体表面上，与表面的有机物质碰撞反应后生成氮氧化合物和水等反应副产物，从而起到清洗表面光刻胶和有机物的目的。
自由基束流对有机物清洗是在大气压氮气氛围下进行的，在清洗过程中不存在离子成份的表面物理损伤和对新型FEOL、BEOL材料的氧化损伤。为了加快清洗速度，硅衬底203的表面温度可以被加热器204加温到200℃以内。
上面参考附图结合具体的实施例对本发明进行了描述，然而，需要说明的是，对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对上述实施例做出许多改变和修改，这些改变和修改都落在本发明的权利要求限定的范围内。

Claims (6)

1.一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法，其特征在于：该新方法是采用一个常压介质阻挡等离子体发生器，工作气体可以采用氮气或氮气和氢气的混合气体来产生高密度的自由基，并在一定气体压力下把放电等离子体区产生的高密度自由基由喷口向外喷出，在硅片衬底被加热到一定温度时，喷射到硅片上的高密度自由基束流与硅片上的光刻胶反应生成NOx和H2O等反应副产物，该反应副产物经由排气罩的管道排出；该高密度的自由基束流还也可以用来去除其它材料表面的有机物和改善表面的亲水性能。
2.如权利要求1所述的一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法，其特征在于：所采用的自由基束流是由介质阻挡的等离子体放电产生的，是由等离子体发生器喷口喷出的不含电子、离子和其它发光成份的氮、氢自由基束流，不存在离子轰击造成的晶格损伤和氧化性自由基对新型FEOL、BEOL材料造成氧化性损伤。
3.如权利要求1所述的一应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法，其特征在于：等离子体放电区所产生的自由基是由高压气流携带喷出的，高压气体的流量是大于10升每分钟。
4.如权利要求1所述的一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法，其特征在于：该放电等离子体是采用氮气、氮气和氢气的混合气体作为放电工作气体。
5.如权利要求1所述的一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法，其特征在于：可以通过增加硅片衬底的温度，提高清洗速率。
6.如权利要求1所述的一种应用于32nm以下技术节点的常压自由基束流清洗新方法，其特征在于：高密度自由基束流与光刻胶反应生成NOx和H2O等反应副产物，该反应副产物经由排气罩的管道排出。
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