TW382745B - Ashing method - Google Patents
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A 7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明夕背暑 1.本發明之領域 本發明偽關於一種灰化方法，且更特別地，關於藉氧 的使用以灰化光阻的一種灰化方法。 2 .習知技藝之描述 目前，半導體積體電路之徹小化正快速地進步，且同 時用以形成半導體積體電路之一半導體晶圓在尺寸上在增 大中；對於製造半導證積體電路一徹影技術是不可或缺的 ;一般上，以塗佈、曝光、和顯影光阻形成的一光罩被使 用在徹影技術中；除了撤影技術外，以光阻做的光罩可被 使用以將雜質植入一半導體層的預定區域中。 因為光阻在微影步驟或離子植入步驟之最後階段被移 去，故可與半導體積體電路之微小化和高積集度匹配的一 技術被需要作為一光阻移去方法；例如，在灰化均勻度上 的改良、在相對於為一蝕刻標的的一薄膜的高灰化選擇性 上的改良、基體之損壞防止、高清潔性、高産量、等等被 需求。 因此，能夠減少基體和薄膜之損顔、減少灰化後之餘 物和質點、並增大灰化處理之産能的技術在灰化中是需要 的。 同時，如果一 Η并和一 P并被形成在一矽基疆中，當以 光阻光罩覆篕該矽基體之對應部分時Ρ型雜質和η型雜質被 分開植入；在分別在該Ν并和Ρ并中形成MOS電晶體之步驟 中，當因不同雜質要被分別植入H并和Ρ井故甩光阻免罩覆 __~ 4 __ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4说格（2丨0X297公釐） 請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) —裝· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 **''________________ ___ 五、發明説明（2 ) 蓋N井和P井之一時P型雜質和η型雜質被選擇地離子植入N 井和Ρ井；例如，有磷、.砷、等等作為η型雜質，例如，也 有硼、等等作為η型雜質。 在如此離子植入中Ρ型雜質或η型雜質之一劑量被加強 的情形中，因介入的雜質而在光阻膜之一表面上形成一劣 化層；因為如此劣化層很難以普通方法移去，故必須使用 一種特殊方法；劣化層之産生已在例如1989年十月Shuzo FUJIMURA等人的應用物理之日本期刊的V0L.28, N0.10, PP.2130-2136和 K.Shinagawa等人的 DPS 1992, PP.75-80 的專論中有介紹；當一劑量被增加高於約5X1015atonis/cm3 時該劣化層即産生。 作為灰化方法，有一濕式灰化方法和一乾式灰化方法 ;因對基體和薄膜沒有損壞故濕式灰化是較佳的，但是每 一灰化處理一化學物浸浴即被污染旦介入化學物浸浴的質 點再被黏附於基體和薄膜。 至於乾式灰化方法，有藉例如在第一圖中所示的灰化 設備之使用而將光阻直接暴露於電漿的一方法。 第一圖陳示具有在其中光阻之劣化層被直接暴露於電 擬的一組態的一乾式独刻設備；在第一圖中，一氣髏供應 管2被設在灰化設備之一室1之一較上部分上；具有許多孔 的一氣體噴灑平板3然後裝入要被指向於一基體階台4的氣 體供應管2之一較低端點；一高頻電源供應器5然後被連接 於基體階台4 ;排放埠6然後被設在室1之一底部上: 為了執行光阻的灰化，在室1内部的一壓力被_小， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） --I - I---丨士民---I _ I T _ I ____私 爻 、\'云 务 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（3 ) 然後一高頻電壓被施於基體階台4 ,且然後在其上具有劣 化層的光阻被形成的基體W被置在基體階台4上；當一氧混 合氣體經由氣體供應管2和氣體噴灑平板3被供應入該室時 ，如氧電漿的電漿在氣體噴灑平板3和基體階台4間産生； 結果，光阻之劣化層被暴露於該氧電漿並然後被移去。 不只是光阻和劣化層，S體W和在基體《上形成的薄膜 也在灰化處理中被暴露於電漿；因此，已有如此一問題即 基護W和薄膜被在電漿中的離子損壞。 相反的，如在專利申請公報UOKAI) 4-286317、專 利申請公報（ KOKAI) 8- 2882 6 0、及專利申請公報（KOOI )8- 6 9896中所掲露的，存在有一些方法其中光阻之劣化 層被離子移去且未劣化層被原子團灰化；但是，因為這些 技術使用離子以移去劣化層，只有如此一利益可被期望即 加在基體和薄膜上被離子引起的損痪之影響被減小。 至於乾式灰化方法，在其中灰化以包括減少的離子的 /反應氣體之原子團之使用被實行的一下游灰化方法在專利 申請公報（KOKAI) 7-8614S中已被介紹。 根據在習知技藝中使甩原子團的灰化方法，如果産生 電漿的撤波之電力被増大以加快一光阻移去率（灰化率） ,灰化層之一部分仍留存在基B上並因此劣化層不能被完 全移去。 裉據在習知技藝中的下游灰化方法，如果基體溫度被 增大超過15 G °C以加快灰化率，光阻突爆産生因而污染反 應室；留存在該室中的光阻引起質點的産生並也引^光阻 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -裝 訂 冰 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 B7___五、發明説明（4 ) 殘留在基體上；一般上，如此光阻突爆被稱為一”油吸現 象”並對産能有一不良影響.3 太發明夕總结 本發明之一目的偽提供能夠改進産能以壓制質點之産 生而不損壞一基體的一灰化方法.， 根據本發明，在光阻之表面上形成的劣化層（雜質包 含層）可被減少的氧原子圍灰化，且然後光阻之留存部分 可被增加的原子團灰化。 如果劣化層被減少的氧原子圍灰化則劣化層之灰化可 被易化；其理由可如下考慮。 一般上，如磷、砷、硼、或類似者的雜質被注射入的 光阻之一灰化率隨著氧原子團之量被大增加而變得較高。 但是，在雜質以一高劑量被射入的光阻之表面上形成 劣化層；因此，如果一大量之氧原子團被供應於該劣化層 ，在劣化層中的雜質之氧化被加速因而産生氧化物；可以 猜想到該氣化物具有一持性以壓制光阻成分之灰化；因此 ,如果劣化層被減少的氧原子團灰化，則劣化層之氧化可 被壓制使得光阻成分之灰化可被加速因而劣化層可容易地 被移去。 在光阻之表面上形成的劣化層被移去後，則不需考慮 雜質之氧化；因此，氧原子團之量可被增加因而光阻之留 存部分可以一較高灰化率移去；結果，灰化之産能可被改 善C. 如果光阻之溫度被壓制較低以灰化在光阻表面i形成 (閱讀背面之注意事項再填寫本頁 -裝.
、1T -—冰 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）
A A7 : —_B7__ 五、發明説明（5 ) 的劣化層，則不致引起抽吸現象；因此，在灰化後質點之 數目和餘物之量可被大量減少；換言之，光阻之抽吸不因 原子圍量上的差異而引起，但它因未劣化層之光阻突爆而 引起，其被形成如光阻之較上層部分的劣化層所包圍，當 基體溫度被增大高於預定溫度時而引起；因此，該劣化層 必須在較低基體溫度被灰化不致引起抽吸，例如，低於150 〇 因為氧原子團之量可在相同室中被變化，灰化處理之 産能绝不被降级；另外，如果整個光阻被無陽離子和電子 的氧原子團灰化，則下置層絶不被灰化損隳。 作為增加氧原子團之量的裝置，可以想到增大用以産 生電漿的微波電力之~方法、增大引入電漿産生室中的氣 體之流通率之一方法、及增大原子團大氣壓力之一方法ς, 圖式簡塱說昍 第.一圖傺陳示在習知技藝中一電漿灰化設備之一結構 截面圖； 第二圖傺陳示在本發明之一實施例中使用的一灰化設 備之一組態的一結構圔； 第三圔係陳示在第二圖中所示灰化設備之一反應室的 一例之一截面圖； 第四圖葆說明在第二圖中所示灰化設備的一操作之一 流程圖； 第五Α至五C圖傜陳示在一半導體元件之製造處理中 使用的形成光阻之一劣化層之一步驟和灰化一光阻逢的一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I —-I— —--I - . - - - - I -! - --- 11 I---ml (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 A 7 __ _B7___ 五、發明説明（S ) 步驟； 第六画偽陳示在與第二圖中所示的灰化設備之使用的 光阻之灰化處理中在一基體溫度上的改變和一灰化所用時 間之間關係的一圖；及 第七圖傜陳示在灰化餘物之量和用以執行具有劣化層 的光阻之灰化的一撤波電力間關傜的一画。 較佯奮旃例描沭 本發明之一實施例將參照於所伴隨圖式此後被詳細説 明:， 第二圖偽陳示在本發明之一實施例中使用的一灰化設 備之一組態的一結構圖；第三圖傺陳示在第二圖中所示灰 化設備之一反應室的一例之一截面圖， 在第二和三圖中所示的灰化設備傜下游型式者，且一 徹波引介室13被設在一反應室11之上方和以石英做的一微 波透射窗12被設在室13之下方以將它們分開；具有例如一 9 Omm直徑的一圓形石英被使用為微波透射窗1 2 一徹波波導14被連接於微波引介室13 ;徹波波導14將 被磁控管15産生的徹波（w波）引入微波引介室13 ;被磁 控管15産生的微波之電力可被連接於磁控管15的一微波電 源供應器16所調整；一自動調諧器17被装於微波波導14使 得通過徹波波導14傳播的徹波之電力可被自動調諧器1 7量 測。 一電漿産生室19藉以具有許多孔的一傳導性噴灑平板 18之方式區隔反應室11而被設在反應室Π中徹波透命窗12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -衣 訂 外 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印掣 A7 B7____ 五、發明説明（7 ) 之下方；一氣體引介管20經由一岐管而被連接於多傾氣髏 供應源22a至2 2d ;通過該岐管之支管21a至21 d的氣體流動 率可分別被流量控制器2 3a至2 3d調整。 經由氣體引介管2 0被引入電漿産生室的反應氣體可被 透過撤波透射窗1 2的微波電漿化；因為在電漿中的陽離子 和電子被接地的噴灑平板18所捕獲或陷住，故只有中性活 化種樣（'原子團）可從噴灑平板18之孔向下放電。 有一内建加熱器的一晶圓階台24被安裝在反應室11中 噴灑平板18之下方；多値排放埠25被設在位在一更低位置 的底部中；在反應室11之一内部中的壓力可被經由一排放 管2 6被連接於排放埠25的一排放邦浦（未示）所減小；在 反應室11之内部中的壓力可被安装於排放管26的自動壓力 控制器27所調整。 被對應流量控制器23a至23d的氣體流動宰、徹波電源 供應器16之電力、晶圓階台24之溫度、及來自自動壓力控 制器27的排放氣體可分別被一控制電路30調整；換言之， 從對應氣體源22a至22d供應的氣體流動率、從在反應室11 中對應氣體源22a至2 2d所供_的氣饋流動率比例、或在反 應室11中氣體之總流動率可藉以控制電路30之實務控制流 量控制器23a至23d而調整；另外，微波電源供應器16之一 輸出可被基於被自動調諧器17獲得的微波電力之一偵測值 的控制電路30所調整；更甚者，晶圖階台24之溫度可被控 制電路30控制；更者，在反應室11中的壓力可被自動壓力 控制器2 7控制以符合來自基於一壓力儀（未示）之i量測 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I I 1 -- H - I - - - - - -· - 1 * - I - - -i m ----- HI (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7_•一__ 五、發明説明（3 ) 值的控制電路3 0的一指示；因此，排放傳導之一調整可被 執行。 用以執行洌如在第四圖中所示的一流程圖的一程式被 安裝於控制電路3G上。 當一閘閥31被打開時，晶圓》可從一装載/卸下室32 被傳送到反應室11。 結果，藉上述灰化設備之使用以灰化具有劣化層部分 的光阻之一方法將在下面被説明。 光阻被用在雜質射入步驟中以形成如在第五A至五◦ 圖中所示的半導體元件。 在第五A圖中，一 P井4 2和一 N井4 3分別被形成在以矽 做的一半導髏基體41中；經由絶緣層45、44閛電極46、47 分別被形成在P井42和N井43上；N型低集中度雜質擴散層43 以一自我對齊方式被形成在P井42中的閘極46之兩端上； 相同地，P型低集中度雜質擴散層49以該自我對齊方式被 形成在N井4 3中的閘極4 7之兩端上；另外，絶緣邊壁50被 形成在閘極4 &上，且同時絶緣邊壁5 1被形成在閙極4 7上 以3103做的元件隔離層40被形成在N并43和P井42上。 /光阻52覆蓋在P井上的閘極46、η型雜質擴散層48、等 ;在此情況下，當Ρ型雜質以超過5XlfsatQnis/CiD2的劑量 被離子植入N井43以形成高集中度雜質擴散層53時，一劣 化層52a被形成在光阻52之一較上層部分；在此情形中， 如果光阻5 2之厚度被設定於1. 2 W π ,則劣化層5 2a被形成 為光阻之較上層部分以具有約20G至30Onm之一厚度:4 ___—— —__- - 11-~-----—--- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -衣 訂 I 冰 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 B7 _ ________.. — __ ^-———- 五、發明説明（9 ) 其次，將η型雜質離子植入P并4 2之步驟將被説明，但 在如此步驟前光阻5 2必須先被灰化設備移去。 灰化處理傺沿著在第四圖中所示之一流程圖中所給的 程序被執行；首先反應室11内部之壓力被減小且然後晶圓 階台24被加熱到例如200 之溫度；然後，半導體基髏41 通過裝載/卸下室32被攜入反應室11中被置在晶圓階台24 上；緊接著此放置後，一閘閥3 1被關閉。 緊隨著半導體基體~ 4 1之置放己被完成後反應氣體被引 入反匾室11中，然後在反應室11中之壓力被調整於例如1 Τ 〇 r r，且然後在微波引介室13中的撤波之電力藉調整微波 電源供應器16而被設定低於例如約10G0W。 作為反應氣體，氣（:〇s)、氮（Na)、氫（H2)和四 氟化磺（CF4)之一混合氣體可被使用；各種氣體之流動 率可分別被流量控制器調整；例如，0a氣被設定於955 SC cm、Na氣被設定於485 seem、Ha氣被設定於15 sccffl、CFi 氣被設定於45 seen;在反應室中的如此壓力調整、反應 氣體之供應、及徹波電力之調整可在一短時間中被輕易執 行。 如在第六圖中所示的，緊接著基體41被放置在晶圓階 台24後半導體基體4 1之溫度低於約150 °C旦之後被逐漸增 大；一預定時間以經過後，半導體基體4 1之溫度飽和到15 0 °C 〇 經驗上已變得明顯地，在基體溫度和徹波電力之如此 情況下，光阻52之劣化層5 2a可被移去，並如在第iB圖 -：____r..L2_^- 本紙银尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝_
、1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（ίο ) 中所示的，光阻5 2之一未劣化層5 2 b可被暴露。 結果，如在第六圖.中所示的，藉增加微波電力高至15 OOW半導體基體41之溫度被逐漸增大到約200°C使得它變得 賁質上等於晶圓階台24;在這些情況下，氧原子團被增加 且因此一灰化率被加強到2至3 “ D/min ;經驗上已變得 明顙地，在30至50秒或少於從徹波電力之增加或基體溫度 之增加之開使所經過的時間，光阻52之餘留未劣化層52 b 可如在第五C圖中所示的完全被移去；如此微波電力之增 加或基體溫度之增加之一時序應在劣化層之灰化率己預先 被核査後對應於劣化層之厚度被設定；除非微波電力或基 體溫度被增加，否則灰化率被降低旦産能被減小 以上述的，光阻52之灰化處理已被完成，並因此反應 氣體之供應和撤波之引介被终止。 同時，如果劣化層52a之移除在少於15(TC之基體溫度 被執行，則不引起抽吸現象；結果，因油吸現象而産生的 光阻餘物和質點可被防止。 其次，使用具有一 8英吋直徑的半導體基·41,根據 上述方法以移除劣化層之實驗已被重覆以檢視在留存在半 導體基體4 1上質點之數目和徹波電力間的一關傜；然後， 在第七圖中所示的結果可被獲得。 在半導體元件之製造步驟中，一般被要求被灰化産生 的質點之數目應被壓到三十以下；為了滿足此條件，根據 第t圖，需要以灰化劣化層的微波電力可被歸纳在2 5 0至 1100 W之範圍中；另外，在微波電力是約75QW之情南中， --,1-3··~—--- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2Ι〇Χ29—7公釐） ϋ - - - - I - - -I ---1 - -1 i •士又 --I 1 I - - 5 « - 1- - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（11 ) 質點之餘物可被減至最低。 正常地徹波産生電力被設定於約1500 W;如果該電力 被減小低於約15 0 0 W ,刖氧原子圍之量可被減少；因此， 請注意到，電力之如此減少對劣化層之移除是有效的， 在灰化光阻之未劣化層中，並不需考慮抽吸現象、餘 物的産生、及質點之産生；特別是，較佳地徹波之電力# — 做的較高以增加氧原子園之量使得灰化率被增加更高；結 果，灰化步驟之産能可被改善；較佳地該微波産生電力應 被設定大於1500W以增加灰化率。 因為包括在電漿中的陽離子和電子並不包括在氧原子 團中，故不像包活陽離子和電子的灰化的，半導體基髏、 氧化膜、及其它層絶不損廣。 使用於灰化的元素之原子團的量可藉改變微波電力、 氣體之流動率、及壓力之至少一値而被調整；隨著這些參 數被增加更高原子圃之如此量被更增大。 .作為在上述灰化中使用的反應氣體，除了上述混合氣 體外，〇2和0卩4之一混合氣體、和CFd〇N2之一混合氣體 、一 〇»的氧混合氣體及其它氣醱、等等可被使用。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 --------.t-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在此情形中，經驗上已變得明顯地，如果在氧混合氣 體中的〇^氣證以一 1〇5流動率％或更大被供應，則光阻之 劣化層之灰化可被加速；如果之流動率被做的過高， 則在半導體基體之表面上的氧化膜被蝕刻；因此，較佳地 如此流動率應被設定於小於 如果一氮氣被包括在一5至10流動率2之氧混合轰_中 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） A7 B7 五、發明説明（l2 ，灰化率可被加強更高；因此，較佳地如此氮氣應被包括 灰化情況並不限於.上述條件；例如，在灰化菡理中的 壓力可被設定在0.5至2.OTorr之範圍中。 根據如上述的本發明，首先在光阻之表面上形成的劣 化層（雜質包含層）被氧原子團之最小量灰化以使劣化層 之移除為可能，且然後光阻之剩餘部分被增加的氧原子圍 灰化；結果，當壓制在光阻表面上劣化層支氣化時，每秒 光阻之，灰化可被增進因而劣化層可被移去。 因為整個光阻可被沒有陽離子和電子的氧原子圍所灰 化，故可防止光阻之下置層之損隳。 另外，在光阻之表面上的劣化層已被移去後光阻之剩 餘部分可藉增加氣原子團而以一高灰化率移去，使得灰化 處理之産能可被改善。 (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-
.1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 k, 元件编號對昭丟 1室 4基髏階台 13微波引介室 11反應室 12微波透射窗 徹波波導 15磁控管 16微波電源供應器 Π自動調諧器 19電漿産生室 2氣體供應管 5電源供應器 27自動壓力控制器 30控制電路 3 1鬧閥 32裝載/卸下室 42 P井 4 3 N井 41基體 44、45絶綠層 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0 X 297公釐 A7 B7 五、發明説明（l3 ) 3、18噴灑平板 20氣體引介管 2 2a-2 2d氣體供應源 21a-21d 支管 23a-23d流量控制器 24晶圓階台 6、25排放埠 26排放管 46、47閛極 48 N型低集中度雜質擴散層 49 P型低集中度雜質擴散層 50、51絶緣邊壁 52光阻 5 2 a劣化層 52b未劣化層 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公^ f
Claims (1)
- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 _ DS 六'申請專利範圍 1 . 一種灰化方法，其包含有下列步驟： 在一下置層之一部分上形成光阻； 將元素離子植入該下置層和該光阻中； 將該光阻置入包括氣原子團的原子團大氣中，且 4 接著灰化包括該等雜質元素和在該光阻之一表面上形 成的一較上層部分；及 藉由增加該原子團大氣中之氧原子圍之量而灰化 該光阻之剩餘部分。 2 .依據申請專利範圍第1項之茨化方法，其中灰化該光 阻之較上層部分之該步驟和灰化該剩餘部分之該步驟 偽在一室中執行。 3 .依據申請專利範圍第i項之灰化方法，其中該氯原子 團傜藉將一微波輻射於一含氧氣體上而産生，且該氧 原子團之增加偽藉由改變該微波之電力而被執行.:， 4 .依據申請專利範圍第3項之灰化方法，其中氟化磺被 包括在該含氧氣體中。 5 .依據申請專利範圍第1項之灰化方法，其中該氣原子 團之增加偽藉由增加該氧原子團所需的一材料氣護之 流量率而被執行。 6 .依據申請專利範圍第1項之灰化方法，其中該氧原子 團之增加偽藉由增加該原子團大氣之壓力而被執行: 7 .依據申請專利範圍第1項之灰化方法，其中該氧原子 團之增加偽在茯化該較上層部分之該步驟己完成後被 執行1 ____-17-____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I I -裝— I I I I I 訂— — I 外 (請先K讀背面之注意事項ί寫本頁) ABCD 六、申請專利範圍 8 .依據申請專利範圍第1項之灰化方法，其更包含在灰 化該較上層部分之.該步驟已完成後增加該下置層之溫 度的步驟。 9 ·依據申請專利範圍第8項之灰化方法，其中該溫度之 增加係逐漸地執行。 10 .依據申請專利範圍第8項之灰化方法，其中該下置層 之溫度藉由增加該溫度而超過15 G°C。 11.依據申請專利範圍第1項之灰化方法，其中該光阻之 較上層部分係藉由使該下置層之溫度高於150 ’C而被 灰化。 12 .依據申請專利範圍第1項之灰化方法，其中該下置層 偽為一層半導體層。 13 .泫據申請專利範圍第1項之灰化方法，其中該下置層 傜以矽做成。 n nn I --: . I —i - - --I— _ i - --1 (請先|«-讀^面之注意事項^^寫本頁) 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X：297公釐）
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