離子注入方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了在半導(dǎo)體器件中形成離子注入?yún)^(qū)域的方法。該方法包括：(a)提供具有多個(gè)待進(jìn)行離子注入的區(qū)域的半導(dǎo)體基材；(b)在半導(dǎo)體基材上形成一個(gè)光刻膠圖案，其中所述光刻膠圖案由包含具有酸不穩(wěn)定性基團(tuán)的基質(zhì)聚合物、光生酸劑和溶劑的化學(xué)放大型光刻膠組合物形成；(c)在光刻膠圖案上涂覆清除浮渣組合物，其中所述清除浮渣組合物包含：基質(zhì)聚合物；生酸劑，其選自熱生酸劑、光生酸劑以及它們的組合，以及一種溶劑；(d)使得所述涂覆的半導(dǎo)體基材暴露于一些條件，以在清除浮渣組合物中從所述生酸劑產(chǎn)生酸；(e)使涂覆的半導(dǎo)體基材接觸漂洗劑以從基材去除殘留的清除浮渣組合物和浮渣；以及(f)使用所述光刻膠圖案作為注入掩模，對(duì)所述半導(dǎo)體基材的多個(gè)區(qū)域進(jìn)行注入。該方法特別適用于半導(dǎo)體器件的制造。
【專(zhuān)利說(shuō)明】離子注入方法
【背景技術(shù)】
[0001]本發(fā)明一般涉及電子器件的制造。更具體地，本發(fā)明涉及一種在半導(dǎo)體器件中形成離子注入?yún)^(qū)的方法。
[0002]在半導(dǎo)體制造工業(yè)中，離子注入常規(guī)地用于將具有所需的導(dǎo)電性的雜質(zhì)(或摻雜劑)引入半導(dǎo)體基材(如硅晶片)中。常用的雜質(zhì)包括硼(P型)，砷(H型)和磷(H型)。當(dāng)注入到半導(dǎo)體中時(shí)，摻雜劑原子在退火后產(chǎn)生電荷載體。為P型摻雜劑產(chǎn)生空穴并且為η型摻雜劑產(chǎn)生電子，從而允許對(duì)半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性進(jìn)行改良。從而該工藝用于對(duì)電子器件(諸如M0SFET)形成和賦予期望的特性。
[0003]所述離子注入工藝包括由一個(gè)源產(chǎn)生含有離子化形式的摻雜劑的離子束，通常是以氣體或固體的形式，其射向所述半導(dǎo)體基材的表面。為了選擇性地將雜質(zhì)原子引入到基材中的預(yù)定區(qū)域中，通常在離子注入之前在基材表面上形成光刻膠掩模。通過(guò)以下方式形成掩模:在基材上涂覆光刻膠層，然后通過(guò)圖案化的光掩模暴露于活化輻射，然后進(jìn)行顯影，形成光刻膠圖案。所述光刻膠圖案包括使得下方的基材暴露的開(kāi)口，所述開(kāi)口對(duì)應(yīng)所述半導(dǎo)體基材待進(jìn)行離子注入的區(qū)域，所述基材位于所述光刻膠掩模之下的區(qū)域受到保護(hù)，免于進(jìn)行注入。注入后，所述光刻膠掩模從基材剝離并且對(duì)所述基材進(jìn)行退火。
[0004]隨著光刻法技術(shù)接近其分辨率極限，在所述基材表面上印刷精細(xì)的幾何形狀是一種挑戰(zhàn)。作為當(dāng)前一代的半導(dǎo)體器件所要求的非常精細(xì)的幾何形狀的結(jié)果是，在離子注入工藝中即使很小的變化也可以對(duì)形成的器件的電性能產(chǎn)生不利影響。離子注入工藝中的一個(gè)不利因素是注入掩模圖案化之后，在待注入的基材的一些區(qū)域上存在光刻膠的殘留物(浮渣)。這種光刻膠浮渣的存在會(huì)大大影響器件的產(chǎn)量。
[0005]US2011/10174774A1公開(kāi)了去除圖案化光刻膠浮渣的方法。該方法包括提供由圖案化光刻膠覆蓋的待蝕刻的材料層，用氮等離子體進(jìn)行清除浮渣操作，以修整該圖案化光刻膠的邊緣，并使用所述清除浮渣圖案化光刻膠作為掩模蝕刻所述材料層。如該文獻(xiàn)中所描述的等離子體清除浮渣工藝不適合用于使用離子注入掩模的應(yīng)用，例如，由于等離子體蝕刻工藝的復(fù)雜性和等離子體對(duì)下方的表面引發(fā)的破壞，而不適合應(yīng)用。
[0006]在本領(lǐng)域中需要繼續(xù)改進(jìn)離子注入和光刻方法以盡量減少或避免與現(xiàn)有技術(shù)狀況相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了在半導(dǎo)體器件中形成離子注入?yún)^(qū)的方法。該方法包括:(a)提供具有多個(gè)待進(jìn)行離子注入的區(qū)域的半導(dǎo)體基材；(b)在半導(dǎo)體基材上形成光刻膠圖案，其中所述光刻膠圖案由化學(xué)放大型光刻膠組合物形成，所述光刻膠組合物包含具有酸不穩(wěn)定性基團(tuán)的基質(zhì)聚合物、光生酸劑和溶劑；(C)在光刻膠圖案上涂覆清除浮渣組合物，其中所述清除浮渣組合物包含:基質(zhì)聚合物，選自熱生酸劑、光生酸劑以及它們的組合的生酸劑，以及一種溶劑；(d)使所述涂覆的半導(dǎo)體基材暴露于一些條件，以在清除浮渣組合物中從所述生酸劑產(chǎn)生酸；(e)使涂覆的半導(dǎo)體基材接觸漂洗劑，以從基材去除殘留的清除浮渣組合物和浮渣；以及(f)使用光刻膠圖案作為注入掩模，對(duì)所述半導(dǎo)體基材的多個(gè)區(qū)域進(jìn)行離子注入。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供通過(guò)本文所述方法形成的電子器件。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]本發(fā)明將參照下面的附圖予以描述，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的特征，并且其中:
[0009]圖1A-F為根據(jù)本發(fā)明在半導(dǎo)體器件中形成離子注入?yún)^(qū)的工藝流程。
【具體實(shí)施方式】
[0010]可用于本發(fā)明方法的光刻膠清除浮渣組合物包含基質(zhì)聚合物，選自熱生酸劑、光生酸劑以及它們的組合的生酸劑，以及溶劑，并可以包含可選的額外的組分。當(dāng)涂覆在具有光刻膠注入掩模的半導(dǎo)體基材上時(shí)，所述清除浮渣組合物可有利地最大程度減少或消除離子注入之前基材表面上存在的浮渣。其結(jié)果是，離子注入摻雜劑曲線不會(huì)受到不利影響，由此可以形成具有期望的電性能的器件。
[0011]基質(zhì)聚合物允許所述組合物以具有所需厚度的層形式涂覆在光刻膠圖案上。這將有助于確保存在的生酸劑的含量足以與光刻膠圖案表面上的浮渣的相互作用。基質(zhì)聚合物應(yīng)該在工藝中所使用的清除浮渣組合物漂洗劑中具有良好的溶解性。例如，所述基質(zhì)聚合物可以是可溶于水性堿性漂洗劑中，優(yōu)選可溶于氫氧化季銨水溶液如氫氧化四甲銨水溶液中，或可溶于水中。為了最大限度地減少源于清除浮渣材料的殘留缺損，所述清除浮渣組合物的干燥層的溶解速度應(yīng)大于光刻膠圖案在清除浮渣組合物漂洗劑中的溶解速率。所述基質(zhì)聚合物典型地具有100 A/秒或更高的在漂洗劑中的溶解速率，優(yōu)選的是1000 A/秒或更高。所述基質(zhì)聚合物可溶于所述清除浮渣組合物的溶劑中。所述基質(zhì)聚合物可以選自，例如，聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯基胺、聚乙烯基縮醛、聚(甲基)丙烯酸以及它們的組合。優(yōu)選的，所述聚合物含有一個(gè)或更多選自以下的官能團(tuán):-C00H、-SO3H, -SiOH、羥基苯乙烯、羥基萘、磺酰胺、六氟異丙基醇、脫水物、內(nèi)酯、酯、醚、蘋(píng)果酰胺、烯丙胺、吡咯烷酮以及它們的組合。
[0012]基質(zhì)聚合物在清除浮渣組合物中的含量將取決于，例如，該層的目標(biāo)厚度，較高的聚合物含量用于較厚的層。基于所述清除浮渣組合物的總固體量，所述清除浮渣組合物中所述基質(zhì)聚合物的含量為80-99wt%，更典型地為90-99wt%。所述聚合物的重均分子量典型地小于400000，優(yōu)選地為2000-50000，更優(yōu)選地為3000-10000。
[0013]用于清除浮渣組合物的聚合物可以是均聚物也可以是具有多種不同的重復(fù)單元的共聚物，例如，可以包含兩種、三種或四種不同的重復(fù)單元。所述清除浮渣組合物包含一種或更多聚合物。適合用于清除浮渣組合物中的聚合物和單體是可商購(gòu)的和/或可容易地由本領(lǐng)域的技術(shù)人員制備的。
[0014]所述清除浮渣組合物進(jìn)一步包含一種或更多種選自熱生酸劑(TAG)，光生酸劑(PAG)以及它們的組合的生酸劑。在將所述清除浮渣組合物加熱至等于(或超過(guò))特定TAG的特征溫度的時(shí)候，所述TAG產(chǎn)生酸。所述PAG在組合物暴露于針對(duì)所述特定PAG的活化輻射的時(shí)候產(chǎn)生酸，例如，所述活化輻射可以是具有特定波長(zhǎng)(例如，365nm、248nm、193nm或EUV波長(zhǎng)(例如13.5nm))的光或電子束(E-束)輻射。當(dāng)清除浮渣組合物中包含PAG的時(shí)候，應(yīng)小心使用不會(huì)對(duì)下方的光刻膠圖案有不利影響的曝光輻射。例如，當(dāng)下方的光刻膠圖案由正性材料形成的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)選擇所述清除浮渣組合物曝光輻射，以避免圖案的光刻膠材料脫保護(hù)。典型地，所述組合物包含TAG而不含PAG，通過(guò)加熱產(chǎn)生酸的操作可以比通過(guò)暴光于活化輻射更簡(jiǎn)單的方式進(jìn)行。優(yōu)選地，由TAG或PAG產(chǎn)生的酸是強(qiáng)酸，如磺酸，并且可以是芳香族或非芳香族的。所產(chǎn)生的酸是任選氟化的。例如，對(duì)于非芳香族的結(jié)構(gòu)，可以使用在酸的α位置具有至少一個(gè)氟取代基的TAG和PAG?；谒銮宄≡M合物的總固體含量，組合物中的TAG和/或PAG的含量典型地為0.l-20wt%。
[0015]合適的TAG可以在高于50°C的溫度活化，例如，高于70°C，高于90°C，高于120°C或高于150°C。合適的熱生酸劑的例子包括硝基芐基甲苯磺酸酯，如2-硝基芐基甲苯磺酸酯、2，4_ 二硝基芐基甲苯磺酸酯、2，6_ 二硝基芐基甲苯磺酸酯、4-硝基芐基甲苯磺酸酯；苯磺酸鹽/酯，例如2-三氟甲基-6-硝基芐基4-氯苯磺酸酯、2-三氟甲基-6-硝基芐基-4-硝基苯磺酸酯；酚磺酸酯，如4-甲氧基苯磺酸苯基酯；有機(jī)酸的烷基銨鹽，如10-樟腦磺酸三乙基銨鹽、三氟甲基苯磺酸、全氟丁烷磺酸；以及特定的鎗鹽。各種芳香族(蒽、萘或苯的衍生物)磺酸胺鹽可被用作TAG，包括那些公開(kāi)在美國(guó)專(zhuān)利第3474054,4200729，4251665和5187019中的。TAG的實(shí)例包括那些由美國(guó)康涅狄格州諾沃克市(Norwalk)的國(guó)王工業(yè)(King Industries)以 NACURE?、CDX?和 K-PURE? 名稱(chēng)銷(xiāo)售的，例如，NACURE5225、CDX-2168E、K-PURE?2678 和 K_PURE?2700?？梢允褂靡环N或多種這樣的 TAG。
[0016]在清除浮渣組合物中使用的合適的PAG是化學(xué)放大光刻膠領(lǐng)域已知的，包括，例如:鎗鹽，例如，三氟甲磺酸三苯基锍、三氟甲磺酸(對(duì)叔丁氧基苯基)二苯基锍、三氟甲磺酸三(對(duì)叔丁氧基苯基)锍、對(duì)甲苯磺酸三苯基锍；硝基芐基衍生物，例如，2-硝基芐基對(duì)甲苯磺酸酯、2，6_ 二硝基芐基對(duì)甲苯磺酸酯和2，4_ 二硝基芐基對(duì)甲苯磺酸酯；磺酸酯，例如，1，2，3-三(甲磺酰氧基)苯、1，2，3-三(三氟甲磺酰氧基)苯和1，2，3_三(對(duì)甲苯磺酰氧基)苯；重氮甲烷衍生物，例如雙(苯磺?；?重氮甲烷、雙(對(duì)甲苯磺酰)重氮甲烷；乙二肟衍生物，例如，雙-O-(對(duì)甲苯磺?；?-α - 二甲基乙二肟和雙-O-(正丁基磺?；?-α - 二甲基乙二肟；Ν-羥基酰亞胺化合物的磺酸酯衍生物，例如N-羥基琥珀酰亞胺甲磺酸酯、N-羥基琥珀酰亞胺三氟甲磺酸酯；以及含鹵素的三嗪化合物，例如，2-(4-甲氧基苯基)-4，6-雙(三氯甲基)-1，3，5-三嗪和2-(4-甲氧基萘基)_4，6-雙(三氯甲基)_1，
3,5-三嗪?？梢允褂靡环N或多種這樣的PAG。
[0017]優(yōu)選的在清除浮渣組合物中使用的熱生酸劑和光生酸劑包括脂肪族和芳族結(jié)構(gòu)并且生成磺酸。芳香族TAG和PAG優(yōu)選包含苯基、聯(lián)苯基、萘基、蒽基、噻吩基或呋喃基。合適的TAG和PAG包括下列式(I)-(VII)所示的化合物:
[0018]R0ASO3If(I)
[0019]其中:R°是具有1-30個(gè)碳原子、優(yōu)選1-15個(gè)碳原子的直鏈，支鏈或環(huán)狀烷基，所述烷基任選地被取代，例如，被氟原子或羥基取代；A是單鍵、醚基、硫醚基、羰基、酯基、酰氨基、亞磺酰氨基、氨基甲酸酯基、脲基，任選被取代的亞烷基，例如，所述亞烷基被以下基團(tuán)取代:氟原子或羥基或它們的組合為有機(jī)或無(wú)機(jī)陽(yáng)離子；
[0020]
【權(quán)利要求】
1.在半導(dǎo)體器件中形成離子注入?yún)^(qū)域的方法，包括: (a)提供具有多個(gè)待進(jìn)行離子注入的區(qū)域的半導(dǎo)體基材； (b)在半導(dǎo)體基材上形成光刻膠圖案，其中，所述光刻膠圖案由化學(xué)放大型光刻膠組合物形成，所述光刻膠組合物包含具有酸不穩(wěn)定性基團(tuán)的基質(zhì)聚合物、光生酸劑和溶劑； (C)在光刻膠圖案上涂覆清除浮渣組合物，其中，所述清除浮渣組合物包含:基質(zhì)聚合物；選自熱生酸劑、光生酸劑以及它們的組合的生酸劑；以及溶劑； (d)使得所述涂覆的半導(dǎo)體基材暴露于一些條件，以在清除浮渣組合物中從所述生酸劑產(chǎn)生酸； (e)使所述涂覆的半導(dǎo)體基材接觸漂洗劑，以從基材去除殘留的清除浮渣組合物和浮渣；以及 (f)使用光刻膠圖案作為注入掩模，對(duì)所述半導(dǎo)體基材的多個(gè)區(qū)域進(jìn)行離子注入。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所產(chǎn)生的酸為芳族酸。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所產(chǎn)生的酸是非芳族酸。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述清除浮渣組合物的溶劑包括有機(jī)溶劑。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述清除浮渣組合物是一種水性溶液。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述漂洗劑包括水或堿性水溶液。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述漂洗劑包括有機(jī)溶劑或溶劑混合物。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述漂洗劑還包含水。
9.如權(quán)利要求1-9中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述清除浮渣組合物的基質(zhì)聚合物包含選自以下的基團(tuán):-0H、-COOH、-SO3H, -SiOH基、羥基苯乙烯、羥基萘、磺酰胺、六氟異丙醇、無(wú)水物、內(nèi)酯、酯、醚、烯丙胺、吡咯烷酮及其組合。
10.如權(quán)利要求1-9中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，形成光刻膠圖案的步驟包括在可顯影的底部抗反射層上涂覆一層光刻膠組合物，并使底部抗反射層與光刻膠圖案同時(shí)暴露和顯影。
【文檔編號(hào)】H01L21/3065GK103915331SQ201310757504
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】徐承柏, 吳承翰, 鄭東垣, 山本芳裕, G·G·巴克萊, G·珀勒斯 申請(qǐng)人:羅門(mén)哈斯電子材料有限公司