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摘要
? ? ? 本文提出了一種有效的、環(huán)保的干剝離方法，使用超臨界二氧化碳(SCCO2)系統(tǒng)，在40℃到100℃和壓力從90巴到340巴時(shí)去除離子植入的光刻劑和殘留物。高劑量離子注入后，使用純scco2不容易去除光刻膠。因此，加入極性溶劑作為高溶于scco2的共溶劑，以去除重有機(jī)物（光刻膠和光刻膠殘留物）。單一共溶劑修飾的scco2體系不能有效去除，而是膨脹重有機(jī)物。而經(jīng)多種共溶劑修飾的scco2體系對(duì)離子植入光刻膠的去除效率較高（約95%）。本研究表明，采用多種共溶劑改性的scco2系統(tǒng)的干剝離法可以取代等離子體灰燼或酸和溶劑濕臺(tái)法，并顯著減少相關(guān)的化學(xué)使用和處置。
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介紹
? ? ? 隨著微電子工業(yè)繼續(xù)提高性能、降低功耗和克服威脅阻礙成功的障礙，過(guò)程工程師反過(guò)來(lái)又面臨著發(fā)明新材料(銅和低k)、設(shè)計(jì)和制造工藝的挑戰(zhàn)。在可預(yù)見的未來(lái)，增加長(zhǎng)寬比、新材料、選擇性和不斷縮小的尺寸似乎是濕式蝕刻和清洗模塊的關(guān)鍵技術(shù)過(guò)程挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代超大規(guī)模集成電路半導(dǎo)體清洗工藝有一個(gè)重要的問(wèn)題，包括在制造步驟之前、期間和之后去除污染。例如，光刻膠條和去除殘留物是集成電路(IC)制造的關(guān)鍵過(guò)程。在這項(xiàng)工作中，我們開發(fā)了一種使用超臨界二氧化碳和共溶劑去除后HDIPR。
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實(shí)驗(yàn)
? ? ? 使用超高純度二氧化碳，無(wú)需進(jìn)一步純化。將一個(gè)200毫米的單晶片切成1x1厘米的晶片，用于所有實(shí)驗(yàn)。圖2顯示了我們的超臨界二氧化碳處理圖。將蠟樣品裝入處理容器并密封容器。然后通過(guò)計(jì)量泵(ELM-1，LEWA)從二氧化碳?xì)怏w柜引入處理容器。通過(guò)彎曲加熱器和PID溫度控制器將反應(yīng)器的溫度控制在±1℃范圍內(nèi)。當(dāng)達(dá)到所需溫度時(shí)，將預(yù)熱的二氧化碳注入處理反應(yīng)器至所需的壓力，同時(shí)將共溶劑注入處理反應(yīng)器以開始剝離過(guò)程。在剝離步驟中，攪拌磁性棒以增強(qiáng)scco2與共溶劑的混合。剝離溫度選擇在40至100之間，剝離壓力在90至340bar之間，剝離時(shí)間為10min。剝離后，scco2和輔溶劑的混合物通過(guò)新鮮的二氧化碳（凈化步驟）流入分離器，然后分離。在清洗步驟中，操作壓力和流體流量由一個(gè)計(jì)量泵和一個(gè)微型計(jì)量閥控制。使用的二氧化碳量由干燥測(cè)試儀測(cè)量，然后將二氧化碳排放到大氣中。將共溶劑作為完全混合相，在二氧化碳中共溶劑的濃度低于10%(v/v)。
? ? ? SCCO2清洗后，用圖像分析儀 、掃描電子顯微鏡和FT-IR(nexus)對(duì)剝離后的晶片樣品進(jìn)行分析。
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圖2 超臨界二氧化碳處理圖
結(jié)果和討論
? ? ? HDI后的光驅(qū)形態(tài)：圖3為高劑量植入后的碳化PR示意圖。頂部PR表面的碳化地殼層厚度約為600A，PR側(cè)壁約為450A(C等，圖3。HDI處理后的抗蝕劑示意圖。HDI導(dǎo)致PR中氫的損失，使表面具有較強(qiáng)的C-C結(jié)合態(tài)。這導(dǎo)致了一個(gè)“碳化層”的形成（如圖3所示），它比整體區(qū)域更容易被去除。碳化層在光刻抵抗特性的外部有效地創(chuàng)造了一個(gè)剛性的、幾乎不透水的地殼。?
? ? ? 共溶劑改性scco2清洗：僅用純超臨界二氧化碳(SCCO2)幾乎無(wú)法去除晶片上的光致抗蝕劑。而共溶劑修飾的scco2體系具有較高的光刻膠去除效率。使用單一共溶劑修飾的scco2系統(tǒng)從晶片上剝離植入離子的光刻膠是非常困難的，因?yàn)橹踩氲奈锓N可以穿透光刻膠中，
? ? ? 驅(qū)動(dòng)氫形成硬化的、碳化的光刻膠的地殼。然而，由于二氧化碳擴(kuò)散到基質(zhì)中，光刻膠膨脹，共溶劑可能有助于降解聚合物并破壞表面的鍵。
? ? ? 圖5顯示了scco2剝離前后晶圓側(cè)壁上HDIPR的掃描電鏡顯微圖。在SCCO2剝離之前，晶片上存在的PR層被SCCO2剝離完全去除，如圖5所示。
? ? ? 圖6顯示了scco2剝離前后晶圓表面HDIPR的圖像分析儀照片。用混合共溶劑修飾的scco2完全去除晶片表面的PR層。
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圖5?(a)原始晶片和(b)經(jīng)超臨界二氧化碳處理的晶片的掃描電鏡顯微照片
結(jié)論
? ? ? scco2微電子處理正從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室。scco2工藝是半導(dǎo)體行業(yè)的一種新技術(shù)，能夠解決納米尺寸的晶圓清潔挑戰(zhàn)。本研究采用混合共溶劑修飾的scco2進(jìn)行HDIPR的剝離。HDIPR通過(guò)二氧化碳擴(kuò)散到基質(zhì)中而膨脹，混合共溶劑有助于降解聚合物并破壞表面的鍵。
? ? ? scco2剝離是有利的，因?yàn)樗侨稍锏暮铜h(huán)保的。scco2剝離技術(shù)還具有顯著減少溶劑和水的使用量的好處。
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