CN1226455C

CN1226455C - 预清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法

Info

Publication number: CN1226455C
Application number: CN 02156384
Authority: CN
Inventors: 吴燕萍; 何岳风; 孙国维; 洪任谷
Original assignee: United Microelectronics Corp
Current assignee: United Microelectronics Corp
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: CN1468977A

Abstract

一种预清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法。此方法以含有氟化碳的反应气体进行蚀刻工艺之后，通入混合特定气体的混合气体，利用此混合气体所产生的等离子体进行预清除残留聚合物工艺，其中混合特定气体可选择例如氧气与氮气、氢气与氩气、氩气与氮气或氧气与氩气的混合气体。由于混合气体所产生的等离子体可软化残留聚合物、燃烧残留聚合物，甚至去除硬化的残留聚合物，所以在后续的清除工艺可以完全去除此蚀刻残留聚合物并且可以减少工艺时间。

Description

预清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法

技术领域

本发明涉及一种清除半导体工艺残留物的方法，且特别是涉及一种预清除(Pre-cleaning)用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物(Polymer)的方法。

背景技术

干式蚀刻工艺是利用粒子轰击的物理现象来进行薄膜侵蚀的一种技术，其中一种称为等离子体蚀刻(Plasma Etching)的干式蚀刻方法，系利用等离子体将反应气体的分子解离成对薄膜材质具有反应性的(Reactive)离子，然后借着离子与薄膜间的化学反应，把暴露在等离子体下的薄膜反应成挥发性(Volatile)生成物，而后被真空抽离，来进行蚀刻的。然而此种方法虽具有优选选择性，但是各向异性就比较差，所以为了使干式蚀刻同时具有高选择性与各向异性蚀刻的双重优点，一种称为“反应性离子蚀刻法(Reactive IonEtch，简称RIE)”便被发展出来。

反应性离子蚀刻法是一种介于溅击蚀刻(Sputtering Etch)与等离子体蚀刻之间的干式蚀刻技术。藉由结合物理与化学两种去除薄膜的机构，可以获得一种兼具各向异性蚀刻的双重优点与选择性高的蚀刻技术。因此，适用于进行介层窗(Via)、接触窗(Contact)、双重镶嵌(Dual Damascene)等工艺，此外，也被使用在去除例如是自对准接触窗(Self Align CONT)、无接界接触窗(Borderless CONT)、双重镶嵌工艺中介层窗与沟槽蚀刻的阻挡层(StopLayer)。

进行干式蚀刻时，通常会利用含有氟化碳(Fluorocarbon Plasma)的气体所产生的等离子体进行蚀刻，所使用的气体从四氟化碳(Carbon Tetrafluoride，CF₄)到现在的八氟化四碳(C₄F₈)、八氟化五碳(C₅F₈)或是六氟化四碳(C₄F₆)，都可以用来作为提供碳原子及氟原子的反应气体。然而，残留聚合物的去除是蚀刻工艺完成后之一重要步骤。如果我们使用高聚合物蚀刻调制法例如八氟化四碳、八氟化五碳或六氟化四碳气体进行蚀刻，通常蚀刻工艺后会产生碳(C)、氟(F)、氮(N)、氧(O)等元素形成的聚合物，且残留聚合物的去除将成为其后聚合物与光致抗蚀剂去除工艺之一大挑战与负担。特别是在金属介层窗、接触窗与双重镶嵌等等的蚀刻工艺，通常很难只以聚合物与光致抗蚀剂去除工艺来去除这些残留聚合物。而且，这些残留聚合物将成为金属介层窗、接触窗与双重镶嵌等工艺争议之一大因素，还造成产品低产量(lowyield)。

因此，在通入含有氟化碳气体的等离子体进行蚀刻工艺后，会进行一个清除残留聚合物的步骤。然而，以习知方法进行聚合物去除工艺之后，仍然可经由电子显微镜观察出在基底有聚合物残留，而且这些残留硬化的聚合物(harden polymer)就算像是不断地使用溶剂(solvent)重复清洗的湿式清除(WetClean)也无法去除。

发明内容

因此，本发明的任务在于提供一种预清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，可以预先软化、燃烧甚至去除此蚀刻残留聚合物，以节省工艺时间并且稳定产品产量。

本发明的另一任务在于提供一种清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，可以完全去除此蚀刻残留聚合物，而且具有节省工艺时间以及稳定产品产量的功效。

根据本发明，提出一种预清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，包括通入一混合气体，利用该混合气体所产生的等离子体进行一预清除残留聚合物工艺，其中该混合气体选自氧气与氮气、氢气与氩气、氩气与氮气、或者氧气与氩气的混合气体。

本发明还提出一种清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中该蚀刻工艺用以于一介电层形成一开口，其步骤包括：

进行一去除静电工艺，其中该去除静电工艺包括通入一混合气体，利用该混合气体所产生的等离子体同时进行一预清除残留聚合物工艺，其中该混合气体选自氧气与氮气、氢气与氩气、氩气与氮气、或者氧气与氩气的混合气体；以及

进行一清除工艺。

本发明还提出一种清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中该蚀刻工艺用以去除一阻挡层，其步骤包括：

通入一混合气体，利用该混合气体所产生的等离子体进行一预清除残留聚合物工艺，其中该混合气体选自氧气与氮气、氢气与氩气、氩气与氮气、或者氧气与氩气的混合气体；以及

进行一清除工艺。

本发明提出一种预清除残留聚合物的方法。此方法以含有氟化碳的反应气体进行蚀刻工艺之后，通入混合特定气体的混合气体，利用混合气体所产生的等离子体进行预清除工艺，其中混合特定气体可选择例如氧气与氮气、氢气与氩气、氩气与氮气或氧气与氩气的混合气体。由于混合特定气体所产生的等离子体可软化残留聚合物、燃烧残留聚合物，甚至去除硬化的残留聚合物，所以在后续的清除工艺可以完全去除此蚀刻残留聚合物并且可以减少工艺时间。

另外，本发明提出一种清除残留聚合物的方法，此方法是在一般的蚀刻工艺的去除静电步骤中，通入混合特定气体的混合气体，利用混合气体所产生的等离子体进行预清除残留聚合物工艺，其中混合特定气体可选择例如氧气与氮气、氢气与氩气、氩气与氮气或氧气与氩气的混合气体。之后再配合一般的清除工艺，以完全去除残留聚合物。

另外，本发明又提出一种清除残留聚合物的方法。此方法是在一般蚀刻工艺中，通入混合特定气体的混合气体，利用混合气体所产生的等离子体进行预清除残留聚合物工艺，其中混合特定气体可选择例如氧气与氮气、氢气与氩气、氩气与氮气或氧气与氩气的混合气体。之后再配合一般的清除工艺，以完全去除残留聚合物。

依照本发明的第一实施例所述，本发明应用于形成金属介层窗、接触窗与双重镶嵌等等开口的蚀刻工艺时，是在进行去除静电工艺(Dechuck)中，以混合特定气体氧气与氮气、氢气与氩气、氩气与氮气或氧气与氩气的混合气体取代原本使用的氩气，利用混合气体所产生的等离子体同时进行预清除残留聚合物工艺，此工艺只需要5秒。之后再配合一般的清除工艺，硬化的残留聚合物就可以完全清除。所以本发明不但具有可彻底清除蚀刻残留的聚合物的优点，而且不会增加工艺时间，进而能稳定产品产量。

另外，依照本发明的第二实施例所述，本发明应用于去除自对准接触窗、无接界接触窗、双重镶嵌工艺中介电层蚀刻的阻挡层的蚀刻去除工艺中，于去除阻挡层之后随即通入混合特定气体氧气与氮气、氢气与氩气、氩气与氮气或氧气与氩气的混合气体，利用混合气体所产生的等离子体进行预清除残留聚合物工艺。之后再配合一般的清除工艺，硬化的残留聚合物就可以被完全清除。而且由于预清除工艺可使聚合物消失或减少，所以能够减短或删除后续清除步骤及时间，并且不易受后续清洗机台不稳定的影响，对产品产量稳定性及缩短产出时间均有帮助。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图作详细说明。

附图说明

图1是依照本发明一优选实施例一种清除残留聚合物的步骤流程图；

图2是依照本发明另一优选实施例一种清除残留聚合物的步骤流程图；以及

图3A与图3B是双重镶嵌工艺中形成介层窗开口与沟槽的制造流程示意图。

附图标记的简单说明

100～104，200～204：步骤标号

300：基底

302：阻挡层

304：沟槽

306：介电层

308：光致抗蚀剂层

310：介层窗开口

具体实施方式

第一实施例

图1是依照本发明一优选实施例一种清除残留聚合物的步骤流程图，可应用于在介电层中形成开口的蚀刻工艺，其中介电层例如是氧化硅介电层，而在介电层中形成的开口例如是金属介层窗(Metal Via，简称MVIA)开口、接触窗(Contact)开口与双重镶嵌(Dual Damascene)开口等。而且本实施例采用的是磁场增强式反应性离子蚀刻(Magnetic-Enhanced RIE，简称MERIE)系统的机台。

通常进行蚀刻所使用的反应气体是含有氟化碳的气体，例如是八氟化四碳(C₄F₈)、八氟化五碳(C₅F₈)或六氟化四碳(C₄F₆)。因为以磁场增强式反应性离子蚀刻系统的机台进行蚀刻工艺后，容易因其单一的磁场方向而有电子不均匀积聚(Accumulation)的问题，而有静电累积于芯片表面，因此必须进行去除静电(Dechuck)的步骤。此外，蚀刻工艺过后还会产生碳(C)、氟(F)、氮(N)、氧(O)等元素形成的聚合物(Polymer)残留于芯片上难以清除。

请参照图1，步骤100，通入混合特定气体的混合气体，利用混合气体所产生的等离子体进行去除静电工艺，并可同时进行预清除(Pre-cleaning)残留聚合物工艺，其中混合特定气体的混合气体可选择例如氧气与氮气(O₂+N₂)、氢气与氩气(H₂+Ar)、氩气与氮气(Ar+N₂)或氧气与氩气(O₂+Ar)的混合气体，本实施例则是以混合氧气与氮气为优选的选择，其混合比(氮气流量/氧气流量)例如在2～0.5之间，而且，如果氮气流量为xsccm、氧气流量为ysccm时，x+y则在50～200sccm之间，进行去除静电工艺的时间约为5秒即可。

当混合氧气与氮气所产生的等离子体吹向芯片表面，不但可以去除累积其上的电荷，而且由于氮气可软化蚀刻残留聚合物；氧气可燃烧蚀刻残留聚合物，所以经过此一步骤后，硬化的聚合物(Harden ploymer)将更易于被后续的步骤102去除。

接着，步骤102，进行清除工艺，此一步骤为一般的清除工艺例如为氧气灰化(Ashing)或湿式清除(Wet Clean)工艺，用以去除聚合物、光致抗蚀剂等等标的物。最后，进行步骤104，结束清除残留聚合物的工艺。

因为在进行去除静电工艺的步骤中以混合特定气体的等离子体取代原本使用的氩气，可以使得硬化的蚀刻残留聚合物被软化、被燃烧，甚至被去除，之后再配合一般的清除工艺，硬化的残留聚合物就可以完全清除。所以本发明不但具有可彻底清除蚀刻残留的聚合物的优点，而且不会增加工艺时间，进而能稳定产品产量(Yield)。

第二实施例

图2是依照本发明另一优选实施例一种清除残留聚合物的步骤流程图，可应用于阻挡层(Stcp Layer)的去除工艺，其中阻挡层例如是自对准接触窗(Self Align CONT)、无接界接触窗(Borderless CONT)、双重镶嵌工艺中的介电层蚀刻的阻挡层等等，其材质例如是氮化硅、碳化硅或氮氧化硅。为说明上述阻挡层的位置，以双重镶嵌工艺中，形成介层窗开口的步骤中蚀刻去除阻挡层为例，请参照图3A与图3B所示的双重镶嵌工艺中形成介层窗开口与沟槽的制造流程示意图。

请参照图3A，在基底300上已形成有一层阻挡层302，而在阻挡层302上形成一具有沟槽304的介电层306。之后，于基底300上形成一层图案化光致抗蚀剂层308，并暴露出阻挡层302。

然后，请参照图3B，以光致抗蚀剂层308为掩模，进行蚀刻工艺，去除暴露出的阻挡层302，且持续蚀刻至基底300，以形成一介层窗开口310。

而此一去除介电层与介电层之间或是介电层与金属层之间阻挡层的工艺，通常是以使用含有氟化碳的反应气体进行蚀刻，其中反应气体例如是八氟化四碳、八氟化五碳或六氟化四碳。蚀刻工艺过后易于产生碳、氟、氮、氧等元素形成的聚合物残留于芯片上难以清除。

因此，请参照图2，步骤200，通入混合特定气体的混合气体，利用混合气体所产生的等离子体进行预清除残留聚合物工艺，其中混合特定气体的混合气体例如氢气与氩气、氩气与氮气、氧气与氩气或氧气与氮气的混合气体，其中混合气体中的氮气流量例如在1～1000sccm之间、氧气流量例如在1～1000sccm之间、氩气流量例如在1～1000sccm之间以及氢气流量例如在1～1000sccm之间。以氧气与氮气的混合气体进行处理工艺时，氮气与氧气的混合比(流量)例如在2～0.5之间。当混合通入上述混合特定气体的等离子体时，由于混合特定气体的等离子体可去除蚀刻残留聚合物，所以经过此一步骤后，可以大大地减少后续步骤202所需的时间。

接着，步骤202，进行清除工艺，此一工艺例如为氧气灰化或湿式清除工艺，用以去除包括聚合物、光致抗蚀剂等等标的物。最后，进行步骤204，结束清除残留聚合物的工艺。

预清除残留聚合物工艺中所通入的混合气体所产生的等离子体可以清除硬化的残留聚合物。所以本发明不但具有可彻底清除蚀刻残留的聚合物的优点，而且于后续工艺中由于聚合物的消失或减少，可减短或删除后续清除步骤及时间，并且不易受后续清洗机台不稳定的影响，对产品产量稳定性及缩短产出时间均有帮助。

简而言的，本发明是在以含有氟碳化合物做为蚀刻气体源进行蚀刻工艺之后，以氧气与氩气、氢气与氩气、氩气与氮气或氧气与氮气的混合气体进行预清除残留聚合物，以使蚀刻工艺所形成的聚合物易于在后续的清除步骤中去除，以缩短工艺的时间并提升工艺的产量。

综合以上所述，本发明至少具有以下所述的优点：

1.本发明在形成开口的蚀刻工艺时，不用额外增加其它步骤，即可达到完全清除蚀刻残留的聚合物的目的。

2.本发明在去除介电层与介电层之间或是介电层与金属层之间的阻挡层时，因为在此去除工艺后随即利用混合特定气体所产生的等离子体清除聚合物，所以可以节省后续如灰化或湿式清除等的清除工艺时间。

3.本发明因为可以彻底清除蚀刻制成残留聚合物，所以较习知方法更可稳定产品产量。

虽然本发明已结合一优选实施例揭露如上，然而其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作出些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种预清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，包括通入一混合气体，利用该混合气体所产生的等离子体进行一预清除残留聚合物工艺，其中该混合气体选自氧气与氮气、氢气与氩气、氩气与氮气、或者氧气与氩气的混合气体。

2.如权利要求1所述的预清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中当该混合气体包括氧气与氮气时，该混合气体的氮气流量与氧气流量混合比在2～0.5之间。

3.如权利要求1所述的预清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中当该混合气体包括氧气与氮气时，该混合气体的总流量在50～200sccm之间。

4.如权利要求1所述的预清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中当该混合气体包括氢气与氩气时，该混合气体的氢气与氩气的流量分别在1～1000sccm之间。

5.如权利要求1所述的预清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中当该混合气体包括氩气与氮气时，该混合气体的氩气与氮气的流量分别在1～1000sccm之间。

6.如权利要求1所述的预清除残留聚合物的方法，其中当该混合气体包括氧气与氩气时，该混合气体的氧气与氩气的流量分别在1～1000sccm之间。

7.一种清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中该蚀刻工艺用以于一介电层形成一开口，其步骤包括：

进行一清除工艺。

8.如权利要求7所述的清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中当该混合气体包括氧气与氮气时，该去除静电工艺通入的该混合气体的氮气流量与氧气流量混合比在2～0.5之间。

9.如权利要求7所述的清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中当该混合气体包括氧气与氮气时，该去除静电工艺通入的该混合气体的总流量在50～200sccm之间。

10.如权利要求7所述的清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中进行该清除工艺的该步骤包括灰化与湿式清除其中之一。

11.一种清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中该蚀刻工艺用以去除一阻挡层，其步骤包括：

进行一清除工艺。

12.如权利要求11所述的清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中当该混合气体包括氧气与氮气时，该混合气体的氮气流量与氧气流量混合比在2～0.5之间。

13.如权利要求11所述的清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中当该混合气体包括氧气与氮气时，该混合气体的总流量在50～200sccm之间。

14.如权利要求11所述的清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中当该混合气体包括氢气与氩气时，该混合气体的氢气与氩气的流量分别在1～1000sccm之间。

15.如权利要求11所述的清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中当该混合气体包括氩气与氮气时，该混合气体的氩气与氮气的流量分别在1～1000sccm之间。

16.如权利要求11所述的清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中当该混合气体包括氧气与氩气时，该混合气体的氩气与氧气的流量分别在1～1000sccm之间。

17.如权利要求11所述的清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中进行该清除工艺的该步骤包括灰化与湿式清除其中之一。

18.如权利要求19所述的清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中该阻挡层包括自对准接触窗工艺中的介电层蚀刻的阻挡层。

19.如权利要求19所述的清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中该阻挡层包括无接界接触窗工艺中的介电层蚀刻的阻挡层。

20.如权利要求19所述的清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中该阻挡层包括双重镶嵌工艺中的介电层蚀刻的阻挡层。

21.如权利要求19所述的清除用氟化碳反应气体的蚀刻工艺后残留聚合物的方法，其中该阻挡层的材质包括氮化硅、碳化硅与氮氧化硅其中之一。