DE10108067A1 - Nachreinigungsverfahren für einen Ätzvorgang für Durchgangslöcher - Google Patents

Nachreinigungsverfahren für einen Ätzvorgang für Durchgangslöcher

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Abstract

Ein Nachreinigungsverfahren für einen Ätzvorgang für Durchgangslöcher zum Reinigen eines Wafers, wobei der Wafer eine Wolfram(W)schicht, eine auf der Wolframschicht aufgebrachte Oxidschicht, eine auf der Oxidschicht gebildete Photoresistschicht und ein Durchgangsloch umfasst, das durch die Photoresistschicht und die Oxidschicht hindurchgeht, bis ein vorher bestimmter Bereich der Wolframschicht freigelegt ist, weist die Schritte auf: (a) Durchführen eines Photoresistablösevorgangs, um die Photoresistschicht zu entfernen; (b) Durchführen eines Trockenreinigungsvorgangs, der CF¶4¶ und N¶2¶H¶2¶ als Hauptreaktionsgas verwendet; und (c) Durchführen eines Spülvorgangs mit Wasser.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Reini­ gungsverfahren; insbesondere betrifft die vorliegende Erfin­ dung ein Nachreinigungsverfahren für einen Ätzvorgang für Durchgangslöcher.
Beschreibung der verwandten Technik
Bei der Halbleiterverarbeitung ist die Produktausbeute zur Verfolgung des Ziels sehr geringer Linienbreite und hoher In­ tegration stark durch Partikeln betroffen. Insbesondere wäh­ rend eines Ätzvorgangs für Durchgangslöcher bewirken die im Durchgangsloch verbleibenden Rückstände eine Verschlechterung der Eigenschaft der elektrischen Verbindung zwischen Metall­ schichten.
Siehe Fig. 1 und Fig. 2. Fig. 1 ist ein schematisches Quer­ schnittsdiagramm eines Durchgangsloch gemäß dem Stand der Technik. Fig. 2 ist ein Flussdiagramm eines Nachreinigungs­ verfahrens für einen Ätzvorgang für Durchgangslöcher gemäß dem Stand der Technik. Ein Wafer 10 umfasst ein Substrat 12, eine auf dem Substrat 12 ausgebildete Metallschicht 14, eine auf die Metallschicht 14 aufgebrachte Oxidschicht 16 und eine auf die Oxidschicht 16 aufgetragene Photoresistschicht 18. Unter Verwendung eines Trockenätzvorgangs wird ein Durch­ gangsloch 20 so gestaltet, dass es durch die Photoresist­ schicht 18 und die Oxidschicht 16 hindurchgeht, bis ein vor­ her bestimmter Bereich der Metallschicht 14 freigelegt ist. Bei einem Nachreinigungsverfahren für den Ätzvorgang für Durchgangslöcher wird zuerst Schritt 22 eines Photoresistablösevorgangs durchgeführt, um die Photoresistschicht 18 durch einen Trockenätzvorgang in einem Plasmareaktor zu ent­ fernen, bei dem der Kohlenwasserstoff in der Photoresist­ schicht 18 zur Ablösung mit Sauerstoffplasma umgesetzt wird und das erzeugte Gas, wie CO, CO2 und H2O, von einem Vakuum­ system abgepumpt wird. Der Photoresistablösevorgang erzeugt jedoch auch Polymerrückstände, die größtenteils im Durch­ gangsloch 20 verbleiben. Aus diesem Grund wird Schritt 24 ei­ nes Nassätzvorgangs durchgeführt, um die Polymerrückstände zu entfernen. Im Allgemeinen wird der Wafer 10 in ein mit einer speziellen Ätzlösung, wie ACT, EKC oder anderen alkalischen Verbindungen, gefülltes Becken mit einer geeigneten Bedingung der Tauchzeit, Temperatur und Lösungskonzentration getaucht, um die Polymerrückstände zur Entfernung mit der Ätzlösung re­ agieren zu lassen. Schließlich wird bei Schritt 26 eines Spülvorgangs mit Wasser der Wafer 10 vertikal gedreht, um si­ cherzustellen, dass der Rand des Wafers 10 gereinigt wird, und dann wird der Wafer 10 in entionisiertes Wasser getaucht, um die restliche Ätzlösung zu entfernen.
Dennoch steht das Nassätzverfahren, das die Chemikalien, wie ACT und EKC, mit großem Abfallvolumen verwendet, Problemen, wie den wachsenden Kosten der Chemikalien und einer Knappheit chemischer Ressourcen gegenüber. Es entspricht nicht den Er­ wartungen für die Kostenbetrachtungen der Massenproduktion. Da das Tauchen des Wafers 10 in die Ätzlösung eine Zeitdauer braucht, um die Polymerrückstände vollständig mit der Ätzlö­ sung reagieren zu lassen, ist auch die Gesamtdauer des Ätz­ vorgangs für Durchgangslöcher erhöht.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Daher stellt die vorliegende Erfindung ein Nachreinigungsver­ fahren für einen Ätzvorgang für Durchgangslöcher bereit, das den Nassreinigungsvorgang durch einen Trockenreinigungsvor­ gang ersetzt, um die oben genannten Probleme zu lösen.
Ein Nachreinigungsverfahren für einen Ätzvorgang für Durch­ gangslöcher zum Reinigen eines Wafers, wobei der Wafer eine Wolfram(W)schicht, eine auf der Wolframschicht aufgebrachte Oxidschicht, eine auf der Oxidschicht gebildete Photoresist­ schicht und ein Durchgangsloch umfasst, das durch die Photo­ resistschicht und die Oxidschicht hindurchgeht, bis ein vor­ her bestimmter Bereich der Wolframschicht freigelegt ist, um­ fasst die Schritte: (a) Durchführen eines Photoresistablöse­ vorgangs, um die Photoresistschicht zu entfernen; (b) Durch­ führen eines Trockenreinigungsvorgangs, der OF4 and N2H2 als die Hauptreaktionsgase verwendet; und (c) Durchführen eines Spülvorgangs mit Wasser.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Produk­ tionskosten wesentlich verringert sind, da der Trockenreini­ gungsvorgang den Nassreinigungsvorgang ersetzt, um die Poly­ merrückstände ohne Verwendung teurer und seltener alkalischer Verbindungen zu entfernen. Auch kann der Trockenreinigungs­ vorgang die Polymerrückstände schnell entfernen und der Wafer braucht nicht vertikal gedreht zu werden, bevor er in ent­ ionisiertes Wasser getaucht wird; so wird der gesamte Nach­ reinigungsvorgang effizienter. Ferner können der Photoresist­ ablösevorgang und der Trockenreinigungsvorgang in situ durch­ geführt werden; daher erleichtert dies den Nachreinigungsvor­ gang.
Diese und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden zweifellos für Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet offen­ sichtlich, nachdem sie die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform gelesen haben, die in den verschiedenen Figuren und Zeichnungen dargestellt ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung kann durch Lesen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Beispielen und den Bezugnahmen auf die beigefügten Zeichnungen genauer verstanden werden, in denen:
Fig. 1 ein schematisches Querschnittsdiagramm eines Durch­ gangslochs gemäß dem Stand der Technik ist;
Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Nachreinigungsverfahrens für einen Ätzvorgang für Durchgangslöcher gemäß dem Stand der Technik ist;
Fig. 3A bis 3D schematische Querschnittsdiagramme eines Reinigungsverfahrens für einen Ätzvorgang für Durch­ gangslöcher gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 ein Flussdiagramm eines Nachreinigungsverfahrens für den Ätzvorgang für Durchgangslöcher gemäß der vorlie­ genden Erfindung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Siehe Fig. 3 und Fig. 4. Fig. 3A bis 3D sind schematische Querschnittsdiagramme eines Reinigungsverfahrens für einen Ätzvorgang für Durchgangslöcher gemäß der vorliegenden Erfin­ dung. Fig. 4 ist ein Flussdiagramm eines Nachreinigungsver­ fahrens für den Ätzvorgang für Durchgangslöcher gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 3A gezeigt, umfasst ein Wafer 30 eine Substrat 32, eine auf dem Substrat 32 ausgebil­ dete Wolfram(W)schicht 34, eine auf der Wolframschicht 34 aufgebrachte Oxidschicht 38, eine auf der Oxidschicht 38 auf­ getragene Photoresistschicht 40 und ein Durchgangsloch 42. Die Oxidschicht 38 besteht vorzugsweise aus TESO-Oxid. Das Durchgangsloch 42 wird vorzugsweise durch einen Trockenätz­ vorgang so hergestellt, dass es durch die Photoresistschicht 40 und die Oxidschicht 38 hindurchgeht, bis ein vorher be­ stimmter Bereich der Wolframschicht 34 freigelegt ist und als Ätzsperrschicht verwendet wird.
Wie in Fig. 4 gezeigt, wird beim Nachreinigungsverfahren der vorliegenden Erfindung zuerst Schritt 44 eines Photoresist­ ablösevorgangs durchgeführt, um die Photoresistschicht 40 durch einen Trockenätzvorgang in einem Plasmareaktor zu ent­ fernen, bei dem der Kohlenwasserstoff in der Photoresist­ schicht 40 zur Ablösung mit Sauerstoffplasma umgesetzt wird, das erzeugte Gas, wie CO, CO2 und H2O, von einem Vakuumsystem abgepumpt wird und die erzeugten Polymerrückstände 50 im Durchgangsloch 42 verbleiben, wie in Fig. 3B gezeigt. Dann wird Schritt 46 eines Trockenreinigungsvorgangs durchgeführt, um die Polymerrückstände 50 durch einen Trockenätzvorgang zu entfernen, bei dem die Arbeitsbedingungen sind: 10-20 Se­ kunden, 200°C-300°C, 500 mT, 700 W-900 W Mikrowellenleis­ tung, 80 W-120 W Hochfrequenzleistung. Was den Hauptpunkt betrifft, ist es bevorzugt, CF4 und N2H2 als Hauptreaktions­ gas in Kombination mit Hilfsreaktionsgasen, wie einem inerten Gas, N2 und H2, zu verwenden, wobei das Verhältnis von CF4 zu den gesamten Reaktionsgasen zwischen 1/2 und 1/6 liegt, der Durchsatz von CF4 etwa 40-200 Ncm3 beträgt und der Durchsatz von N2H2 etwa 100-500 Ncm3 beträgt. Daher kann zur selben Zeit, zu der die Polymerrückstände 50 entfernt werden, CF4 mit WOx reagieren, um flüchtige Gase, wie WF6, WFx, CO und CO2, zu bilden, und kann N2H2 mit W reagieren, um wasserlös­ liche Rückstände 52, einschließlich H2O4W, H4N2, H2N2O2 und NH3, zu bilden, wie in Fig. 3C gezeigt. Obwohl diese flüchti­ gen Gase von einem Vakuumsystem abgepumpt werden, verbleiben die wasserlöslichen Rückstände 52 noch im Durchgangsloch 42. Schließlich wird bei Schritt 48 eines Spülvorgangs mit Wasser der Wafer 30 direkt in entionisiertes Wasser getaucht, um zu veranlassen, dass sich die wasserlöslichen Rückstände 52 so­ fort in entionisiertem Wasser lösen, und dadurch werden alle im Durchgangsloch 42 verbleibenden Rückstände beseitigt, wie in Fig. 3D gezeigt.
Verglichen mit dem früheren Nachreinigungsverfahren ersetzt beim Nachreinigungsverfahren für den Ätzvorgang für Durch­ gangslöcher gemäß der vorliegenden Erfindung der Trockenreinigungsvorgang den Nassreinigungsvorgang, um die Polymerrück­ stände 50 ohne Verwendung teurer und seltener alkalischer Verbindungen, wie ACT und EKC, zu entfernen. Somit werden die Herstellungskosten wesentlich verringert. Auch kann der Tro­ ckenreinigungsvorgang die Polymerrückstände 50 schnell ent­ fernen und der Wafer 30 braucht nicht vertikal gedreht zu werden, bevor er in entionisiertes Wasser getaucht wird, so wird der gesamte Nachreinigungsvorgang effizienter. Ferner können der Photoresistablösevorgang und der Trockenreini­ gungsvorgang in situ durchgeführt werden, um die Photoresist­ schicht 40 und die Polymerrückstände 50 der Reihe nach zu entfernen, indem die Betriebsfaktoren des Plasmareaktors auf eine geeignete Bedingung eingestellt werden. Dies erleichtert den Nachreinigungsvorgang.
Fachleute auf dem Gebiet werden leicht bemerken, dass zahl­ reiche Modifikationen und Änderungen der Vorrichtung vorge­ nommen werden können, während die Lehre der Erfindung beibe­ halten wird. Folglich sollte die obige Offenbarung als nur durch die Grenzen und Einschränkungen der beigefügten Ansprü­ che eingeschränkt aufgefasst werden.

Claims (13)

1. Nachreinigungsverfahren für einen Ätzvorgang für Durch­ gangslöcher zum Reinigen eines Wafers, wobei der Wafer eine Wolfram(W)schicht, eine auf der Wolframschicht auf­ gebrachte Oxidschicht, eine auf der Oxidschicht gebilde­ te Photoresistschicht und ein Durchgangsloch umfasst, das durch die Photoresistschicht und die Oxidschicht hindurchgeht, bis ein vorher bestimmter Bereich der Wolframschicht freigelegt ist; das die Schritte umfasst:
  • a) Durchführen eines Photoresistablösevorgangs, um die Photoresistschicht zu entfernen;
  • b) Durchführen eines Trockenreiniungsvorgangs, der CF4 und N2H2 als Hauptreaktionsgase verwendet; und
  • c) Durchführen eines Spülvorgangs mit Wasser.
2. Nachreinigungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Durchsatz von CF4 zwischen 40 Ncm3 und 200 Ncm3 liegt.
3. Nachreinigungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Durchsatz von N2H2 zwischen 100 Ncm3 und 500 Ncm3 liegt.
4. Nachreinigungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verhältnis von CF4 zu den gesamten Reaktionsgasen zwi­ schen 1/2 und 1/6 liegt.
5. Nachreinigungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Trockenreinigungsvorgang ferner inertes Gas als Hauptre­ aktionsgas verwendet.
6. Nachreinigungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Trockenreinigungsvorgang zwei Antriebskräfte verwendet.
7. Nachreinigungsverfahren nach Anspruch 6, bei dem die beiden Antriebskräfte Hochfrequenzleistung und Mikrowel­ lenleistung umfassen.
8. Nachreinigungsverfahren nach Anspruch 7, bei dem die Hochfrequenzleistung zwischen 80 W und 120 W liegt.
9. Nachreinigungsverfahren nach Anspruch 7, bei dem die Mikrowellenleistung zwischen 700 W und 900 W liegt.
10. Nachreinigungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Spülvorgang mit Wasser den Wafer in entionisiertes Was­ ser taucht.
11. Nachreinigungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem die Oxidschicht aus TEOS-Oxid besteht.
12. Nachreinigungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Photoresistablösevorgang ein Trockenätzvorgang ist.
13. Nachreinigungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Photoresistablösevorgang und der Trockenätzvorgang in situ stattfinden.
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