DE69334049T2 - Verfahren zur Entfernung eines Polymers, mit Selektivität gegenüber Metall - Google Patents

Verfahren zur Entfernung eines Polymers, mit Selektivität gegenüber Metall Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Dichte auf Halbleitersubstraten hergestellter Vorrichtungen wurde im Laufe der Jahre mit der Höchstintegration ("Ultra Large Scale Integration" – ULSI), die gegenwärtig in dynamischen Direktzugriffsspeichern (DRAMs) mit 16 Megabit (MB) verwendet wird, ständig erhöht. Mit diesem Trend gingen verringerte Strukturmerkmalsgrößen (gegenwärtig kleiner oder gleich 0,5 Mikrometer) und erhöhte Anforderungen an die Prozesstechnologie einher. Zum Strukturieren so kleiner Strukturmerkmale werden herkömmliche Lithographieprozeduren durch neuere ersetzt, die auf Prozessen unter Verwendung eines durch Diffusion verbesserten silylierten Resists (DESIRETM) beruhen. Die zahlreichen Berichte über den Erfolg der Prozesse unter Verwendung eines durch Diffusion verbesserten silylierten Resists bei der Herstellung von Strukturmerkmalen unterhalb eines halben Mikrometers in verschiedenen Resists, wobei eine Linie und eine Belichtung mit tief ultraviolettem Licht verwendet werden, weisen darauf hin, dass dieser Prozess eine viel versprechende Zukunft hat. Die Auflösung und die Durchsatzrate bis zum Bildübertragungsschritt übersteigen jene bei herkömmlichen Positivresists und sind klar überlegen, wenn die Topographie eine Hauptsorge ist. Der Resist ist infolge der größeren Mengen von Ätznebenprodukten, wie Seitenwandpolymer (SWP) auf vertikalen Wänden einer Vorrichtung, die sich in der Herstellung befindet, mit Prozessen unter Verwendung eines durch Diffusion verbesserten silylierten Resists etwas schwieriger zu entfernen als mit herkömmlichen Prozessen. Diese Nebenprodukte, welche allgemein als Polymere bezeichnet werden, bestehen im Allgemeinen aus einem Metall- und SiO2-Molekül. Beispielsweise kann das Molekül Kohlenstoff von dem Photoresist, Metall von der Metallschicht und SiO2 aufweisen. Weiterhin haben Daten darauf hingewiesen, dass das Seitenwandpolymer aus Aluminiumsilicat und sehr kleinen Mengen von Fluorkohlenstoffen besteht. Fluorkohlenstoffe sind nicht brennbar und werden daher während einer O2-in-situ-Veraschungssequenz eines Metallätzens nicht entfernt. Daher hat sich das Veraschen wegen des hohen Kohlenstoffgehalts in dem Molekülnebenprodukt von dem Photoresist als unwirksam erwiesen. Die Schwierigkeit, mit der der Resist entfernt werden kann, hat sich als eine erhebliche Behinderung für die Erzeugung von Strukturmerkmalen unterhalb eines halben Mikrometers erwiesen. Früher wurde ein Lösungsmittel bzw. eine Bewegung mit Ultraschall zum Entfernen von SWP verwendet. Beispielsweise wurde in der Vergangenheit ein Tränken der sich in der Herstellung befindenden Vorrichtung mit einer Ethanolaminlösung, wahlweise gefolgt von einer Bewegung mit Ultraschall unter Verwendung einer Ney-Ultraschallvorrichtung (welche das Einstellen der Leistung der Ultraschallvorrichtung ermöglicht), verwendet. Diese Techniken erweisen sich jedoch wegen der Neigung von Metall, wie Aluminium, die minimalen Strukturmerkmale abzuheben, als nicht verwendbar. Weiterhin neigen diese Techniken dazu, erhebliche Restmengen auf Seitenwänden und Oberflächen der Vorrichtung zurückzulassen. Bisher sind keine wirksamen Mittel verfügbar, um das Problem des Entfernens von Seitenwandpolymer infolge von Prozessen unter Verwendung diffusionsverbesserten silylierten Resists zu lösen.
  • In diesem Zusammenhang wird auf WO-A-87/01508 Bezug genommen. Dieses Dokument offenbart einen Prozess und eine Vorrichtung zum Entfernen von Filmen von Substraten unter Verwendung von Gas, wobei die das Substrat einschließende Atmosphäre in der Nähe der Raumtemperatur und in der Nähe des normalen Atmosphärendrucks gehalten wird. Zuerst wird ein trockenes verdünnendes Inertgas über das Substrat strömen gelassen. Dann wird der Film vorbehandelt, indem Dampf über das Substrat und den Film strömen gelassen wird, bevor ein wasserfreies reaktives Gas von einer Quelle, die von der Dampfquelle getrennt ist, über das Substrat und den Film strömen gelassen wird und insbesondere wasserfreies Wasserstofffluoridgas über das Substrat und den Film strömen gelassen wird, um das Entfernen von Teilen des Films zu bewirken. Das Strömen des reaktiven Gases über den Substratfilm wird typischerweise 5 bis 30 Sekunden lang fortgesetzt, bis eine gesteuerte Menge des Films entfernt wurde. Das Strömen des Reaktionsgases wird beendet, und das Strömen des trockenen verdünnenden Inertgases wird fortgesetzt, um das Entfernen des Films zu unterbrechen und gasförmige Reaktionsprodukte herauszuspülen. Im Fall eines nicht hygroskopischen Films auf dem Substrat wird das Strömen von Dampf fortgesetzt, während das Strömen des reaktiven Gases kurz nach Beendigung des Strömens des reaktiven Gases beendet wird.
  • Gemäß der Erfindung ist ein Prozess zum Metall-selektiven Entfernen von Nebenprodukten von einer Metallkante eines Halbleiterwafers vorgesehen, der die in Anspruch 1 definierten Schritte aufweist.
  • Es ist ein Prozess zum Entfernen von Ätznebenprodukten ohne ein Abheben von Metall offenbart.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die 1 bis 6 sind Zeichnungen, in denen anwendbare Bezugszahlen weitergeführt wurden, welche Schnittansichten eines Halbleiterwafers zeigen, der entsprechend einem Prozess unter Verwendung von diffusionsverbessertem silyliertem Resist hergestellt wird.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Spät in der Herstellungssequenz müssen spezifische Vorrichtungen, wie DRAMs, elektrisch miteinander verbunden werden, um die gewünschte Schaltungsfunktion zu erreichen. Ein wichtiger Aspekt dieser Verbindung betrifft die zweite Verbindungsebene und die letzte Ebene bei der Herstellung der Vorrichtung, die herkömmlicherweise als Metall 2 (M2) bekannt ist. Das M2-Schema, das in der Schnittansicht in 1 dargestellt ist, umfasst herkömmlicherweise ein SiO2-Substrat, gefolgt von Metall 2, das im Allgemeinen eine Schicht von Titanwolfram (TiW) unter Wolfram (W), das unter einer Aluminiumlegierung liegt, die 1 % Silicium und 0,5 % Kupfer enthält, aufweist. Mit Bezug auf die 1 bis 6, die Schnittansichten eines Halbleiterwafers 1 zeigen, der durch einen Prozess unter Verwendung eines durch Diffusion verbesserten silylierten Resists hergestellt wird, wird dieser Prozess nun beschrieben: Ein Positivresist in der Art eines Resists 2 auf Novolacbasis wird in herkömmlicher Weise durch Schleudern aufgebracht, und der Resist 2 wird nach anschließender Belichtung durch eine Maske 4 vor der Entwicklung mit Hexamethyldisilazindampf (HMDS) behandelt. Die Silylierungsreaktion modifiziert die Oberfläche des belichteten Resists, wodurch Bereiche 6 erzeugt werden, die weniger empfindlich für das Trockenätzen durch O2-Plasmen sind. Hierdurch wird das normale Entwicklungsverhalten des Resists umgekehrt und ein Negativbild bereitgestellt. Ein Hauptvorteil des Trockenätzens des nicht belichteten (und daher nicht derivatisierten) Resists besteht darin, dass dadurch das unerwünschte Schwellen und der damit einhergehende Auflösungsverlust umgangen wird, der häufig mit der Nassätzentwicklung einhergeht. Wie in 3 dargestellt ist, ätzt ein Sauerstoffplasmaätzen den nicht belichteten Resist fort. Zum Übertragen des Musters in das Metall wird der Wafer mit einem anisotropen reaktiven Ionenätzen (RIE) trockengeätzt. Die verwendeten chemischen Stoffe sind Cl2/BCl3 zum Ätzen der Aluminiumlegierung, gefolgt von SF6/Ar zum Ätzen von W und TiW. Idealerweise werden feine Liniengeometrien mit im Wesentlichen vertikalen Wänden erhalten, wie in 4 dargestellt ist. Der letzte Schritt beim Ätzen ist ein In-situ-Veraschen, das die Korrosion durch Oxidieren der verantwortlichen Chlor enthaltenden Verbindungen verringert und Bereiche 6 entfernt, die als Volumenresistmasken wirken. Dieses Ätzen ist mehr als 20 1 für das SiO2-Substrat selektiv. Das Ätzen ist anisotrop, weil während des Prozesses ein nichtflüchtiges Polymer (SWP) auf den geätzten Oberflächen abgelagert wird, wodurch die darunter liegenden Flächen vor einem Ätzen durch reaktives Gas geschützt werden. Das Abziehen des restlichen Resists und des SWPs ist der letzte Schritt in dem Prozessablauf für diese Ebene. Der erfindungsgemäße Prozess ist ein Dampfphasenprozess, der wasserfreien HF und N2Hx aufweist, wobei x eine reale Zahl ist (N2Hx ist durch Führen von Stickstoff über Wasser erreichbar), welche in eine Kammer mit dem zu verarbeitenden Wafer eingeleitet werden, wobei sie reagieren, wodurch die Ätznebenprodukte wasserlöslich gemacht werden. Nachdem die Nebenprodukte ihre wasserlösliche Eigenschaft erhalten haben, wird Wasser auf den Wafer aufgebracht, um das Nebenprodukt fortzuspülen. Es sei bemerkt, dass wässriger HF durch wasserfreien HF ersetzt werden kann, so dass dampfförmiger HF aus wässrigem HF hergestellt werden kann und er mit dem erwähnten N2Hx zur Reaktion gebracht werden kann. Die Verarbeitung in der Dampfphase weist einen Vorteil gegenüber anderen Verarbeitungstypen auf, der darin besteht, dass sie Metall nicht korrodiert, wie es bei der Verarbeitung mit einer wässrigen Phase oder einer flüssigen Phase der Fall ist. Experimentelle Daten weisen darauf hin, dass sich nach der erfindungsgemäßen Verarbeitung der Schichtwiderstand auf dem Metall nicht ändert, was darauf hinweist, dass die Reaktionen während der Verarbeitung Metall nicht beschädigen. Weiterhin kann eine Beschädigung, die sich aus einer Verarbeitung des Siliciumdioxidsubstrats ergibt, durch die Regulierung des Dampfs gesteuert werden. Der erfindungsgemäße Prozess kann unter Verwendung eines Wafer-Dampfphasenreinigers erreicht werden. Ein Wafer-Dampfphasenreiniger ist eine Maschine, die Oxide von einem Wafer entfernt. Wafer-Dampfphasenreiniger umfassen die Advantage-, Equinox- und ExcaliberTM-Maschinen und ein Dampf-HF-Werkzeug, nämlich VPC-811-A von DNS. Bisher hat niemand einen Wafer-Dampfphasenreiniger zum Entfernen von Nebenprodukten des vorstehend erörterten Typs verwendet. Gegenwärtig wird erwartet, dass die Kosteneinsparungen durch den erfindungsgemäßen Prozess in etwa 0,03 Cent pro Wafer betragen, was mit den gegenwärtigen Lösungsmittelverarbeitungsverfahren zu vergleichen ist, bei denen Kosten von etwa $1,50 pro Wafer auftreten. Zusätzlich ergibt sich in Zusammenhang mit der Erfindung ein Sicherheitsvorteil, der darin besteht, dass, verglichen mit Lösungsmitteln, die nebenbei bemerkt nicht verdünnt werden können, praktisch keine Abfallentsorgung auftritt.
  • Ein als Beispiel dienender Prozessablauf, der die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, wird nachstehend dargelegt:
    In einem Wafer-Dampfphasenreiniger in der Art eines ExcaliberTM werden Wafer, die durch Prozesse unter Verwendung eines durch Diffusion verbesserten silylierten Resists verarbeitet worden sind, in einer gedichteten Ätzkammer geätzt und dann durch vertikales Bewegen der Kammer, um den Spülhohlraum des Wafer-Dampfphasenreinigers freizulegen, in die Spülposition transportiert. Die zwei getrennten Prozesse für das Ätzen und die Spülpositionen sind die folgenden:
  • Ätzposition
  • Schritt 0 Nach dem Einbringen des Wafers in die Kammer wird die Kammer 5 Sekunden lang mit Stickstoff bei 30 Litern/Minute (Ipm) gereinigt.
  • Schritt 1 Die Prozess-Stickstoffströmungsrate wird 5 Sekunden lang bei 12 Ipm stabilisiert, und der Kammerdruck wird auf 26 Zoll Wassersäule (IWC, 1 IWC = 249,09 Pa) geregelt.
  • Schritt 2 Der wassergeladene Stickstoff wird durch Hinzufügen von Wasserdampf bei einer Strömungsrate von 2 Ipm für 10 Sekunden gebildet. Hierdurch wird ermöglicht, dass eine dünne Wasserschicht auf der Oberfläche des Wafers kondensiert.
  • Schritt 3 Wasserfreier HF wird zu den anderen Gasen bei einer Strömungsrate von 180 cm3/Minute hinzugegeben. Die Strömungsraten werden zu 16 Ipm bzw. 10 Ipm für das Stickstoff-Trägergas bzw. den Wasserdampf geändert. Die gesamte Ätzzeit beträgt 5 Sekunden. Oxide werden während dieses Schritts entfernt, so dass nichtflüchtiges Material an der Oberfläche verbleibt.
  • Schritt 4 Die Kammer wird 15 Sekunden lang mit Stickstoff hoher Geschwindigkeit (22 Ipm) und Wasserdampf (2 Ipm) gereinigt, um das Auftreten der Reaktion zu unterbinden und Reaktanten aus der Kammer zu entfernen.
  • Schritte 5, 6 Übergangsschritte von der Ätz- zu der Spülposition.
  • Spülposition
  • Schritt 0 Eine Sekunde zum Stabilisieren der Position.
  • Schritt 1 Der Wafer empfängt 10 Sekunden lang ein Spülen mit deionisiertem Wasser bei einer Schleudergeschwindigkeit von 100 rpm. Wasserlösliche Metallfluoride werden in diesem Schritt entfernt.
  • Schritt 2 Unterbrechen des Spülens mit Wasser und Ermöglichen, dass Wasser auf dem Wafer entfernt wird, bevor rampenförmig auf die Trockenschleudergeschwindigkeit erhöht wird. Die Prozesszeit beträgt etwa eine Minute.
  • Schritt 3 Rampenförmiges Erhöhen auf 3000 rpm, um den Wafer zu trocknen, und Erhöhen des Stickstoffgasflusses auf 30 Ipm. Der Wafer wird in 15 Sekunden getrocknet.
  • Ein Beispiel eines Prozessprogramms unter Verwendung eines Excaliber-Systems wird nachstehend angegeben. Es sei bemerkt, dass die Vorschriften für das Ätzen und das Spülen nur als Beispiel dienen und dass eine mehr oder weniger optimierte Prozessvorschrift möglicherweise nicht die gleichen Vorschriften verwendet. Excalibur-Prozess
    Figure 00070001
    Figure 00080001
  • Eine Anwendung, bei der der vorstehend beschriebene Prozess verwendet werden kann, betrifft Vorrichtungen mit verformbaren Spiegeln (DMDs). 6 zeigt eine Schnittansicht eines Stapels 8, auf dem die DMD gebildet wird. Dieser Stapel weist eine Volumenhalbleiterschicht 9, eine CMOS-Adressierungsschaltungsanordnung 10, eine Photoresistschicht 12 und eine Metallschicht 14 auf. Mit Bezug auf 7, worin eine Schnittansicht einer teilweise gebildeten DMD-Vorrichtung dargestellt ist, sei bemerkt, dass das Ätzen der in 6 dargestellten Metallschicht 14 nach wohlbekannten Techniken zur Herstellung von DMD zur Bildung von mit Spiegeln 18 verbundenen Gelenken 16 führt. Die Gelenke 16 sind mit Metallstäben 20 verbunden, die durch Durchgangslöcher ausgebildet sind, welche sich zu der Ebene der CMOS-Adressierungsschaltungsanordnung 10 herunter erstrecken (durch die verborgenen Linien dargestellt). Eine Bezugszahl 21 zeigt Seitenwandpolymer, das sich während der Herstellung der DMD-Vorrichtung ergibt. Sogar noch mehr Seitenwandpolymer 21 kann vorhanden sein, nachdem die Photoresistschicht 12 fortgeätzt wurde. Das Seitenwandpolymer führt zu besonders störenden Problemen für die Funktionsweise der DMD, weil es das Schwenken (in die Seite oder aus dieser heraus) der Spiegel 18 stören kann, so dass sie in Kontakt mit der CMOS-Adressierungsschaltungsanordnung 10 gelangen können, nachdem die Schicht 12 entfernt wurde. Mit Bezug auf 8, worin eine Schnittansicht einer fertigen DMD-Vorrichtung entsprechend dem erfindungsgemäßen Prozess dargestellt ist, sei bemerkt, dass, nachdem die Schicht 12 aus 7 entfernt wurde, der erfindungsgemäße Prozess zum Entfernen des Seitenwandpolymers verwendet wird, um das Seitenwandpolymer 21 zu beseitigen, wodurch die Produktionsausbeute der DMD-Vorrichtung stark erhöht wird.
  • Wenngleich die Erfindung hier detailliert mit Bezug auf ihre bevorzugte Ausführungsform und bestimmte beschriebene Alternativen beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass diese Beschreibung nur als Beispiel dient und nicht einschränkend auszulegen ist. Wenngleich die Erfindung in manchen Aspekten als sich auf einen DESIRETM-Prozess beziehend beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung mit jedem beliebigen Photoresistprozess verwendet werden kann.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Metall-selektiven Entfernung von Nebenprodukten, die sich aus einem Metallätzen ergeben, von einem Halbleiterwafer, mit den folgenden Schritten: Einbringen von N2Hx, wobei x eine reale Zahl ist, welches durch Führen von Stickstoff über Wasser erreicht wird, in eine Kammer in der Dampfphase, wobei die Kammer den Wafer enthält, worauf sich nicht wasserlösliche Nebenprodukte befinden, und anschließend Einbringen von Dampfphasen-HF in die Kammer, um die nicht wasserlöslichen Nebenprodukte in wasserlösliche Nebenprodukte umzuwandeln, und Entfernen der wasserlöslichen Nebenprodukte von dem Wafer nach dem Ausführen der vorstehend erwähnten Schritte durch ein Spülen mit Wasser.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Dampfphasen-HF wasserfreier HF ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Dampfphasen-HF aus wässrigem HF besteht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das innerhalb eines Wafer-Dampfphasenreinigers ausgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nebenprodukte Kohlenstoff und Metall umfassen.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nebenprodukte Seitenwandpolymer sind und das Metallätzen zur Bildung von Stäben in einer Vorrichtung mit verformbaren Spiegeln führt.
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