JP2002531932A - 半導体製造法における乾式法によるフォトレジストの剥離方法と組成 - Google Patents
半導体製造法における乾式法によるフォトレジストの剥離方法と組成Info
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Abstract
(57)【要約】
半導体集積回路（ＩＣ）の製造法における下方マイクロ波による乾式剥離工程における基材材料に対するフォトレジトのエッチングレートの選択性を改善する方法および組成が提供された。選択性に関する重大な改善は、Ｏ２とＣＦ４のエッチング用混合ガスにＮ２を添加することによって得られた。
Description
【０００１】 発明の分野 本発明は、半導体集積回路（ＩＣ）の製造法における下方マイクロ波による乾
式剥離工程における基材材料に対するフォトレジトのエッチングレートの選択性
を改善する一般的方法に関するものである。選択性に関する重大な改善は、Ｏ２ とＣＦ４のエッチング用混合ガスにＮ２を添加することによって得られた。
式剥離工程における基材材料に対するフォトレジトのエッチングレートの選択性
を改善する一般的方法に関するものである。選択性に関する重大な改善は、Ｏ２ とＣＦ４のエッチング用混合ガスにＮ２を添加することによって得られた。
【０００２】 関連技術の背景 半導体ＩＣ製造方法において、構成するトランジスタのような素子は、半導体
ウェーハまたは、典型的にはシリコンによって作られる基材の上に形成される。
金属製の接続線は、ウェーハの上に配置された金属層からエッチングされ、それ
から、所望の回路を形成するためにその素子間を連結するために使用される。
ウェーハまたは、典型的にはシリコンによって作られる基材の上に形成される。
金属製の接続線は、ウェーハの上に配置された金属層からエッチングされ、それ
から、所望の回路を形成するためにその素子間を連結するために使用される。
【０００３】 これらの金属層は、典型的には、アルミニウム、銅またはアルミニウム合金か
ら作られている。一般的に使用される金属エッチング液は、通常アルミニウムに
対する選択性が高い塩素（Ｃｌ２）を含み、エッチング液は、例えば、ＢＣｌ３ ／Ｃｌ２、ＨＣｌ／Ｃｌ２、ＢＣｌ３／Ｃｌ２／ＳＦ６を含んでいる。
ら作られている。一般的に使用される金属エッチング液は、通常アルミニウムに
対する選択性が高い塩素（Ｃｌ２）を含み、エッチング液は、例えば、ＢＣｌ３ ／Ｃｌ２、ＨＣｌ／Ｃｌ２、ＢＣｌ３／Ｃｌ２／ＳＦ６を含んでいる。
【０００４】 このエッチングされたスタックは、次に、エッチングされないスタックの領域
を覆うために金属エッチングに先だって使用されるフォトレジストを除去する剥
離工程にさらされる。剥離は、プラズマ・アッシャーを用いて行われる。この装
置の中で、Ｏ２はプラズマ中で励起され、フォトレジトを酸化（灰化）する種々
の酸素ラジカルとイオン種に解離される。
を覆うために金属エッチングに先だって使用されるフォトレジストを除去する剥
離工程にさらされる。剥離は、プラズマ・アッシャーを用いて行われる。この装
置の中で、Ｏ２はプラズマ中で励起され、フォトレジトを酸化（灰化）する種々
の酸素ラジカルとイオン種に解離される。
【０００５】 酸素プラズマ中へ高反応性のフッ素を含むガスの導入は、フォトレジストの灰
化レートを増加させるばかりでなく、ポリマー除去も高める。灰化レート（速度
）は、酸素ベースプラズマに少量のＣＦ４を添加することでさえ明白に速くなる
。その理由は、ＣＦ４がフォトレジストの灰化レートを速める原子状の酸素濃度
を著しく増加させるからである。
化レートを増加させるばかりでなく、ポリマー除去も高める。灰化レート（速度
）は、酸素ベースプラズマに少量のＣＦ４を添加することでさえ明白に速くなる
。その理由は、ＣＦ４がフォトレジストの灰化レートを速める原子状の酸素濃度
を著しく増加させるからである。
【０００６】 原子状のフッ素もまた、金属エッチング工程で形成されるポリマーを除去する
ために非常に有効な化学種として知られている。こうした複合ポリマーは、非常
に不揮発性で耐エッチング性が高いので、酸素ベースプラズマで用いられるエッ
チング用ガス、例えば、Ｏ２、Ｏ２／Ｎ２、Ｏ２／Ｈ２Ｏ、Ｏ２／Ｎ２／Ｈ２Ｏ
は、これらのポリマー除去には有効ではない。しばしば、それらは、攻撃的な化
学的溶剤を用いてさえ、完全には除去されない。
ために非常に有効な化学種として知られている。こうした複合ポリマーは、非常
に不揮発性で耐エッチング性が高いので、酸素ベースプラズマで用いられるエッ
チング用ガス、例えば、Ｏ２、Ｏ２／Ｎ２、Ｏ２／Ｈ２Ｏ、Ｏ２／Ｎ２／Ｈ２Ｏ
は、これらのポリマー除去には有効ではない。しばしば、それらは、攻撃的な化
学的溶剤を用いてさえ、完全には除去されない。
【０００７】 複合ポリマーすなわち側壁ポリマーは、典型的にエッチングされたスタックの
垂直壁の上に形成される。これらのポリマーは、炭素（例えば、フォトレジスト
から）、金属、酸化物、珪酸アルミニウム、フッ化炭素からなる複合物の副生成
物である。複合物ポリマーは、壁の回りでフェンスを形成し、除去するのが困難
である。
垂直壁の上に形成される。これらのポリマーは、炭素（例えば、フォトレジスト
から）、金属、酸化物、珪酸アルミニウム、フッ化炭素からなる複合物の副生成
物である。複合物ポリマーは、壁の回りでフェンスを形成し、除去するのが困難
である。
【０００８】 利点があるにもかかわらず、フッ素化学と関連づけられる大きな欠点がある。
非常に反応性に富むフッ素種の攻撃的な性質によって、ＣＦ４が添加された酸素
プラズマは、目標とされたフォトレジストばかりでなく、バリアや下層の材料、
例えば、Ｔｉ，ＴｉＮ，ＴｉＷ，ＳｉＯ２もまた攻撃する。
非常に反応性に富むフッ素種の攻撃的な性質によって、ＣＦ４が添加された酸素
プラズマは、目標とされたフォトレジストばかりでなく、バリアや下層の材料、
例えば、Ｔｉ，ＴｉＮ，ＴｉＷ，ＳｉＯ２もまた攻撃する。
【０００９】 これらの材料の過剰な損失は、フォトレジストのエッチング選択性をかなり低
下させる。こうして、下部の切り取りを最小限に抑えつつフォトレジストと複合
物ポリマーを除去することは、プロセス開発を成功させるためのキーファクター
として残されている。
下させる。こうして、下部の切り取りを最小限に抑えつつフォトレジストと複合
物ポリマーを除去することは、プロセス開発を成功させるためのキーファクター
として残されている。
【００１０】 発明の要約 本発明は、Ｏ２、フッ素を含むガスおよびＮ２ガスを有するエッチング用混合
ガスを用いるフォトレジストと側壁ポリマーの乾式エッチングは、マイクロ波に
基づく剥離機に対して例外的に高い選択性を有している、ということの発見にあ
る程度基づいている。
ガスを用いるフォトレジストと側壁ポリマーの乾式エッチングは、マイクロ波に
基づく剥離機に対して例外的に高い選択性を有している、ということの発見にあ
る程度基づいている。
【００１１】 もっと正確に言えば、Ｏ２／ＣＦ４プラズマへのＮ２ガスの添加は、バリアや
下層の材料に対するフォトレジストの選択性を劇的に増加することが見いだされ
た。
下層の材料に対するフォトレジストの選択性を劇的に増加することが見いだされ
た。
【００１２】 本発明の特徴は、フォトレジストを含むウェーハをチャンバーの中に配置す
る工程と、Ｏ２、フッ素を含むガスおよびＮ２を有するエッチング用混合ガスの
有効量をチャンバー内に導入する工程と、前記エッチング用混合ガスをマイクロ
波放射を用いて分解し、前記分解されたガスを前記フォトレジストとプラズマ相
が反応させる工程とを有することを特徴とする半導体ウェーハからフォトレジス
トを除去する方法が導かれていることである。
る工程と、Ｏ２、フッ素を含むガスおよびＮ２を有するエッチング用混合ガスの
有効量をチャンバー内に導入する工程と、前記エッチング用混合ガスをマイクロ
波放射を用いて分解し、前記分解されたガスを前記フォトレジストとプラズマ相
が反応させる工程とを有することを特徴とする半導体ウェーハからフォトレジス
トを除去する方法が導かれていることである。
【００１３】 本発明の別の特徴は、金属エッチングの後に、フォトレジスト層と、複合物ポ
リマーと有する半導体ウェーハの処理方法であって、前記金属エッチングの後に
、プラズマ反応チャンバー中に半導体ウェーハを配置する工程と、前記半導体ウ
ェーハをＯ２、フッ素を含むガスおよびＮ２を有するエッチング用混合ガスで処
理する工程とを有することを特徴とする半導体ウェーハの処理方法が導かれてい
ることである。
リマーと有する半導体ウェーハの処理方法であって、前記金属エッチングの後に
、プラズマ反応チャンバー中に半導体ウェーハを配置する工程と、前記半導体ウ
ェーハをＯ２、フッ素を含むガスおよびＮ２を有するエッチング用混合ガスで処
理する工程とを有することを特徴とする半導体ウェーハの処理方法が導かれてい
ることである。
【００１４】 本発明の更なる特徴は、真空チャンバーと、マイクロ波放射源と、エッチング
ガス組成とを有し、前記組成は、必須のＯ２、フッ素を含むガス、Ｎ２を含み、
金属バリアおよび酸化物層の下層を最小量削り取りながら、半導体ウェーハスタ
ックからフォトレジストを乾式でエッチングすることを特徴とするプラズマ処理
システムが導かれていることである。
ガス組成とを有し、前記組成は、必須のＯ２、フッ素を含むガス、Ｎ２を含み、
金属バリアおよび酸化物層の下層を最小量削り取りながら、半導体ウェーハスタ
ックからフォトレジストを乾式でエッチングすることを特徴とするプラズマ処理
システムが導かれていることである。
【００１５】 好ましい実施形態においては、前記半導体ウェーハは、下層の酸化物層と金属
バリア層とを有し、前記下層の酸化物とバリア層とがエッチングされるレートを
低減するためにＮ２が導入される。
バリア層とを有し、前記下層の酸化物とバリア層とがエッチングされるレートを
低減するためにＮ２が導入される。
【００１６】 好適な実施の形態に関する詳細な説明 図１は、スタック１００の断面図であり、典型的な基材、例えば、ＩＣあるい
は平板ディスプレイを製造するために用いられる基材、の処理中に形成された層
を示している。
は平板ディスプレイを製造するために用いられる基材、の処理中に形成された層
を示している。
【００１７】 図１は、通常の金属エッチングが完全に遂行された後で、不活性化処理と剥離
処理前のスタックを描写したものである。
処理前のスタックを描写したものである。
【００１８】 他の付加された層が、示された層の上層、下層あるいは層間に存在することは
銘記されるべきである。さらに、示された層の全ては、必ずしも出現する必要が
無く、少量または全部が他の異なる層によって代用されることもある。 スタック１００の底部には、典型的にはシリコンからなる基材１０２が示され
ている。酸化物層１０４は、典型的にはＳｉＯ２からなり、基材１０２の上に形
成される。上述のように、付加された層（図示せず）は、基材１０２と酸化物層
１０４の間に挿入される。１つ以上のバリア１０６は、典型的には、Ｔｉ、Ｔｉ
Ｎ、ＴｉＷあるいは他の適切なバリア材料から形成され、酸化物層１０４と次に
沈積される金属層１０８の間に配置される。
銘記されるべきである。さらに、示された層の全ては、必ずしも出現する必要が
無く、少量または全部が他の異なる層によって代用されることもある。 スタック１００の底部には、典型的にはシリコンからなる基材１０２が示され
ている。酸化物層１０４は、典型的にはＳｉＯ２からなり、基材１０２の上に形
成される。上述のように、付加された層（図示せず）は、基材１０２と酸化物層
１０４の間に挿入される。１つ以上のバリア１０６は、典型的には、Ｔｉ、Ｔｉ
Ｎ、ＴｉＷあるいは他の適切なバリア材料から形成され、酸化物層１０４と次に
沈積される金属層１０８の間に配置される。
【００１９】 バリア層１０６は、提供される場合には、酸化物層１０４から金属層１０８へ
のシリコン原子の拡散を防ぐ機能を果たす。
のシリコン原子の拡散を防ぐ機能を果たす。
【００２０】 金属層１０８は、典型的には、タングステン、アルミニウム、アルミニウム合
金の１つ、例えば、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉからなる。金属
層１０８は、前記アルミニウム合金のいずれでも使用可能であると理解されるが
、この文中では、便宜上、アルミニウム層として参照される。
金の１つ、例えば、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉからなる。金属
層１０８は、前記アルミニウム合金のいずれでも使用可能であると理解されるが
、この文中では、便宜上、アルミニウム層として参照される。
【００２１】 反射防止膜（ＡＲＣ）１１０とオーバーレイフォトレジスト（ＰＲ）層１１２
とを含むスタックの残された２層は、金属層１０８の上に形成される。 ＡＲＣ膜１１０は、典型的には、ＴｉＮ、ＴｉＷまたは他の適当な金属からなり
、光（例えば、フォトレジストにパターン形成するリソグラフィー工程から）が
反射されたり、金属層１０８の表面から散乱されるのを防ぐ手助けをする。
とを含むスタックの残された２層は、金属層１０８の上に形成される。 ＡＲＣ膜１１０は、典型的には、ＴｉＮ、ＴｉＷまたは他の適当な金属からなり
、光（例えば、フォトレジストにパターン形成するリソグラフィー工程から）が
反射されたり、金属層１０８の表面から散乱されるのを防ぐ手助けをする。
【００２２】 フォトレジスト層１１２は、一般的に用いられる正のフォトレジスト材料の層
（典型的には、Ｉライン）、例えば、紫外線照射によりエッチングされるために
パターン形成されている層を表している。
（典型的には、Ｉライン）、例えば、紫外線照射によりエッチングされるために
パターン形成されている層を表している。
【００２３】 複合体すなわち側壁ポリマーの副生成物は、素子の壁にフェンス構造物１２を
形成する。典型的には、酸化物層１０２は約５００〜１０００ｎｍの厚さを有し
、バリア層１０６は約３０〜３００ｎｍの厚さを有し、金属層１０８は約３００
〜１０００ｎｍの厚さを有し、反射防止層１１０は約３０〜２００ｎｍの厚さを
有し、フォトレジスト層は約１〜２μｍの厚さを有する。
形成する。典型的には、酸化物層１０２は約５００〜１０００ｎｍの厚さを有し
、バリア層１０６は約３０〜３００ｎｍの厚さを有し、金属層１０８は約３００
〜１０００ｎｍの厚さを有し、反射防止層１１０は約３０〜２００ｎｍの厚さを
有し、フォトレジスト層は約１〜２μｍの厚さを有する。
【００２４】 スタック１００の層は、熟練した技術でそれらをたやすく見分けられ、スパッ
タリング、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマで強化された化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）
、物理蒸着（ＰＶＤ）を含む、たくさんの適切で公知の蒸着プロセスのいずれか
を使用して形成される。
タリング、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマで強化された化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）
、物理蒸着（ＰＶＤ）を含む、たくさんの適切で公知の蒸着プロセスのいずれか
を使用して形成される。
【００２５】 前記金属製の連結線を形成するために、スタックの層の位置（矢印１１５で示
される）は、金属層１０８を含めて、適当なプラズマ源を用いてエッチングされ
る。
される）は、金属層１０８を含めて、適当なプラズマ源を用いてエッチングされ
る。
【００２６】 例えば、このプロセスは、リソグラフィーシステムにおいてフォトレジスト材
料を露光することによるフォトレジスト層１１２のパターン形成を行う工程、お
よび、次に行われるエッチングを容易にするマスクを形成するフォトレジスト材
料の現像工程を有する。
料を露光することによるフォトレジスト層１１２のパターン形成を行う工程、お
よび、次に行われるエッチングを容易にするマスクを形成するフォトレジスト材
料の現像工程を有する。
【００２７】 次に、適切なエッチング液を用いることにより、マスクによって保護されてい
ない金属層の領域は、エッチングされて除去され、金属製の連結線すなわち形体
が後ろに残る。
ない金属層の領域は、エッチングされて除去され、金属製の連結線すなわち形体
が後ろに残る。
【００２８】 金属エッチングに続いて、エッチングされた副生成物である塩素残査は、スタ
ックの金属の形体上に残っている。塩素残査は、除去されなければ、スタックが
空気にさらされたときに金属層の腐食を引き起こす。
ックの金属の形体上に残っている。塩素残査は、除去されなければ、スタックが
空気にさらされたときに金属層の腐食を引き起こす。
【００２９】 それゆえ、スタックは、塩素残査を除去するために、好ましくは、プラズマ環
境中にＨ２ＯあるいはＨ２Ｏ／Ｏ２を用いる不活性化処理がなされる。
境中にＨ２ＯあるいはＨ２Ｏ／Ｏ２を用いる不活性化処理がなされる。
【００３０】 典型的な一般に行われている不活性化処理は、塩素エッチング液残査を３０〜
６０秒間で除去する。剥離工程でフォトレジストが除去されるレートは、"剥離
レート"として呼ばれる。
６０秒間で除去する。剥離工程でフォトレジストが除去されるレートは、"剥離
レート"として呼ばれる。
【００３１】 フォトレジストおよび／または複合物ポリマーをスタックから除去する本発明
の乾式エッチングプロセスは、プラズマを発生させるマイクロ波放射を使用する
。
の乾式エッチングプロセスは、プラズマを発生させるマイクロ波放射を使用する
。
【００３２】 図２に例示したような適切なマイクロ波剥離機は、使用可能である。一般的に
例示されたマイクロ波剥離機２００は、例えば、２．４５ＧＨｚの周波数で作動
し、５００―１５００Ｗの範囲のパワーを有し、更に好ましくは、１０００―１
５００Ｗの範囲のパワーを有し、最も好ましくは約１２５０Ｗのパワーを有する
マイクロ波発生機２０２を含んでいる。
例示されたマイクロ波剥離機２００は、例えば、２．４５ＧＨｚの周波数で作動
し、５００―１５００Ｗの範囲のパワーを有し、更に好ましくは、１０００―１
５００Ｗの範囲のパワーを有し、最も好ましくは約１２５０Ｗのパワーを有する
マイクロ波発生機２０２を含んでいる。
【００３３】 矢印２０５で描かれたマイクロ波は、発生器２０２で生成し、プラズマ導波管
２０４を経由してプラズマアプリケータ２０６まで伝達される。矢印２０８で描
かれたプロセスガス源は、出入り口２１０を通り、プラズマアプリケータ２０６
中に流れ、マイクロ波２０５で励起されてプラズマ２１２を形成し、プロセスチ
ャンバー２１６の中に出入り口２１４を通って流れる。
２０４を経由してプラズマアプリケータ２０６まで伝達される。矢印２０８で描
かれたプロセスガス源は、出入り口２１０を通り、プラズマアプリケータ２０６
中に流れ、マイクロ波２０５で励起されてプラズマ２１２を形成し、プロセスチ
ャンバー２１６の中に出入り口２１４を通って流れる。
【００３４】 プロセスガス源の全流量レートは、好ましくは、５００―６０００ｃｍ３／ｍ
ｉｎ（ｓｃｃｍ）、より好ましくは、２０００―６０００ｓｃｃｍ、最も好まし
くは、約４０００ｓｃｃｍである。プロセスガス源の組成は、本発明の種々の実
施形態の中に記載されている。 チャンバー２１６中において、プラズマは、好ましくは、基材２２０上に流れる
前にバッフル２１８によって分流され、スタックを不活性化し、および／または
、スタックを剥離する（図示せず）。
ｉｎ（ｓｃｃｍ）、より好ましくは、２０００―６０００ｓｃｃｍ、最も好まし
くは、約４０００ｓｃｃｍである。プロセスガス源の組成は、本発明の種々の実
施形態の中に記載されている。 チャンバー２１６中において、プラズマは、好ましくは、基材２２０上に流れる
前にバッフル２１８によって分流され、スタックを不活性化し、および／または
、スタックを剥離する（図示せず）。
【００３５】 基材は、プロセスチャンバー２１６内の底部電極２２２の上に配置され、約１
８０―３００℃の範囲でチャック温度を維持するように抵抗が加熱され、より好
ましくは、約２２５―２７５℃の範囲で、最も好ましくは、約２４０―２５０℃
の範囲で加熱される。
８０―３００℃の範囲でチャック温度を維持するように抵抗が加熱され、より好
ましくは、約２２５―２７５℃の範囲で、最も好ましくは、約２４０―２５０℃
の範囲で加熱される。
【００３６】 プロセスチャンバーの圧力は、好ましくは、約０．５−６Ｔｏｒｒの範囲に、
より好ましくは、約１−３Ｔｏｒｒの範囲に、最も好ましくは、約２Ｔｏｒｒに
維持される。
より好ましくは、約１−３Ｔｏｒｒの範囲に、最も好ましくは、約２Ｔｏｒｒに
維持される。
【００３７】 不活性化および剥離によって発生した廃棄される生成物は、廃棄口２２４から
排出される。好ましいマイクロ波源は、化学プラズマ源"ＣＰＳ"であり、ウォー
バーン、ＭＡのアプライド・サイエンス・アンドテクノロジー社によって製造さ
れている。
排出される。好ましいマイクロ波源は、化学プラズマ源"ＣＰＳ"であり、ウォー
バーン、ＭＡのアプライド・サイエンス・アンドテクノロジー社によって製造さ
れている。
【００３８】 本発明に関する１つの好ましい手段については上記で説明したが、技術上の種
々の技法は、本発明が他のマイクロ波プラズマシステムにおいて実行されること
を認めるであろう。
々の技法は、本発明が他のマイクロ波プラズマシステムにおいて実行されること
を認めるであろう。
【００３９】 乾式エッチングに対する適切なプロセスガス源は、Ｏ２、Ｎ２およびフッ素含
有成分、好ましくはＣＦ４である、からなるエッチング用混合ガスである。他の
適切なフッ素含有成分としては、例えば、フッ化炭素、例えば、Ｃ２Ｆ６および
多分ＮＦ３を含むことが期待される。 Ｎ２の存在は、バリアや下層材料に比較したときのフォトレジスト材料の選択
性を高める。第２材料と比較したときのフォトレジスト材料の"選択性"という語
は、第２材料のエッチングレートに対するフォトレジストエッチングレートの比
と定義される。
有成分、好ましくはＣＦ４である、からなるエッチング用混合ガスである。他の
適切なフッ素含有成分としては、例えば、フッ化炭素、例えば、Ｃ２Ｆ６および
多分ＮＦ３を含むことが期待される。 Ｎ２の存在は、バリアや下層材料に比較したときのフォトレジスト材料の選択
性を高める。第２材料と比較したときのフォトレジスト材料の"選択性"という語
は、第２材料のエッチングレートに対するフォトレジストエッチングレートの比
と定義される。
【００４０】 Ｏ２は、典型的にはエッチング用混合ガス中の約４０―９９容積％からなり、
好ましくは約６０―９５容積％、より好ましくは、約７０―９０容積％である。
フッ素含有成分は、典型的にはエッチング用混合ガス中の０．５―３０容積％か
らなり、好ましくは、２．５―２０容積％、より好ましくは、５―１５容積％で
ある。Ｎ２は、典型的にはエッチング用混合ガス中の約０．５―３０容積％から
なり、好ましくは、約２．５―２０容積％、より好ましくは、約５―１５容積％
である。
好ましくは約６０―９５容積％、より好ましくは、約７０―９０容積％である。
フッ素含有成分は、典型的にはエッチング用混合ガス中の０．５―３０容積％か
らなり、好ましくは、２．５―２０容積％、より好ましくは、５―１５容積％で
ある。Ｎ２は、典型的にはエッチング用混合ガス中の約０．５―３０容積％から
なり、好ましくは、約２．５―２０容積％、より好ましくは、約５―１５容積％
である。
【００４１】 マイクロ波剥離機に使用されるエッチング用混合ガスの全流量レートは、素子
の大きさおよび操作変数に依存するのは明白である。
の大きさおよび操作変数に依存するのは明白である。
【００４２】 表面上に形成された異なる成分を有するシリコンウェーハが製造され、本発明
のプロセスの選択性を実証するために同じ条件下でエッチングされた。具体的に
いうと、各シリコンウェーハに対して、次の物質の１つを有する層がその上に形
成された。すなわち、ＳｉＯ２（８００ｎｍ厚さ）、ＴｉＮ（８０ｎｍ）、Ｔｉ
（８０ｎｍ）、ＴｉＷ（８０ｎｍ）、Ｗ（１００ｎｍ）およびフォトレジスト（
１．６μｍ）である。
のプロセスの選択性を実証するために同じ条件下でエッチングされた。具体的に
いうと、各シリコンウェーハに対して、次の物質の１つを有する層がその上に形
成された。すなわち、ＳｉＯ２（８００ｎｍ厚さ）、ＴｉＮ（８０ｎｍ）、Ｔｉ
（８０ｎｍ）、ＴｉＷ（８０ｎｍ）、Ｗ（１００ｎｍ）およびフォトレジスト（
１．６μｍ）である。
【００４３】 スタックの形成に続いて、スタックは、２Ｔｏｒｒの圧力、１００Ｗで作動さ
れる上記のマイクロ波剥離機中に配置された。エッチング用混合ガスの流速は、
４ｌ／ｍであり、スタックは２５０℃に維持された。Ｏ２とＣＦ４（５％）を含
みＮ２（または、比較としての水）の量を変化させたエッチング用混合ガスが使
用された。
れる上記のマイクロ波剥離機中に配置された。エッチング用混合ガスの流速は、
４ｌ／ｍであり、スタックは２５０℃に維持された。Ｏ２とＣＦ４（５％）を含
みＮ２（または、比較としての水）の量を変化させたエッチング用混合ガスが使
用された。
【００４４】 図３および図４は、乾式エッチングにおけるフォトレジスト剥離レートと金属
および酸化物のエッチングレートにおける変化が、Ｏ２／ＣＦ４エッチング用混
合ガスへのＮ２または水蒸気の添加によって引き起こされることを示すテスト結
果である。
および酸化物のエッチングレートにおける変化が、Ｏ２／ＣＦ４エッチング用混
合ガスへのＮ２または水蒸気の添加によって引き起こされることを示すテスト結
果である。
【００４５】 Ｎ２の影響を示す図３より明白なように、ＴｉＮのエッチングレートは比較的
に一定であるという例外を除いて、Ｎ２添加によって、金属層および酸化珪素の
エッチングレートは減少する。フォトレジスト剥離レートは、初期に増加し、Ｎ ２ が約５容積％で最大レートとなり、それ以上Ｎ２を添加するとしだいに減少す
る。
に一定であるという例外を除いて、Ｎ２添加によって、金属層および酸化珪素の
エッチングレートは減少する。フォトレジスト剥離レートは、初期に増加し、Ｎ ２ が約５容積％で最大レートとなり、それ以上Ｎ２を添加するとしだいに減少す
る。
【００４６】 比較用の水蒸気がＮ２の代わりに添加された時の、別の全く同じ剥離工程にお
ける結果が図４に示されている。フォトレジスト剥離レートおよびＴｉＮのエッ
チングレートは、Ｎ２添加の場合と同様の傾向を示しているが、他の下層材料、
すなわち、Ｔｉ、ＴｉＷ、Ｗ、その酸化物のエッチングレートは、水の添加とと
もに同様の傾向を示さない。
ける結果が図４に示されている。フォトレジスト剥離レートおよびＴｉＮのエッ
チングレートは、Ｎ２添加の場合と同様の傾向を示しているが、他の下層材料、
すなわち、Ｔｉ、ＴｉＷ、Ｗ、その酸化物のエッチングレートは、水の添加とと
もに同様の傾向を示さない。
【００４７】 具体的にいうと、ＴｉおよびＷは、初期にエッチングレートが減少し、続いて
エッチングレートが増加する。その反対に、ＴｉＷは、初期にエッチングレート
が増加し、続いてエッチングレートが減少する。最後に、酸化物のエッチングレ
ートは、テスト範囲全域でしだいに増加する。
エッチングレートが増加する。その反対に、ＴｉＷは、初期にエッチングレート
が増加し、続いてエッチングレートが減少する。最後に、酸化物のエッチングレ
ートは、テスト範囲全域でしだいに増加する。
【００４８】 図５は、上記の比較テストで、エッチング用混合ガス中に存在するＮ２または
水の量がフォトレジストの酸化物に対する選択性に及ぼす影響を示している。
水の量がフォトレジストの酸化物に対する選択性に及ぼす影響を示している。
【００４９】 フォトレジストの酸化物に対する選択性は、Ｎ２の添加によりかなり劇的に改
善したが、その選択性は、水の添加によりわずかしか増加しない。
善したが、その選択性は、水の添加によりわずかしか増加しない。
【００５０】 同様に、図６は、エッチング用混合ガス中に存在するＮ２または水の量がフォ
トレジストのＴｉＮに対する選択性に及ぼす影響を示している。フォトレジスト
のＴｉＮに対する選択性は初期に急激に改善し、Ｎ２を更に追加すると、レート
は小さくなるが改善は継続される。この選択性は水の添加により、わずかに初期
に増加し、続いて急激に増加する。
トレジストのＴｉＮに対する選択性に及ぼす影響を示している。フォトレジスト
のＴｉＮに対する選択性は初期に急激に改善し、Ｎ２を更に追加すると、レート
は小さくなるが改善は継続される。この選択性は水の添加により、わずかに初期
に増加し、続いて急激に増加する。
【００５１】 図１に示される構造を有するスタック層は、シリコンウェーハ上に形成される
。具体的にいうと、酸化物、バリア、金属、ＡＲＣおよびフォトレジストは、次
の材料と厚さを有する、すなわち、ＳｉＯ２（８００ｎｍ）／Ｔｉ（２０ｎｍ）
，ＴｉＮ（５０ｎｍ）／Ａｌ（８００ｎｍ）／ＴｉＮ（６０ｎｍ）／ＰＲ（１．
２μｍ）である。
。具体的にいうと、酸化物、バリア、金属、ＡＲＣおよびフォトレジストは、次
の材料と厚さを有する、すなわち、ＳｉＯ２（８００ｎｍ）／Ｔｉ（２０ｎｍ）
，ＴｉＮ（５０ｎｍ）／Ａｌ（８００ｎｍ）／ＴｉＮ（６０ｎｍ）／ＰＲ（１．
２μｍ）である。
【００５２】 この場合において、バリア層は、Ｔｉ層およびＴｉＮ層を有する。上記材料を
有するスタックの形成に続いて、スタックは、図１のものと同様な構造体を形成
するために、フレモント、ＣＡのラム・リサーチ社のＬＡＭ９６００トランスフ
ォーマー・カップルド・プラズマ（ＴＣＰ）ＴＭ反応器の中で、メタルエッチン
グされる。
有するスタックの形成に続いて、スタックは、図１のものと同様な構造体を形成
するために、フレモント、ＣＡのラム・リサーチ社のＬＡＭ９６００トランスフ
ォーマー・カップルド・プラズマ（ＴＣＰ）ＴＭ反応器の中で、メタルエッチン
グされる。
【００５３】 その後、フォトレジストと複合体ポリマー除去は、上述のマイクロ波剥離機を
用いて、（１）Ｏ２およびＣＦ４または（２）Ｏ２、ＣＦ４およびＮ２からなる
エッチング用混合ガスを用いて行われる。
用いて、（１）Ｏ２およびＣＦ４または（２）Ｏ２、ＣＦ４およびＮ２からなる
エッチング用混合ガスを用いて行われる。
【００５４】 走査電子顕微鏡は、Ｎ２の添加によって下層の剥ぎ取りが、すなわちＴｉ／Ｔ
ｉＮバリア金属の攻撃が、かなり低減されたことを示している。 本発明の方法は、典型的に、少なくとも約２μｍ／分の剥離レートで、好ましく
は、約３〜６μｍ／分の剥離レートで除去する。
ｉＮバリア金属の攻撃が、かなり低減されたことを示している。 本発明の方法は、典型的に、少なくとも約２μｍ／分の剥離レートで、好ましく
は、約３〜６μｍ／分の剥離レートで除去する。
【００５５】 さらに、下層の酸化物層と比較された時のフォトレジストの選択性は、少なく
とも８０：１であり、ＳｉＯ２からなる下層に対しては、その比は、好ましくは
、約８０：１から約２００：１の範囲である。
とも８０：１であり、ＳｉＯ２からなる下層に対しては、その比は、好ましくは
、約８０：１から約２００：１の範囲である。
【００５６】 さらに、金属バリア層に比較された時のフォトレジストの選択性は、少なくと
も２８０：１であり、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷとそれらの混合物からなるグループ
から選択された金属からなるバリア層に対しては、その比は、好ましくは、約２
８０：１から約３５０：１の範囲である。
も２８０：１であり、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷとそれらの混合物からなるグループ
から選択された金属からなるバリア層に対しては、その比は、好ましくは、約２
８０：１から約３５０：１の範囲である。
【００５７】 本発明の好ましい実施形態だけは、具体的に開示され上述のように記載された
が、上記の教えの観点および発明の意図された趣旨と範囲から外れないで付加さ
れた請求項の範囲以内で、本発明の多くの変更や変形が可能であるということは
よく理解できる。
が、上記の教えの観点および発明の意図された趣旨と範囲から外れないで付加さ
れた請求項の範囲以内で、本発明の多くの変更や変形が可能であるということは
よく理解できる。
【図１】 スタックの断面図を示したものであり、次に金属エッチングが行われる剥離前
のものであり、典型的な半導体ＩＣの製造の間に形成された層を示している。
のものであり、典型的な半導体ＩＣの製造の間に形成された層を示している。
【図２】 本発明の剥離技術が適切に使用されているマイクロ波プラズマ剥離機の簡略化
された概念図である。
された概念図である。
【図３】 フォトレジストの剥離レートおよびバリアと下層材料のエッチングレートに対
する、Ｏ２／ＣＦ４エッチング用混合ガスへのＮ２の添加効果を示すグラフであ
る。
する、Ｏ２／ＣＦ４エッチング用混合ガスへのＮ２の添加効果を示すグラフであ
る。
【図４】 フォトレジストの剥離レートおよびバリアと下層材料のエッチングレートに対
する、Ｏ２／ＣＦ４エッチング用混合ガスへのＨ２Ｏの添加効果を示すグラフで
ある。
する、Ｏ２／ＣＦ４エッチング用混合ガスへのＨ２Ｏの添加効果を示すグラフで
ある。
【図５】 フォトレジスト／酸化物とフォトレジスト／ＴｉＮの選択性に対する、Ｏ２／
ＣＦ４エッチング用混合ガスへのＮ２の添加効果を示すグラフである。
ＣＦ４エッチング用混合ガスへのＮ２の添加効果を示すグラフである。
【図６】 フォトレジスト／酸化物とフォトレジスト／ＴｉＮの選択性に対する、Ｏ２／
ＣＦ４エッチング用混合ガスへのＨ２Ｏの添加効果を示すグラフである。
ＣＦ４エッチング用混合ガスへのＨ２Ｏの添加効果を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヤン， ユン−イェン， ジャック アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95120， サン ホセ， モジェイヴ ド ライブ 6486 Ｆターム(参考） 5F004 AA03 BA20 BB14 BB18 BD01 DA00 DA01 DA25 DA26 DB26 EA22
Claims (23)
- 【請求項１】 フォトレジストを含むウェーハをチャンバーの中に配置する
工程と、 Ｏ２、フッ素を含むガスおよびＮ２を有するエッチング用混合ガスの有効量を
チャンバー内に導入する工程と、 前記エッチング用混合ガスをマイクロ波放射を用いて分解し、前記分解された
ガスと前記フォトレジストとをプラズマ相が反応させる工程と、 を有することを特徴とする半導体ウェーハからフォトレジストを除去する方法。 - 【請求項２】 前記半導体ウェーハは、下層の酸化物層を有し、前記エッチ
ング用混合ガスを導入する工程は、前記下層の酸化物層がエッチングされるレー
トを低減するために、十分な量のＮ２を導入することを特徴とする請求項１に記
載の方法。 - 【請求項３】 前記分解されたガスとフォトレジストとを反応させる工程が
、第１のレートで前記フォトレジストを除去し、第２のレートで前記下層の酸化
物層を除去し、前記第１のレートに対する前記第２のレートの比が少なくとも８
０：１に等しいことを特徴とする請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 下層の酸化物層は、ＳｉＯ２を有し、前記比は、約８０：１
から約２００：１の範囲であることを特徴とする請求項３に記載の方法。 - 【請求項５】 前記半導体ウェーハは、金属バリア層を有し、前記エッチン
グ用混合ガスを導入する工程では、前記金属バリア層がエッチングされるレート
を低減するために十分な量のＮ２を導入することを特徴とする請求項１に記載の
方法。 - 【請求項６】 前記分解ガスをフォトレジストと反応させる前記工程は、第
１のレートで前記フォトレジストを除去し、第２のレートで前記金属バリア層を
除去し、前記第１のレートに対する前記第２のレートの比が少なくとも２８０：
１に等しいことを特徴とする請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 前記金属バリア層は、Ｔｉ，ＴｉＮ，ＴｉＷ，およびそれら
の混合物からなるグループから選択された材料を有し、前記比は、約２８０：１
から約３５０：１の範囲であることを特徴とする請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 前記Ｏ２が前記エッチング用混合ガスの約４０〜９９容積％
を有し、前記フッ素を含むガスが前記エッチング用混合ガスの約０．５〜３０容
積％を有し、前記Ｎ２が前記エッチング用混合ガスの約０．５〜３０容積％を有
することを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】 前記フッ素を含むガスがＣＦ４であることを特徴とする請求
項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記フォトレジストが少なくとも２μｍ／分のレートでエ
ッチングされることを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記エッチング用混合ガスの分解工程は、約０．５〜６Ｔ
ｏｒｒの圧力に維持されているチャンバー中でプラズマを発生させることを特徴
とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項１２】 金属エッチングの後に行うフォトレジスト層と、複合物ポ
リマーとを有する半導体ウェーハの処理方法であって、 前記金属エッチングの後にプラズマ反応チャンバー中に半導体ウェーハを配置
する工程と、 前記半導体ウェーハをＯ２、フッ素を含むガスおよびＮ２エッチング用混合ガ
スで処理する工程と、 を有することを特徴とする半導体ウェーハの処理方法。 - 【請求項１３】 前記半導体ウェーハは、下層の酸化物層を有し、前記半導
体ウェーハの処理工程では、前記下層の酸化物層がエッチングされるレートを低
減するために十分なＮ２量を導入することを特徴とする請求項１２に記載の方法
。 - 【請求項１４】 前記半導体ウェーハの処理工程は、第１のレートで前記フ
ォトレジストを除去し、第２のレートで前記下層の酸化物層を除去し、前記第１
のレートに対する前記第２のレートの比が少なくとも８０：１に等しいことを特
徴とする請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 下層の酸化物層は、ＳｉＯ２を有し、前記比は、約８０：
１から約２００：１の範囲であることを特徴とする請求項３に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記半導体ウェーハは、金属バリア層を有し、前記半導体
ウェーハの処理工程は、前記金属バリア層がエッチングされるレートを低減する
ために十分なＮ２量を導入することを特徴とする請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記半導体ウェーハの処理工程は、第１のレートで前記フ
ォトレジストを除去し、第２のレートで前記金属バリア層を除去し、前記第１の
レートに対する前記第２のレートの比が少なくとも２８０：１に等しいことを特
徴とする請求項１６に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記金属バリア層は、Ｔｉ，ＴｉＮ，ＴｉＷ，およびそれ
らの混合物からなるグループから選択された材料を有し、前記比は、約２８０：
１から約３５０：１の範囲であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記Ｏ２が前記エッチング用混合ガスの約４０〜９９容積
％を有し、前記フッ素を含むガスが前記エッチング用混合ガスの約０．５〜３０
容積％を有し、前記Ｎ２が前記エッチング用混合ガスの約０．５〜３０容積％を
有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。 - 【請求項２０】 前記フッ素を含むガスがＣＦ４であることを特徴とする請
求項１９に記載の方法。 - 【請求項２１】 前記半導体ウェーハの処理工程は、前記フォトレジストを
少なくとも２μｍ／分のレートでエッチングすることを特徴とする請求項１２に
記載の方法。 - 【請求項２２】 前記プラズマ反応チャンバーが約０．５〜６Ｔｏｒｒの圧
力に維持されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項２３】 真空チャンバーと、マイクロ波放射源と、エッチングガス
組成とを有し、 前記組成は、必須のＯ２、フッ素を含むガス、Ｎ２を含み、金属バリアおよび
酸化物層の下層を最小量削り取りながら、半導体ウェーハスタックからフォトレ
ジストを乾式でエッチングすることを特徴とするプラズマ処理システム。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/994,552 US6080680A (en) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | Method and composition for dry etching in semiconductor fabrication |
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