JP2004134520A

JP2004134520A - レジストの除去方法

Info

Publication number: JP2004134520A
Application number: JP2002296464A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Ishikawa; 石川　吉夫; Hiroya Tanaka; 田中　寛也; Katsunao Kugimiya; 釘宮　克尚; Keiji Horioka; 堀岡　啓治; Takashi Shimizu; 清水　隆史; Naoki Oka; 岡　直樹
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】エッチング工程においてパターニング後の被処理基体から残留レジストを除去するに際し、低誘電率材料からなる絶縁膜のダメージを十分に抑制することが可能なレジストの除去方法を提供すること。
【解決手段】低誘電率材料からなる絶縁膜を有する被処理基体上に設けられたレジストを除去する際に、酸素ガス圧１００ｍＴｏｒｒ以下、ＲＦ出力２５０Ｗ以下で発生させた酸素ガスプラズマにより被処理基体にアッシング処理を施す。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化に伴い、トランジスタを接続する配線の多層化及び微細化が進められている。また、この場合の配線の材料としては、従来のアルミニウムに代わり、より導電性に優れる低抵抗の銅が使用されるようになっている。さらに、多層配線構造においては、隣接する金属配線同士の間に層間絶縁膜が設けられるが、隣接する金属配線同士の間の容量結合を低減して素子の動作スピードを向上させるべく、層間絶縁膜の低誘電率化が図られている。
【０００３】
上述の多層配線構造は、例えば半導体膜と絶縁膜とが交互に積層された積層構造において、半導体膜及び絶縁膜にレジストマスクを介してエッチングを行い、形成された配線溝又はビアホールに金属を埋め込むことにより形成可能である。エッチング工程においては、パターニング後に不要となったレジストマスク（残留レジスト）に酸素ガスプラズマ等の活性種を利用するアッシング処理を施すことで、残留レジストを除去することができる（例えば特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−７７４１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のアッシング処理では、酸素ガスプラズマ等の活性種により層間絶縁膜がダメージを受けるため、アッシング処理後の絶縁膜における誘電率の上昇や屈折率変化等の物性変化が起こりやすい。また、アッシング処理時に層間絶縁膜が機械的に収縮したり、その後の洗浄液（例えばＨＦ）等による処理の際に絶縁膜の一部が損失したりする場合がある。
【０００６】
なお、上記特許文献１には、絶縁膜の誘電率の上昇を防止するために、酸素ガスプラズマによるアッシング処理を０．０１〜３０．０Ｔｏｒｒの圧力雰囲気下で行うことが記載されている。しかし、このようなアッシング処理を行った場合であっても、アッシング処理時間が長くなると絶縁膜のダメージが増大するため、誘電率の上昇防止効果は必ずしも十分とは言えない。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、エッチング工程においてパターニング後の被処理基体から残留レジストを除去するに際し、低誘電率材料からなる絶縁膜のダメージを十分に抑制することが可能なレジストの除去方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、先ず、酸素ガスプラズマによるアッシング処理を行う場合、特許文献１記載の方法のように単に圧力雰囲気を制御するだけでは、酸素ガスプラズマによる絶縁膜のダメージを抑制することは非常に困難であることを見出した。そして、かかる知見に基づき更に研究した結果、酸素ガスプラズマを発生させる際の酸素ガス圧及びＲＦ出力がそれぞれ特定の条件を満たす場合に絶縁膜のダメージが十分に抑制されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明のレジストの除去方法は、低誘電率材料からなる絶縁膜を有する被処理基体上に設けられたレジストを除去する方法であって、酸素ガス圧１００ｍＴｏｒｒ以下、ＲＦ出力２５０Ｗ以下で発生させた酸素ガスプラズマにより被処理基体にアッシング処理を施すことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、酸素ガス圧１００ｍＴｏｒｒ以下、ＲＦ出力２５０Ｗ以下で発生させた酸素ガスプラズマによりアッシング処理を行うことで、絶縁膜が低誘電率材料からなる場合であっても、酸素ガスプラズマによる絶縁膜のダメージを十分に抑制することができ、その結果、絶縁膜の誘電率の上昇や屈折率変化等の物性変化、さらには絶縁膜の機械的収縮や洗浄液（例えばＨＦ）等による処理時における絶縁膜の損失などの現象を防止することが可能となる。また、かかるダメージの抑制効果は、アッシング処理時間が比較的長くなっても十分に高水準に維持される。
【００１１】
また、本発明のレジストの除去方法は、レジストが、被処理基体にレジストマスクを介して所定のパターンを形成した後に被処理基体上に残留するレジストであることを特徴としてもよい。かかる残留レジストを除去する際に、酸素ガスプラズマによる絶縁膜のダメージを十分に抑制できる点で本発明は非常に有用である。
【００１２】
また、本発明のレジストの除去方法は、絶縁膜の誘電率が４．０以下であることを特徴としてもよい。絶縁膜の誘電率が４．０以下であっても、酸素ガスプラズマによるダメージを十分に抑制することでアッシング処理後の誘電率を高水準に維持しつつ、レジストの除去を効果的に行うことができる。
【００１３】
また、本発明のレジストの除去方法においては、低誘電率材料が、アモルファス・フッ素化炭素、スピンオン・ガラス、エーロゲル、ポリ（アリレン）エーテル、フッ素化ポリ（アリレン）エーテル及びジビニルシロキサンベンゾシクロブタン及び有機基を有するシリコン酸化物から選ばれる１種、中でも低誘電率材料が有機基を含むシリコン酸化物である場合に特に優れた効果を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面中、同一又は相当部分には同一符号を付することとし、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は、本発明のレジストの除去方法において好ましく使用されるプラズマ処理装置の一例を模式的に示す断面図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、平行平板型の、容量結合プラズマ方式のプラズマ処理装置である。
【００１６】
プラズマ処理装置１０は反応室１２を有するチャンバ１４を備えており、このチャンバ１４は、半導体基板１（被処理基体）を支持するサセプタ１１（支持部）と、サセプタ１１に対向して設置された対向電極１３とを有している。サセプタ１１は、導電性の部分を有しており、この導電性の部分には、インピーダンス整合器２（インピーダンス整合部）及び高周波電源部４がこの順に接続されている。高周波電源部４及び対向電極１３は、同一電位にある接地電位に接続されている。また、高周波電源部４は、所定範囲の周波数から適宜選択される任意の周波数を有する高周波電力を発生するものであり、インピーダンス整合器２を通してサセプタ１１へ印加される高周波電力の出力を連続的又は段階的に変化させることが可能である。
【００１７】
また、チャンバ１４には、反応ガス供給系１６から配管１５ａを通して供給されるプラズマ形成用のガスをチャンバ１４内に導入するための供給口１４ａが設けられている。さらに、チャンバ１４には、反応室１２内の減圧を行うための真空ポンプ１７に配管１５ｂを介して接続された排気口１４ｂが設けられている。
【００１８】
上記の構成を有するプラズマ処理装置１０は、アッシング処理だけでなく、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｒｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）に使用することも可能なものである。従って、他のチャンバでエッチング処理された半導体基板についてプラズマ処理装置１０によるアッシング処理を行ってもよく、プラズマ処理装置１０のチャンバ１４内で連続的に（すなわちチャンバ１４から基板１を取り出すことなく）エッチング処理とアッシング処理を行ってもよい。
【００１９】
以下、エッチング処理後の半導体基板１についてアッシング処理を行う手順の一例について説明する。
【００２０】
半導体基板１は、低誘電率材料からなる絶縁膜を備えるもので、前述の通りフォトレジスト下層の金属膜や絶縁膜のエッチング処理が終了した後のものである。このような半導体基板１の例として、デュアルダマシンプロセスの典型的な工程における半導体基板を図２（ａ）〜（ｃ）に模式的に示す。図２（ａ）〜（ｃ）に示した半導体基板は絶縁層２１、２３、２５とエッチングストップ層２２、２４とが交互に積層された構造を有するもので、（ａ）はトレンチエッチング工程（２７はトレンチ）、（ｂ）はレジストストリップ工程、（ｃ）はストッパーエッチング工程における半導体基板１の断面図を示している。
【００２１】
絶縁層２１、２３、２５は低誘電率材料からなるものであり、その誘電率ｋは４．０以下、好ましくは３．５以下である。このような低誘電率材料としては、アモルファス・フッ素化炭素、スピンオン・ガラス、エーロゲル、ポリ（アリレン）エーテル、フッ素化ポリ（アリレン）エーテル及びジビニルシロキサンベンゾシクロブタン、有機基を有するシリコン酸化物などが使用可能である。有機基を有するシリコン酸化物の好ましい例としては、例えばＢＬＡＣＫ　ＤＩＡＭＯＮＤ（商標、アプライドマテリアルズ社）が挙げられる。
【００２２】
エッチングストップ層２２、２４は、絶縁層２１、２３、２５のエッチングに使用する化学物質によってエッチングされにくい誘電体で構成される。かかる誘電体の好ましい例としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などが挙げられる。
【００２３】
絶縁層２１には配線溝が形成されており、この配線溝には下層配線としての銅３２が埋め込まれている。また、絶縁層２３、２５及びエッチングストップ層２２、２４を貫通して配線溝と下層配線へのビア孔とを形成し、この複合形状の開口部に一括して銅を埋め込むことで、多層配線構造が形成される。
【００２４】
上記のエッチング処理はレジストマスクを介して行われる。そして、パターニング後の半導体基板１には不要となったレジストマスクが残留している。かかる半導体基板１についてプラズマ処理装置１０によるアッシングを行う場合、先ず、半導体基板１がサセプタ１１上に載置され、その後、真空ポンプ１７によりチャンバ１４内が減圧される。
【００２５】
反応室１２が所定の真空度になると、反応ガス供給系１６からチャンバ１４内に反応ガスが導入され、酸素ガス圧が１００ｍＴ以下に調整される。この反応ガスは、酸素ガスのみからなるものであってもよく、酸素ガスと不活性ガス（アルゴンなど）との混合ガスであってもよいが、混合ガスを用いる場合は酸素分圧が上記の条件を満たすことが必要である。
【００２６】
反応室１２内の酸素ガス圧が１００ｍＴ以下となった後、サセプタ１１にＲＦ電力（高周波電力）が印加される。このときのＲＦ出力は２５０Ｗ以下に調整される。これにより、反応室１２内には交番電界が発生し、サセプタ１１と対向電極１３との間に連続グロー放電による酸素ガスプラズマが形成される。そして、酸素ガスの解離によって生じた活性種である酸素イオンが、サセプタ１１と対向電極１３との間に印加された電位により半導体基板１側に引き込まれる。この酸素イオンにより、有機物である残留レジストがＣＯｘやＨ_２Ｏ等に分解される。残留レジストの分解生成物は、排気口１４ｂからチャンバ１４外へ排出される。
【００２７】
なお、酸素ガス圧及びＲＦ出力の下限値については、酸素ガスプラズマの形成が可能であれば特に制限されないが、酸素ガス圧は１０ｍＴｏｒｒ以上、ＲＦ出力は３０Ｗ以上であることが好ましい。酸素ガス圧が１０〜１００ｍＴｏｒｒの範囲内であり、ＲＦ出力が３０〜２５０Ｗの範囲内であると、絶縁膜のダメージを抑制しつつ酸素ガスプラズマ形成を安定的に行うことができる。また、アッシング処理の際の処理温度は、好ましくは１００℃以下、より好ましくは５０℃以下である。
【００２８】
このように、酸素ガス圧１００ｍＴｏｒｒ以下、ＲＦ出力２５０Ｗ以下で発生させた酸素ガスプラズマによりアッシング処理を行うことで、絶縁膜が低誘電率材料からなる場合であっても、酸素ガスプラズマによる絶縁膜のダメージを十分に抑制することができ、その結果、絶縁膜の誘電率の上昇や屈折率変化等の物性変化、さらには絶縁膜の機械的収縮や洗浄液（例えばＨＦ）等による処理時における絶縁膜の損失などの現象を防止することができる。従って、本発明のレジストの除去方法は、例えばデュアルダマシン技術を利用した多層配線の形成において非常に有用である。
【００２９】
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３０】
［実施例１〜３、比較例１、２］
図３（ａ）〜（ｅ）は本実施例における各処理工程での被処理基体を模式的に示す断面図である。実施例１〜３及び比較例１では、先ず、ＵＳＧ（ケイ酸塩ガラス）基板３０上にＢＤ（ＢＬＡＣＫ　ＤＩＡＭＯＮＤ、アプライドマテリアルズ社製）層３１を積層した被処理基体を用意した。この被処理基体について、図１に示したプラズマ処理装置を用い、表１に示す酸素圧及びＲＦ出力で酸素ガスプラズマによるアッシング処理を一定時間行った（図３（ａ））。また、比較例２では、従来型のバレルアッシャーを用いてアッシング処理を行った。
【００３１】
次に、ＢＤ層３１上にＳｉＮ層３２を形成し（図３（ｂ）、被処理基体の表面に垂直な平面で切断した（図３（ｃ））。さらに、切断した被処理基体をＨＦ３００中に浸漬して処理した（図３（ｄ））。
【００３２】
上述の処理において、アッシング処理前後の被処理基体について誘電率変化量（Δｋ）及び屈折率変化量（ΔＲＩ）を評価すると共に、ＳＥＭ像に基づいてＢＤ層の膜厚変化量及びＨＦによる損失を評価した。得られた結果を表１、ＳＥＭ像を図４（ａ）〜（ｅ）にそれぞれ示す。図４中、（ａ）は実施例１、（ｂ）は実施例２、（ｃ）は実施例３、（ｄ）は比較例１、（ｅ）は比較例２のＳＥＭ像である。
【００３３】
【表１】

表１に示したように、アッシング処理の際の酸素ガス圧及びＲＦ出力が本発明で規定する範囲内である実施例１〜３においては、Δｋ、ΔＲＩ、ＢＤの膜厚変化量及びＨＦによる損失量の全てが十分に小さい値を示し、酸素ガスプラズマによるＢＤのダメージが抑制されていることが確認された。
【００３４】
［実施例４〜９、比較例３〜６］
実施例４〜９及び比較例３では、アッシング処理における反応性ガスの種類及び圧力、ＲＦ出力及び処理時間を表２に示す通りとしたこと以外は実施例１等と同様にして、アッシング処理、ＳｉＮ層の形成、切断及びＨＦ処理を行った。また、比較例４、５は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ、誘電結合プラズマ）方式のチャンバを用い、表２に示す条件でアッシング処理を行った点が異なるだけで、それ以外の処理は実施例１等と同様である。表２中、処理時間の欄の数値は、５０００Åのレジストマスクの除去に要する時間に相当する。また、比較例４、５の場合、表２中のＲＦ出力の欄の数値は「ソース／バイアス」を意味する。
【００３５】
【表２】

このようにして処理した被処理基体について、Δｋ、ΔＲＩ、ＢＤの膜厚変化量、ＨＦによる損失量を評価した。さらに、ＢＤ層について赤外吸収スペクトルを測定し、ＳｉＣＨｘに帰属される吸収ピークの減少量を評価した。得られた結果を図５に示す。図５には、各評価項目について実施例４で得られた値を１としたときの相対値を示している。
【００３６】
図５に示したように、アッシング処理の際の酸素ガス圧及びＲＦ出力が本発明で規定する範囲内である実施例４〜８においては、アッシング処理時間によらずΔｋ、ΔＲＩ、ＢＤの膜厚変化量、ＨＦによる損失量及びＳｉＣＨｘピークの減少量の全てが十分に小さい値を示し、酸素ガスプラズマによるＢＤのダメージが抑制されていることが確認された。また、酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを反応ガスとして用いた実施例９でも同様の結果が得られた。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明のレジストの除去方法によれば、エッチング工程においてパターニング後の被処理基体から残留レジストを除去するに際し、絶縁膜のダメージを十分に抑制することができ、絶縁膜の誘電率の上昇や屈折率変化等の物性変化、さらには絶縁膜の機械的収縮や洗浄液（例えばＨＦ）等による処理時における絶縁膜の損失などの現象を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるプラズマ処理装置の一例を示す模式断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれデュアルダマシンプロセスの各工程における被処理基体を示す模式断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は実施例における各処理工程での被処理基体を示す模式断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ実施例１〜３及び比較例１、２におけるアッシング処理後の半導体基板を示すＳＥＭ写真である。
【図５】実施例４〜９及び比較例３〜５で得られたΔｋ、ΔＲＩ、ＢＤの膜厚変化量、ＨＦによる損失量、ＳｉＣＨｘに帰属される吸収ピークの減少量を示すグラフである。
【符号の説明】
１…半導体基板（被処理基体）、２…インピーダンス整合器（インピーダンス整合部）、４…高周波電源部、１０…プラズマ処理装置、１１…サセプタ（支持部）、１３…対向電極、１４…チャンバ、１４ａ…供給口、１４ｂ…排気口、１５ａ、１５ｂ…配管、１６…反応ガス供給系、１７…真空ポンプ、２０…銅線、２１、２３、２５…絶縁層、２２、２４…エッチングストップ層、３０…ＵＳＧ基板、３１…ＢＤ層、３２…ＳｉＮ層、３００…ＨＦ。

Claims

低誘電率材料からなる絶縁膜を有する被処理基体上に設けられたレジストを除去する方法であって、酸素ガス圧１００ｍＴｏｒｒ以下、ＲＦ出力２５０Ｗ以下で発生させた酸素ガスプラズマにより前記被処理基体にアッシング処理を施すことを特徴とするレジストの除去方法。
前記レジストは、前記被処理基体にレジストマスクを介して所定のパターンを形成した後に前記被処理基体上に残留するレジストであることを特徴とする、請求項１に記載のレジストの除去方法。
前記絶縁膜の誘電率が４．０以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のレジストの除去方法。
前記低誘電率材料が、アモルファス・フッ素化炭素、スピンオン・ガラス、エーロゲル、ポリ（アリレン）エーテル、フッ素化ポリ（アリレン）エーテル及びジビニルシロキサンベンゾシクロブタン及び有機基を有するシリコン酸化物から選ばれる１種であることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載のレジストの除去方法。
前記低誘電率材料が有機基を含むシリコン酸化物であることを特徴とする、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載のレジストの除去方法。