JP2004502319A - エッチング工程後に水素を用いてフォトレジストを剥離させるためのプロセス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】有機ケイ酸塩の誘電体層を備える半導体ウエハからフォトレジストを剥離するための方法である。この方法は、水素含有ガスの流れをウエハに導入し、その水素含有ガスを用いて、ウエハの少なくとも一部の近傍にプラズマを形成する。プラズマは、フォトレジストの少なくとも一部をウエハから剥離するために用いられる。半導体ウエハからフォトレジストを剥離する工程を、ウエハに実行されたエッチング工程に引き続いて、エッチング装置内で実行する場合には、本発明は、次いで、エッチング装置内の原位置でフォトレジストの剥離工程を実行することができる。本発明の驚くべき結果は、水素ガス濃度を劇的に大きくすることにより、高スループットの剥離率を実現できることだけではなく、これら高濃度の水素ガス混合物を安全に利用できるということである。
【選択図】図1
Description
【発明の分野】
本発明は、半導体の製造に関する。特に、本発明は、ウエハのエッチング工程中に、少なくとも1層の有機ケイ酸塩低誘電体を備えるウエハからフォトレジストを原位置で剥離するプロセスに関する。
【0002】
【発明の背景】
集積回路では、誘電体層が用いられる。誘電体層は、半導体構造の様々な層の導電線を絶縁するためのものであり、通例は、二酸化ケイ素SiO2で形成されていた。半導体回路が高速化および小型化すると、動作周波数は増大し、半導体素子内の導電線間の距離は小さくなる。これにより、回路への結合容量のレベルが上がり、半導体素子の動作が遅くなるという障害が起きる。したがって、そのような結合容量レベルの増大に抗して、導電線を効果的に絶縁できる誘電体層を用いることが重要になってきた。
【0003】
一般に、集積回路における結合容量は、誘電体層を形成するために用いられる材料の誘電率Kに正比例する。上述のように、従来の集積回路の誘電体層は、これまで、約4.0の誘電率を有するSiO2で形成されていた。半導体素子の線の密度と動作周波数が増大した結果、SiO2で形成された誘電体層では、結合容量レベルの増大を回避するために求められる程度まで効果的に導電線を絶縁することができなくなっている。
【0004】
集積回路の結合容量のレベルを低減するために、半導体産業は、SiO2よりも低い誘電率を有する材料、すなわち、集積回路における誘電体層形成に用いるのに適した材料を開発するための研究に従事してきた。これまで、有望な材料が、数多く開発されてきた。尚、それらの材料は、「低誘電率材料」と呼ばれることがある。それら新しい誘電体の多くは、有機化合物である。
【0005】
低誘電率材料には以下のものが含まれるが、特にそれらに限られるものではない:ベンゾシクロブテンすなわちBCB、ミネソタ州ミネアポリスのHoneywell,Inc.の1事業部であるニュージャージー州モリスタウンのAllied Signal(登録商標)が製造するFlare(登録商標)、コネチカット州ダンベリのUnion Carbide(登録商標) Corporationの1または複数のパリレン2量体、ポリテトラフルオロエチレンすなわちPTFE、および、SiLK(登録商標)。ICの誘電体に用いるのに適したPTFEとしては、SPEEDFILM(登録商標)が挙げられ、デラウェア州ニューワークのW.L. Gore&Associates,Incから入手できる。SiLK(登録商標)は、ミシガン州ミッドランドのDow(登録商標) Chemical Companyから入手可能なケイ素を含まないBCBである。
【0006】
興味深い有機低誘電材料の種類として、有機ケイ酸塩ガラスすなわちOSGを含む化合物が挙げられる。例えば、限定はしないが、そのような有機ケイ酸塩誘電体としては、カリフォルニア州サンノゼのNovellus社のCORAL(登録商標)、カリフォルニア州サンタクララのApplied Materials社のBlack Diamond(登録商標)、カリフォルニア州サンタクララのSumitomo Chemical America,IncのSumika Film(登録商標)、および、ニュージャージー州モリスタウンのAllied Signal社のHOSP(登録商標)がある。有機ケイ酸塩ガラス材料は、二酸化ケイ素の格子内に炭素および水素の原子が組み込まれていることにより、材料の誘電率が低くなっている。
【0007】
半導体ウエハの処理中に、周知のパターニングおよびエッチング処理を用いて、ウエハ内に半導体素子の形状が定められる。これらの処理では、フォトレジスト(PR)材料が、ウエハに蒸着され、次いで、レチクルによってフィルタリングされた光に露出される。レチクルは、一般に、光がレチクルを通して伝搬することを防ぐ典型の幾何形状でパターニングされたガラス板である。
【0008】
レチクルを通過した後、光は、フォトレジスト材料の表面に当たる。光は、現像剤がフォトレジスト材料の一部を除去できるように、フォトレジスト材料の化学組成を変化させる。ポジ型フォトレジスト材料の場合には、露光された領域が除去され、ネガ型のフォトレジスト材料の場合には、露光されていない領域が除去される。その後、ウエハは、エッチングされ、フォトレジスト材料によってもはや保護されておらず、ウエハ内の所望の形状を定める領域から、下層の材料を除去される。一般に、低誘電有機高分子は、酸化(例えば、酸素による酸化)または還元(例えば、水素による還元)の化学処理によってエッチングできる。OSG誘電体は、酸化物エッチング剤に多少類似した化学剤を用いて有利にエッチングすることができる。OSGエッチング剤は、通例、純粋な酸化物エッチングよりも重合の可能性が低いエッチャントガスを必要とする。これは、OSGフィルム内の有機成分のために必要なことである。
【0009】
誘電体のエッチングは、二重周波数静電結合(DFC)誘電体エッチングシステムで有利に実現することができる。そのような装置として、カリフォルニア州フレモントのLam(登録商標) Research CorporationのLam(登録商標) Researchモデル4520XLE(登録商標)が挙げられる。4520XLE(登録商標)システムは、1つのシステム内で、非常に広範囲の誘電体エッチングポートフォリオ(portfolio)を処理する。それらの処理は、コンタクトおよびビア、2層コンタクト、ボーダレスコンタクト、窒化物および酸化物スペーサ、および不動態化皮膜処理を含む。
【0010】
4520XLE(登録商標)のような新型のエッチングシステムは、いくつかの処理を同じシステム内で実行する。多くの異なる半導体加工の工程を単一のシステムで実行することにより、ウエハのスループットを増大することができる。さらに進んだシステムは、同じ装置内でさらなる工程を実行することを意図している。例えば、限定はしないが、Lam(登録商標) Research CorporationのExelan(登録商標)システムは、単一の装置内で多くの処理工程を実行できるドライエッチングシステムである。Exelan(登録商標)は、ハードマスクオープン、無機および有機ARCエッチング、フォトレジスト剥離を、単一のチャンバを用いて原位置で実行することができる。このシステムの広範囲の処理ポートフォリオは、0.18ミクロン未満の環境で必要なドープおよび非ドープ酸化物、およびlow−K6誘電体におけるすべてのデュアルダマシン構造、コンタクト、ビア、スペーサ、および皮膜保護のエッチングを含む。もちろん、ここに挙げた原理は、様々な半導体加工システムに実装されてよく、具体的には、これらの原理は、そのような代替物すべてを考慮している。
【0011】
本明細書で用いられているように、「原位置」という用語は、シリコンウエハなどの与えられた基板に対して、半導体加工装置の同じ部分で、装置から基板を取り除くことなしに、1以上の処理が実行されることを意味する。
【0012】
半導体素子の加工では、素子を作り上げるためのパターニング工程、エッチング工程、様々なフィルム層の蒸着工程を繰り返す間に、エッチングまたは蒸着の工程に続いて、パターニングされたフォトレジストを除去する必要がある。数多くのフォトレジスト除去の技術および方法が実施されてきたが、今日の半導体製造業者に必要な高スループットを維持するために、エッチング装置内で半導体ウエハからフォトレジストを剥離する工程が非常に望まれている。上述のように、いくつかの新型半導体エッチング装置は、単一の装置内の原位置で複数の処理を実行することができる。原位置でエッチング工程後に剥離を実行するための通常の手順には、剥離処理において酸素を用いる工程が含まれる。しかしながら、OSG材料に酸素を用いることには問題がある。
【0013】
OSG材料は、基本的に有機物をドープした酸化物なので、ほとんどの現在のフォトレジスト材料は、OSG材料の有機物成分と同様の化学特性を持つ傾向にある。したがって、周知の酸素による方法を用いて、ウエハ表面のキャッププレートからフォトレジストなどの有機材料を除去すると、周知のO2剥離処理は、ウエハの表面から有機材料を除去できるだけではなく、エッチング形状の側壁や、他の露出した表面からも有機材料を除去するという悪影響を与える可能性もある。さらに、OSG材料は、酸素プラズマに露出された際に酸化されやすい。酸素は、OSGフィルムから炭素と水素を除去するので、フィルムが不安定になり、フィルムの誘電率が増大する。
【0014】
従来、エッチング工程とフォトレジスト(PR)剥離工程は、別々の装置で実行されていた。システムのスループットを最大にするためには、同一のシステム内でエッチング工程からPR剥離工程に進むことが道理であると考えられる。確かに、同一の反応容器で2つの処理を実行すると、処理の効率が大きく向上すると思われる。このことは、以下の興味深い考えにつながる。すなわち、「エッチング工程とPR剥離工程とを、同一システムの同一チャンバ内で実行するだけでなく、エッチング工程のために用いたプラズマを維持したままPR剥離工程に用いて、これら2つの処理を実行するようにシステムを設計できないだろうか」という考えである。
【0015】
水素によるフォトレジスト剥離工程は、従来は通例、バレル型アッシングで実行されていた。処理の安全性への懸念から、この水素によるPR剥離は、通例、窒素希釈剤における比較的低い水素濃度、通例は4〜5%の範囲の水素濃度、で実行されていた。
【0016】
水素による剥離処理を用いてOSG材料のドライフォトレジスト剥離工程を実行する方法が望まれている。
【0017】
さらに、周知の酸素によるフォトレジスト剥離方法を用いることによって付随的に生じるOSG材料の誘電性の低下を起こすことなしに実行可能な方法が望まれている。
【0018】
高いウエハスループットを維持するため、さらに、その方法は、ウエハを形成するために用いられる加工装置内の原位置で実行可能であることが望まれる。
【0019】
最後に、その処理は、剥離後にフィルム表面に残る剥離後の残渣を生じずに、または、最小限に抑えて実行されることが望まれる。
【0020】
本発明の上述の特徴とその他の特徴は、「好ましい実施形態の詳細な説明」の項で、図面と併せて詳細に説明する。
【0021】
【発明の概要】
本発明は、有機ケイ酸塩の誘電体層を備える半導体ウエハからフォトレジストを剥離するための方法に関する。エッチング工程に続いて、その方法は、水素含有ガスの流れをウエハに導入し、その水素含有ガスを用いて、ウエハの少なくとも一部の近傍にプラズマを形成する。プラズマは、フォトレジストの少なくとも一部をウエハから剥離するために用いられる。半導体ウエハからフォトレジストを剥離する工程を、ウエハに実行されたエッチング工程に引き続いて、エッチング装置内で実行する場合には、本発明は、次いで、エッチング装置内の原位置でフォトレジストの剥離工程を実行することができる。
【0022】
従来の水素による剥離工程では、希釈ガス内での水素ガスの濃度が低かったので、一般に、剥離速度が悪かった。低い水素濃度は、明らかに、安全性の理由から必要であると考えられていた。本発明を導いた研究の驚くべき結果は、剥離ガスすなわちエッチャントガス内の水素濃度を劇的に大きくすることにより、高スループットの剥離速度を実現できるだけではなく、これら高濃度の水素ガス混合物を安全に利用できるということである。
【0023】
本発明の上述の利点およびその他の利点は、以下の詳細な説明および種々の図面から明らかになる。
【0024】
【好ましい実施形態の詳細な説明】
本発明は、エッチング装置内に形成されたプラズマによって実行される還元反応を用いて、少なくとも1層のOSG誘電体を備えるよう形成された半導体ウエハからフォトレジストを剥離するための原位置での処理に関する。プラズマは、比較的高い水素濃度を有するガス混合物の流れから形成される。
【0025】
ここで、本発明の一実施形態に従った図1を参照して、少なくとも1層の有機ケイ酸塩誘電体を備える半導体ウエハからフォトレジストを剥離するための方法1を説明する。少なくとも1層のOSGを備えるよう形成された半導体ウエハは、二重周波数静電結合(DFC)誘電体エッチングシステムの反応容器内に配置される。そのような装置として、カリフォルニア州フレモントのLam(登録商標) Research CorporationのLam(登録商標) Researchモデル4520XLE(登録商標)が挙げられる。工程102において、少なくとも1つの半導体加工すなわち形成の工程が、ウエハに対して実行される。例えば、限定はしないが、そのような形成すなわち加工の工程として、フォトレジストのパターニング工程、エッチング工程、および蒸着工程が挙げられる。加工の工程に続いて、工程104において、フォトレジスト剥離エッチャントガスが、反応容器内に導入される。フォトレジスト剥離ガスは、窒素や水素など実質的に不活性な希釈剤を含むガス混合物である。同等の機能を備えた代替の希釈剤を用いてもよい。剥離ガス内の水素の濃度は、約10%から約60%の範囲内であることが好ましい。剥離ガス内の水素の濃度は、約50%であることがさらに好ましい。
【0026】
剥離ガスは、反応容器内で、優先的に約80mTorrから約1000mTorrの範囲の圧力に保たれる。工程106において、2MHzおよび27MHzで動作する二重周波数誘電体エッチングシステムによって、ウエハの上方にプラズマが形成される。各周波数でプラズマに印加される電力は、一般に、約100から約2000Wの範囲である。その電力は、約500から約1500Wの範囲であることが好ましい。二重周波数システムの各周波数に関して印加される電力は、異なっていてもよい。
【0027】
工程108においては、プラズマを用いて、有機ケイ酸塩誘電体に損傷を与えることなく、かつ、有機ケイ酸塩の誘電特性に影響を与えることなく、ウエハからフォトレジストが剥離される。剥離ガスの流量を高く保つことにより、アッシング速度を増大する。本発明の原理では、2000から3000sccmの範囲の総ガス流量、および、さらに高い流量が、意図されている。
【0028】
本発明は、各種のウエハスタックに対して十分な結果を実現して、各種の半導体設計をもたらすために、数多くの処理パラメータを変更することを意図している。所望の効果、スループット、およびシステムの性能を含む様々な要素が、所望の設計を実現するための処理パラメータの最適な組み合わせを規定する。本発明は、特に、そのように用いられる組み合わせの各々を意図している。
【0029】
第1の好ましい実施形態によると、0.1から20kÅの範囲のOSG(例えば、Novellus社のCoral)、を蒸着したシリコンウエハ基板が提供されている。OSGは、1から15kÅの範囲がより好ましく、3から8kÅの範囲がさらに好ましい。OSGの上には、深紫外線フォトレジストの層(例えば、Arch Chemicals社の深紫外線フォトレジスト)が蒸着されている。この層の厚さは、0.5から20kÅの範囲でよく、約1から15kÅの範囲がより好ましく、約5から8kÅの範囲がさらに好ましい。当業者に周知の通り、基板およびOSGの間と、OSGおよびフォトレジストの間に、中間層が挿入されてもよい。本発明は、これらの代替物各々を意図している。
【0030】
ウエハは、半導体製造システム、例えば、Lam(登録商標) Researchのモデル4520XLE(登録商標)二重周波数静電結合(DFC)誘電体エッチングシステム、に配置される。この時点で、1以上の半導体加工工程を随意的に実行してよい。これらの工程は、特に限定はしないが、パターニング工程、エッチング工程、蒸着工程、平坦化工程、ドープ工程、メタライゼーション工程、および、当業者に周知のその他の半導体形成工程を含む。次いで、以下のように、ほぼすべてのフォトレジストが剥離される。ウエハは、エッチングシステムの反応チャンバ内に配置される。2および27MHzの二重周波数電力が、上部1000Wおよび下部2000Wの電力レベルで、システムに印加される。これと異なる周波数と電力を用いてもよい。例えば、限定の意図はないが、約200Wから2000Wの範囲の電力を用いてよい。次いで、H2/N2のエッチャントガスの流れが、反応チャンバ内に導入され、プラズマが点火(struck)される。この実施形態では、それぞれ550sccmおよび550sccmのH2/N2の部分流量が用いられ、結果として、1:1すなわち50%/50%のH2/N2の混合物が流れる。他の部分流量と、その結果としての濃度を用いてもよい。例えば、限定はしないが、これらの濃度は、H2に関して20%から80%の範囲であり、N2に関して80から20%の範囲であってもよい。また、当業者に周知な他の希釈剤を用いてもよい。
【0031】
この実施形態における反応チャンバの圧力は、1Torrに設定される。この実施形態では、これにより、ウエハ領域の圧力(すなわち、WAP)は、1Torrとなる。直接の関係は、常に成り立つわけではない。図2を参照されたい。また、本発明は、約82mTorrから約1Torrの範囲のチャンバ圧力を意図しており、その結果として、WAPは約200mTorrから1Torrの範囲となる。
【0032】
背面冷却Heの流量は、約15Torrに設定される。また、半導体製造処理に悪影響を与えないほぼ任意の背面冷却の流量およびガスを用いてもよい。そのような下部電極の温度は、一般に、約−10℃から約+40℃の範囲である。この好ましい実施形態では、冷却Heの流量は、下部電極の温度を約+20℃から+30℃の範囲に維持するよう設定された。He冷却剤の流量は、製造処理が、この実施形態においてエッチング工程からPR剥離工程へと移行する際には、PR剥離工程中の冷却剤の流量を、前のエッチング工程中に用いられた冷却剤の流量よりも低減することによって変更された。これにより、システムは、フォトレジスト剥離工程を最適化するために必要なウエハ温度の変更を行っている間にも電極の温度を維持することができる。
【0033】
本発明で開示されているPR剥離工程のOSGの組成への影響は、図3に示されている。第1のFTIR分光値は、上述したPR剥離工程に先立ってNovellus社のCoralフィルムに関して読み取られた値であり、トレース結果は、300で示されている。PR剥離工程の後に、第2の値が読み取られ、トレース結果は、最初のトレース300の上方にプロットされた302で示されている。図示されているように、2つのトレースは、ほぼ共直線性を有しており、元の組成とPR剥離後の組成との間に、約2.5%を超える変化は見られない。これは、本発明が、OSGの組成に対してごくわずかの変化しか与えずに、OSG誘電体を用いる半導体のために効果的かつ効率的なPR剥離を行うという証拠である。
【0034】
上述した剥離処理が、プラズマを用いる必要がある他の半導体加工工程(例えば、エッチング工程)の後に続く場合には、本明細書に記載した方法により、反応容器内の真空状態を中断することなしに、エッチング工程からフォトレジストの剥離工程へと移行することができる。代わりに、本発明の処理は、エッチャントの流れが、同一の反応容器内で、エッチングガスの流れからフォトレジスト剥離ガスの流れに変更されることを意図している。随意的に、ウエハの背面冷却は、PR剥離をもたらす最適なウエハ温度を提供するよう変更されてよい。
【0035】
第2の好ましい実施形態では、H2/N2の流量を大きく増大させている。この実施形態では、チャンバ圧力は約500mTorrに設定され、その結果、WAPは約680mTorrとなった。電力は、それぞれ、上部が750W、下部が1000Wに設定された。H2の流量は800sccmに設定され、N2の流量は3200sccmに設定された。この結果、ERは約7072Å/minとなった。
【0036】
第3の好ましい実施形態では、再び、H2/N2の流量を大きく増大させている。この実施形態では、チャンバ圧力は約800mTorrに設定され、その結果、WAPは約980mTorrとなった。電力は、それぞれ、上部が750W、下部が1000Wに設定された。H2の流量は800sccmに設定され、N2の流量は4200sccmに設定された。この結果、ERは約6700Å/minとなった。
【0037】
第4の好ましい実施形態では、再び、H2/N2の流量を大きく増大させている。この実施形態では、チャンバ圧力は約490mTorrに設定され、その結果、WAPは約690mTorrとなった。電力は、それぞれ、上部が750W、下部が1000Wに設定された。H2の流量は600sccmに設定され、N2の流量は3200sccmに設定された。この結果、ERは約6786Å/minとなった。
【0038】
本発明のいくつかの処理パラメータを変更した影響を調査するために、一組の試験ウエハを準備して処理を行った。シリコン試験ウエハは、1層のOSG誘電体と1層のパターニングされた深紫外線フォトレジストを備えるウエハスタックより構成された。1つの試験用誘電体には、Novellus社のCoralを用いた。深紫外線フォトレジストは、例えば、ロードアイランド州ノースキングスタウンのArch Chemicals, inc.から入手可能である。誘電体の特性へのフォトレジスト処理の影響はもちろん、エッチング速度すなわちERや、残渣への影響を調べるために、本発明のいくつかの処理変数が変更された。試験は、Lam(登録商標) Research Corporationのモデル4520XLE(登録商標)またはExelan(登録商標) DFCドライエッチングシステムにおいて、プラズマ電力レベル、水素対希釈剤の比、総エッチャント流量、圧力、および、ウエハ背面He冷却剤の流量、を変更して行った。これらの試験の結果は、図4A〜6Bに示されている。
【0039】
ここで、図4Aを参照して、本発明の水素によるフォトレジスト剥離のいくつかの処理変数を変更した結果について詳述する。試験1および2では、PR剥離工程中のプラズマのエネルギを変更する試験を行った。試験1においては、上部および下部の電力は、同一の500Wとした。試験2においては、上部電力は1250Wに、下部電力は1500Wに増大させた。試験1および2の両方において、チャンバ圧力は200mTorrに設定され、水素および希釈剤(N2)の流量は180sccmに維持され、Heウエハ冷却剤の流量は15Torrに保たれた。低電力の試験におけるエッチング速度は2354Å/minであり、高電力の設定におけるERは4522Å/minであった。上部および下部をそれぞれ750Wおよび1000Wとして対照試験を行ったところ、ERは3408Å/minであった。
【0040】
次いで、試験4および5において、H2/N2の比を変更した影響が試験された。両方の試験において、チャンバ圧力は200mTorrに保たれ、上部および下部電力レベルはそれぞれ750および1000に設定され、He背面冷却剤の流量は15sccmに設定された。試験4においては、H2の流量は180sccmに設定され、N2の流量は90sccmに設定された。試験5は、これらの部分流量を逆にしたものである。試験4では、ERは2806Å/minとなった。試験5では、3060Å/minに上昇した。
【0041】
試験6および7では、圧力および流量を増大させた影響を試験した。試験6においては、H2およびN2ガスの部分流量が等しく100sccmである状態で、チャンバ圧力が200mTorrに保たれた。ERは、2644Å/minであった。試験7において、チャンバ圧力を500mTorrに増大させると共に、H2およびN2ガスの流量を180sccmに増大させたところ、エッチング速度は3630となった。
【0042】
試験8〜10では、総エッチャントガス流量を増大させた影響を試験した。試験8および10においては、チャンバ圧力は120mTorrに設定され、上部および下部電力レベルはそれぞれ500Wに設定され、H2およびN2ガスの部分流量は等しく800sccmに設定された。これらの試験では、ERは3666および4000Å/minであった。試験9においては、上部および下部電力レベルが1250および1500にそれぞれ上げられたことを除いて、処理変数はすべて維持された。この試験のERは、一連の試験の中で最も高い7539Å/minであった。
【0043】
試験11および12では、He背面冷却の影響を試験した。これらの試験の各々では、チャンバ圧力は120mTorrに設定され、上部および下部電力はそれぞれ500Wに設定され、H2およびN2ガスの流量は等しく800sccmに設定された。試験11においては、He背面冷却剤の流量は、上述のすべての試験で用いられた標準的な15sccmから8sccmに減じた。その結果、温度が上昇したことにより、ERは、試験8よりも158Å/min大きい3824Å/minとなった。試験12においては、背面冷却剤の流量が、さらに2sccmにまで減少され、ウエハの温度がさらに上昇したことで、ERは、試験8よりも435Å/min大きい4101Å/minとなった。
【0044】
最後に、試験13では、H2の部分流量を、試験8における800sccmから100sccmに減じた。この結果として、ERも、3666から3104に減少した。
【0045】
以下では、図4Bを参照して、これらの試験の結果をまとめる。H2/N2の比を小さくすると、それに応じて、ERは少し減少し、総H2/N2流量を増大すると、ERは大きく増大した。チャンバ圧力を増大させると、ERは少し増大した。上部および下部電力レベルを増大させると、ERは大きく増大した。ガス流量および圧力を高めた場合に、最も大きくERが増大した。背面冷却の変更では、冷却剤流量の増大(すなわち、ウエハ温度の低下)と、ERの減少との間にゆるい逆相関が見られた。チャンバ圧力およびプラズマ電力レベルの影響は、さらに、図5A〜Cおよび図6A〜Bに示されている。図5Aでは、上述の試験ウエハが、それぞれ550sccmのH2/N2部分流量と、500Wの上部および下部のプラズマ電力レベルとを用いて剥離された。チャンバ圧力は、82mTorrに設定された。全体的に、良好なPR剥離が実現され、残渣は許容可能なレベルであった。
【0046】
図5Bでは、上部および下部プラズマレベルをそれぞれ750Wおよび1000Wにして、同じ試験が行われた。その結果、図のように、中程度の残渣の形成があった。ウエハの縁部よりも中央部の方が、残渣の形成量が多かった。
【0047】
図5Cでは、再び、電力を上部1000Wおよび下部2000Wに増大した。さらに多くの残渣が形成され、再び、ウエハの中央部への残渣のレベルが増大した。
【0048】
図6Aでは、チャンバ圧力を1Torrに増大し、電力を上部1000Wおよび下部2000Wに増大した。その結果、剥離速度は上昇し、試験ウエハの中央部と縁部の両方で残渣は最小量であった。電力レベルを上部750Wおよび下部1000Wに減少すると、剥離速度は中程度上昇し、残渣は最小量であった。
【0049】
図6Bでは、チャンバ圧力を1Torrに据え置き、電力を上部750Wおよび下部1000Wに減じた。非常に満足できる結果であったが、電力を低下させた結果、処理時間が増大し、上述の実施形態よりも少し残渣が増大した。
【0050】
最後に、図2を参照して、3つの異なるLam(登録商標) Researchのシステムに関するWAPと総ガス流量との関係をまとめる。Lam(登録商標)HP(登録商標)は、100%圧力制御を用いる。このシステムに関しては、0%、50%、および100%の制限リング位置においてWAPが決定された。XLE(登録商標)では、システムの絞り弁を完全に開放した状態で、1.30cmの電極ギャップにおいてWAPが決定された。Exelanシステムに関するWAPと総ガス流量との関係は、0%および100%の制限リング位置において決定された。
【0051】
本発明は、特に、本発明の特徴の特定の好ましい実施形態に関して図示、説明されている。しかしながら、添付の請求項に記載されている本発明の主旨および範囲から逸脱せずに、形式および細部において様々な変更および変形が可能であることは、当業者には明らかなことである。特に、本発明の原理は、当業者に周知である任意のいくつかのフィルム層の組み込みと、少なくとも1層のOSG誘電体を備えるよう形成された様々な半導体ウエハに関して本明細書に記載されている1以上の様々な特徴および利点と、を明確に意図している。さらに、本明細書に挙げられた原理は、幅広い水素滴定濃度、剥離ガス圧力および流量、プラズマ電力レベル、ウエハ温度、およびプラズマ周波数を開示している。本発明の原理は、これらの代替物各々を明確に意図している。
【図面の簡単な説明】
【図1】OSG誘電体層を含む半導体ウエハからフォトレジストを除去するための処理の概略フローチャート。
【図2】3つのドライエッチングシステムに関するガス流量とチャンバ圧力との関係を示す表。
【図3】OSG誘電体を含むサンプルウエハに関する2つのFTIR分光トレースのグラフであって、本明細書に記載した剥離工程の結果としての誘電体への変化を示すグラフ。
【図4A】いくつかの「低流量の」水素によるフォトレジスト試験を示す表。
【図4B】図4Aの試験の結果をまとめた表。
【図5A】82mTorrのチャンバ圧力と、それぞれ500Wおよび500Wの上部および下部エッチング電力で、水素による剥離工程を用いて浄化された試験ウエハを示すSEM顕微鏡写真。
【図5B】82mTorrのチャンバ圧力と、それぞれ750Wおよび1000Wの上部および下部エッチング電力で、水素による剥離工程を用いて浄化された試験ウエハを示すSEM顕微鏡写真。
【図5C】82mTorrのチャンバ圧力と、それぞれ1000Wおよび2000Wの上部および下部エッチング電力で、水素による剥離工程を用いて浄化された試験ウエハを示すSEM顕微鏡写真。
【図6A】1トールのチャンバ圧力と、それぞれ1000Wおよび2000Wの上部および下部エッチング電力で、水素による剥離工程を用いて浄化された試験ウエハを示すSEM顕微鏡写真。
【図6B】1トールのチャンバ圧力と、それぞれ750Wおよび1000Wの上部および下部エッチング電力で、水素による剥離工程を用いて浄化された試験ウエハを示すSEM顕微鏡写真。
Claims (17)
- 有機ケイ酸塩誘電体の層を有する半導体ウエハからフォトレジストを剥離する方法であって、
少なくとも1つの反応容器を備える半導体製造システムに前記ウエハを導入する工程と、
前記反応容器内の前記ウエハ上に実行される半導体加工工程に続いて、前記反応容器に還元ガスの流れを導入する工程と、
前記反応容器内において前記ウエハの少なくとも一部の近傍に、前記還元ガスで還元プラズマを形成する工程と、
前記半導体装置内の原位置において、前記ウエハから前記フォトレジストの少なくとも一部を前記還元プラズマを用いて剥離する工程と、
を備える、剥離方法。 - 請求項1に記載の剥離方法であって、
前記半導体製造システムは、複数の反応容器を備えており、
前記半導体加工工程と前記剥離工程は、前記複数の反応容器の内の単一の容器内で実行される、剥離方法。 - 請求項1または2に記載の剥離方法であって、
還元ガスの前記流れは、不活性の希釈剤と水素との混合物を含む、剥離方法。 - 請求項3に記載の剥離方法であって、
不活性の希釈剤と水素との前記混合物は、約80%から約20%の窒素と、約20%から約80%の水素との混合物を含む、剥離方法。 - 請求項3ないし4のいずれかに記載の剥離方法であって、
水素の流量は、約150sccmから約5000sccmであり、
不活性の希釈剤の流量は、約150sccmから約5000sccmの窒素の流量を含む、剥離方法。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載の剥離方法であって、
前記還元プラズマを形成する工程は、さらに、前記反応容器の電極にRF電力を印加する工程を含み、
前記RF電力は、約100kHzから約30MHzの範囲の周波数と、約150Wから約5000Wの電力レベルとを有する、剥離方法。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載の剥離方法であって、さらに、
ウエハ領域の圧力を約20mTorrから約1Torrに維持する工程を備える、剥離方法。 - 請求項1ないし7のいずれかに記載の剥離方法であって、さらに、
チャンバの圧力を約30mTorrから約5Torrに維持する工程を備える、剥離方法。 - 請求項1ないし8のいずれかに記載の剥離方法であって、さらに、
フォトレジスト剥離工程中に下部電極の温度を約−10℃から約+40℃に維持する工程を備える、剥離方法。 - 請求項1ないし9のいずれかに記載の剥離方法であって、さらに、
約2Torrから約15Torrの圧力のウエハ背面冷却ヘリウムガスの流れを用いる工程を備える、剥離方法。 - 請求項10に記載の剥離方法であって、さらに、プラズマと、背面冷却ヘリウムガスの第1の流れとを必要とする他の半導体加工処理に続いて半導体ウエハからフォトレジストを剥離するための方法であって、
前記剥離方法は、さらに、背面冷却ヘリウムガスの前記第1の流れを、約2Torrから約15Torrの流量の背面冷却ヘリウムガスの第2の流れに調整することにより、フォトレジスト剥離工程中に、下部電極の温度を約−10℃から約+40℃に維持する工程を備える、剥離方法。 - 有機ケイ酸塩誘電体の層を有する半導体ウエハからフォトレジストを剥離するための剥離方法であって、
少なくとも1つの反応容器を備える半導体加工システムに前記ウエハを導入する工程と、
前記反応容器に還元ガスの流れを導入する工程と、
前記反応容器内において前記ウエハの少なくとも一部の近傍に、前記還元ガスで還元プラズマを形成する工程と、
前記ウエハから前記フォトレジストの少なくとも一部を前記還元プラズマを用いて剥離する工程と、
フォトレジスト剥離工程中に、ウエハの温度を約−10℃から約40℃に維持する工程と、
を備える、剥離方法。 - 請求項12に記載の剥離方法であって、
前記還元ガスは、不活性の希釈剤と、少なくとも約20%の水素とを含む、剥離方法。 - 請求項13に記載の剥離方法であって、
前記不活性の希釈剤は、窒素である、剥離方法。 - 請求項11ないし14のいずれかに記載の剥離方法であって、さらに、
前記半導体加工システムに前記ウエハを導入する工程の後であって、還元ガスの前記流れを導入する工程の前に、前記反応容器内の前記ウエハ上に半導体加工工程を実行する工程を備える、剥離方法。 - 有機ケイ酸塩誘電体の層を有する半導体ウエハからフォトレジストを剥離するための方法であって、
少なくとも1つの反応容器を備える半導体加工システムに前記ウエハを導入する工程と、
不活性の希釈剤と少なくとも約20%の水素とを含む還元ガスの流れを前記反応容器に導入する工程と、
前記反応容器内において前記ウエハの少なくとも一部の近傍に、前記還元ガスで還元プラズマを形成する工程と、
前記ウエハから前記フォトレジストの少なくとも一部を前記還元プラズマを用いて剥離する工程と、
を備える、剥離方法。 - 請求項16に記載の剥離方法であって、さらに、
前記半導体加工システムに前記ウエハを導入する工程の後であって、還元ガスの前記流れを導入する工程の前に、前記反応容器内で前記ウエハに対して半導体加工工程を実行する工程を備える、剥離方法。
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