JP2005072601A - 多孔質低誘電率材料のエッチング後のクリーニング法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置製造で多孔質材料のための標準的ホトレジストエッチング後のクリーニング法は、湿式クリーニングを含み、その場合、重合体残留物を除去するため溶媒を用いる。
【解決手段】多くの場合、溶媒の成分は、多孔質フイルム層（１０２）内に吸収され、後で、続く金属（１１０）堆積工程中に揮発する。湿式クリーニング後で、金属堆積前に、行われる高温での限られた時間の低圧アニールにより、吸収された成分は充分除去される。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体製造の分野に関し、特に、金属堆積前に、露出誘電体材料から揮発性化合物を除去する方法に関する。

マイクロチップ回路のような半導体装置は、半導体基体又はウエーハに、堆積、パターン化、及びエッチングを施す反復工程により形成されるのが典型的である。ホトリトグラフは、ウエーハ上に回路模様又は構造体を形成する一つの利用可能な方法である。ホトレジストは、エッチング工程中、ウエーハの或る領域をマスク或は保護するパターンを形成するのに用いられる感光性有機重合体である。

ウエーハのクリーニング、特に、ホトレジスト及びエッチング後の（ｐｏｓｔ−ｅｔｃｈ）重合体の除去は、半導体製造で高品質の装置を達成するのに常に最も重要なものになってきている。クリーニングが不適切であると、収率を低下し、製造工具を不具合にし、半導体装置の性能を低下する。既知の乾式及び／又は湿式法により標準的クリーニングが行われている。例えば、標準的エッチング後のクリーニング手順では、ホトレジストをストリップする乾式（プラズマ）クリーニングを用い、次にストリップ後の重合体残留物を除去するため湿式（溶媒又は酸系）クリーニングを用いている。一回以上のクリーニングを行い、次にウエーハに一回以上の金属堆積工程を行う。

湿式クリーニング工程中、装置の処理で使用される湿式クリーニング溶媒の或る成分が、図らずも多孔質材料中に、特に有機珪酸塩ガラス（ＯＳＧ）、炭素ドープ珪素酸化物（ＳｉＯＣ又はＣＤＯ）、又はメチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）のような材料中に吸収されることがあることが判明した。多くの場合、これらの溶媒成分は、続く金属堆積工程中に揮発する。湿式クリーニング後のそのような成分は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による標準的表面検査では、簡単には検出できない。しかし、これらの揮発性成分は、金属障壁堆積中、残留ガス分析（ＲＧＡ）を使用することにより、存在することが見出されており、何の対策も取らないと、エッチング後のウエーハの全製造ロットの廃棄及び損失を起こす結果になる。

装置が１００ｎｍより小さく小型化しつつあり、新しい半導体材料が導入されてきているため、標準的ウエーハ・クリーニング法は、今後の失敗又は再処理を軽減・防止し、半導体装置製造収率を増大するため、標準的ウエーハ・クリーニング法を改善する必要がある。従って、現存する技術の或る問題に対処する改良されたエッチング後のクリーニング法が必要である。

本発明の概要
従って、本発明の目的は、エッチングされた半導体ウエーハをクリーニングする特別な方法を与えることにある。金属堆積工程前に、エッチング後のウエーハを、一回以上のクリーニング工程にかけてもよい。例えば、ウエーハからホトレジストを除去するため、プラズマ・クリーニングを行なってもよい。次に残りの重合体残留物を、標準的溶媒を適用する湿式クリーニング法を用いて除去してもよい。

溶媒の適用は、一種類以上の揮発性溶媒成分又は副生成物をウエーハ構造体中に図らずも吸収させることになることがある。そのような成分を効果的に除去するため、湿式クリーニング工程後、金属堆積工程前に、高温低圧アニーリングを短時間導入し、それにより、半導体構造体の臨界的形状に影響を与えることなく、或はエッチングされた特定部位へ下の金属層から金属が滲出することなく、揮発性成分は実質的に完全に除去される。

本発明の開示の更に別の特徴は、図面に関連して以下に記述する本発明の種々の態様についての詳細な記述を検討することにより、一層容易に認められるであろう。

特定の態様についての詳細な記述
図１に関し、多孔質誘電体材料をエッチング後にクリーニングする方法の種々の特徴について、以下に記述する。

エッチングされたウエーハ１００は、基礎層を形成する半導体基体（図示されていない）を有し、その基体の上に全ての活性装置構造体及び配線構造体が形成されており、それは誘電体層１０２及び一つ以上の下の金属層１０４を有する。特別な態様として、層１０２は低誘電率（ｋ）材料、例えば、ＯＳＧ（ｋ〜２．７）から作られていてもよく、下の金属層１０４は、銅（Ｃｕ）から作られている。しかし、誘電体材料１０２は、フッ素ドープ珪酸塩ガラス（ＦＳＧ）、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、又はＭＳＱ、及びこれらの材料を変化させた既知のもののような、それら材料の一層多孔質のものを含めた、どのような有用な又は既知の有機又は無機材料でもよいことは、容易に認められるべきである。ＯＳＧに代わる入手可能な低ｋ（ｋ≦３．０）を有するものには、ＭＳＱ系低ｋ多孔質誘電体で、ＪＳＲ社（ＪＳＲ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）で開発された型のもの（ｋ〜２．２）、アプライド・マテリアルズ（ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ）の「ブラック・ダイヤモンド（ＢＬＡＣＫ ＤＩＡＭＯＮＤ）」、又はノベラス社（ＮＯＶＥＬＬＵＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）のコーラル（ＣＯＲＡＬ）ＯＳＧが含まれるが、それらに限定されるものではない。後の金属化工程で用いられる金属と同様、下の金属層１０４は、アルミニウム（Ａｌ）及び／又は銅のような、どのような有用な金属でもよいことも容易に理解されるべきである。

エッチングされたウエーハ１００は、前のパターン化及びエッチング工程（図示されていない）から得られたバイア１０６及び／又はトレンチ１０８を有する。バイア１０６及びトレンチ１０８は、ホトリトグラフを含めた種々の既知の処理工程の何れかにより得られたものでよく、ホトリトグラフでは、ホトレジストをウエーハに適用してパターンを定め、次にそれをエッチングする。集積回路装置の相互接続配線の形成は、バイアとトレンチとが同時に形成される種々の一段階ダマシーン（ｄａｎａｓｃｅｎｅ）法か、又はバイアとトレンチとを別々のエッチング工程で形成する二段階ダマシーン法に従って行われてもよい。二段階（デュアル）ダマシーン法によれば、バイアが形成された後、トレンチが形成されるか、又はその逆が行われてもよい。チップの相互接続配線と同様、活性装置部品を形成するため、どのような種々の付加的工程でも行われ、その時間中にエッチングされたウエーハ１００が生成する。エッチング工程は、エッチング・停止・エッチング（ｅｔｃｈ−ｓｔｏｐ−ｅｔｃｈ）、浅いトレンチ絶縁体（ＳＴＩ）エッチング、ゲートエッチング、金属エッチング、及び接点エッチングを含む。エッチングされたウエーハ１００は、図１に描いた例の構造体に限定されるものではなく、実際に半導体装置を製造するのに有用な種々の形態の何れでもよいことは、当業者であれば容易に認められるであろう。

エッチング工程を行なった後、エッチングされたウエーハ１００を、一つ以上のクリーニング工程にかけて、ウエーハ層に損傷を与えることなく、ウエーハの表面から望ましくない物質を全て除去する。種々の湿式クリーニング及び／又は乾式クリーニング技術を用いることができ、何れも必要な回数繰り返すことができる。特別な態様として、エッチングされたウエーハ１００を、先ず乾式クリーニング法にかけ（図示されていない）、エッチング後のホトレジストを除去することができる。乾式クリーニングは、水素（Ｈ）プラズマの適用を含んでいてもよく、更に、Ｈ、酸素（Ｏ）、及び／又は不活性ガス、例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、キセノン（Ｘｅ）、又は或る他の不活性ガス含んでいてもよく、プラズマは、高周波（ＲＦ）又はマイクロ波周波数放射線を適用することにより発生させる。或る態様では、加熱された環境中で、プラズマ・ストリップ（ホトレジスト除去又は灰化とも呼ばれている）を適用してもよい。レジストの厚さ及びそれを除去するのに用いた方法により、限られた時間、典型的には、約３０秒〜数分の範囲内で、乾式クリーニング行う。その方法は、半導体構造体の臨界的形状（ＣＤ）に影響を与えることなく、或は、特に大きな金属幅を有する装置では起きることがある、下の金属層（１０４）からの金属滲出を起こすことなく、ホトレジストを効果的に除去するのに充分な時間行われなければならない。

乾式クリーニングでは、幾らかの重合体残留物が層１０２の表面上に残るのが典型的である。従って、その残りの残留物を除去する為に溶媒を層１０２の表面に適用する湿式クリーニング法を次に行なってもよい。溶媒は、フッ素系溶媒又は酸を含めた標準的湿式クリーニング溶媒でもよく、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、例えば、アシュランド社（ＡＳＨＬＡＮＤ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ）及び他の半導体クリーニング用流体供給業者から市販されているそのような溶媒を含んでいいてもよい。特別な湿式クリーニング法、例えば、湿潤ベンチ（ｗｅｔ ｂｅｎｃｈ）、回転／濯ぎ／乾燥器、及び清掃用ブラシを含めた方法を含めてもよい。

従来知られている半導体装置製造法では、湿式クリーニング（又は一連の湿式クリーニングの最後）は、金属１１０を、露出した誘電体層１０２の表面上に堆積する金属堆積（例えば、障壁層堆積、又は金属種子層堆積）工程直前の工程であった。しかし、障壁層堆積過程中、ＲＧＡにより分析した製造ロットは、金属堆積工程前にウエーハから来た、ＲＧＡトレースで観察される高レベルの有機物質のため、時々駄目になり、従って、再処理しなければならなかった。最初は、レジストの除去が不完全であったものと推定された。しかし、ＳＥＭ検査によっては、その駄目になったロット中に重合体残留物は検出されなかった。駄目になったロットを、商業的灰化器で２５０℃で４５秒間行われる第二Ｈ・プラズマ・ストリップへ送り返した。次に、その再処理したロットを試験して、それらロットが許容可能か否かを決定した。そのような再処理されたロットは、ＲＧＡ分析に合格した。しかし、４５秒間の短い時間プラズマを発生させるためＲＦ電力を用いると、ＯＳＧ誘電体フイルムの望ましくない損失及びＣＤの望ましくない増大を与える結果になった。

後になって、湿式クリーニング溶媒から、質量／電荷数（ｍ／ｅ）５９の成分が誘電体フイルム層１０２に吸収されて残ることが決定された。そのような溶媒成分は、障壁堆積工程中に気化し、後の工具及び装置の不具合を与える結果になるであろう。

その揮発性成分は、限定された時間、低圧（実質的に１気圧から実質的真空までの）環境中で、上昇させた温度でアニールを行うことにより、ＣＤに影響を与えることなく、或は金属滲出を起こすことなく、除去するのに成功することが見出された。実際、そのようなアニールは、せいぜい３分までの時間に限定してもよく、或は用いた低ｋ材料の種類によっては約６分まで延ばすことができる。もしそれが装置性能に悪影響を与えないならば、もっと長い時間を用いることもできるであろう。しかし、そのような時間はまだ一般に数分の規模に限定されている。

温度は、吸収された揮発性成分を除去するため、溶媒の主要成分の沸点より高くなければならない。しかし、温度は、受動的滲出を起こすなどにより、装置性能に影響を与えるのに充分な程高くならないようにしなければならない。

エッチングされたＯＳＧウエーハ１００の下の金属層１０４中の銅の場合、そのような滲出を避けるためには、温度は、約３００℃を超えないようにすべきである。特定の態様として、２５０℃で４５秒間のアニールで、前に記載した限定された時間のプラズマ再処理で起きるＯＳＧフイルムの損失又は銅滲出を起こすことなく、吸収された成分をＯＳＧウエーハから完全に除去できることが判明した。

特定化したアニールパラメーターを達成するため、適当な設計の炉中でアニールを行うことができる。アニールは、ＲＦ又はマイクロ波放射線を適用せずに、灰化器中で行うこともできるが、ウエーハを上昇させた温度で１気圧より低い圧力の処理室中に保持して行うこともできる。

上の開示では、本発明の最もよい方法を特に記述してきたが、そのような記述は、単に例示の目的のために与えられており、形態及び詳細な点の両方で、本発明の本質及び範囲から離れることなく、当業者には他の変更を行えることは理解されるべきである。

図１は、エッチング後で、金属堆積前及び後のウエーハの処理工程図である。

符号の説明

１００ ウエーハ
１０２ 誘電体層
１０４ 金属層
１０６ バイア
１０８ トレンチ
１１０ 金属

Claims (10)

1. 半導体製造過程の工程間でウエーハをクリーニングする方法において、
   前の処理工程に続き、湿式クリーニング溶媒を用いてウエーハ上の低ｋ誘電体物質表面をクリーニングし、そして
   後の処理工程前に、前記表面のアニールを行なって、前記溶媒の成分を除去する、
   ことを包含する、ウエーハクリーニング方法。
2. 前の処理工程が、エッチング工程を含み、後の工程が、銅の堆積を含めた金属堆積工程を含む、請求項１に記載の方法。
3. 誘電体物質が次のもの：有機珪酸塩ガラス（ＯＳＧ）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）誘電体物質、フッ素ドープ珪酸塩ガラス（ＦＳＧ）、及び二酸化珪素（ＳｉＯ２）；の少なくとも一種類を含む請求項１に記載の方法。
4. 成分が、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）である、請求項１に記載の方法。
5. アニールを行う前に、ウエーハの乾式クリーニングを行なってホトレジストを除去し、然も、前記乾式クリーニング工程が、水素、酸素、及び不活性ガスの少なくとも一種類を含むプラズマを適用することを更に含む、請求項１に記載の方法。
6. アニールが、成分の沸点より高い温度で、ウエーハの臨界的形状を変えず金属の滲出も起こさない時間、実質的に真空の中で行う低圧アニールを含む、請求項１に記載の方法。
7. アニールが、３００℃に等しいか又はそれより低い温度で行われる、請求項６に記載の方法。
8. アニールが、せいぜい３分の時間行われる、請求項７に記載の方法。
9. 前の工程がエッチング工程を含み；後の工程が金属堆積工程を含み；クリーニング工程がジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）を含む溶媒を用いた湿式クリーニング法を行うことを含み；アニーリング工程が、湿式クリーニング工程を行なった後で、金属堆積を行う前に、溶媒の吸収成分を除去するアニールを行うことを含み；前記アニールが、前記成分の沸点より高い温度で行われる、請求項１に記載の方法。
10. 材料をエッチングした後、誘電体材料のプラズマ・ストリップを行なってホトレジスト残留物を除去することを更に含み；クリーニング工程が、フッ素系溶媒を用いた湿式クリーニング法を行なって前記材料からプラズマ・ストリップの重合体残渣を除去することを含み；アニーリング工程が、湿式クリーニング処理を行なった後で、金属障壁堆積を行う前に、低圧高温で、限られた時間アニールを行なって前記誘電体材料から前記フッ素系溶媒の成分を除去することを含み；それにより前記アニールが、高周波（ＲＦ）放射線及びマイクロ波放射線の一種類以上により発生させたプラズマの適用を除外している、請求項１に記載の方法。

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