JP2012500480A - バリア層除去方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
2Ta+5H2O=Ta2O5+10H++10e−
銅電解研磨工程の電極における水のため、銅研磨の後では、酸化タンタルはほとんど五酸化タンタルである。五酸化タンタルはかなり高い化学安定性を有する。それは銅研磨の間にバリア層の保護として機能するが、次の段階ではバリア層を除去することがより難しくなる。XeF2ガスは適切な速度でTa及びTaN203をエッチングするが、酸化タンタル205をエッチングすることは困難であり、所定条件では全くエッチングできない。酸化タンタル205はマスク層として機能し、Ta及びTaN203がXeF2ガスによってエッチングされることを防ぐ。非常に長い間XeF2はTa及びTaN層の部分を除去するが、図7に示すようにピンホールの原因となる。図7は、銅204がSFPにて研磨された後に、酸化タンタルフィルム205除去工程無しで、バリア層Ta及びTaN203がXeF2によってエッチングされることを示す。所定時間XeF2によってエッチングされた後、ピンホール領域の周りを除いてバリア層203は除去されていないように見える。バリアを効率的且つ一様に除去するために、バリア層203の上の酸化タンタルフィルム205は最初に除去されるべきである。
Ta2O5+14F−+10H+=2TaF7 2−+5H2O
HF/BHFの濃度は0.1w%〜30w%であり、0.5%〜4%が好ましい。処理温度は0℃〜50℃であり、室温が好ましい。処理時間はHF/BHFの濃度及び温度に依存する。ここで溶液は酸化タンタルフィルム205及びバリア層タンタル203の部分をエッチングし、銅層204に損傷を与える原因とならない。しかし処理が非常に強い、エッチング時間が非常に長い、又はエッチング濃度が非常に高い場合は、バリア層Ta/TaN203は除去される。図8は、エッチング液が非常に強い場合に、パッド側壁のバリアTa/TaN203が損傷することを示す。側壁のバリア層の少なくとも一部が損傷していることが明らかに見られる。そのため溶液により低k誘電層202が損傷を受ける。適切な処理は酸化タンタルフィルム205をエッチングすることである。図9に示されるように、酸化タンタルフィルム205がエッチングされた後、残存するバリア層Ta/TaN203は、XeF2によって図7に示されるものと比較して効率的に除去される。
Claims (23)
- 基板、誘電層、前記誘電層上のバリア層、及び前記バリア層上の金属層を有し、前記金属層が充填されているパターンを有する半導体構造体の処理方法であって、
無応力電解研磨(SFP)により前記バリア層の上の前記金属層を除去し、
無応力電解研磨の間に形成された前記バリア層の酸化タンタル又は酸化チタンフィルムを除去し、
XeF2ガスを用いて前記バリア層を除去し、構造体のパターンを完全に離隔することを特徴とする半導体構造体の処理方法。 - 前記バリア層は、タンタル若しくはチタンの純組成、化合物、又は、窒素若しくはケイ素添加物からなる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記バリア層の酸化タンタル又は酸化チタンフィルムの少なくとも一部が、前記金属層の無応力電解研磨の間に形成されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記金属層が銅層であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記誘電層が、1.2よりも大きく4.2未満である誘電定数を有する誘電材料で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記バリア層の酸化タンタル又は酸化チタンが、HF/BHFを含む溶液であるエッチング試薬により除去されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記エッチング試薬の濃度が0.1%〜30%であり、
温度が0℃〜50℃であり、
前記エッチング試薬がHCl又はH2SO4が添加されたF−をも含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 前記バリア層の酸化タンタル又は酸化チタンフィルムが、KOH、NaOH、又はその両方を含む強塩基の溶液であるエッチング試薬により除去され、
前記溶液の濃度は0.1%〜50%であり、
温度は0℃〜90℃であることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記バリア層の酸化タンタル又は酸化チタンフィルムが、CF4/O2プラズマにより除去されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記バリア層の酸化タンタル又は酸化チタンフィルムが、Ar、He、Ne、Xe、及びKrからなる群から選択される不活性ガスを使用してなされるガススパッタリングにより除去されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記バリア層の酸化タンタル又は酸化チタンフィルムが、クエン酸、シュウ酸、又はこれらの混合物により除去され、
試薬の濃度は0.1%〜10%であり、
温度は0℃〜80℃であることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記XeF2ガスの圧力が、0.1Torr〜100Torrであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記基板の温度が0℃〜300℃であることを特徴とする請求項12に記載の方法。
- 基板、誘電層、前記誘電層上のバリア層、及び前記バリア層上の金属層を有し、前記金属層が充填されているパターンを有する半導体構造体を製造する装置であって、前記装置は、
前記バリア層の上の前記金属層を除去する無応力電解研磨系と、
無応力電解研磨の間に形成された前記バリア層の酸化タンタル又は酸化チタンフィルムを除去する、酸化タンタル又は酸化チタンフィルム除去系と、
構造体のパターンを完全に離隔するために前記バリア層を除去するエッチング系と、を備えることを特徴とする。 - 前記バリア層は、タンタル若しくはチタンの純組成、化合物、又は、窒素若しくはケイ素添加物からなる群から選択されることを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記酸化タンタル又は酸化チタンフィルム除去系は、
酸化タンタル又は酸化チタンフィルムを除去するためにHF/BHFを含む溶液であるエッチング試薬を使用することを特徴とする請求項14に記載の装置。 - 前記エッチング試薬の濃度が0.1%〜30%であり、
温度が0℃〜50℃であり、
前記エッチング試薬がHCl又はH2SO4が添加されたF−をも含むことを特徴とする請求項16に記載の装置。 - 前記酸化タンタル又は酸化チタンフィルム除去系は、酸化タンタル又は酸化チタンフィルムを除去するためにKOH、NaOH、又はその両方の混合溶液を含む溶液であるエッチング試薬を使用し、
前記溶液の濃度は0.1%〜50%であり、
温度は0℃〜90℃であることを特徴とする請求項14に記載の装置。 - 前記酸化タンタル又は酸化チタンフィルム除去系が、酸化タンタル又は酸化チタンフィルムを除去するためにCF4/O2プラズマを使用することを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記酸化タンタル又は酸化チタンフィルム除去系が、酸化タンタル又は酸化チタンフィルムを除去するために、Ar、He、Ne、Xe、及びKrからなる群から選択される不活性ガスを使用してなされるイオンスパッタリングを使用することを特徴とする請求項14に記載の装置。
- 前記酸化タンタル又は酸化チタンフィルム除去系が、前記バリア層の酸化タンタル又は酸化チタンフィルムを除去するために、クエン酸、シュウ酸、又はこれらの混合物を使用し、
試薬の濃度は0.1%〜10%であり、
温度は0℃〜80℃であることを特徴とする請求項14に記載の装置。 - バリア層エッチング系が、バリア層のTa/TaN又はTi/TiNを除去するためにXeF2ガスを使用し、
前記XeF2ガスの圧力が0.1Torr〜100Torrであることを特徴とする請求項14に記載の装置。 - 前記基板の温度が0℃〜300℃であることを特徴とする請求項22に記載の装置。
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