JP4335441B2 - 有機反射防止膜のエッチングプロセス - Google Patents
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Description
発明の分野
本発明は、集積回路(IC)の製造法において、有機反射防止膜をエッチングするための改善された方法に関する。
【0002】
発明の背景
例えばコンピュータマイクロプロセッサのような電子回路固体マイクロチップは、それぞれがトランジスタ、抵抗、コンデンサのような何千もの個々の電子コンポーネントから作られている何千もの個々のシステムで構成されている。固体電子素子の製造は、要求された機能に応じた電子コンポーネントおよびシステムを生み出すために選択的にエッチングされた精密なパターンと均一な厚さを有する半導体、導体あるいは絶縁材料からなる集合層に依存している。このコンポーネントとシステムは、すべて1つのチップまたは基板の中に作られて連結されているため、これらの回路は、”集積回路(IC)”と呼ばれている。
【0003】
ICの製造は、非常に競争が激しい。それゆえ、製造工程の効率に関する改善は、競争上利点となる。典型的には、ICを製造するためには、システムを形成するためコンポーネントを連結し、回路を形成するためにシステムを連結する1つ以上の導線によるネットワークを製造する必要がある。重要な製造工程は、フォトリソグラフィーとエッチング(総合してこれらの処理は”パターニング”と呼ばれる)を用いる半導体基板上での導線のネットワークの形成 すなわちネットワークの連結である。これは、典型的には、光感光膜、すなわち、フォトレジスト膜(”フォトレジスト”)を用いて、導体の金属層を被覆することによって行われる。フォトレジストは、続いて、ネットワークを連結する導体を要求されたパターンに一致するパターン中で光をさえぎるマスクを通して、光化学作用をもつ光によって露光される。
【0004】
フォトレジスト膜は、続いて”現像”される、すなわち、光化学作用をもつ光によって露光されたフォトレジスト膜の部分は、選択的に除去され、それによってマスク中の開口部に対応するパターンが下の導体表面に露出する。通常、露光された金属層は、望み通りの連結ネットワークを残しながらプラズマエッチングによって除去されるが、湿式の化学エッチングによっても同様に除去可能である。
【0005】
ICの超小型化に対する最近の要求によって、回路密度は増加をもたらし、フォトレジストを露光するために、より短い波長の光、例えば、深紫外線(deep UV)のようなより短い波長が要求されている。短波長光は、理論的には、高解像度の露光をもたらすはずであるが、不幸にして、その光は、フォトレジスト層を通過して後方の金属層で反射する傾向がある。この反射は、入射光と干渉し解像度を低下させる。この現象の解説は、「VLSI時代のシリコン処理」(S.Wolf et al."プロセス技術"第1巻 Lattice Press, Sunset Beach CA(1987))で見いだすことができる。この問題を解決するために、反射防止膜(ARC)は、典型的には不必要な反射とそれに伴う解像度の低下を低減するためにフォトレジスト層の前の金属層の上に堆積される。IC工業界において広く用いられているARCは、ポリイミド類であるが、他の有機反射防止膜材料も使用することができる。
【0006】
フォトレジストは、UVによって露光され、現像されてから、ARCは、下層の導体の金属層や金属膜を露出させるためにエッチングによって除去されなければならない。先行技術は、これがプラズマエッチングによってなされることを教えている。しかしながら、ARCを効率よくエッチング除去するがフォトレジストを相対的に無傷のまま残すようなエッチング剤システムと条件が使用されなければならない。
【0007】
参考文献として組み入れられる米国特許第5,655,110号,"Krivokapic et al."は、大量生産される半導体ウェーハにおけるエッチング処理中の臨界寸法の維持の重要性を解説している。米国特許第5,126,289号,"Ziger"は、エッチング剤としてイオン化したCCl4を用いて一度の処理で、フォトレジスト層と下層のアルミニウム層をエッチングする方法を教えている。しかしながら、Zigerは、フォトレジストの浸食(degradation)に関しては解説していない。
【0008】
参考文献として組み入れられるThuy B.Taの米国特許第5,308,742号("Ta"と称す)は、CHF3、必須の酸素(O2)およびキャリアガスとしてアルゴンを用いるポリイミドARCをエッチングするプラズマ工程を有するIC製造方法の権利を主張している。この特許は、アルゴンがCHF3によって形成されたポリマーを除去するスパッタ成分として作用する一方で、CHF3がポリマー形成を促進すると断言している。スパッタ成分は、主に垂直方向に移動する。従って、フォトレジストを通ってエッチングされた連結ネットワークの側壁上のポリマー材料が除去されないため、これは、酸素による横の攻撃からフォトレジストの側壁を保護する。ARCに対して選択的であるために、この方法は、いわゆる臨界寸法制御を提供する。
【0009】
"Ta"では、酸素は、実際のエッチング剤のようにみえる。酸素は、攻撃的な酸化剤であり、いくつかの固体の構成成分に対して特異性がなくかつ有害である傾向にある。より穏やかな酸化剤は、ARCとフォトレジストとの間の選択性をより高くし、それゆえ、"Ta"のプロセスを超えた改善法を提供する。選択性は重要である。なぜなら、アルゴンスパッタリングがフォトレジスト表面に堆積したCHF3を除去する場合には、CHF3は垂直方向の保護とならないからである。過剰の浸食は、ARCおよび/または下層の導体膜エッチング時のフォトレジストのマスキング特性を損なう。
【0010】
我々は、 酸素を用いずに、それゆえフォトレジストの浸食(degradation)を低減し、ARCを選択的にしかも効率的に除去する改善されたプロセスを見いだした。
【0011】
発明の要約
本発明の第1の特徴は、金属層の上にある有機ARCを除去するプロセスであって、プラズマ発生装置の反応チャンバー中で、前記ARCをイオン化した状態の酸素フリーエッチング剤システム中に曝す工程を有し、前記エッチング剤システムは、1つ以上のフッ素含有成分、塩素、任意の不活性キャリアガスを有するプロセスである。このプロセスは、IC製造時における有機ARCの露光領域を除去する際に、フォトレジストの臨界寸法を維持するために特に有用である。
【0012】
第2の特徴は、第1の特徴のプロセスで用いられる1つ以上のフッ素含有成分、不活性なキャリアガスおよび塩素を明確にしたことである。1つの実施例では、前記フッ素含有成分は、CF4、CHF3、C2F6、CH2F2、SF6またはCnFn+4からなるグループから選択されることを明確にした。特別の実施例においては、フッ素含有成分はCHF3であり、不活性キャリアガスはアルゴンである。
【0013】
好適な実施の形態の詳細な説明
図1aにおいて、フォトレジスト12が露光され、現像された後の製造中の半導体複合チップ10の拡大された部分の斜視図は、回路パターン15を形成する連結ネットワークを示している。すなわち、フォトレジストが露光されていない部分に対応する導体膜16の領域は、コンポーネントやシステムを連結する導線のネットワークとなる。導体膜や層は、半導体基板17を被覆する。図1bは、図1aに対応する断面図であり、フォトレジストが現像された後にARC18の一部が連結ネットワークの底部を覆っていることをより明確に示している。ARCのこの部分は、下層の導体膜16がエッチングによって除去される前に除去されなければならない。
【0014】
図1aと図1bは、フォトレジスト12の露光と現像によって形成された連結ネットワーク14は、精密であることを留意されたい。しかしながら、連結ネットワーク14の底部において、ARCを除去するために使用される剤システムがフォトレジスト12のエッチングされていない部分を攻撃する場合は、連結ネットワーク14の精密さは非常に低減される。
【0015】
前世代のICにおいては、導体膜をエッチングすることによって形成された導線は、ある程度良く分離されていたので、フォトレジストの浸食(degradation)は一般的に許容することができた。しかしながら、現世代のICにおいては、導線はしばしば互いに非常に接近しているので、たとえ小量の浸食(degradation)であっても危険である。更に、深UV(deepUV)フォトレジストによる露光と現像において高解像度を達成するために、フォトレジストの厚さは、12000Åのあたりから7000〜8000Åのあたりまで薄くされる。これによって、ARCのエッチング時に下層膜を保護するフォトレジストが少なくなる。
【0016】
図2は、プラズマ発生機中にイオン化されたO2を含む剤システムによって、ARCを除去した結果の概要図である。例えば、O2とN2の混合ガスを用いたシステムである。このO2を含む剤システムは、効率的にARCを除去する時にフォトレジスト12も同様に攻撃して一般的に薄膜化と、図2における20の点で示したような浸食(degradation)を起こす。図2に示したように、浸食(degradation)は、連結ネットワーク14の精密さを低減し、他の位置で下層の好ましくない露出を引き起こす。薄くなり浸食(degradation)された導体膜からエッチング除去された連結ネットワーク14は、導線中にボイドまたはIC機能における不良をもたらす接続不良を生じさせる。
【0017】
図3は、本発明の剤システムを用いたARC除去結果の概要図である。フォトレジスト12は、最小限の影響を受けるに過ぎず、精密なパターンは残されていることを銘記すべきである。それゆえ、精密なパターンは、露出した導体膜16がエッチング除去されたときに次の工程における導線の形成に反映される。
【0018】
本プロセスに対し、キャリアガスは、不活性ガス、希ガスであり、好ましくは、アルゴンであるが、他の希ガス、例えば、ヘリウム、ネオン、クリプトン、ゼノンやそれらの混合ガスを使用することができる。塩素源は、好ましくは、化学的に純粋な単一の塩素(Cl2)である。その代わりに、HCl、BCl3のような塩素含有ガスを用いることも可能である。同様に、CHF3は、好ましいフッ素源であるが、他のフッ化炭素やそれらのガスを合わせて使うことも可能である。
【0019】
図4は、高密度プラズマを用いて基板を処理することができるECR反応器100を示している。その反応器は、反応チャンバー102を有しており、その中で、プラズマガスによって基板が処理される。高密度のプラズマを発生するために、反応器は、プラズマ発生チャンバー103を有しており、その中で、マイクロ波ガイド104を通過してきたマイクロ波エネルギーと電磁コイル105によって発生された磁気エネルギーとの結合によって高密度プラズマが発生する。高密度プラズマは、適当なガスまたは混合ガスによって発生し、イオンビームは、オリフィス103aを通してプラズマチャンバーから引き出される。好ましくは、オリフィス103aは、チャンバー103と同じ直径を有する。基板106は、その中に基板温度を制御する機構を有する静電チャックのような基板保持台107上に保持される。
【0020】
チャンバー103中で発生した高密度プラズマは、電磁コイル118によってホルン(角状物)108の内部に閉じこめられ、RFバイアスをRF源109およびインピーダンスマッチングなどの関連電気回路110によって基材に加えることにより、基板106方向に向けられる。反応チャンバー102は、一般的に排気口111によって示されるような適当な真空装置によって真空排気される。高密度プラズマ中にエッチング用反応物を導入するために、ホルン118は内部表面上にガス散布環のような1つ以上のガス注入装置を有し、それによってFやClのような反応物を高密度プラズマ中に導入させられる。1つあるいは複数の反応物は、一般的に112で示される1つ以上の通路を通って供給される。プラズマ発生チャンバー103中でプラズマを発生するために、アルゴンが一般的に113で示される1つ以上の通路を用いてプラズマ発生チャンバー103中に導入される。
【0021】
114の矢印で示されるマイクロ波エネルギーは、絶縁窓115を通って進行し、水供給用導管117で壁が水冷されているプラズマ発生チャンバー103中に入る。基板ホルダー107の下の電磁コイル118は、基板106に近接して磁場を作るために使われ得る。直流電源119は、静電的に基板106を固定するための電力を基板ホルダー107に供給する。
【0022】
図5は、高密度プラズマで基板を処理することのできるTCP(登録商標)反応器120を示している。反応器は、プロセスチャンバー121を有し、その中で、基材123に近接してプラズマ122が発生される。基板は、水冷式の基板保持台124上に保持されており、基板の温度制御は、基板と基板支持台の間の空間に導管125を通して供給されるヘリウムガスによって行われる。基板支持台は、アルミニウム製の電極またはその中に電極が埋め込まれたセラミックス材料を有しており、その電極は、RF電源126およびRFマッチングなどを行う結合回路127によって、電力が供給される。処理中の基板温度は、温度計129に取り付けられた温度計測装置128によって、計測される。同様の温度計測装置もまた、図4に示されたECR反応器中で利用することができる。
【0023】
チャンバー121中に真空を供給するために、ターボポンプが出口130に接続されており、要求された真空を維持するために使用される。F,Clや任意の不活性ガス、例えばArを含む処理ガスは、絶縁窓133の下部の周りに広がっているガス散布環に反応ガスを供給する導管131,132によってチャンバー内に供給される。上記の代わりに、処理ガスは、絶縁性のシャワーヘッド窓または他の適当なガス分配システムを通して供給されることも可能である。らせん状TCP(登録商標)コイル134のアンテナのような電磁誘導エネルギー源は、RF源135およびおよびインピーダンスマッチングなどを行う結合回路136によって、RF電力が供給される。基板がチャンバー中で処理されるときに、RF源135はTCP(登録商標)コイル134に13.6MHzのRF電流を供給し、RF源126は、低い電極に400kHzのRF電流を供給する。
【0024】
本発明のプロセスは、上記のECRまたはTCP(登録商標)反応器あるいは、プラズマ発生機の適当な反応チャンバーの中において遂行される。ARCは、半導体ウェーハのような半導体基板、平板のディスプレイなどの上に存在できる。上記プロセスは、以下の範囲内で行うことができる。
【0025】
圧力 約1〜約500ミリtorr
温度 約0〜約100℃
Cl2流量 約2.5〜200sccm
不活性ガス流量 約0〜200sccm
フッ素含有成分の流量 約5〜200sccm
より好ましいのは、以下の範囲内で行うことができる。
【0026】
圧力 約1〜約10ミリtorr
温度 約30〜約80℃
Cl2流量 約5〜60sccm
Ar流量 約5〜80sccm
CHF3流量 約5〜80sccm。
【0027】
プロセスの時間は、組成、反応物および、より重要な有機ARCの厚さによって変化する。処理の終了点、すなわち、被覆されたARCの全てが除去される点は、標準のマイクロチップ製造装置を用いる本技術の標準方法によって決定されることが可能である。例えば、光学的な信号またはフッ素濃度を計測する。
【0028】
本発明は、特定の実施例に関して例示されたが、IC製造における当業者が通常なし得る本実施例の変形は、本発明の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図1(a)】 フォトレジスト膜がエッチングされているがARCが除去される前の半導体複合チップの一部の概要を示す斜視図である。
【図1(b)】 図1(a)で示されたチップの一部の概要を示す断面図である。
【図2】 O2を使用するプロセスによってARCが除去された後の図1(a)に似た図である。
【図3】 本発明のプロセスによってARCが除去された後の図1(a)に似た図である。
【図4】 本発明に一致したプロセスを実施するために利用することができる高密度プラズマECR反応器の概要図である。
【図5】 本発明に一致したプロセスを実施するために利用することができる高密度プラズマTCP(登録商標)反応器の概要図である。
Claims (10)
- 金属層の上にある有機ARCを除去するプロセスであって、
プラズマ発生装置の反応チャンバー中で、前記ARCをイオン化した状態の酸素フリーエッチング剤システム中に曝す工程を有し、
前記エッチング剤システムは、必須のCHF 3 、ArおよびCl 2 を主成分とし、圧力が1ミリtorrから100ミリtorr、温度が30℃から80℃、Cl 2 流量が5sccmから60sccm、Ar流量が5sccmから80sccm、CHF 3 流量が5sccmから80sccm、の範囲内になるように制御されていることを特徴とするプロセス。 - 前記ARCは、前記ARCを被覆するフォトレジスト中で前もってエッチングされた連結ネットワークを形成している溝によって露出していることを特徴とする請求項1に記載のプロセス。
- 前記金属層の上にある前記ARCは、フォトエッチング処理中に、光化学作用をもつ光がフォトレジストを完全に通過して後方の前記金属層から反射されることを防ぐために使われることを特徴とする請求項2に記載のプロセス。
- 前記プラズマ発生装置は、前記エッチング剤によって前記ARCをエッチングする間、100ミリtorr以下の圧力に排気されていることを特徴とする請求項1に記載のプロセス。
- 前記プラズマ発生装置は、ECR反応器と半導体基板上にある前記ARCとを有すことを特徴とする請求項1に記載のプロセス。
- 前記ARCは、半導体ウェーハの上にあることを特徴とする請求項1に記載のプロセス。
- 前記プラズマ発生装置は、前記反応チャンバー中に電磁結合のRF(Radio Frequency)エネルギーによってプラズマを形成するアンテナを有することを特徴とする請求項1に記載のプロセス。
- IC(集積回路)の製造中の有機ARCの露光領域を除去する際のフォトレジストを十分に維持する方法であって、
プラズマ発生装置の反応チャンバー中で、前記ARCをイオン化した状態のエッチング剤システム中に曝す工程を有し、
前記エッチング剤システムは、必須のCHF 3 、ArおよびCl 2 を主成分とし、圧力が1ミリtorrから100ミリtorr、温度が30℃から80℃、Cl 2 流量が5sccmから60sccm、Ar流量が5sccmから80sccm、CHF 3 流量が5sccmから80sccm、の範囲内になるように制御されていることを特徴とする方法。 - 前記有機ARCはポリイミドを主成分とすることを特徴とする請求項1に記載のプロセス。
- 前記有機ARCはポリイミドを主成分とすることを特徴とする請求項8に記載の方法。
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