KR20030093186A - 비아를 형성하는 과정에서 나온 에칭 잔여물을 제거하기위한 방법 - Google Patents

비아를 형성하는 과정에서 나온 에칭 잔여물을 제거하기위한 방법 Download PDF

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Abstract

비아를 형성하는데 사용된 과정에서 나온 에칭 잔여물은 액상 화학 제품 용매를 사용할 필요가 없고 과도하게 전하를 비아에 축적하지 않는 과정을 사용하여 제거된다. 한 단계는 플루오르화탄소 및 산소를 사용하는 것이다. 이러한 가스들은 마이크로파와 RF 둘 모두에 의해 활성화된다. 다른 단계는 다른 두 가스에 더해서, 아르곤을 도입하는 것으로, 역시 마이크로파와 RF에 의해 활성화된다. 이것은 비아 위의 표면상에 달라붙는 경향이 있는 모든 추가 잔여물을 제거하는 효과를 가지며, 게다가 비아의 에칭 잔여물의 제거도 완료한다. 추가 단계는 선행하는 두 단계들의 결과로서, 물에 매우 잘 녹는 모든 잔존 플루오르화된 잔여물을 제거하기 위해 단지 탈이온수(de-ionized water)를 인가하는 것이다.

Description

비아를 형성하는 과정에서 나온 에칭 잔여물을 제거하기 위한 방법{Method for removing etch residue resulting from a process for forming a via}
집적 회로를 제조하는데 있어 필요한 것들 중 하나는 상호 접속층들 사이에 일반적으로 금속인 비아들을 형성하는 것이다. 이러한 상호 접속층들은 또한 층간 유전체 또는 간단히 ILD로서 알려진 레벨간 유전체(interlevel dielectric)에 의해 분리된다. 두 개의 상호 접속층들 사이에 접속을 형성하는데 있어서, 비아는 상단의 상호 접속층들을 형성하기 전에 먼저 층간 유전체에 형성된다. 비아의 형성에서, 포토레지스트가 비아들에 대한 패턴을 제공하는데에 사용된다. 포토레지스트가 패턴화된 후, 비아는 레벨간 유전체를 통해 기부(underlying)의 상호 접속층까지 에칭된다. 이러한 과정의 중요한 점은 이후에 포토레지스트를 제거하는 것이다. 포토레지스트는 레벨간 유전체상에 그리고 비아내에 상단의 상호 접속층이 후속하여 형성되기 전에 제거되어야만 한다. 포토레지스트를 제거하는데 있어서 문제점들 중하나는 통상 베일들(veils) 또는 비아 베일들이라 불리는 형태의 에칭 잔여물들이 비아의 기저부와 비아의 상단 가장자리의 측벽에 일반적으로 형성된다는 것이다(베일들은 또한 비아의 측벽 전체에 퍼질 수 있다). 이러한 베일들은 비아의 형성동안 사용되는 에칭 물질들(etchant materials)의 부산물이며, 에칭된 레벨간 유전체로부터의 규소와 탄소, 및 비아의 기저부에서의 기부 금속 상호 접속층으로부터 스퍼터링된 금속의 부산물이다.
본 발명은 집적 회로들을 제조하는 방법들에 관한 것이며, 특히, 포토레지스트를 제거하기 위한 방법들에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 사용하는 장치를 도시하는 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 집적 회로의 일부를 도시하는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 후속 처리 후의 도 2의 집적 회로의 일부를 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 후속 처리 후의 도 3의 집적 회로의 일부를 도시하는 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 후속 처리 후의 도 4의 집적 회로의 일부를 도시하는단면도.
도 6은 본 발명에 따라 처리된 후의 대안적인 단면도를 도시하는 도면.
이러한 베일들은 일반적으로 액상 용매를 사용하는 습식 세정으로 제거된다. 포토레지스트는 이러한 용매 세정에 앞서 건식 스트립을 사용하여 우선 제거된다. 건식 스트립은 폴리머인 포토레지스트를 부식하는 반응종 즉 플라즈마를 활성화하기 위한 마이크로파 활성 소스를 사용하여 포토레지스트를 스트립한다. 후속하여 습식 세정으로서 용매의 사용은 베일들 및 다른 레지스트 잔여물을 효율적으로 제거한다. 용매가 도입된 후에는, 물이 용매를 헹구는데 사용된다. 용매는 매우 효율적이지만 높은 소비재값과 기하학적으로 수축하는 잠재적인 문제점들을 가진다. 한 잠재적인 문제점은 매우 작은 비아들에 용매를 넣기가 어렵다는 것이다. 또한, 용매가 물에 의해 완전히 제거되지 않는다면, 높은 저항의 비아 또는 신뢰성 없는 전기 접속을 초래하는 잔여물이 남게 된다. 실험 데이터는 이러한 유형의 용매-세정된 비아에는 접속에 있어서 과도한 저항을 피하기 위해 일반적으로 24시간내에 적정한 방식으로 금속이 채워져야만 한다는 것을 보여준다.
용매의 사용을 극복하기 위해 시도된 기술들 중 하나는 플라즈마용 활성 소스(energizing source)로서 RF를 사용하는 것이다. 이것은 베일을 제거하는데 있어 효율적이지만, 상호 접속상에 과도하게 전하가 쌓이는 것도 초래한다. 상호 접속은 적어도 몇몇 장소들에서 게이트 유전체에 접속될 것이다. 상호 접속상에 전하의 필연적인 축적은 과도하게 될 수도 있는 게이트 유전체 양단의 전압 차를 초래할 것이며, 이로 인해 게이트 유전체가 손상된다. 게이트 유전체가 손상되는 결과를 낳게 하는 비아내의 과도하게 쌓인 전하는, 물론 큰 문제가 된다. RF 활성화된 NF3, O2및 N2H2를 사용하려는 시도는, 과도한 전하 축적과 웨이퍼의 불충분한 균일성과, 비아 형성 후 24시간내에 비아를 채워야 하는 문제점들을 초래한다.
따라서, 액상 용매를 사용하지 않고 공지된 화학적 RF 세정들과 관련된 문제들을 초래하지 않고서 포토레지스트를 제거해야할 필요가 있다.
이하 설명은 포토레지스트를 제거하기 위한 주요한 화학 제품으로서 CF4및 O2를 사용하는 실시예를 설명한다. 후속하여 아르곤을 추가하는 것은 ILD 위에 침전된 포토레지스트를 제거하는 것을 돕는다. 그 후, 탈이온수(de-ionized water)가 처음 두 단계들의 유익한 결과로서 용해될 수 있는 플루오르화된 화합물들을 제거한다. 화학 제품들은 섭씨 약 25도로 일반적으로 생각할 수 있는 실온 이상의 온도에서 RF와 마이크로파 양쪽 모두에 의해 활성화된다.
도 1에 도시된 것은 그 안에 반도체 웨이퍼(12)가 존재하는 장치(10)이다. 장치(10)는 CF4소스(14), O2소스(16), 아르곤 소스(18), 마이크로파 소스(20), RF 소스(22), 반응 챔버(24), 파(wave) 유도 장치(26), 인렛 튜브(inlet tube; 28), 밸브(30), 밸브(32), 밸브(34), 배플들(baffles; 36) 및 척(chuck; 38)을 포함한다. 반응 챔버(24)는 그 안에 배플들(36), 웨이퍼(12) 및 척(38)을 가진다. RF 소스는 척(38)에 접속된다. 마이크로파 소스(20)는 파 유도 장치(26)에 의해 반응 챔버(24)에 접속된다. CF4소스(14)는 밸브(30)를 통해서 인렛(inlet; 28)에 선택적으로 연결된다. O2소스(16)는 밸브(32)를 통해서 인렛(28)에 선택적으로 연결된다.아르곤 소스(18)는 밸브(34)를 통해서 인렛(28)에 선택적으로 연결된다. 인렛(28)은 파 유도 장치(26)에 연결되어, 인렛 튜브(28)내의 가스들이 파 유도 장치(26)에 들어가고 마이크로파 소스(20)에 의해 활성화된다. 가스들은 그 후 활성화된 상태로 파 유도 장치(26)를 통해서 인렛(28)으로부터 챔버(24)로 들어간다.
도 2에 도시된 것은 종래에 알려진 기술들에 따라 비아를 형성한 후의 웨이퍼(12)의 부분(50)이다. 상기 부분(50)은 기부의 금속층(54), 층간 유전체(56) 및 포토레지스트층(58)을 갖는 비아(52)를 보여준다. 도 2에 도시된 바와 같은 부분(50)은 포토레지스트가 마스크를 형성하도록 에칭된 후의 스테이지에 있으며 이러한 마스크를 사용하여 금속층까지 층간 유전체가 에칭되어 비아(52)를 형성한다. 양호한 실시예에서, 금속층(54)은 반사 방지 코팅(57)을 포함한다. 비아(52)의 층간 유전체의 제거 직후, 금속층(54) 바로 위의 가장자리에는 에칭으로 인해 나온 물질들의 축적물들(59)이 남아있다. 이러한 물질들은 탄소, 규소, 질소, 플루오르 및 티탄을 포함한다. 이들은 베일(veil)을 형성하기 쉬운 물질들이고 비아가 전기 접속을 형성하도록 채워질 때 후속 문제가 발생한다. 이것은 베일들이 제거되어야 할 필요가 있는 시점에 대한 전형적인 출발점이다.
다음 단계는 본 발명의 실시예에 따라, 포토레지스트를 제거하기 위해 도 1의 장치를 사용하는 것이다. 척(38)상에 웨이퍼(12)를 위치시킨 후, 마이크로파 소스(20) 및 RF 소스(22)를 활성화하고 CF4가스 및 산소 가스를 파 유도 장치(26)를 통해서 챔버(24)내에 도입함으로써 포토레지스트(58)가 제거된다. 따라서,챔버(24)내에 들어간 CF4및 O2는 마이크로파 소스(20)에 의해 활성화되고 RF 소스(22)에 의해 더욱 활성화된다. 이것은 포토레지스트(58)의 효율적인 제거 및 베일이 형성되는 비아의 기저부에서 측벽에 존재하는 폴리머 결합들의 분해를 야기한다. 양호한 실시예에서, RF 및 마이크로파 파워가 동시에 인가된다. 다른 실시예에서, CF4및 O2는 RF 파워 또는 마이크로파 파워에 의해서만 활성화된다. 일반적으로, 포토레지스트 잔여물(64)이 또한 남아있게 된다.
포토레지스트(58)가 도 3에 도시된 바와 같이 실질적으로 제거된 후, 장치(10)를 사용하는 후속 제거 단계가 적용된다. 포토레지스트의 CF4/O2스트립 후, ILD상에 약간의 플루오르를 포함하는 도 3에 도시된 일부 잔여물이 여전히 남아있다. 비아(52)의 가장자리에서 비아의 기저부에 플루오르 축적물(61)도 있다. 다음 단계는 인렛(28)에 아르곤을 더 포함하여 파 유도 장치(26)로 넣는 것이다. 따라서, 제 2 단계는 활성인 RF 소스(22)로 처리되는 챔버(24)내에 마이크로파로서 활성화되어 도입된 CF4, O2및 아르곤을 사용한다. 양호한 실시예에서, RF 및 마이크로파 파워들은 동시에 인가된다. 다른 실시예에서, CF4및 O2는 RF 파워 또는 마이크로파 파워에 의해서만 활성화된다. 마이크로파 및 RF-활성화된 CF4, O2및 아르곤을 사용하는 이러한 단계의 결과가 도 4에 도시된다. 이것은 포토레지스트 잔여물(64)이 제거되고 플루오르화된 잔여물(61 및 66)이 잔존함을 도시한다. 플루오르화된 잔여물(61 및 66)은 그 후 탈이온수를 사용하여 제거된다. 플루오르화된 잔여물(61 및 64)의 플루오르는 물의 수소와 쉽게 결합하기 때문에 탈이온수는 플루오르화된 잔여물(61 및 64)을 제거하는데 효율적이다. 따라서, 물의 사용은 플루오르화된 잔여물(61 및 64)를 녹이고 제거하는데 효율적이다. 따라서 도 5에 도시된 구조의 결과는 특히 깨끗하다. 도 5에 도시된 바와 같이 결과는 비아(52)에 전도성 있는 물질의 후속 침전이 72시간 후에 발생할 수 있으며 여전히 우수한 접속이라는 것이다. 이전에는, 24시간이 일반적인 한계였다.
따라서, 액상 용매를 사용하지 않고도 매우 효율적으로 포토레지스트를 제거하는 기법이 여기에 도시된다. 이러한 특정 실시예에서, 금속은 알루미늄이고 반사 방지 코팅은 티탄 질소이다. 하지만, 다른 금속들이 사용될 수 있다. 또한, CF4보다 다른 가스들이 효율적으로 사용될 수도 있다. 다른 이러한 가스들은 C2F6및 C3F8을 포함한다. CF4는 탄소에 대한 플루오르의 비가 높기 때문에 더욱 효율적이 될 것이라고 생각된다. 탄소와 플루오르를 포함하는 다른 가스들도 작용한다. 이러한 과정에서, RF 소스 에너지는 400 와트 이하를 유지한다. 350 와트의 전력으로 작업하는 것이 도시되지만, 현재 과정에 대한 양호한 전력은 250와트이다. 높은 에너지는 반사 방지 코팅으로서 무엇이 사용되어도 TiN이 제거되는 결과를 가져온다. 따라서 이러한 CF4및 O2의 조합에 대해, 에너지는 문제가 되는 반사 방지 코팅이 제거되는 점까지 상승되어서는 안된다.
척(38) 온도의 양호한 범위는 45도 에서 100도 사이이지만, 실온보다 높인 다른 온도들도 효율적일 수 있다. 실온보다 온도를 높임으로써, 가장자리의 베일의제거는 더욱 효율적이 된다. 대체적으로 이것은 제거하기 어려운 티타늄 잔여물의 존재 때문이라 생각된다. 많은 양의 플루오르는 유사한 문제를 야기할 수 있다. 높인 온도는 베일의 티탄 일부의 제거를 증가시키고 플루오르 제거에도 중요해질 수 있다. 이것은 플루오르에 관련된 특정한 베일의 폴리머 모양을 파괴하는 것을 돕는다. 따라서 증가된 온도를 사용함으로써 플루오르가 그 시간에서 폴리머의 일부가 되지 않도록 확보되기 때문에 플루오르의 궁극적인 제거가 보장된다. 따라서 실온보다 높은 반응 온도가 요구된다. 하지만, 이것은 반사 방지 코팅층의 너무 많은 제거를 초래하기 때문에 과도하지 않아야 한다.
O2에 대해 1250 SCCM의 흐름율, CF4에 대해 20 SCCM의 흐름율, 0.6 Torr의 압력, 1000 와트의 마이크로파 파워, 250 와트의 RF 파워 및 섭씨 60도의 척 온도가 단지 CF4와 O2를 이용하는 단계에 사용될 것이다. 지속은 종래의 종점 검출 기술들에 기초한다. O2에 대해 1250 SCCM의 흐름율, CF4에 대해 15 SCCM의 흐름율, 아르곤에 대해 75 SCCM의 흐름율, 0.6 Torr의 압력, 1000 와트의 마이크로파 파워, 100 와트의 RF 파워 및 섭씨 60도의 척 온도가 CF4와 O2를 이용하는 단계에 사용될 것이다. 시간은 특정 레벨간 유전체와 같은 사용되는 물질들에 기초하여 다양해질 수 있는 실험 결과들에 기초하여 변화될 수 있지만, 15초가 효율적인 것으로 증명되었다. 양호한 특징은 O2에 대한 CF4의 비가 약 0.02 내지 1보다 작은 것이다.
기본적으로, 선택된 거의 모든 압력이 작용한다. 하지만, 고려해야만 하는수단의 제한들이 있다. O2에 대해 1250 SCCM의 흐름율과 CF4에 대해 20 SCCM의 흐름율을 사용할 때, 사용될 수 있는 가장 낮은 압력은 현재 수단의 제한들로 인해 약 0.35T이다. 하지만, 높은 압력이 요구되면, 화학 제품의 흐름율은 감소될 수 있다. 압력을 바꾼다는 의미는 약 0.45T보다 낮은 압력이 일반적으로, 비아의 기저부에 위치된 베일들을 세정하기 위한 화학 제품들의 기능들을 강화한다는 것이다. 0.5T보다 큰 압력은 일반적으로, 비아에서보다 ILD의 상단에서 화학 제품이 포토레지스트를 더 세정하게 한다.
이러한 과정은 비아가 금속층상에 완벽히 부착(landed)되지 않은 경우에도 매우 효율적이다. 이러한 경우 비아는 금속층의 부분으로부터 오프셋된다. 이것은 일반적으로 금속과 일치하지 않는 곳에서 더욱 깊은 비아를 초래한다. 이것은 사용된 용매에 대한 집합 영역(collection area)을 초래한다. 용매가 거기에 모이면, 베일들은 또한 제거되지 않을 것이다. 따라서, 이것은 베일 제거를 위해 액체를 사용하기 때문에 어려운 문제가 될 수 있다. 이러한 비아는 보통 언랜디드(unlanded) 비아라 불린다. 본 발명을 이용한 언랜디드 비아의 경우에 있어서, 금속에 인접한 좁은 영역에 모이는 액상 용매는 없다. 이러한 언랜디드 비아는 도 6에 도시된다. 용매들이 사용되었다면 포켓 영역(60)은 잠재적인 문제이다. 도 6에 도시된 것은 본 발명을 사용한 결과이다.
도면들의 구성 요소들은 간단 명료하게 도시되고 반드시 척도에 맞추어 도시될 필요가 없다는 것을 당업자들은 인정한다. 예를 들어, 도면의 어떤 요소들의 크기는 본 발명의 실시예들의 이해를 높이는 것을 돕기 위해 다른 원소들에 비해 상대적으로 과장된 것이다.
이상 명세서에서, 본 발명은 특정 실시예들을 참조하여 설명되었다. 하지만, 당업자는 다양한 수정들 및 변경들이 이하의 청구항들에서 개시된 본 발명의 범위로부터 이탈하지 않고도 이루어질 수 있다는 것을 안다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적인 의미라기 보다는 예시적인 것으로 간주되며, 모든 이러한 수정들은 본 발명의 범위내에 포함되도록 의도된다.
이득들, 다른 이점들 및 문제점들에 대한 솔루션들은 특정 실시예들에 관해서 이상에서 설명되었다. 하지만, 이득들, 이점들, 문제점들에 대한 솔루션들 및 어떤 이득, 이점 또는 솔루션이 발생되거나 더욱 현저하게 하는 다른 요소(들)이 어떤 또는 모든 청구항들의 중요하고 필수 불가결한 특징 또는 요소로서 간주되지 않는다. 여기에 사용된 바와 같은, "포함하는", "포함하고 있는"과 같은 용어들 또는 그 용어에 관한 다른 변형들은 비배타적 포함을 커버하도록 의도되어, 요소들의 나열을 포함하는 과정, 방법, 제품 또는 장치들은 이들 요소들 뿐만아니라 이러한 과정, 방법, 제품 또는 장치에 뚜렷이 나열되지 않거나 고유가 아닌 다른 요소들도 포함한다.

Claims (23)

  1. 절연 물질을 통해서 비아를 형성하는 과정에서 나온 에칭 잔여물을 제거하기 위한 방법에 있어서, 가스를 상기 에칭 잔여물 및 상기 비아에 인가하는 단계를 포함하며, 상기 가스는 RF 소스에 의해 활성화되고 플루오르화탄소(fluorocarbon) 및 산소를 포함하는, 에칭 잔여물 제거 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 RF 소스는 80 내지 350 와트 사이에서 동작되는, 에칭 잔여물 제거 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 플루오르화탄소는 CF4인, 에칭 잔여물 제거 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 산소에 대한 상기 CF4비는 약 0.02보다 작은, 에칭 잔여물 제거 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 가스는 아르곤을 더 포함하는, 에칭 잔여물 제거 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가스의 적어도 일부분을 마이크로파 소스로 활성화하는 단계를 더 포함하는, 에칭 잔여물 제거 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 마이크로파 소스는 500 내지 2000 와트 사이에서 동작되는, 에칭 잔여물 제거 방법.
  8. 집적 회로에서 비아를 형성하는 과정에서 나온 에칭 잔여물을 제거하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은:
    챔버(chamber)에 척(chuck)을 제공하는 단계;
    상기 챔버내에 상기 집적 회로를 상기 척과 접촉하여 위치시키는 단계;
    제 1 파워 레벨의 RF 파워를 상기 챔버에 인가하는 단계; 및
    플루오르화탄소 가스 및 산소 가스를 포함하는 마이크로파-활성화된 가스를 상기 챔버내에 도입하는, 에칭 잔여물 제거 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 플루오르화탄소는 CF4인, 에칭 잔여물 제거 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 탈이온수(de-ionized water)로 헹구는 단계를 더 포함하는, 에칭 잔여물 제거 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 척이 실온을 초과하는 온도에 있는, 에칭 잔여물 제거 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 실온을 초과하는 온도에 있는 상기 척은 또한 섭씨 45 내지 100도로 규정되는, 에칭 잔여물 제거 방법.
  13. 제 8 항에 있어서, 마이크로파-활성화된 불활성 가스를 도입하는 단계를 더 포함하는, 에칭 잔여물 제거 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 불활성 가스는 아르곤인, 에칭 잔여물 제거 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 마이크로파-활성화된 불활성 가스를 도입하는 동안 제 2 파워 레벨의 상기 RF 파워를 인가하는 단계를 더 포함하는, 에칭 잔여물 제거 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 파워 레벨의 RF 파워는 상기 제 1 파워 레벨의 RF 파워보다 낮은, 에칭 잔여물 제거 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 산소 가스에 대한 플루오르화탄소 가스의 비는 상기 제 2 파워 레벨의 RF 파워를 인가할 때보다 상기 제 1 파워 레벨의 RF 파워를 인가할 때 낮은, 에칭 잔여물 제거 방법.
  18. 집적 회로에서 비아를 형성하는 과정에서 나온 에칭 잔여물을 제거하기 위한 방법에 있어서:
    챔버에 척을 제공하는 단계;
    상기 챔버내에 상기 직접 회로를 상기 척상에 위치시키는 단계;
    상기 척을 RF 활성화하는 단계;
    플루오르와 탄소의 제 1 화합물을 포함하는 제 1 가스 및 산소를 포함하는 제 2 가스를 포함하는 제 1 마이크로파-활성화된 가스를 상기 챔버내에 도입하는 단계; 및
    상기 제 1 마이크로파-활성화된 가스를 상기 챔버내에 도입한 후, 플루오르와 탄소의 제 2 화합물을 포함하는 제 3 가스, 산소를 포함하는 제 4 가스 및 불활성 가스를 포함하는 제 5 가스를 포함하는 마이크로파-활성화된 가스를 상기 챔버내에 도입하는 단계를 포함하는, 에칭 잔여물 제거 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 화합물은 동일한, 에칭 잔여물 제거 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 화합물은 CF4를 포함하는, 에칭 잔여물 제거 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 불활성 가스는 아르곤인, 에칭 잔여물 제거 방법.
  22. 제 18 항에 있어서, 상기 제 1 화합물은 CF4이고 상기 제 2 화합물은 C2F6인, 에칭 잔여물 제거 방법.
  23. 제 18 항에 있어서, 상기 척의 상기 온도는 실온보다 높고, 상기 제 1 마이크로파-활성화된 가스는 500 내지 2000 와트 사이의 마이크로파 파워에 의해 활성화되고, 상기 RF-활성화된 척은 400와트보다 낮은 파워에서 활성화되는, 에칭 잔여물 제거 방법.
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