TW521354B - De-ash method - Google Patents

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521354 A7 ______B7 _ 五、發明説明（1 ) (發明所屬之技術領域） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明係關於一種去灰方法者，更詳細地係關於一種 作爲層間絕緣膜而將經由低介質常數膜所形成的光阻劑予 以去灰時，可減低層間絕緣膜之膜質變化的去灰方法者。 (習知技術） 隨著近年來的半導體裝置之微細化，而增大半導體裝 置之配線間電容，而隨著該增大之信號延遲成爲重要問題 〇 作爲減低配線間電容之方法，例如在使用於配線層間 之層間絕緣膜使用低介質常數膜之方法。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 但是，低介質常數膜係曝靈於去灰等之電漿時，則使 用膜質容易變化。例如藉由去灰處理來除去爲了進行孔蝕 刻等形成在低介質常數膜所形成之層間絕緣膜土的光阻圖 案時，則減低層間絕緣膜之介質常數之本源的膜中之S i 一 Η結合或S i - CH3結合，在去灰中被切斷，而S i -〇Η結合產生在該部分。藉由此些膜質變化，介質常數會 上升’或孔電阻會上昇，甚至於增加配線電容，導致信號 延遲，而會劣化元件之性能。 如此’在層間絕緣膜中，有抑制依去灰處理的介質常 數之上昇的各.種方法。 例如在日本特開20 00 — 774 1 0號公報中，提 案一種一枚式去灰裝置中，藉由去灰除去形成在低介質常 數膜上的光阻罩時，將去灰中之壓力控制在適當之範圍作 本^^度適用中國國家標準（〇奶）八4規格（210乂297公釐) 「4 - 521354 A7 ___B7 五、發明説明（2 ) 爲離子主體之去灰處理的方法。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，在特開平11 一 87332號公報，提案一種即 使在〇2去灰處理中被切斷S i —H結合或S i - CH3結 合，也藉由繼續曝露在H2電漿中，能復活被切斷之S i -Η結合等之方法。 (發明欲解決之課題） 但是，在壓力控制主體之去灰處理方法中，在離子化 能量控制有上限之故，因而所需要之離子化能量無法在壓 力控制，藉由低介質常數膜之種類有無法充分抑制介質常 數上昇。 又，在0 2去灰處理後曝露在Η2電漿中之方法中，在 η2電漿中追加有曝露過程之故，因而處理時間被延長，而 有導致增大製造成本之情形。 本發明係鑑於上述課題而創作者，其目的係在於提供 一種不會導致增大製造成本，並可有效率地抑制低介質常 數膜之介質常數之上昇的去灰方法。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (解決課題所用之手段） 依照本發明，提供一種去灰方法，其特徵爲：將具有 經由絕緣膜所形成之光阻罩的基板保持在去灰裝置之腔內 ，施加R F電力並活性化導入於腔內之氧原子的氣體，同 時在上述基板側施加R F電力俾進行上述光阻罩之去灰者 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 521354 A7 B7 五、發明説明（3 ) (發明之實施形態） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明之去灰方法，係進行用以除去至少經由絕緣膜 形成於基板上之光阻罩的方法。 作爲可使用在本發明之方法的基板，通常有用以製造 半導體裝置所使用之所有基板，有玻璃基板，塑膠基板， 半導體基板，半導體晶圓等。具體地，有元素半導體（矽 ，鍺等）基板，化合物半導體（GaAs ，ZnSe ，矽 鍺等）基板等之各種基板，So I ，SoS等基板，元素 半導體晶圓（矽等），石英基板，塑膠（聚乙烯，聚苯乙 烯，聚醯亞胺等）等。又，在該基板上，形成有電晶體， 電容器，電阻等元件，包含此些之電路，層間絕緣膜，配 線層等也可以。 作爲形成於基板上之絕緣膜，通常有形成作爲層間絕 緣膜，特別爲低介質常數膜較理想。在此所謂低介質常數 膜係如介質常數爲約3 . 5以下者。具體地，有矽氮化膜 ，或在C V D法所形成的S i〇2膜，S i〇F系膜， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 S i〇C系膜或C F系膜，或是以塗布所形成的H S Q ( Hydrogen silsosquioxane )系膜（無機系），MSQ( methyl silses quioxane)系膜，P A E ( poly arylene ether) 系膜，B C系膜，極性系膜或C F系或多孔質膜。該絕緣 膜之膜厚係並不被加以限定者，例如有約4 〇 〇 〇〜 1 ◦ 0 0 0 A。 光阻罩係包含半導體處理之領域依通常所使用的光阻 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 521354 A7 _______B7_ 五、發明説明（4 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 劑所有形成者，例如有依電子線用或X線用之負型光阻劑 (環化順一 1 ，4 一聚異戊二烯，肉桂酸聚乙烯等）或正 型光阻劑（酚醛淸漆系），遠紫外線光阻劑（聚異丁烯酸 甲酯’ t 一 B 〇 c系），離子束用光阻劑等之各種光阻劑 的罩幕。具體地，有縮醛系光阻劑（TDUR -ρ 〇 1 5 )，核酸混合（Τ Μ X — 1 1 9 1 Y )，倂合系 光阻劑（S P R 5 5 0 )等。光阻罩之膜厚係並未被加以 限定者，例如爲大約7 0 0 0〜9 0 0 0人。 作爲可使用在本發明之去灰裝置，若爲一般所使用之 去灰裝置，並未特別加以限定者，能活性化導入之氣體， 較理想是爲了電漿化而可施加RF電力，同時若可將RF 電力施加於被蝕刻基板側者，則有圓筒型，平行平板型， 六極管型，有磁場R I Ε型，有磁場微波型，微波型， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 E C R型等各種形狀，原理者。具體地，如第丨圖所示， 有至少真空室，及形成於真空室內之下方的下部電極，及 在真空室側可施加用以活性化氣體之r F電力的電源，及 可將R F電力施加於基板側的電源所構成的去灰裝置。又 ，在此些裝置中，在真空室之外周形成有上部電極也可以 ，或是配置有電漿生成用之線圈（電磁線圏等）也可以， 在真空室側可施加用以活性化之R F電力的電源，係僅連 接於真空室，.或是連接於真空室與上部電極或線圈等較理 想。又，下部電極係具備保持基板之機構較理想，又，具 備用以控制基板溫度之機構較理想。可將R F電力施加於 基板側的電源係連接於下部電極較理想。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） Γ7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521354 A7 B7 五、發明説明（5 ) 本發明之去灰方法，通常係在腔內導入含有氧原子之 氣體，並將R F電力施加於腔等並活性化例如電漿化氣體 。作爲具有導入之氧原子的氣體，只要對於形成於基板上 之絕緣膜（低介質常數膜）之膜質等不會有不良影響，爲 大約純粹之氧氣，臭氧氣體，此些之混合氣體，或是在此 些氣體添加N2氣體，C F4氮體等之氣體的混合氣體也可 以。含有氧氣原子之氣體係在例如大約5 0〜 500SCCM，大約100〜250SCCM下導入較 適當。 用以活性化導入於腔內之氣體所施加之R F電力係並 未特別加以限定者，惟考慮上述之導入之種類，量，及速 度等，則大約1 0 0 0 W以下，例如約1 〇 0〜1 〇 〇 〇 W之範圍較適當。 又，附加於基板側之R F電力係較理想爲經由保持基 板之下部電極施加於基板者，考慮用以活性化導入在上述 導入氣體之種類，量，速度，腔內之氣體所施加的RF電 力等，則大約1 5 0 W以上，大約2 0 0 W以上，大約 2 5 0W以上，大約2 5 0〜4 5 0W之範圍較適當。 在本發明中，將用以活性化含有氧原子之氣體的R F 電力（R s )與施加於晶圓側之R F電力（W b )之比率 (W s /W b )控制在一定以下較理想，例如大約5以下 ’大約4以下，大約〇 . 2 2〜4之範圍較適當。由其他 觀點來說明，W s /W b係去灰前後之絕緣膜的介質常數 之變化率設成大約i 〇 %以下，大約8 %以下，大約5 % (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適财關家標準（CNS ) A4規格（21GX297公釐) 〇 ^ ^ 521354 A7 B7 五、發明説明（6 ) 以下較理想。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明之去灰方法的去灰處理時間，係設定在上述條 件等而進行光阻劑之去灰時，設定成幾乎沒有光阻劑之去 灰剩餘，並將光阻劑正下方的絕緣膜之過度鈾刻能抑制成 最小限度地幾乎完全地除去光阻劑之程度較理想。具體地 ，有大約1·5〜5分鐘。 又，在本發明中，如上述地基板藉由下部電極加以保 持較理想，而去灰中之下部電極的溫度，係大約5 0 t以 下，大約3 5 °C以下，大約2 5 t：以下，大約2 0 °C以下 較理想。又，基板溫度係例如藉由將保持基板之下部電極 的溫度設定在上述溫度，實質性可將基板本體之溫度設定 在大約上述溫度之附近。 以下，依據圖式說明本發明之去灰方法。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在該實施形態之去灰方法，使用表示於第1圖的去灰 裝置。該去灰裝置係主要由：在外周設有電漿生成用線圈 1的真空室5，及形成於真空室5內之下方的下部電極3 ’及用以將電壓施加於此些電漿生成用線圏1與真空室5 的電源2，及用以將電壓施加於下部電極3的電源6，及 用以控制下部電極3之溫度的冷卻器7所構成。在下部電 極3上保持有被蝕刻晶圓4。 在半導體晶圓上，將低介質常數膜之M S Q系的 Η 〇 S P (Hydride Organo Siloxane Polymet，介質常數： 2 . 5〜2 · 7)膜，以膜厚大約400〜lOOOnm 塗布形成作爲層間絕緣膜，而在其上面塗布光阻劑（例如 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 9 - 521354 A7 _______B7 五、發明説明（7 ) 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 *項 再 填 馬 本 頁 乙縮醛系光阻劑）或大約7 0 〇〜9 0 0 n m。在光阻劑 形成所定形狀之開口，將該光阻劑作爲罩幕，而在層間絕 緣膜形成達到半導體晶圓表面之孔。將所得到之半導體晶 圓保持在上述之去灰裝置之下部電極3上，俾進行晶圓上 之光阻劑去灰。 去灰係將下部電極（基板）之溫度作爲2 〇 °C，以 2 0 〇 S C CM導入R I e模態，氧氣，壓力爲大約 2 0 OmT ’將電源2之電漿生成用rE功率設定在 1 0 0 0 W ’並將電源6對於晶圓之離子拉入能量的R F 功率設定在2 0 OW，進行大約2 . 5分鐘。 測定藉由此些去灰，幾乎完全地除去光阻劑後之層間 絕緣膜的傅立葉變換紅外分光法（F T - I R )波形。將 其結果表示於第2圖（粗線）。又，將進行去灰處理前之 相同之層間絕緣膜的F T - I R波形一倂表示於第2圖（ 虛線）。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依照第2圖，在去灰前後，其波形係幾乎沒有變化， 未認出有膜質之變化。亦即未認出有表示抑制S i - Η結 合等之介質常數之結合的波長峰値之減少。又，也幾乎未 認出有表示促進介質常數之上昇之Η -〇Η結合的波長峰 値之增加。 亦即，可能爲藉由對於基板側之施加R F電力，可將 氧離子容易地拉近基板，由此在層間絕緣膜之表面形成有 S i 0膜，使得該膜功能作爲保護膜，而抑制層間絕緣膜 之膜質變化者。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 521354 A7 B7 五、發明説明（8 ) 又，除了將去灰條件變更成將下部電極之溫度作爲 2 Ot，將電源2之電漿生成用RF功率作爲1 0 〇 0W 或1 0 0 W，又將控制電源6對於晶圓之離子拉入能量的 RF功率作爲1 〇 〇〜4 5 0W以外，測定設定成與上述 同樣條件時的層間絕緣膜之介質常數之變化。將其結果表 示於第3圖。又，第3圖中，黑圓係表示將電源2之電漿 生成用RF功率作爲1 〇 0 0W者；而黑四角係表示作爲 1 0 0 W 者。 依照第3圖，施加於用以活性化導入在腔內之氣體的 R F電力爲1 0 0 0 W時，則藉由將施加於基板側的R F 電力作爲大約1 5 0 W上，可使去灰前後之絕緣膜的介質 常數之變化率成爲大約1 0 %以下，而藉由作成大約 1 9 0 W以上，則變化率成爲大約8 %以下。又藉由作成 大約2 5 0 W以上，則變化率成爲大約5 %以下。 又，爲了比較，將下部電極之溫度作成2 0 °C，並將 在R I E模態之去灰，電源2之電漿生成用R F功率設定 在1 0 0 0 W，測定未施加控制電源6對於晶圓之離子拉 入能量的R F功率時的F T — I R波形。將該結果表示於 第4圖（粗線）。又將去灰處理前的相同層間絕緣膜之 F T - I R波形一倂表示在第4圖（虛線）。 依照第4圖，藉由將下部電極減低至2 0 °C，如下述 地，可將出現在藉由2 5 0 °C高溫之去灰所產生之波長 3500A附近的Η — OH結合之強度〇 · 0349減低 至〇 · 0 2 2 2，即可減低大約2 / 3 ，而可抑制介質常

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） · H l·.--------衣-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 521354 A7 B7 五、發明説明（9 ) 數之上昇。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 另一方面，如第5圖所示地，在外周設有電漿生成用 線圈1的真空室5，及形成於真空室5內之下方的下部電 極3，及用以將電壓施加於此些電漿生成用線圏1與真空 室5的電源2，及用以控制下部電極3之溫度的冷卻器所 構成，使用未設有用以將電壓施加於下部電極3的下降氣 流型去灰裝置，將下部電極之溫度作爲2 5 0 °C，並將電 源2之電漿生成用RF功率設定在1 〇 〇 〇W進行去灰與 上述同樣之層間絕緣膜。測定藉由該去灰使得光阻劑幾乎 完全地被除去後之層間絕緣膜時的F T - I R波形。將其 結果表示於第6圖（粗線）。又將進行去灰處理之前之相 同層間絕緣膜的F T - I R波形一倂表示於第6圖（虛線 )〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 依照第6圖，在處理前之波形中，在有關於減低介質 常數的波長3 Ο Ο 0A附近出現C — Η結合，在2 3 0 0 Α附近出現S i — Η結合’而在1 3 0 0 Α附近出現S i - C結合，惟在處理後，此些波長均減少，相反地，在有 關於介質常數上昇之3 5 0 0 A附近顯著地出現Η -〇Η 結合，可知膜質有變化。此乃，可能爲無法將R F電力獨 立地施加於下部電極之故，因而無法控制抑制介質常數之 上昇所需之離.子能量所致。 (發明之效果） 依照本發明，將具有經由絕緣膜所形成之光阻罩的基 ϋ張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -- 521354 A7 B7 __ 五、發明説明（1〇) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 板保持在去灰裝置之腔內，施加R F電力並活性化導入於 腔內之氧原子的氣體，同時在上述基板側施加R F電力俾 進行上述光阻罩之去灰之故，因而可抑制起因於去灰的絕 緣膜之介質常數之上昇，可抑制依配線間電容之增大的信 號延遲，並可提高元件性能。 特別是，藉由將施加於基板側之R F電力（W b )控 制在一定以上，或是藉由將用以活性化含有氧原子之氣體 的R F電力（W s )與施加於基板側之R F電力（W b ) 的比率（Ws/Wb )控制在一定以下，又，藉由基板被 保持在電極上，且將電極設定在大約2 0 °C以下，即可更 有效地抑制起因於去灰的絕緣膜之介質常數之上昇。因此 ，防止例如起因於將低介質常數膜採用作爲絕緣膜的半導 體裝置之孔或金屬鑲嵌槽過程之孔蝕刻後或金屬鑲嵌糟之 槽加工後之罩幕光阻劑之去灰的絕緣膜之膜質變化，甚至 成爲可減低絕緣膜之介質常數變化。 (圖式之簡單說明） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1圖係表示使用於本發明之去灰方法的去灰裝置之 主要部分的槪略剖視圖。 第2圖係表示進行本發明之去灰方法之前後之層間絕 緣膜之F T — I R波形的圖式。 第3圖係表示在本發明之去灰方法中變更偏壓功率時 的層間絕緣膜之介質常數之變化的圖表。 第4圖係表示未施加偏壓功率而進行去灰光阻劑時白勺 ^紙張尺度適用中國國家標準（〇奶）八4規格（210父297公釐) :13 - -- 521354 A7 B7 五、發明説明（11 ) 層間絕緣膜之F T - I R波形的圖式。 第5圖係表示使用於習知之去灰方法的去灰裝置之主 要部分的槪略剖視圖。 第6圖係表示使用習知之去灰裝置來進行去灰之前後 的層間絕緣膜之F T — I R波形的圖式。 (記號之說明） 1 :電漿生成用線圈 2，6 :電源 3 :下部電極 4 ·晶圓 5 :真空室 7 :冷卻器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 521354 A8 B8 C8 _ D8 々、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 _ 一種去灰方法，其特徵爲：將具有經由絕緣膜所 形成之光阻罩的基板保持在去灰裝置之腔內，施加RF電 力並活性化導入於腔內之氧原子的氣體，同時在上述基板 側施加R F電力俾進行上述光阻罩之去灰者。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之去灰方法，其中， 將施加於基板側之R F電力（W b )控制在一定以上者。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之去灰方法，其中， RF電力（Wb)爲1 5 0W以上者。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之去灰方法，其·中， 用以活性化含有氧原子之氣體的R F電力（W s )爲 1 0 0 0 W以下者。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之去灰方法，其中， 將用以活性化含有氧原子之氣體的R F電力（W s )，及 施加於基板側的R F電力（W b )之比率控制在一定以下 者。 6 ·如申請專利範圍第5項所述之去灰方法，其中， 比率（W s /W b )爲5以下者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7 ·如申請專利範圍第1項所述之去灰方法，其中， 比率（W s /W b )爲去灰前後的絕緣膜之介質常數的變 化率設定成10%以下者。 8 ·如申請專利範圍第1項所述之去灰方法，其中， 基板被設定在大約2 0 °C以下之溫度者。 9 .如申請專利範圍第1項所述之去灰方法，其中， 形成在基板上之絕緣膜爲具有3 · 5以下之介質常數的低 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 521354 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 介質常數膜者。 1 0 ·如申請專利範圍第1項所述之去灰方法，其中 ，經由形成在腔內之下部電極，從第一電源供應有用以活 性化含有氧原子之氣體的R F電力，並從第二電源供應有 施加於基板側的R F電力者。 1 1 ·如申請專利範圍第1 〇項所述之去灰方法，其 中，下部電極爲保持基板，而爲了維持基板之溫度被控制 在所定溫度。 1 2 ·如申請專利範圍第1項所述之去灰方法，·其中 ，含有氧原子之氣體爲氧氣，臭氧氣體，此些之混合物， 或是此些氣體之其中一方或雙方與N2氣體或C F 4氣體:之 混合物者。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）