TWI248127B - Method for removing photoresist and etch residues - Google Patents
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Description
1248127 玖、發明說明: 技術領域 本專利_請範圍具有優先,係相關於2002年9月3〇申請之 美國專利申請案系列第1 0/259,768號、第1 0/259,38 1號專利 申睛’上述各項申請案之完整内容經引用併入本案。本專 利中請係關於共同待審之國際專利申請案系列第 PCT/us〇2/xxxxx號、律師檔案第2276 1 8w〇號,標題為 「移除光阻及蝕刻殘餘物之方法」,與本案同日申請,其 完整内容經引用併入本案。 本發明係關於一種電漿處理,具體而言係關於在半導體 械加工中在蝕刻方法後清潔及移除光阻及蝕刻殘餘物。 兒袭處理系統係用於半導體、積體電路、顯示器及其它 二且或材料〈生產與加I,以從—基板(如I導體1板)移除 或向之沈積材料。利用半導體基板之電漿處理將積體電路 足圖案從微影蝕刻光罩轉印至該基板,或在該基板上沈積 介電或導電薄膜已成為該行業之標準方法。 /、 先前技術 土需要蝕刻各種類型之薄月! 安-挑戰,但仍然存在折中辦法。傳統上,介電層在 案化時留有開口,以沈積導電材料形成垂直接點。在圖 化乃法中,防蝕刻光阻層及/或硬光罩層係 之上:暴露於選定的圖案,並顯影。之後,在; 中钱刻該層化結構’其中該圖案化之綠層限定雪 之開口。 u 84503 1248127 在姓刻步驟德,、λ 、、 ^ # ^ A ,刻部位及處理室表面通常可見光阻 歹欠餘及敍刻殘餘物(如人 ,ρ X > ^ /旦)。電漿清潔(又稱為就地 ,,,η , 〜h在成功移除光阻殘餘及蝕刻殘餘 ,^ ^ 層已知系統使用一步式灰化方 /套’其中在灰化方法φ 奢中向基板她加之偏壓保持恆定。 介電層之I虫刻通常使用鹵萨齑 、、、 從J 口 ^工孔肢,如氧化物及含低k介電 材料之新土 SiOC。已知此等氣體在介電蝕刻方法中產生碜 氟化合物聚合物蝕刻殘餘物’其可沈積於處理室之内表面 以及基板之表面。 圖1顯示一步式灰化方法之示範性斷面圖。在自結構1〇〇 移除光阻1 06之傳統一步式灰化方法中,碳氟化合物聚合物 係從该處理室之各壁釋放/蝕刻(通常稱為儲存效應),並可 侵银下面的介電層104及覆蓋層1〇2(如SlN、SlC),導致該介 電層之108切面及覆蓋層損失11〇,有時甚至穿透該覆蓋層 102並侵蝕下面之導電層(如銅層)。由於處理室壁附近之石炭 氣化合物聚合物濃度南’晶圓邊、纟豕之此種效應可能非常高 。或者,該結構1 0 0也可能包含後氟化合物聚合物沈積物。 在傳統一步式灰化方法中,可使用含氫之電漿移除光阻 。為避免形成灰化後殘餘物,基板固定器上施加了 一定之 偏壓電源。在該方法中,先前介電飯刻時沈積於處理室壁 上之碳氟化合物聚合物沈積物也被蝕刻,在電漿中釋放氟 基物質。因該基板固定器上施加了偏壓,此等氟基物質可 侵蝕下面之介電薄膜,並消耗該覆蓋層。藉由降低偏壓或 施加零偏壓,可減少介電薄膜之侵蝕及覆蓋層之消耗,但 84503 1248127 仍存在灰化後殘餘物。
式灰化方法包括以下 ,射頻偏壓=150 W 可導致上述處理室問題之傳統一步 ^漿處理條件:處理室壓力=50 mT〇 ’〇2 流量比=200 SCC1I1。 在半導體生產中,該種傳統 室内進行,其中該處理室之内 可沈知先兩介電I虫刻方法之碳 該一步式灰化方法也可於已清 積物的處理室内進行。 發明内容 步式灰化方法通常於處理 表面(及待灰化之基板表面) 氟基聚合物沈積物。或者, 除先前蝕刻方法之聚合物沈 本發明之一目標係提供一 除光阻殘餘及蝕刻殘餘物, 式灰化方法減少。 種電漿處理方法,其自基板移 同時對周圍基板之侵|虫較一步 上述及其它目標係使用採用含氫氣體之處理氣體的一種 兩步就地電漿灰化方法實現。在第„灰化步驟中,安放基 板足基板固定器上施加了第一低或零偏壓位準,在第二灰 化步驟中則施加一第二偏壓位準。 , 在弟灰化步4中,遠基板上施加了低或零偏壓,兮其 板及處理室内表面/壁上的大量光阻殘餘及蝕刻殘餘物被從 該處理室蝕刻並移除,而對剩餘基板層之侵蝕減至最小。 在第一灰化步驟中,施加加大的偏壓,灰化方法繼續,直 到移除光阻殘餘及蝕刻殘餘物。 實施方式 本發明之一項具體實施例利用 一種兩步電漿灰化方法移 84503 1248127 的偏壓,灰化万法繼續,直到移除光阻及/或硬光罩殘餘物 與灰化後殘餘物。 除處理室之光阻殘餘及蝕刻殘 ’安放基板之基板固定器上施 處理室内表面/壁上由先前蝕刻 殘餘物被從該處理室蝕刻並移 減至最小。在該第二灰化步驟 餘物。在該第一灰化步驟中 加了零或低偏壓,該基板及 產生之大里光阻殘餘及银刻 除’而對剩餘基板層之侵|虫 中,基板固定器上施加加大 藉由至少滿足以下一項,本發明之兩步就地灰化方法可 減輕許多上述缺點:丨)使覆蓋層之消耗最小;2)使部件表面 之;丨逢切面/使I虫取小,並減少後鍅刻/關鍵尺寸 (cnUcal-dimension ; CD)偏壓;3)使後灰化殘餘物最少; 4)使就地灰化時對低|^介電薄膜的損害最小;以及5)提供自 動室乾燥清潔,藉此增加室清潔之間的平均時間。 圊一 員示兩步灰化方法I示範性斷面圖。在兩步含氫灰化 方法之該第一灰化步驟丨2〇中,晶圓上之光阻丨〇6以及室壁 與曰曰圓上沈積之碳氟化合物聚合物1 1 2均被|虫刻。因施加了 零或低偏壓,該介電層104之侵蝕及該覆蓋層102之消耗均 減至最小。在該第一灰化步驟! 2〇中,該處理室係乾燥的, 已清除任何聚合物殘餘物。該第一灰化步‘驟1 2〇之長度可基 於時間,可能在該基板上留下少量灰化後殘餘物n 〇及少量 光阻1 0 6。 在該第二灰化步驟13 〇中施加了一偏壓,灰化繼續進行,直 到足以移除任何灰化後殘餘物1 1 〇及任何剩餘之光阻丨〇6。 該兩步就地灰化方法之處理參數間隔可利用(例如)室壓 84503 1248127 20至1 000 mTorr、處理氣體流量比2〇至1〇〇〇 、在第一 灰化步騾中射頻偏壓小於約丨〇〇 w,在第二灰化步驟中射頻 偏壓大於約100 W。雖然如所說明使用了射頻偏壓,但也可 使用DC偏壓或以之代替射頻偏壓。此外,在灰化方法中室 壓係可變的。例如,第一步的室壓可能不同於到第二步的 主壓。而且’灰化方法中處理氣體之成份也可能發生變化 。例如’第一步之處理氣體(及處理氣體之不同氣體的流量 比)可能不同於第二步之處理氣體。可單獨使用一種處理氣 體如Η:或NH3,但也可與其他氣體結合使用(如惰性氣體, 如 He、Ar及 N2)。 或者’在兩步方法中,當實質上所有(但不是全部)聚合 物已從該室内移除時,可施加一偏壓,以增加輸出量,但 是此舉會重新導致傳統一步方法之某些效應。 而且雖然如上所述僅使用了單一偏壓,也可使用變化 的偏壓例如,在该第二步之前、之中或之後,該偏壓可 從0 w增加至100 w(連續或逐步增加,如每次增加1〇 w)。 如上所述,該第一步之持續時間應長到足夠從該室及晶 圓衣四芫全移除碳氟化合物材料。例如,該第—步之持績 時間可從20秒至50秒。同樣地,該第二步之持續時間應長 到足夠移除任何灰化後殘餘物及任何剩餘光阻。例如y… 第二步之持續時間可從20秒至50秒。 成 或者,在圖2《兩步灰化方法中,可利用終點偵測方、去石 足該第一步120及該第二步13〇之終點。偵測終點之—可= 万法為監測電漿區域所發射光譜之一部分。例 i °月匕 , 相示該 84503 -10 - 1248127 種移除之該光譜之此等部分的波長為482.5 nm (C〇)、775.5 nm (F)及440 nm (SiF4),可使用光學發射光譜學(〇ptlcal Emission Spectroscopy ; OES)測量。在對應於此等頻率之發 射位準超過一界定值(如下降到實質上為零或增加超過一特 疋位準)時,則視為該第一步結束。也可使用提供終點資訊 之其他波長。 在第一步結束後,該第二步最好使用5〇至200%的過度灰 化’以移除任何剩餘的灰化後殘餘物(p〇st-ash ;par) 。即’若該第一步在5 0秒内完成,則該第二步可進行2 5秒 之50%過度灰化及.50秒之1〇〇%過度灰化。藉由檢查以不同 私度過度灰化之系列基板,可根據經驗確定過度灰化之實 際量。 在灰化方法後,可對基板進行評估,如測量覆蓋層的損 失、介電側壁的損失及部件表面之介電切面/侵蝕。啟動所 需之灰化方法,同時使上述損失及侵蝕減至最小的處理條 牛了由直接貝,¾及/或貫驗设计(d e s i g η 〇 f e X p e r i m e n t s ; D〇E)決定。 在第一個示範例中,圖3顯示灰化方法中覆蓋層之損失。 復盍層損失120係以灰化方法後掃描電子顯微圖(scanning electron micr〇graph ; SEM)中顯示之覆蓋層ι〇2之疏化衡量 。啟動所需之灰化方法,同時使覆蓋層損失1 20減至最小的 處理條件可由直接實驗及/或實驗設計決定。 在第二項示範例中,圖4顯示介電側壁損失。例如,圖4 之;1弘側壁損失之測量係在暴露於HF溶液後,該介電層]〇4 84503 1248127 之表面130及中部132之被移除部分。圖5之結構進一步包括 一 SiN層1〇6與一 SlC層102。為測量側壁損失,可將電漿灰 化基板暴露於0.5% HF溶液5至3〇秒。隨後用基板的SEM分 析評估側壁損失。 一利用、、、;點偵測決定從處理室移除全部(或實質上全部)聚 :物I時間的範例,及藉由測量覆蓋層損失及側壁損失來 。平估灰化基板〈範例均在共同待審專利中請「移除光阻及 餘刻殘餘物之太、本 ,, 次」中有全面說明,該說明經引用全部併 入本文。 才艮據上述的命日日士 、 口月本^明可以作許多修改及變更。因此 應明白,在所附表 貫施本發明 圖式簡單說明 舍 專利申4範圍内,可不按本文之具體說 只她本發明。 本發明之較完敕 以上述詳細的說:m其中伴隨許多的優點已具· H ^ 伴隨參考附圖清楚地說明,其中: 圖2顯示兩步;:化方法之示範性斷面圖; 圖3顯示灰化方、、二法之示範性斷面圖; ® /中的覆蓋層損失;以及 圖式代表 符號說明 100 結構 102 覆蓋層 104 介電層 106 光1¾ 84503 ⑽貝;介電側壁損失。 1248127 108 切面 1 10 覆蓋 後灰 112 碳氟 120 第一 130 第二 介電 132 介電 層損失; 化殘餘物 化合物聚合物 灰化步驟 灰化步驟; 層表面 層中部 84503
Claims (1)
1248127 拾、申請專利範圍: 1. 一種就地灰化之方法,其包括: 使用一含氫氣體之一處理氣體; 在一電漿處理室内產生一電漿; 將一基板暴露於該電漿,該基板位於一基板固定器表 面; 藉由向該基板固定器施加一第一偏壓實施一第一灰 化步驟;以及 藉由向該基板固定器施加一第二偏壓實施一第二灰 化步驟,該第二偏壓大於該第一偏壓。 2. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該含氳氣體至少包 括H2及NH3之一。 3 .如申請專利範圍第1項之方法,其中該含氫氣體包含H2。 4.如申請專利範圍第1項之方法,其中該處理氣體進一步 包括一種惰性氣體。 5 .如申請專利範圍第4項之方法,其中該惰性氣體至少包 括He、Ar及N2中的一種。 6. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該處理氣體進一步 包括Ν2。 7. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該處理氣體包括Η2 與Ν2及一惰性氣體中的至少一種。 8. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該第一偏壓小於約 100 W,而該第二偏壓大於約100 W。 9. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該第一偏壓小於約 84503 1248127 50 W。 1 〇.如申請專利範圍第1項之方法,其中該第一偏壓實質上 等於零。 11.如申請專利範圍第1項之方法,其中該第二偏壓大於 120 W。 1 2.如申請專利範圍第1項之方法,其中該第二灰化步驟進 一步包括在該第二灰化步驟中利用至少一個不同於該 第一灰化步騾的室壓及處理氣體流量比。 1 3 .如申請專利範圍第1項之方法,其中該第一灰化步驟進 一步包括: 债測自該電漿發出的光;以及 根據該發出的光決定該第一灰化步驟之狀況。 14.如申請專利範圍第13項之方法,其中該發出光之偵測提 供建立一終點之方法。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項之方法,其中該發出光源自於一 被激動之光源,並代表該第一灰化步驟之狀態資訊。 1 6.如申請專利範圍第1 3項之方法,其中該發出光至少源自 於一含氧光源及一含氟光源之一。 17.如申請專利範圍第16項之方法,其中該含氟光源為氟。 1 8.如申請專利範圍第1項之方法,其中該第二灰化步驟進 一步包括: 偵測自該電漿發出的光;以及 根據該發出的光決定該第二灰化步驟之狀況。 19.如申請專利範圍第18項之方法,其中該發出光源自於一 84503 1248127 被激動之光源,並代表該第二灰化步驟之狀態資訊。 20.如申請專利範圍第丨9項之方法,其中該發出光至少源自 於一含氧光源及一含氟光源之一。 2 1.如申請專利範圍第20項之方法,其中該含氟光源為氟。 22 ·如申請專利範圍第1項之方法,其進一步包括: 偵測自該電漿發出的光;以及 根據該發出的光決定該等第一及弟一灰化步驟之狀 況。 23. 如申請專利範圍第22項之方法,其中該發出光源自—被 激動之光源,並代表該等第一及第二灰化步‘驟之狀態資 訊。 24. 如申請專利範圍第22項之方法,其中該發出光至少源自 一含氧光源及一含氟光源之一。 25. 如申請專利範圍第24項之方法,其中該含氟光源為氟。 2 6.如申請專利範圍第1項之方法,其中該第二灰化步·驟之 長度係介於該第一灰化步驟之長度的50%與300%之間。 27. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該處理氣體之流量 比係介於2 0 s c c m及1 0 0 0 s c c m之間。 28. 如申請專利範圍第1項之方法,其中該含氫氣體之说重 比係介於2 0 s c c m及1 0 0 0 s c c m之間。 29·如申請專利範圍第4項之方法,其中該惰性氣體之成重 比係介於2 0 s c c m及1 0 0 0 s c c m之間。 3 0.如申請專利範圍第6項之方法,其中之流量比係介於 20 seem及 1000 seem之間。 84503 1248127 J1,如申請專利範圍第1項之方法,其中該第一灰化步驟之 该處理氣體的流量比係介於20 sccm& 1 000 sccin之間。 j2.如申請專利範圍第1項之方法,其中該第二灰化步驟之 該處理氣體的流量比係介於2〇 “⑽及1〇〇〇 sccm之間。 3 j .如申请專利範圍第1項之方法,其中該處理氣體之流量 比在該等第一與第二灰化步驟間發生變化。 34.如申請專利範圍第}項之方法,其中該處理室之壓力係 介於 20mT〇rr 與 lOOOmTon*之間。 3 5.如申請專利範圍第1項之方法,其中該第一灰化步驟中 該處理室的壓力係介於20 mTorr與1000 mTorr之間。 3 6.如申請專利範圍第1項之方法,其中該第二灰化+ 2 ^驟中 該處理室的壓力係介於20 mTorr與1 000 mTorr之間 3 7.如申請專利範圍第1項之方法,其中該處理室令 該等第一與第二灰化步騾間變化。 3 8. —種就地處理之方法,其包括: 使用含氫氣體之一處理氣體; 在一電漿處理室内產生一種電漿; 將一基板暴露於該電漿,該基板位於一基板固^ M疋器主 凊潔步 灰化歩 藉由向該基板固定器施加一第一偏壓實施〜 驟;以及 藉由向該基板固定器施加一第二偏壓實施 驟,該第二偏壓大於該第一偏壓。 84503
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