清除由形成通孔的處理所產生的蝕刻殘餘物的方法
2023-09-21 19:31:05 2
專利名稱：清除由形成通孔的處理所產生的蝕刻殘餘物的方法
技術領域：
本發明涉及集成電路的製造方法，更具體地說，本發明涉及用於清除光致抗蝕劑的方法。
背景技術：
在集成電路製造過程中，一個要求就是在通常為金屬的互連層之間形成通孔。這些互連層被層面間介質分離，該層面間介質還被稱為層間介質，或者簡稱為ILD。在兩個互連層之間形成連接的過程中，在形成上部互連層之前，在層間介質上形成通孔。在形成通孔的過程中，光致抗蝕劑用於設置通孔圖形。在對光致抗蝕劑構圖後，通過層面間介質到下層的互連層蝕刻通孔。該處理的一個重要方面是下一步清除光致抗蝕劑。在接下來在層面間介質上以及通孔內形成上部互連層之前，必須清除光致抗蝕劑。清除光致抗蝕劑的一個問題是，通常在通孔的底側壁以及在通孔的上部彎角處形成通常被稱為遮蔽物或通孔遮蔽物形式的蝕刻殘餘物。(該遮蔽物還可能在通孔的整個側壁上擴展。)這些遮蔽物是在形成通孔的過程中使用的蝕刻劑材料、來自蝕刻層面間介質的矽和碳以及從位於通孔底部的下層金屬互連層濺射的金屬的副產品。
通常，利用採用液體溶劑的溼清除方法清除這些遮蔽物。在進行這種溶劑清除之前，首先利用幹剝離方法清除光致抗蝕劑。這種幹剝離方法通常採用微波能源激發反應物質類等離子體來轟擊光致抗蝕劑以剝離光致抗蝕劑，該光致抗蝕劑是聚合物。作為溼清除方法，下一步使用溶劑以有效清除遮蔽物和任意抗蝕劑殘餘物。在注入溶劑後，利用水衝洗溶劑。溶劑非常有效，但是消耗成本高，而且可能產生縮小几何形狀的問題。一個可能問題是，可能難以使溶劑進入非常小的通孔。此外，如果不能用水完全清除溶劑，則它留下的殘餘物會加大通孔的電阻，或者不能實現可靠電接觸。經驗數據顯示，必須及時，通常在24小時之內用金屬填滿這種溶劑清除過的通孔，以避免產生過量接觸電阻。
嘗試解決使用溶劑產生的問題的技術之一是將RF用作等離子體的激發源。已經證明這種方法可以有效清除遮蔽物，然而，它也會在互連處產生過量電荷累積。互連處至少在某些位置要連接到門介質。在互連處累積電荷將在門介質兩端產生可能過高的壓差，導致門介質被破壞。當然，通孔內產生的過量電荷累積導致門介質被破壞是個嚴重問題。試圖使用RF激發的NF3、O2以及N2H2產生的問題是，過量電荷累積、晶片不夠均勻以及需要在形成通孔後的24小時內填充該通孔。
因此，需要一種可以不使用液體溶劑、不產生與已知的化學物質RF清除方法相關的一個或者多個問題的清除光致抗蝕劑的方法。
附圖的簡要說明利用例子說明本發明，而且本發明並不局限於附圖，在附圖中，類似的參考編號代表類似的單元，附圖包括
圖1示出用於實現本發明的設備；圖2示出根據現有技術的集成電路一部分的剖視圖；圖3示出在根據本發明進行下一步處理後，圖2所示集成電路的部分的剖視圖；圖4示出在根據本發明進行下一步處理後，圖3所示集成電路的部分的剖視圖；圖5示出在根據本發明進行下一步處理後，圖4所示集成電路的部分的剖視圖；以及圖6示出在根據本發明進行處理後的另一種剖視圖。
發明詳述以下說明將描述將CF4和O2用作清除光致抗蝕劑的主要化學物質的實施例。下一步注入氬氣有助於清除沉積在ILD上的光致抗蝕劑。此後，去電離水清除受益於頭兩步而可溶的氟化化合物。利用RF和微波以高於室溫(通常約為25℃)的溫度激發化學物質。
圖1所示的設備10具有放置在其內的半導體晶片12。設備10包括CF4源14、O2源16、氬氣源18、微波源20、RF源22、反應室24、波導26、進氣管28、閥門30、閥門32、閥門34、導流板36以及吸盤38。反應室24內設置導流板36、晶片12以及吸盤38。RF源22連接到吸盤38。微波源20通過波導26連接到反應室34。CF4源14通過閥門30選擇性地連接到進氣管28。O2源16通過閥門32選擇性地連接到進氣管28。氬氣源18通過閥門34選擇性地連接到進氣管28。進氣管28連接到波導26，以使進氣管28內的氣體進入波導26內，並被微波源20激發。然後，在被激發狀態下，氣體由波導26從進氣管28進入反應室24。
圖2示出在根據本技術領域內的已知技術形成通孔後的晶片12的一部分50。部分50示出連同下部金屬層54、層間介質56以及光致抗蝕劑層58的通孔52。圖2所示的部分50處於蝕刻光致抗蝕劑形成掩模並利用該掩模將層間介質蝕刻到金屬層54以形成通孔52之後的階段。在優選實施例中，金屬層54包括抗反射塗層57。在清除通孔52內的層間介質後，立即在緊接著金屬層54上方的彎角處殘留蝕刻產生的材料聚集59。這些材料包括碳、矽、氮、氟以及鈦。這些材料很可能形成遮蔽物，而且在填充通孔以形成電接觸時，產生後續問題。這是當時需要清除遮蔽物的基本出發點。
根據本發明實施例，下一步是利用圖1所示設備清除光致抗蝕劑。在將晶片12放置到吸盤28上後，通過激活微波源20和RF源22並通過波導26將CF4氣體和氧氣引入反應室24，清除光致抗蝕劑58。因此，CF4和O2進入反應室24，被微波源20激發而且進一步被RF源22激發。這樣可以有效清除光致抗蝕劑58，並使位於可能形成遮蔽物的通孔的底部側壁上的聚合物鏈斷裂。在優選實施例中，同時施加RF功率和微波功率。在另一個實施例中，僅利用RF功率或者微波功率激發CF4和O2。通常，也殘留光致抗蝕劑殘餘物64。
在基本清除了光致抗蝕劑58後，如圖3所示，利用設備10進行後續清除步驟。在CF4/O2剝離光致抗蝕劑後，在ILD上仍殘留如圖3所示包括氟的某些殘餘物。在通孔的底部位於通孔52的彎角處，還存在氟聚集物61。下一步是在進氣管28內另外加入氬氣，從而使氬氣進入波導26。因此，第二步是使用在被微波激發情況下引入反應室24的CF4、O2以及氬氣，反應室24接入被激活的RF源22。在優選實施例中，同時施加RF功率和微波功率。在另一個實施例中，僅利用RF功率或微波功率激發CF4和O2。圖4示出該步驟使用微波和RF激發的CF4、O2以及氬氣的結果。該圖示出清除了光致抗蝕劑殘餘物64，殘留氟化殘餘物61和66。然後，利用去電離水清除氟化殘餘物61和66。去電離水可以有效清除氟化殘餘物61和64，因為氟化殘餘物61和64中的氟容易與水中的氫結合在一起。因此，利用水可以有效溶解並清除氟化殘餘物61和64。因此，圖5所示的所得到的結構非常清潔。圖5所示的結果是可以在72小時之後在通孔52內接著沉積導電材料而且接觸仍良好。而先前24小時是具有代表性的極限。
因此，在此證明可以非常有效地清除光致抗蝕劑，而無需使用溶液溶劑。在此特定實施例中，金屬是鋁，而抗反射塗層是氮化鈦。然而，也可以使用其它金屬。此外，使用不同於CF4的其它氣體也可能有效。這些其它氣體包括C2F6和C3F8。據信CF4更有效，因為氟對碳的比率更高。也可以使用含有碳和氟的其它氣體。在此處理中，RF源的能量保持低於400瓦。350瓦的功率也可以工作，但是該處理的優選功率為250瓦。如果TiN用作抗反射塗層，則高能量會清除TiN。因此，對於CF4與O2的組合，不應將能量升高到這樣的程度，即去除抗反射塗層成為問題的程度。
吸盤38的溫度優選範圍在45℃至100℃之間，升高到室溫之上的其它溫度也可能有效。通過將溫度升高到室溫之上，對於清除彎角處的殘餘物更有效。在很大程度上可以相信是這樣，因為存在難以清除的鈦殘餘物。大量的氟可以引起類似的問題。升高的溫度有助於清除遮蔽物的鈦部分，而且還對清除氟很重要。它有助於分解尤其與氟相關的遮蔽物的聚合物方面。這樣，利用升高的溫度可以保證最終清除氟，因為此時保證氟不是聚合物的一部分。因此，反應溫度最好高於室溫。然而，它也不應過高，因為這樣會導致去除過多抗反射塗層。
在僅使用CF4和O2的步驟，O2的流速可以為1250 SCCM、CF4的流速可以為20SCCM、壓力可以為0.6Torr、微波功率可以為1000瓦、RF功率可以為250瓦、吸盤溫度可以為60℃。持續時間基於傳統的最後結果檢測技術。對於使用CF4和O2的步驟，O2的流速可以為1250SCCM、CF4的流速可以為15SCCM、氬氣的流速可以為75SCCM、壓力可以為0.6Torr、微波功率可以為1000瓦、RF功率可以為100瓦、吸盤溫度可以為60℃。時間可以根據實驗結果發生變化，實驗結果可能根據所使用的諸如特定層面間介質的材料而發生變化，但是已經證明15秒就有效。優選特性是CF4與O2之比低於約0.02比1。
幾乎所選擇的任何壓力基本上都有效，然而，必須考慮到工具的限制。在O2的流速為1250SCCM，而CF4的流速為20SCCM時，可以採用的最低壓力約為0.35T，因為受到當前使用的工具的限制。然而，如果要求更高的壓力，則可以降低化學物質的流速。改變壓力的重要性在於，壓力低於約0.45T通常可以提高化學物質清除位於通孔底部的遮蔽物的能力。壓力高於約0.5T通常會導致位於ILD頂部的用於清除光致抗蝕劑的化學物質比位於通孔內的用於清除光致抗蝕劑的化學物質多。
在通孔未完全位於金屬層上的情況下，該處理也非常有效。在這種情況下，通孔偏離部分金屬層。這樣通常會導致通孔在與金屬不相應的位置更深。如果使用溶劑，則這樣會形成溶劑集中區。如果溶劑集中在這裡，則這裡的遮蔽物也不能被清除。因此，這可能是因為使用液體清除遮蔽物產生的難題。通常將這種通孔稱為無邊(unlanded)通孔。對於採用本發明的無邊通孔，沒有液體溶劑集中在靠近金屬的狹小區域內。圖6示出這種無邊通孔。如果使用溶劑，則凹陷區60是潛在問題。圖6示出採用本發明的結果。
熟練技術人員明白，為了簡單、明了地示出各附圖中的單元，所以未必按比例示出它們。例如，為了有助於理解本發明的各實施例，附圖中某些單元的尺寸可能相對於其它單元被誇大。
在以上的說明中，參考特定實施例對本發明進行了說明。然而，本技術領域內的普通技術人員明白，可以在如下的權利要求書所述的本發明範圍內，對其進行各種修改和變更。因此，可以認為，說明書和附圖具有說明性意義，而沒有限制性意義，而且所有這些修改均包括在本發明範圍內。
以上參考特定實施例對本發明的益處、其它優點以及各問題的解決方案進行了說明。然而，不能將本發明的益處、優點、各問題的解決方案以及使任意益處、優點或解決方案顯得或者變得更加明顯的任意單元解釋為任意一項或全部權利要求的關鍵的、要求的、或本質特徵或單元。在此，術語「包括」或其任何變形均表示非排他性包括，因此，包括一系列單元的處理、方法、製品或設備並不僅僅包括這些單元，還可以包括未明確列出的或這些處理、方法、製品或設備所固有的其它單元。
權利要求
1.一種用於清除由形成通過絕緣材料的通孔的處理所產生的蝕刻殘餘物的方法，該方法包括對蝕刻殘餘物和通孔施加氣體的步驟，其中利用RF源激發該氣體，而且該氣體包括碳氟化合物和氧氣。
2.根據權利要求1所述的方法，其中RF源在80至350瓦之間工作。
3.根據權利要求1所述的方法，其中碳氟化合物是CF4。
4.根據權利要求3所述的方法，其中CF4與氧氣之比低於約0.02。
5.根據權利要求1所述的方法，其中該氣體還包括氬氣。
6.根據權利要求1所述的方法，該方法還包括利用微波源激發至少一部分氣體。
7.根據權利要求6所述的方法，其中微波源在500與2000W之間工作。
8.一種用於清除由在集成電路上形成通孔的處理所產生的蝕刻殘餘物的方法，該方法包括設置具有吸盤的一個室；將集成電路放置到該室內接觸吸盤；以第一功率電平對該室施加RF功率；以及將包括碳氟化合物氣體和氧氣的微波激發氣體引入該室內。
9.根據權利要求8所述的方法，其中碳氟化合物是CF4。
10.根據權利要求8所述的方法，該方法還包括利用去電離水衝洗。
11.根據權利要求8所述的方法，其中吸盤處於高於室溫的溫度。
12.根據權利要求11所述的方法，其中高於室溫的吸盤溫度被進一步確定為45至100攝氏度。
13.根據權利要求8所述的方法，該方法還包括引入微波激發的惰性氣體。
14.根據權利要求13所述的方法，其中惰性氣體是氬氣。
15.根據權利要求13所述的方法，該方法還包括在引入微波激發的惰性氣體時，施加第二功率電平的RF功率。
16.根據權利要求15所述的方法，其中第二功率電平的RF功率低於第一功率電平的RF功率。
17.根據權利要求15所述的方法，其中在以第一功率電平施加RF功率時的碳氟化合物氣體與氧氣之比低於在以第二功率電平施加RF功率時的碳氟化合物氣體與氧氣之比。
18.一種用於清除由在集成電路上形成通孔的處理所產生的蝕刻殘餘物的方法，該方法包括以下步驟設置具有吸盤的一個室；將集成電路放置到該室內的吸盤上；RF激發該吸盤；將包括第一氣體和第二氣體的第一微波激發氣體引入該室內，第一氣體包括氟和碳的第一化合物，第二氣體包括氧氣；以及在將第一微波激發氣體引入該室後，將包括第三氣體、第四氣體以及第五氣體的第二微波激發氣體引入該室內，第三氣體包括氟和碳的第二化合物，第四氣體包括氧氣，第五氣體包括惰性氣體。
19.根據權利要求18所述的方法，其中第一和第二化合物相同。
20.根據權利要求19所述的方法，其中第一化合物和第二化合物包括CF4。
21.根據權利要求20所述的方法，其中惰性氣體是氬氣。
22.根據權利要求18所述的方法，其中第一化合物是CF4，而第二化合物是C2F6。
23.根據權利要求18所述的方法，其中吸盤的溫度高於室溫，利用500與2000瓦之間的微波功率激發第一微波激發氣體，而以低於400瓦的功率激發RF激發吸盤。
全文摘要
利用不需要使用液體化學溶劑而且不在通孔內產生過量電荷累積的方法，清除由形成通孔的處理所產生的蝕刻殘餘物。一個步驟是使用碳氟化合物和氧氣。利用微波和RF激發這些氣體。另一個步驟是，除了這兩種氣體之外，引入也被微波和RF激發的氬氣。其效果是清除趨向於粘附在通孔之上的表面上的任意附加殘餘物，而且還可以完成清除通孔內的蝕刻殘餘物。附加步驟是簡單應用去電離水以清除經過上述兩個步驟殘留的、高水溶性的任何氟化殘餘物。
文檔編號G03F7/42GK1526161SQ01819582
公開日2004年9月1日 申請日期2001年11月6日 優先權日2000年11月7日
發明者善·T·谷燕, 善 T 谷燕, 小麥迪納, 瓦倫丁·小麥迪納, 斯 J 多普, 道格拉斯·J·多普 申請人:摩託羅拉公司