(57)【要約】      （修正有）【課題】ハードマスク材料をファセットすることなく高い剥離速度および優れたウエハ全面の均一性を提供しつつ、基板上に存在する低ｋ誘電性材料が損傷される事態を回避する方法を提供する。【解決手段】基板は、フォトレジスト材料２０１の下にある低ｋ誘電性材料２０７と、フォトレジスト材料および低ｋ誘電性材料の両者の上を覆うポリマ膜２１３とを含む。２段階のプロセスの第１の段階は、ポリマ膜を除去するために酸素プラズマを使用する。２段階のプロセスの第２の段階は、フォトレジスト材料を除去するためにアンモニアプラズマを使用する。第２の段階は、第２の段階の完了後に開始する。２段階のフォトレジスト剥離プロセスの各段階は、化学剤、温度、圧力、ガス流速、無線周波数の電力および周波数、並びに継続期間を含む、特定のプロセスパラメータの値によってそれぞれ定められる。【選択図】図２Ａ
2014090192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、
低ｋ誘電性材料の上を覆うフォトレジスト材料を有する基板を用意し、前記フォトレジスト材料および前記低ｋ誘電性材料は、ともに、両者の上を覆うポリマ膜を有し、
前記下にある低ｋ誘電性材料を不利に損傷させる、または除去することなく前記ポリマ膜を除去するために、酸素プラズマを使用して第１の剥離プロセスを実施し、
前記下層の低ｋ誘電性材料を損傷または除去することなく前記フォトレジスト材料を除去するために、アンモニアプラズマを使用して第２の剥離プロセスを実施し、前記第２の剥離プロセスは、前記第１の剥離プロセスの完了後に実施される、
ことを備える方法。
【請求項２】
請求項１に記載の基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、
前記ポリマ膜は、フルオロカーボン成分またはヒドロフルオロカーボン成分を含み、前記ポリマ膜と前記酸素プラズマとの反応から得られるフッ素成分が、前記第１の剥離プロセスの終点を検出するために監視され、前記第１の剥離プロセスの終点は、前記酸素プラズマ中のフッ素濃度の横ばい状態と一致する、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、更に、
前記第２の剥離プロセスの終点を検出し、
前記第２の剥離プロセスの終点に続いてオーバー剥離プロセスを実施し、前記オーバー剥離プロセスは、前記終点に達するまでの前記第２の剥離プロセスの継続期間の約１０％から前記終点に達するまでの前記第２の剥離プロセスの継続期間の約２００％に到る範囲内の継続期間を有し、前記オーバー剥離プロセスは、前記第２の剥離プロセスと同様に実施される、
ことを備える方法。
【請求項４】
請求項１に記載の基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、
前記第１の剥離プロセスは、前記基板の上に、約５０立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）から約１０００ｓｃｃｍに到る範囲内の流速で酸素ガスを提供することと、前記酸素ガスを前記酸素プラズマに変換するために、前記酸素ガスに、約５０ワット（Ｗ）から約２０００Ｗに到る範囲内の無線周波数（ＲＦ）電力を印加することと、を含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、
前記フォトレジスト材料と前記低ｋ誘電性材料との間にハードマスク材料が形成される、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、
前記第１および第２の剥離プロセスは、それぞれ、前記ハードマスク材料をファセットすることなく実施される、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、
前記第２の剥離プロセスは、前記基板の上に、約５０立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）から約２０００ｓｃｃｍに到る範囲内の流速でアンモニアガスを提供することと、前記アンモニアガスを前記アンモニアプラズマに変換するために、前記アンモニアガスに、約５０ワット（Ｗ）から約２０００Ｗに到る範囲内の無線周波数（ＲＦ）電力を印加することと、を含む、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、
前記第１の剥離プロセスは、前記基板および前記酸素プラズマを含む領域内の圧力を、約５ミリトール（ｍＴ）から約５００ｍＴに到る範囲内に維持することを含む、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、
前記第２の剥離プロセスは、前記低ｋ誘電性材料が２．５未満の誘電率を有する場合に、前記基板および前記酸素プラズマを含む領域内の圧力を、約５ミリトール（ｍＴ）から約５００ｍＴに到る範囲内に維持することを含み、
前記第２の剥離プロセスは、前記低ｋ誘電性材料が２．５以上の誘電率を有する場合に、前記基板および前記酸素プラズマを含む領域内の圧力を、約５ｍＴから約１０００ｍＴに到る範囲内に維持することを含む、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、更に、
前記基板をサポートしているチャックの温度を、摂氏約−４０度から摂氏約６０度に到る範囲内に維持することを備える方法。
【請求項１１】
基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、
低ｋ誘電性材料の上を覆うフォトレジスト材料を有する基板を用意し、前記フォトレジスト材料および前記低ｋ誘電性材料は、ともに、両者の上を覆う、フルオロカーボン成分またはヒドロフルオロカーボン成分のいずれかを含むポリマ膜を有し、
前記基板の上に酸素ガスを提供し、
前記酸素ガスを反応性の形態に変換し、前記反応性の形態の酸素ガスは、前記ポリマ膜の除去を行ない、
前記ポリマ膜のほぼ完全な除去時に、前記基板の上への酸素ガスの提供を停止し、
前記基板の上への酸素ガスの提供を停止した後に、前記基板の上にアンモニアガスを提供し、
前記アンモニアガスを反応性の形態に変換し、前記反応性の形態のアンモニアは、前記下にある低ｋ誘電性材料の実質的な損傷または除去を生じることなく前記基板からの前記フォトレジスト材料の除去を行う、
ことを備える方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、更に、
前記基板の上への酸素ガスの提供中に、前記基板の付近に存在するフッ素濃度を監視し、前記ポリマ膜のほぼ完全な除去は、前記フッ素濃度の横ばい状態に一致する、ことを備える方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、
前記酸素ガスは、前記基板の上に、約５０立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）から約１０００ｓｃｃｍに到る範囲内の流速で提供される、方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、
前記アンモニアガスは、前記基板の上に、約５０立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）から約２０００ｓｃｃｍに到る範囲内の流速で提供される、方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、
前記酸素ガスおよび前記アンモニアガスは、それぞれ、約５０ワット（Ｗ）から約２０００Ｗに到る範囲内の無線周波数（ＲＦ）電力をそれぞれのガスに印加することによって、反応性の形態に変換される、方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載の基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、
前記基板の上への酸素ガスの提供中、前記基板を含む領域内の圧力を、約５ミリトール（ｍＴ）から約５００ｍＴに到る範囲内に維持するし、
前記低ｋ誘電性材料が２．５未満の誘電率を有する場合に、前記基板の上へのアンモニアガスの提供中、前記基板を含む領域内の圧力を、約５ｍＴから約５００ｍＴに到る範囲内に維持し、
前記低ｋ誘電性材料が２．５以上の誘電率を有する場合に、前記基板の上へのアンモニアガスの提供中、前記基板を含む領域内の圧力を、約５ｍＴから約１０００ｍＴに到る範囲内に維持する、
ことを備える方法。
【請求項１７】
請求項１１に記載の基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、
前記フォトレジスト材料と前記低ｋ誘電性材料との間にハードマスク材料が形成され、前記反応性の形態の酸素およびアンモニアは、それぞれ、前記ハードマスク材料をファセットすることなく前記基板から前記ポリマ膜および前記フォトレジスト材料の除去を行う、方法。
【請求項１８】
フォトレジスト材料の下に低ｋ誘電性材料を有する基板から前記フォトレジスト材料を除去するための方法であって、前記フォトレジスト材料および前記低ｋ誘電性材料は、ともに、両者の上を覆う、フルオロカーボン成分またはヒドロフルオロカーボン成分のいずれかを含むポリマ膜を有し、前記方法は
前記ポリマ膜をちょうど除去するために必要とされる継続期間に渡って前記ポリマ膜を酸素プラズマに暴露し、
前記ポリマ膜の除去に続いて、前記フォトレジスト材料を完全に除去するために必要とされる継続期間に渡って前記フォトレジスト材料をアンモニアプラズマに暴露する、
ことを備える方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、
前記ポリマ膜の前記酸素プラズマに対する暴露は、
前記基板の上に、約５０立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）から約１０００ｓｃｃｍに到る範囲内の流速で酸素ガスを提供し、
前記酸素プラズマを生成するために、前記酸素ガスに、約５０ワット（Ｗ）から約２０００Ｗに到る範囲内の無線周波数（ＲＦ）電力を印加し、
前記基板および前記酸素プラズマを含む領域内の圧力を、約５ミリトール（ｍＴ）から約５００ｍＴに到る範囲内に維持することと、
を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１８に記載の方法であって、
前記ポリマ膜の前記アンモニアプラズマに対する暴露は、
前記基板の上に、約５０立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）から約２０００ｓｃｃｍに到る範囲内の流速でアンモニアガスを提供し、
前記アンモニアプラズマを生成するために、前記アンモニアガスに、約５０ワット（Ｗ）から約２０００Ｗに到る範囲内のＲＦ電力を印加し、
前記低ｋ誘電性材料が２．５未満の誘電率を有する場合に、前記基板および前記アンモニアプラズマを含む領域内の圧力を、約５ミリトール（ｍＴ）から約５００ｍＴに到る範囲内に維持し、
前記低ｋ誘電性材料が２．５以上の誘電率を有する場合に、前記基板および前記アンモニアプラズマを含む領域内の圧力を、約５ｍＴから約１０００ｍＴに到る範囲内に維持すること、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
半導体の製造中は、シリコン等の材料からなる半導体ウエハ（「ウエハ」）上に集積回路が作成される。ウエハ上に集積回路を作成するためには、各種のレジスタ、ダイオード、コンデンサ、およびトランジスタ等の多数（例：何百万）の電子デバイスを製造する必要がある。電子デバイスの製造は、ウエハ上の正確な位置での材料の堆積、除去、および注入を伴う。ウエハ上の正確な位置での材料の堆積、除去、および注入を促進するために、通常、フォトリソグラフィと称されるプロセスが使用される。
【０００２】
フォトリソグラフィプロセスでは、先ず、ウエハ上にフォトレジスト材料が堆積される。フォトレジスト材料は、次いで、レチクルによるフィルタリングを経た光に暴露される。レジクルは、概して、光の通過を遮る代表的な幾何的特徴のパターンを有するガラス板である。レチクルを通過した後、光は、フォトレジスト材料の表面に接触する。光は、露光されたフォトレジスト材料の化学組成を変化させる。ポジ型フォトレジスト材料の場合、露光は、露光されたフォトレジスト材料が現像液に溶けないようにする。反対に、ネガ型フォトレジスト材料の場合、露光は、露光されたフォトレジスト材料が現像液に溶けるようにする。露光後は、フォトレジスト材料の可溶部分が除去され、パターン形成されたフォトレジスト層が残される。
【０００３】
ウエハは、次いで、パターン形成されたフォトレジスト層に覆われていないウエハ領域で材料を除去、堆積、または注入するために処理される。ウエハの処理後、パターン形成されたフォトレジスト層は、フォトレジスト剥離と称されるプロセスによって除去される。ウエハ表面上に残留するフォトレジストは、集積回路の欠陥を生じうるので、フォトレジスト剥離プロセスでは、フォトレジスト材料を完全に除去することが重要である。また、フォトレジスト剥離プロセスは、注意深く実施することによって、ウエハ上に存在する下の材料を化学的に改質させる、または物理的に損傷させる事態を回避することが望まれる。
【発明の概要】
【０００４】
１つの実施形態では、基板からフォトレジスト材料を除去するための方法が開示される。この方法は、低ｋ誘電性材料の上を覆うフォトレジスト材料を有する基板を用意する動作を含む。ここで、フォトレジスト材料および低ｋ誘電性材料は、ともに、両者の上を覆うポリマ膜を有する。基板は、フォトレジスト材料と低ｋ誘電性材料との間にハードマスク層を伴うように、または伴わないように形成することができる。この方法は、また、ポリマ膜を除去するために酸素プラズマを使用して第１の剥離プロセスを実施する動作を提供する。この方法は、更に、第１の剥離プロセスの完了後に第２の剥離プロセスを実施する動作を提供する。第２の剥離プロセスは、フォトレジスト材料を除去するためにアンモニアプラズマを使用する。第１および第２の剥離プロセスは、ともに、下層の低ｋ誘電性材料を損傷または除去することなく、且つもしハードマスクが存在するならばハードマスクをファセットすることなく実施される。
【０００５】
もう１つの実施形態では、基板からフォトレジスト材料を除去するための方法が開示される。この方法は、低ｋ誘電性材料の上を覆うフォトレジスト材料を有する基板を用意することを含む。フォトレジスト材料および低ｋ誘電性材料は、ともに、両者の上を覆う、フルオロカーボン成分またはヒドロフルオロカーボン成分のいずれかを含むポリマ膜を有する。また、基板は、フォトレジスト材料と低ｋ誘電性材料との間にハードマスク層を伴うように、または伴わないように形成することができる。この方法は、また、基板の上に酸素ガスを提供すること、およびその酸素ガスを反応性の形態に変換することを含む。反応性の形態の酸素ガスは、ポリマ膜の除去を行う。ポリマ膜のほぼ完全な除去時に、基板の上への酸素ガスの提供が停止される。この方法は、更に、基板の上への酸素ガスの提供を停止させた後に、基板の上にアンモニアガスを提供することを含む。アンモニアガスは、反応性の形態に変換される。反応性の形態のアンモニアは、下にある低ｋ誘電性材料の不利な損傷、または除去を生じることなく、且つもしハードマスクが存在するならばハードマスクをファセットすることなく基板からのフォトレジスト材料の除去を行う。
【０００６】
もう１つの実施形態では、フォトレジスト材料の下に低ｋ誘電性材料を有する基板からフォトレジスト材料を除去するための方法が開示される。フォトレジスト材料および低ｋ誘電性材料は、ともに、両者の上を覆う、フルオロカーボン成分またはヒドロフルオロカーボン成分のいずれかを含むポリマ膜を有する。この方法の第１の動作では、ポリマ膜をちょうど除去するために必要とされる継続期間に渡ってポリマ膜が酸素プラズマに暴露される。ポリマ膜の除去に続いて、この方法の第２の動作が実施される。この第２の動作では、フォトレジスト材料を完全に除去するために必要とされる継続期間に渡ってフォトレジスト材料がアンモニアプラズマに暴露される。
【０００７】
本発明を例示した添付の図面と併せて行われる以下の詳細な説明から、本発明のその他の態様および利点がより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の１つの実施形態にしたがった、代表的なプラズマエッチングチャンバを示した説明図である。
【図２Ａ】本発明の２段階剥離プロセスにしたがって処理される基板上に形成された、理想的な特徴を示した説明図である。
【図２Ｂ】ポリマ層、フォトレジスト層、およびＢＡＲＣ層を除去された、図２Ａの特徴に対応する理想的な特徴を示した説明図である。
【図３】本発明の１つの実施形態にしたがった、基板からフォトレジスト材料を除去するための方法の流れ図を示した説明図である。
【図４Ａ】本発明の１つの実施形態にしたがった、２段階剥離プロセスの実施前におけるサンプルウエハの表面の画像を示した説明図である。
【図４Ｂ】２段階剥離プロセスの実施前におけるサンプルウエハの表面の、もう１つの画像を示した説明図である。
【図５Ａ】表１で説明されるような２段階剥離プロセスの実施後における図４Ａのサンプルウエハの画像を示した説明図である。
【図５Ｂ】表１で説明されるような２段階剥離プロセスの実施後における図４Ｂのサンプルウエハの画像を示した説明図である。
【図６Ａ】フッ化水素酸への浸漬の実施後における図５Ａのサンプルウエハの画像を示した説明図である。
【図６Ｂ】フッ化水素酸への浸漬の実施後における図５Ｂのサンプルウエハの画像を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の説明では、本発明の完全な理解を可能にするために、多くの詳細な事項が説明されている。しかしながら、当業者ならば明らかなように、本発明は、これらの一部または全部の詳細事項を伴わなくても実施可能である。また、本発明が不必要に不明瞭になるのを避けるため、周知のプロセス動作の詳細な説明は省略される。
【００１０】
高度な集積回路は、隣り合う導体線間の電気絶縁体として、即ち層間絶縁材料として低ｋ誘電性材料を使用することが多い。低ｋ誘電性材料は、ＳｉＯ2より小さいｋ値、即ち約３．９未満のｋ値を有する絶縁性材料として定義される。議論を目的として、約２．５未満の誘電率、即ちｋ値を有する低ｋ誘電性材料は、「多孔質の」低ｋ材料であると見なされる。また、約２．５以上の誘電率、即ちｋ値を有する低ｋ誘電性材料は、「高密度な」または「通常の」低ｋ材料であると見なされる。低ｋ誘電性材料の使用は、デバイス速度を増大させると同時に、隣り合う導体線間の望ましくない容量結合、即ちクロストークを低減させる。本明細書で使用される「低ｋ誘電性材料」という総括的な名称は、多孔質のまたは高密度／通常のいずれのタイプの低ｋ誘電性材料も指すものとする。
【００１１】
ウエハ上に集積回路構造を形成するためには、低ｋ誘電性材料にプラズマエッチングプロセスを施すことがしばしば必要とされる。ウエハ上の低ｋ誘電体層のプラズマエッチングでは、低ｋ誘電体層の上にマスクパターンを形成するために、通常、フォトレジストマスク層が使用される。マスクパターンは、プラズマエッチングプロセス中、下層の低ｋ材料が除去されないように保護する働きをする。プラズマエッチングプロセスが完了し、対応するマスクパターンが低ｋ誘電体層内に形成されると、ウエハからフォトレジスト材料および関連の残渣を除去する必要がある。また、プラズマエッチングプロセスが完了すると、残留する低ｋ誘電性材料が部分的に露出されることがわかる。ウエハからのフォトレジスト材料の除去は、ウエハ上でフォトレジスト剥離プロセスを実施することによって達成することができる。ただし、フォトレジスト剥離プロセスは、下層の、または露出された低ｋ誘電性材料に悪影響を及ぼさず、且つフォトレジスト材料と低ｋ誘電性材料との間に存在するハードマスク材料のファセットを引き起こさないように実施する必要がある。
【００１２】
本発明は、基板からフォトレジスト材料を剥離させる、即ち除去するための２段階のプロセスを提供する。基板は、フォトレジスト材料の下に低ｋ誘電性材料を含む。１つの実施形態では、基板は、半導体ウエハとして表される。なお、基板、半導体ウエハ、およびウエハという用語は、本明細書の説明では同義であることが理解されるべきである。低ｋ誘電性材料を含むことに加えて、基板は、フォトレジスト材料および低ｋ誘電性材料の両方を覆うポリマ膜またはポリマ層を有するものとしても特徴付けられる。ポリマ膜は、フォトレジスト剥離プロセスに先立って実施される、例えばプラズマエッチングプロセス等のウエハ製造プロセスの副生成物である。１つの実施形態では、ポリマ膜は、フルオロカーボン成分またはヒドロフルオロカーボン成分のいずれかを含むものとして特徴付けられる。
【００１３】
フォトレジスト材料を剥離させるための２段階プロセスの第１の段階は、下層の低ｋ誘電性材料を不利に損傷させる、または除去することなくポリマ膜を除去するために、酸素プラズマを使用する。２段階プロセスの第２の段階は、下層の低ｋ誘電性材料を不利に損傷、または除去することなくフォトレジスト材料を除去するために、アンモニアプラズマを使用する。なお、第２の段階は、第１の段階の完了後に開始することが理解されるべきである。また、２段階フォトレジスト剥離プロセスの各段階は、化学剤、温度、圧力、ガス流速、無線周波数電力、および継続期間を含む、特定のプロセスパラメータの値によってそれぞれ定められることが理解されるべきである。２段階フォトレジスト剥離プロセスでは、前掲のプロセスパラメータは、以下の要件を同時に満たすように定められる。
・下にある低ｋ誘電性材料を不利に損傷させることなくフォトレジスト材料を均一に除去する。
・商業的に競争力のある速度でフォトレジスト材料を除去する。
・基本的にいかなる残渣も残留させることなくフォトレジスト材料を完全に除去する。
・ハードマスク材料が存在する場合、基本的にそのハードマスク材料のいかなる物理的損傷またはファセットも生じることなくフォトレジスト材料を除去する。
【００１４】
２段階フォトレジスト剥離プロセスを詳細に説明する前に、２段階フォトレジスト剥離プロセスを中で行うことができるチャンバを説明することが有益である。図１は、本発明の１つの実施形態にしたがった、代表的なプラズマエッチングチャンバ（「チャンバ」）１００を示した説明図である。チャンバ１００は、無線周波数（ＲＦ）駆動電極１０１と、受動電極１０３とを含む。ＲＦ駆動電極１０１は、チャンバ１００内で生成されるプラズマに暴露されるウエハ１０５をサポートするように構成される。導電接続１１１を介してＲＦ駆動電極１０１に低周波ＲＦ電流および高周波ＲＦ電流をそれぞれ提供するために、低周波ＲＦ発生器１１３および高周波ＲＦ発生器１１５が用意される。１つの実施形態では、低周波ＲＦ電流は、２ＭＨｚの周波数を有するように生成され、高周波ＲＦ電流は、２７ＭＨｚの周波数を有するように生成される。しかしながら、本発明は、２ＭＨｚおよび２７ＭＨｚとは異なる周波数で生成されるＲＦ電力を使用しても実施可能であることが理解されるべきである。例えば、低密度のプラズマチャンバでは、キロヘルツ（ｋＨｚ）レベルでＲＦ電力を生成することができる。反対に、高密度のプラズマチャンバでは、ギガヘルツ（ＧＨｚ）レベルでＲＦ電力を生成することができる。更に、本発明の２段階フォトレジスト剥離プロセスは、図１に関連して説明されるような複数周波数のチャンバ、または単一周波数のチャンバのいずれを使用しても実施可能であることが理解されるべきである。
【００１５】
図１について、動作中、高周波ＲＦ電流および低周波ＲＦ電流は、矢印１１７で示されるように、ＲＦ駆動電極１０１からチャンバ１００のプラズマ領域を通って受動電極１０３へと送られる。なお、チャンバのプラズマ領域は、ウエハ１０５と、ウエハ１０５の外側のＲＦ駆動電極１０１と、受動電極１０３と、閉じ込めリング１２１との間に形成されることに注意するべきである。また、高周波ＲＦ電流および低周波ＲＦ電流は、矢印１１９で示されるように、ＲＦ駆動電極１０１からプラズマ領域を通って接地延長１０７，１０９へも送られる。
【００１６】
動作中、プロセスガスは、ガス供給口（不図示）およびガス排出口（不図示）を介してチャンバ１００のプラズマ領域を流れる。プラズマ領域を通って送られる高周波ＲＦ電流および低周波ＲＦ電流は、プロセスガスを、その材料成分のイオンおよびラジカルの両方を含む反応性の形態に変換する働きをする。なお、反応性の形態のプロセスガスとは、プラズマの特性を有するものとして定義されることが理解されるべきである。高周波ＲＦ電流は、チャンバ１００内のプラズマの密度に影響を及ぼし、低周波ＲＦ電流は、チャンバ１００内の電圧に影響を及ぼす。そして、電圧は、プラズマ中のイオンエネルギに影響する。低周波ＲＦ発生器１１３および高周波ＲＦ発生器１１５に提供される電力は、プラズマ密度およびプラズマ中のイオンエネルギを増減させるように調整することができる。プラズマ中のイオンおよびラジカルは、ウエハ１０５の材料と相互に作用することよって、プラズマに暴露されているウエハ１０５表面の性質に変化を生じさせる。
【００１７】
また、ＲＦ駆動電極１０１と受動電極１０３との間の幾何的関係は、ウエハ１０５に存在するバイアス電圧に影響を及ぼす。例えば、ＲＦ駆動電極１０１の上面の面積が受動電極１０３の底面の面積に対して減少すると、ＲＦ駆動電極１０１におけるバイアス電圧は増大する。逆の場合もまた同様である。ウエハ１０５は、ＲＦ駆動電極１０１によってサポートされているので、ＲＦ駆動電極１０１におけるバイアス電圧の増大は、相応して、ウエハ１０５におけるバイアスの増大を引き起こす。ウエハ１０５におけるバイアスが増大すると、ウエハ１０５に衝突するイオン速度および指向性が増大する。イオン速度および指向性の増大は、高アスペクト比エッチング等の特定のプロセスでは好まれるが、トレンチエッチング等の他のプロセスは、より小さいイオン速度および指向性によって最適化される。
【００１８】
本発明の２段階フォトレジスト剥離プロセスと併せて使用されるプラズマ処理チャンバは、プロセスガス流速の制御、温度の制御、圧力の制御、ＲＦ電力の制御、およびプロセス継続時間の制御を可能にする。図１に関連して説明されるような二重周波数プラズマ処理チャンバ１００は、本発明の２段階フォトレジスト剥離プロセスを中で行うことができる代表的なチャンバを表している。しかしながら、本発明の２段階フォトレジスト剥離プロセスは、当業者に知られているように、基本的に、半導体ウエハの製造に適した任意のプラズマ処理チャンバ内で実施可能であることを理解されるべきである。
【００１９】
図２Ａは、本発明の２段階フォトレジスト剥離プロセスにしたがって処理される基板上に形成される、理想的な特徴２００Ａを示した説明図である。特徴２００Ａは、低ｋ誘電性材料の上を覆うフォトレジスト材料２０１を含む。なお、低ｋ誘電性材料は、多孔性または高密度／通常のいずれかでありうることが理解されるべきである。図２Ａの例では、フォトレジスト材料２０１と低ｋ誘電性材料２０７との間に、ＳｉＣハードマスク材料２０５と、底部反射防止膜（ＢＡＲＣ）材料２０３とが設けられる。また、低ｋ誘電性材料２０７は、ＳｉＣ材料２０９の上に形成される。特徴全体２００Ａは、Ｓｉ基板２１１の上に形成される。更に、フォトレジスト材料２０１および低ｋ誘電性材料２０７の両者の上に、ポリマ膜とも称されるポリマ層２１３が形成される。ポリマ層２１３は、先行するエッチングプロセスの副生成物を表している。１つの実施形態では、ポリマ層２１３は、フルオロカーボン成分またはヒドロフルオロカーボン成分のいずれかを含むものとして定義される。特徴２００Ａから半導体の製造を進めるためには、ポリマ層２１３、フォトレジスト層２０１、およびＢＡＲＣ層２０３を除去する必要がある。図２Ｂは、ポリマ層２１３、フォトレジスト層２０１、およびＢＡＲＣ層２０３を除去された、特徴２００Ａに対応する理想的な特徴２００Ｂを示した説明図である。
【００２０】
図３は、本発明の１つの実施形態にしたがった、基板からフォトレジスト材料２０１を除去するための方法の流れ図を示した説明図である。図３に関連して説明されるこの方法は、前述の、基板からフォトレジスト材料を剥離させるための２段階プロセスの１つの実施形態を表していることを理解されるべきである。この方法は、低ｋ誘電性材料の上を覆うフォトレジスト材料を有する基板を用意するための、動作３０１を含む。フォトレジスト材料および低ｋ誘電性材料は、ともに、両者の上を覆うポリマ膜を有する。１つの実施形態では、ポリマ膜は、フルオロカーボン成分またはヒドロフルオロカーボン成分のいずれかを含む。
【００２１】
この方法は、また、下側にある低ｋ誘電性材料を不利に損傷させる、または除去することなくポリマ膜を除去するために、酸素プラズマを使用する第１の剥離プロセスを実施するための、動作３０３を含む。第１の剥離プロセスは、基板の上に酸素（Ｏ2）を提供することを含む。１つの実施形態では、酸素ガスは、約５０立方センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）から約１０００ｓｃｃｍに到る範囲内の流速で提供される。本明細書で使用される「約」という表現は、具体的な値の±１０％以内を意味する。もう１つの実施形態では、酸素ガスは、約１００ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍに到る範囲内の流速で提供される。更にもう１つの実施形態では、酸素ガスは、約２００ｓｃｃｍの流速で提供される。
【００２２】
第１の剥離プロセスは、また、基板の上に提供された酸素ガスに無線周波数（ＲＦ）電力を印加することを含む。１つの実施形態では、酸素ガスに印加されるＲＦ電力は、約５０ワット（Ｗ）から約２０００Ｗに到る範囲内である。もう１つの実施形態では、酸素ガスに印加されるＲＦ電力は、約１００Ｗから約１０００Ｗに到る範囲内である。更にもう１つの実施形態では、酸素ガスに印加されるＲＦ電力は、約２００Ｗから約１０００Ｗに到る範囲内である。印加されるＲＦ電力は、酸素ガスを酸素プラズマに変換する働きをする。酸素プラズマは、ポリマ膜を除去することができる反応性の形態の酸素を表している。
【００２３】
第１の剥離プロセスは、更に、基板および酸素プラズマを含む領域内の圧力を維持することを含む。１つの実施形態では、第１の剥離プロセス中の圧力は、約５ミリトール（ｍＴ）から約５００ｍＴに到る範囲内に維持される。もう１つの実施形態では、第１の剥離プロセス中の圧力は、約５ｍＴから約１００ｍＴに到る範囲内に維持される。更にもう１つの実施形態では、第１の剥離プロセス中の圧力は、約５ｍＴから約２０ｍＴに到る範囲内に維持される。
【００２４】
ポリマ膜がフルオロカーボン成分またはヒドロフルオロカーボン成分のいずれかを含む実施形態では、第１の剥離プロセスの終点を検出するために、酸素プラズマとポリマとの反応から得られるフッ素成分を監視することができる。例えば、第１の剥離プロセスの終点は、酸素プラズマ中のフッ素濃度が横ばい状態となる時期と一致するであろう。ポリマ膜のほぼ完全な除去が達成されたことが決定されると、第１の剥離プロセスは、基板の上への酸素ガスの提供を停止することによって終了される。
【００２５】
方法は、更に、下層の低ｋ誘電性材料を不利に損傷させる、または除去することなくフォトレジスト材料を除去するために、アンモニアプラズマを使用する第２の剥離プロセスを実施するための、動作３０５を含む。なお、第２の剥離プロセスは、第１の剥離プロセスの完了後に開始することを理解されるべきである。第２の剥離プロセスは、基板の上にアンモニア（ＮＨ3）ガスを提供することを含む。１つの実施形態では、アンモニアガスは、約５０ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍに到る範囲内の流速で提供される。もう１つの実施形態では、アンモニアガスは、約１００ｓｃｃｍから約１０００ｓｃｃｍに到る範囲内の流速で提供される。更にもう１つの実施形態では、アンモニアガスは、約２００ｓｃｃｍから約８００ｓｃｃｍに到る範囲内の流速で提供される。
【００２６】
第２の剥離プロセスは、また、基板の上に提供されたアンモニアガスにＲＦ電力を印加することを含む。１つの実施形態では、アンモニアガスに印加されるＲＦ電力は、約５０Ｗから約２０００Ｗに到る範囲内である。もう１つの実施形態では、アンモニアガスに印加されるＲＦ電力は、約１００Ｗから約１０００Ｗに到る範囲内である。更にもう１つの実施形態では、アンモニアガスに印加されるＲＦ電力は、約２００Ｗから約１０００Ｗに到る範囲内である。印加されるＲＦ電力は、アンモニアガスをアンモニアプラズマに変換する働きをする。アンモニアプラズマは、フォトレジスト材料を除去することができる反応性の形態のアンモニア成分を表している。
【００２７】
第２の剥離プロセスは、更に、基板およびアンモニアプラズマを含む領域内の圧力を維持することを含む。第２の剥離プロセス中に維持される圧力は、低ｋ誘電性材料の誘電率に依存する。低ｋ誘電性材料が約２．５未満の誘電率を有する場合、即ち多孔質の低ｋ誘電性材料である場合は、１つの実施形態にしたがって、圧力は、第２の剥離プロセス中、約５ｍＴから約５００ｍＴに到る範囲内に維持される。低ｋ誘電性材料が約２．５未満の誘電率を有する場合のもう１つの実施形態では、圧力は、第２の剥離プロセス中、約５ｍＴから約１００ｍＴに到る範囲内に維持される。低ｋ誘電性材料が約２．５未満の誘電率を有する場合の更にもう１つの実施形態では、圧力は、第２の剥離プロセス中、約５ｍＴから約２０ｍＴに到る範囲内に維持される。
【００２８】
しかしながら、低ｋ誘電性材料が約２．５以上の誘電率を有する場合、即ち高密度／通常の低ｋ誘電性材料である場合は、１つの実施形態にしたがって、圧力は、第２の剥離プロセス中、約５ｍＴから約１０００ｍＴに到る範囲内に維持される。低ｋ誘電性材料が約２．５以上の誘電率を有する場合のもう１つの実施形態では、圧力は、第２の剥離プロセス中、約１００ｍＴから約５００ｍＴに到る範囲内に維持される。低ｋ誘電性材料が約２．５以上の誘電率を有する場合の更にもう１つの実施形態では、圧力は、第２の剥離プロセス中、約２００ｍＴに維持される。
【００２９】
また、動作３０３および動作３０５の第１および第２の剥離プロセスのそれぞれの間、ウエハを上に配されたサポートの温度は、１つの実施形態にしたがって、摂氏約−４０度から摂氏約６０度に到る範囲内に維持される。もう１つの実施形態では、ウエハを上に配されたサポートの温度は、摂氏約０度から摂氏約４０度に到る範囲内に維持される。更にもう１つの実施形態では、ウエハを上に配されたサポートの温度は、摂氏約２０度に維持される。
【００３０】
１つの実施形態では、この方法は、第２の剥離プロセスの完了に続いてオーバー剥離プロセスを実施することを含む。オーバー剥離プロセスは、第２の剥離プロセスと同様に実施される。なお、第２の剥離プロセスの完了は、プラズマスペクトル解析等の終点検出技術を使用して決定可能であることを理解されるべきである。例えば、１つの実施形態では、第２の剥離プロセスの終点は、約４２０ナノメートルの波長のＣＮ輝線を観測することによって特定することができる。終点検出によって決定される第２の剥離プロセスの完了に続いて、オーバー剥離プロセスは、終点に達するまでの第２の剥離プロセスの継続期間の約１０％から終点に達するまでの第２の剥離プロセスの継続期間の約２００％に到る範囲内の継続期間に渡って実施される。もう１つの実施形態では、オーバー剥離プロセスは、終点に達するまでの第２の剥離プロセスの継続期間の約５０％から終点に達するまでの第２の剥離プロセスの継続期間の約１００％に到る範囲内の継続期間に渡って実施される。更にもう１つの実施形態では、オーバー剥離プロセスは、終点に達するまでの第２の剥離プロセスの継続期間の約５０％に相当する継続期間に渡って実施される。
【００３１】
上述された方法によって実現されるフォトレジスト材料の剥離速度は、上記のとおり、剥離プロセスのパラメータに依存する。各種の実施形態では、本発明の２段階剥離プロセスに対して、約５０００Å毎分（Å／分）を上回るフォトレジスト材料剥離速度を見込むことができる。また、本発明の２段階剥離プロセスは、ウエハの全面で均一な剥離速度を実現する。例えば、本発明の２段階剥離プロセスは、３００ミリメートルのウエハの全面で、標準偏差が５％未満の３種類の均一な剥離速度を実現することを見込むことができる。
【００３２】
図４Ａは、本発明の１つの実施形態にしたがった、２段階剥離プロセスの実施前におけるサンプルウエハの表面の画像を示した説明図である。サンプルウエハの表面は、低ｋ誘電性材料層２０７の上を覆うフォトレジスト材料層２０１を各自有する複数の特徴によって形成される。ここで、フォトレジスト材料と低ｋ誘電性材料との間には、ＳｉＣハードマスク層が形成されている。フォトレジスト材料２０１、ＳｉＣハードマスク、および低ｋ誘電性材料２０７の上には、ポリマ膜２１３が設けられる。図４Ｂは、２段階剥離プロセスの実施前におけるサンプルウエハの表面の、もう１つの画像を示した説明図である。図４Ｂの画像内には、フォトレジスト材料層２０１、ＳｉＣハードマスク、低ｋ誘電体層２０７、およびそれらの上を覆うポリマ膜２１３が、それぞれ示されている。表１は、図４Ａ〜４Ｂのサンプルウエハに対して２段階剥離プロセスを実施するために使用される剥離プロセスパラメータの値を説明している。
【００３３】
【表１】
2014090192.tif 000003
【００３４】
図５Ａおよび図５Ｂは、表１で説明されるような２段階剥離プロセスの実施後における図４Ａよび図４Ｂのサンプルウエハの画像を示した説明図である。図５Ａ〜５Ｂに示されるように、本発明の２段階剥離プロセスは、基本的に残渣を残留させない。図６Ａおよび図６Ｂは、フッ化水素酸（ＨＦ）への浸漬の実施後における図５Ａおよび図５Ｂのサンプルウエハの画像を示した説明図である。ＨＦへの浸漬は、剥離プロセスによって変質された任意の残留材料を除去する働きをする。図６Ａ〜６Ｂに示されるように、本発明の２段階剥離プロセスは、基本的に低ｋ誘電体の損傷を招くことがないことを理解されるべきである。また、本発明の２段階剥離プロセスは、各特徴の上隅が切り取られる、即ちファセットされるコーナーファセットによって特徴付けられるタイプの特徴損傷を阻止する。したがって、本発明によって提供される、基板からフォトレジスト材料を除去するための方法は、ハードマスク材料をファセットすることなく高い剥離速度および優れたウエハ全面の均一性を提供しつつ、基板上に存在する低ｋ誘電性材料が損傷される事態を回避する。
【００３５】
本発明は、いくつかの実施形態の観点から説明されているが、当業者ならば、本明細書および図面を吟味することによって各種の代替、追加、置換、および等価の形態に想到することが理解されるであろう。したがって、本発明は、このようなあらゆる代替、追加、置換、および等価の形態を、本発明の真の趣旨および範囲に含まれるものとして含むものとする。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年1月15日(2014.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板からフォトレジスト材料を除去するための方法であって、
前記低ｋ誘電性材料の上を覆うフォトレジスト材料を有する基板を用意し、前記フォトレジスト材料および前記低ｋ誘電性材料は、ともに、両者の上を覆うポリマ膜を有し、
前記下にある低ｋ誘電性材料を不利に損傷させる、または除去することなく前記ポリマ膜を除去するために、酸素プラズマを使用して第１の剥離プロセスを実施し、
前記ポリマ膜と前記酸素プラズマとの反応から得られるフッ素成分を用いて、前記第１の剥離プロセスの終点を検出し、
前記下層の低ｋ誘電性材料を損傷または除去することなく前記フォトレジスト材料を除去するために、アンモニアプラズマを使用して第２の剥離プロセスを実施し、前記第２の剥離プロセスは、前記第１の剥離プロセスの完了後に実施される、
ことを備える方法。
【外国語明細書】
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2014090192000002.pdf
2014090192000003.pdf
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