(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路ウェハの低ｋ誘電層からのフォトレジスト除去の方法であって、
０％より多くかつ５％未満（ただし、０％より多く５０００ｐｐｍ以下の範囲を除く）の酸素（Ｏ2）からなる微量の酸素（Ｏ2）を有するフォーミングガスを有するプラズマにウェハを露光して、低ｋ誘電層からフォトレジストの少なくとも一部を除去し、かつ保護層を作製するステップと、
溶媒を用いて、フォトレジストの一切の残余分をウェハから除去するステップと、
集積回路ウェハを脱気するステップとを含む、フォトレジスト除去の方法。
【請求項２】
プラズマのフォーミングガスは、２０％までの、水素ガス（Ｈ2）
と窒素ガス（Ｎ2）との組合せである、請求項１に記載のフォトレジスト除去の方法。
【請求項３】
露光ステップは３０秒から１０分の間行なわれる、請求項２に記載のフォトレジスト除去の方法。
【請求項４】
積回路ウェハの低ｋ誘電層からのフォトレジスト除去の方法であって、
０％より多くかつ５％未満の酸素（Ｏ2）からなる微量の酸素（Ｏ2）を有するフォーミングガスを有するプラズマにウェハを露光して、低ｋ誘電層からフォトレジストの少なくとも一部を除去し、かつ保護層を作製するステップと、
溶媒を用いて、フォトレジストの一切の残余分をウェハから除去するステップと、
集積回路ウェハを脱気するステップとを含み、
プラズマのフォーミングガスは、水素ガス（Ｈ2）、窒素ガス（Ｎ2）および四フッ化炭素（ＣＦ4）を含む、フォトレジスト除去の方法。
【請求項５】
フォトレジストは、少なくとも１つのバイアをエッチングした後に除去される、請求項１に記載のフォトレジスト除去の方法。
【請求項６】
保護層は、少なくとも１つのバイアに露出される少なくとも１つの絶縁層の上に作製される、請求項５に記載のフォトレジスト除去の方法。
【請求項７】
フォトレジストは低ｋ誘電層の上にあり、低ｋ誘電層は導電層の上にある、請求項１に記載のフォトレジスト除去の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
この発明は集積回路の製作に関し、より特定的には、無酸素ガスまたは低酸素ガスプラズマプロセスの使用による集積回路からのフォトレジストの除去に関する。
【０００２】
背景技術
超大規模集積（ＶＬＳＩ）回路装置においては、ＶＬＳＩ半導体チップ内の活性または不活性要素を併せて接続するためにいくつかの配線または金属層が必要になる。配線構造は、１つの層またはレベル内で絶縁体（二酸化シリコン）によって隔てられた薄い導電線からなり、かつ半導体チップの要素または別のレベルにおける同様の層に接続される。バイアまたはスタッドは、絶縁体を通って延在し、半導体チップの要素に関連するコンタクトに接続されることができる。こうしてレベルまたは層の間のコネクション、および層と半導体チップの要素との間のコネクションが作られる。従来の超超大規模集積（ＵＬＳＩ）回路装置は、５つまたはそれ以上の層を含み得る。
【０００３】
ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩ回路に関連する配線構造は、これらの配線層内で伝送される信号の伝播遅延が存在する点が、伝送線に類似する。この遅延はこれらが一般的にワイヤの材料の抵抗（Ｒ）と、隣接するワイヤの間の容量（Ｃ）とに関連するので、ＲＣ遅延と呼ばれる。
【０００４】
集積回路（ＩＣ）における統合のレベルがより高まる傾向に伴って、間隔またはギャップ（たとえば、導電線または層の間の厚み）は、たとえば約０．５μｍまたはそれ以下と、極度に狭くなる。導電線の間のそのような狭い空間またはギャップは、容量を増加させ、そのような導電線の間の絶縁体の絶縁性質に大きなな要求を課す。抵抗（Ｃ）は、絶縁材料の誘電定数（ｋ）と、導電線の両面の面積（Ａ）を導電線の間の距離（Ｄ）で除算したものとの積である。
【０００５】
【数１】
0004557479.tif 000002
【０００６】
距離（Ｄ）が減じられると、容量（Ｃ）は増大する。導電線で伝送される信号の信号遅延は、ＲＣ定数によって制御されるために、容量（Ｃ）の増大は集積回路の性能を劣化させる。
【０００７】
こうして、マルチレベル配線装置における従来の二酸化シリコン（ＳｉＯ2）絶縁材料を、低い誘電定数を有する誘電材料（以下低ｋ誘電材料と称する）と置換えることが望ましい。低ｋ誘電材料の使用における不利点は、従来のフォトレジスト除去プロセス（たとえばアッシングおよび溶媒洗浄）がほとんどの低ｋ誘電材料の劣化を引き起こすことである。たとえば、水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）、スピンオングラス（ＳＯＧ）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）などの低ｋ誘電材料に対するフォトレジスト除去は、誘電定数（ｋ）を増大させる。さらに、アッシングプロセスの後の集積回路の従来の溶媒洗浄は、典型的には低ｋ誘電材料のさらなる劣化を引き起し、かつ誘電定数ｋを増大させる。
【０００８】
こうして、フォトレジスト除去に伴うアッシングおよび溶媒洗浄プロセスの間にも低ｋ誘電材料の統合性を維持する、ＶＬＳＩおよびＵＬＳＩ回路を含む集積回路を生成する方法に対する必要性および要望が存在する。さらに、保護表面層を生成し、かつ比較的速いアッシング速度でフォトレジストを除去する、無酸素ガス（Ｏ2）または微量Ｏ2フォーミングガスプラズマプロセスを用いる集積回路装置を生成する方法に対する必要性および要望が存在する。さらに、微量のフォトレジストを除去し、かつ集積回路装置の表面の水分をなくす一方で、低ｋ誘電材料の統合性を保持する、高温と高真空脱気プロセスとを用いる集積回路装置を生成する方法に対する必要性および要望が存在する。
【０００９】
発明の開示
この発明は、集積回路ウェハからのフォトレジスト除去の方法に関する。この方法は、ウェハをプラズマにさらすステップを含む。プラズマのフォーミングガスは、実質的に酸素ガス（Ｏ2）を含まず、フォトレジストを集積回路ウェハから除去する。方法はまた、溶媒と集積回路ウェハからの脱気とを用いて、残留したフォトレジストをウェハから除去するステップを含む。
【００１０】
この発明はまた、集積回路ウェハからのフォトレジスト除去の方法に関する。この方法は、誘電積層に重なるフォトレジストの層を有する集積回路を提供するステップを含む。方法はまた、集積回路を実質的な純プラズマ内に配置して、集積回路ウェハからフォトレジストを除去するステップを含む。
【００１１】
この発明はさらに、集積回路に関する。集積回路は、第１の絶縁層、第２の絶縁層および第３の絶縁層を含む誘電積層を含み、第２の絶縁層は第１の絶縁層と第３の絶縁層との間の低ｋ誘電層である。バイアは誘電積層を通って延在し、誘電積層の第２の層の側部は保護層を含む。
【００１２】
この発明を、異なる図における同様の要素を同様の参照符号で示す添付の図面を参照して、以下に説明する。
【００１３】
発明を達成するためのモード
図１を参照すると、集積回路ウェハ１０の一部が示される。集積回路ウェハ１０は、シリコン基板１４、低ｋ誘電層１６、導電金属層１８、酸化物層２０、低ｋ誘電層２２、酸化物層２４、およびフォトレジスト層２６を含む。シリコン基板１４は、典型的には最も外側の表面１５に酸化シリコンの薄い層を有する単結晶シリコンウェハである。これに代えて、基板１４は、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）基板、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板、または他の絶縁材料であってもよい。
【００１４】
低ｋ誘電層１６は、シリコン基板１４の上に堆積される。低ｋ誘電層１６は、約２００オングストローム、またはこれに代わる他のいずれかの好適な厚みを有する低ｋ材料の薄い層である。低ｋ誘電層１６は、ＨＳＱ、ＳＯＧ、ＢＣＢなどの材料または他の好適な材料のスピンオン堆積物であり得る。低ｋ誘電材料は、材料が溶媒に溶解され集積回路ウェハ１０の上でスピンオンされる、スピンオン堆積技術を用いて堆積される。これに代えて、化学蒸着（ＣＶＤ）技術または半導体製造分野において当業者には公知である他のいずれかの蒸着技術を用いてもよい。基板１４の上に低ｋ誘電体１６の薄い層が堆積された後で、低ｋ誘電体１６は熱硬化されるか、またはこれに代えて、低ｋ誘電体１６は電子ビーム硬化されるか、または当業者には公知である他のいずれかの好適な方法によって硬化される。
【００１５】
導電金属層１８は、低ｋ誘電層１６の上に堆積される。誘電層１８は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、またはこれらの金属を含む合金、もしくはポリシリコンの堆積物であり得る。導電金属層１８は、物理的蒸着（ＰＶＤ）、スパッタリングまたはめっきなどの蒸着法を用いて堆積され得る。蒸着法は、熱および高真空を用いて、金属ソースを蒸発させる。蒸発した金属材料は、より低温のウェハ表面に凝縮する。スパッタリング技術は当該技術分野において周知であり、プラズマを用いて金属ソースに衝撃を与える。分離した金属分子は次いでウェハ上に堆積される。
【００１６】
導電金属層１８が堆積されパターン化された後で（図に示されるダマシン構造とは対照的なサブトラクティブ（subtractive）金属配線構造を生成する場合）、たとえばテトラエチルオルソシラン（ＴＥＯＳ）プロセスまたは当該技術分野において当業者には公知である他のいずれかの好適なプロセスを用いて、任意で酸化物層２０が堆積される。これに代えて、二酸化シリコンまたは他の好適な材料が酸化物層２０として堆積されてもよい。
【００１７】
次いで低ｋ誘電層２２は、低ｋ誘電層１６と同様に酸化物層２０の上に堆積される。キャップ層２４（通常は酸化物層）が次いで、酸化物層２０と同様に低ｋ層２２の上に堆積される。層２４、２２および２０は誘電積層を形成する。これに代えて、誘電積層は低ｋ誘電体２２の単一の絶縁層であるか、または誘電層の他のいずれかの好適な組合せであってもよい。
【００１８】
フォトレジスト層２６はフォトレジストまたはマスク材料の層であり、これは感光性材料であって、比較的少量が液体の状態で酸化物層２４の上に与えられる。ウェハは約３０００ＲＰＭで回転されて、フォトレジスト材料を典型的には０．１５から２００マイクロメートル（μｍ）の間の厚さである均一な層に広げる。２つの種類のフォトレジストを用いてもよく、その２つの種類とは不活性フォトレジストおよび活性フォトレジストである。
【００１９】
不活性フォトレジストは、フォトレジストの露光されていない部分を除去させて「ネガ画像」を残す。不活性フォトレジストは典型的には、約２μｍまでの形状しかもたらすことができない。今日のほとんどの従来の半導体プロセスは活性レジストを用い、この場合露光された部分が除去されて、ウェハの表面上にマスクされたパターンの「ポジ画像」を残す。
【００２０】
活性レジストは、典型的には１μｍ以下であるが０．１５μｍの小ささであり得る、現代の小さな装置形状をもたらすことが可能である。
【００２１】
フォトレジスト層２６が酸化物層２４の上に堆積された後で、フォトレジスト層２６はマスクされる。活性レジストが用いられた場合、除去されるべきではない部分がマスクされる。マスクされたウェハは次いで強い強度の紫外線に露光される。紫外線は、露光されたフォトレジストに化学的変化をもたらし、より酸性にさせる。一旦ウェハが露光によって現像されると、ウェハは酸または基礎液のいずれかでエッチングされてフォトレジストの露光された領域を除去する（または剥離する）。ウェハは次いで低温で加熱され、これは残留したフォトレジスト２６を硬化させる。図２を参照すると、この現像および剥離手順はフォトレジスト２６内に溝のパターン３０を残す。
【００２２】
フォトレジスト内に溝のパターン３０が生成された後で、当業者には公知であるエッチングプロセスが用いられて層２４、２２および２０を通してバイア３２（図３）が生成される。バイア３２はドライエッチングによって生成することができる。バイア３２は、導電金属層１８と、層２４の上の層（図示せず）などの装置１０の別の層とを配線するためのポストコンタクトを作るために用いられる。
【００２３】
一旦層２０、２２および２４がエッチングされてバイア３２が形成されると、フォトレジスト２６は除去され得る。この発明に従うと、アッシング（またはフォトレジスト除去）は無酸素ガスまたは微量の酸素フォーミングガスプラズマプロセスにおいて行なわれる。ウェハ１０は導電線１８、酸化物層２０、低ｋ誘電層２２、または酸化物層２４に損傷を与えることなく選択的にフォトレジスト２６を除去する高温プラズマにさらされる。この発明の好ましい実施例においては、用いられるプラズマは無酸素フォーミングガスプラズマである。たとえば、好ましい実施例においては無酸素フォーミングガスプラズマは水素ガス（Ｈ2）および窒素ガス（Ｎ2）の組合せの最大２０％を含むものが用いられ得る。もしフォトレジスト層２６が１μｍのオーダの厚みを有する場合、ウェハ１０は約４〜１０分間、２５０〜２７０℃の温度でプラズマにさらされて、フォトレジスト除去を完了させるべきである。これに代えて、Ｏ2を含まないか、または微量のＯ2（５％未満）を有する他のプラズマフォーミングガスが用いられてもよく、それに従がって露光時間と温度とは変化し得る。たとえば、用いるのに好適であるプラズマは、誘電層における低ｋ性質を劣化させないプラズマである。たとえば、好適であり得る他のプラズマフォーミングガスは、Ｈ2＋Ｎ2＋微量のＯ2フォーミングガス、水（Ｈ2Ｏ）蒸気フォーミングガス、およびＨ2＋Ｎ2＋ＣＦ4（四フッ化炭素）フォーミングガス、および実質的に低ｋ誘電層２２を劣化させず、かつ十分なアッシング速度を提供する、他のいずれかのＯ2を含まないかまたは低Ｏ2フォーミングガスである。この類のフォーミングガスからのプラズマは、実質的な純プラズマであると特徴付けることができ、すなわち、約５％未満のＯ2含有物を有するプラズマであり、よって酸素は、そのｋ値を実質的に上昇させる低ｋ誘電体との反応を引き起こさない。
【００２４】
この発明の好ましい実施例では、プラズマが低ｋ誘電材料２２の表面２３の上に保護層を作製することも望ましい。保護層は、層２２のプラズマへの露光の間に作製される。プラズマアッシングの間に存在する状態に低ｋ誘電層２２を露出することにより、低ｋ誘電体２２の表面２３に対する物理的または化学的変化が起こる。この保護層は、Ｏ2プラズマフォトレジストアッシング溶媒およびフォトレジスト除去溶媒が保護層に容易に浸透せず、低ｋ誘電層をさらに劣化させないように、保護ブロックを設ける。より厚みのある保護層は、低ｋ誘電層２２の溶媒侵食に対してより優れた保護を与える。したがって、層２２の低誘電率が維持される。純粋なＯ2プラズマを用いてフォトレジスト層２２を除去する場合、低ｋ誘電層は劣化されるかまたは除去される。
【００２５】
低Ｏ2またはより少ないＯ2プラズマプロセスを用いてフォトレジストを除去した後、ウェハ１０は、ウェハ１０から一切の残余のフォトレジストを除去する溶媒中に置かれる。前述のように、低ｋ誘電層２２を多くの溶媒に露出することが低ｋ誘電層２２の劣化を引起し、（ウェハの誘電率は８５であるため）誘電率（ｋ）のかなりの上昇を招く。したがって、上述のように、溶媒清浄プロセスの前に低ｋ誘電層２２の上に保護層を設けるフォトレジストアッシングプロセスを用いることが望ましい。
【００２６】
清浄プロセスによって残余のフォトレジストの大部分を除去した後、脱気プロセスを用いて一切の微量フォトレジストを除去し、一切の水分を排除する。脱気プロセスは、集積回路ウェハ１０を真空中に置いて、溶媒および一切の微量フォトレジストを蒸発させるステップを含む。さらに、脱気プロセスは、集積回路ウェハ１０を高温に晒すステップ（すなわち、集積回路ウェハ１０を加熱するステップ）単独によってまたは、集積回路ウェハ１０を真空に晒すステップと組合せて、達成され得る。結果的にできたデバイス１０は、絶縁層２４、２２および２０を通って延び、次のプロセスステップでポストコンタクトが堆積され得る導電金属層１８で終端するバイア３２を有して、図４に示される。
【００２７】
実験結果は、上述のプロセスの有用性および有効性を指し示している。たとえば、（１）実質的に酸素を有しないフォーミングガスプラズマにウェハ１０を４分間露光することによってフォトレジスト層が除去されたＨＳＱ層は有効誘電率約３．００を生じ；（２）実質的に金属材料に影響を与えずに有機および無機物質を除去するのに用いられた溶媒に露出されたＨＳＱ層は有効誘電率７．４７を生じ；（３）実質的に酸素を有しないプラズマを用い、次に（２）と同じ溶媒洗浄によってフォトレジスト層が除去された、（１）と同じＨＳＱ層は、有効誘電率３．０５を生じた。このように、単独で誘電層を劣化させた、（２）による溶媒洗浄は、フォトレジストを除去するのに用いられた、実質的に酸素を有しないプラズマの適用から生じる、露光誘電層に対する物理的／化学的変化によって保護された。
【００２８】
開示されたプロセスを用いて同様の効果的な結果を得ることができるが、上記例示的な結果を限定的なものと考えてはならない。実質的に無Ｏ2、Ｎ2と約４％のＨ2、低Ｏ2（５％未満のＯ2）、低Ｏ2とＨ2と約４％のＮ2および他の好適なフォーミングガスを含むがそれらに限定されないフォーミングガスを有する、多数の異なるプラズマを用いてもよい。さらに、ウェハ１０を種々の時間の間プラズマに露光してもよい。たとえば、露光時間は約３０秒から約１０分の範囲にわたってもよい。このように、露光時間は、フォトレジストの厚み、プラズマの組成、プラズマの温度ならびに他の制御可能なおよび制御不可能な要因に依存する。しかしながら、当業者は、必要以上の実験を行なうことなく低Ｏ2または無Ｏ2プラズマと露光時間との好適な組合せを容易に見出すことができよう。洗浄プロセスで用いられる溶媒は当業者には周知であり、すべて、金属材料に実質的に影響を与えることなく有機および無機物質を溶解するのに有効な溶媒の群のものである。当業者には、除去される材料タイプおよび影響を受けないことが意図されるものと適合する溶媒を用いることが周知である。
【００２９】
この方法および装置は、フォーミングガスプラズマが誘電率（ｋ）値に大きく影響しないように、低ｋ材料からフォトレジストを除去する手段を提供する。さらに、プラズマフォーミングガス中に微量のＯ2を与えることがアッシング速度を増す。さらに、低Ｏ2またはＯ2を有しないプラズマは保護層を作製して、誘電層に対する溶媒侵食に抗する。
【００３０】
与えられた詳細な図面および例がこの発明の好ましい例示的な実施例を説明するが、それらは例示の目的のためのみのものであることが理解される。この発明の方法および装置は、開示されたとおりの詳細および条件に限定されるものではない。たとえば、特定のプラズマまたは低ｋ誘電材料に限定されるのではなく、それぞれ、限られた低ｋ誘電層劣化をもたらすことおよび適切な絶縁特徴を与えることなどの、それらの特定の特徴にのみ限られる。さらに、この方法および装置は示されたダマシン構造に限られるのではなく、むしろこの方法および装置を、サブトラクティブ金属配線構造または他のいずれの適用可能な構造に適用してもよい。添付の請求項が規定するこの発明の精神から逸脱することなく、開示された詳細にさまざまな変更がなされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  フォトレジストの頂部層を有する集積回路の一部の断面図である。
【図２】  図１のフォトレジストの一部が選択的に除去された、集積回路の断面図である。
【図３】  誘電層を通ってエッチングされたバイアを有する、図２に示される誘電積層の断面図である。
【図４】  フォトレジストが除去された集積回路を示す、図３の集積回路の断面図である。
【図１】
0004557479.tif 000003
【図２】
0004557479.tif 000004
【図３】
0004557479.tif 000005
【図４】
0004557479.tif 000006