(57)【要約】バイアの形成に使用される工程によって発生するエッチング残渣を、液体化学溶剤を必要とせず、かつバイア内に過剰な電荷を堆積させない工程を用いて除去する。一工程では、フッ化炭素および酸素を用いる。マイクロウェーブおよびＲＦの双方によってフッ化炭素および酸素を励起する。別の工程では、この二気体に加えてアルゴンを導入し、同様にマイクロウェーブおよびＲＦによってこれらの気体を励起する。本工程は、バイア内のエッチング残渣の除去を完了させると同時に、バイア上部の表面の上に容易に付着する付加的な残渣を全て除去する効果を有する。更なる工程において、先行する二工程の結果、水に高い溶解性を有するようになった残留フッ素化残渣の全てを、単に脱イオン化水を適用することによって除去する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料中にバイアを形成するプロセスにおいて発生するエッチング残渣を除去する方法であって、該方法はエッチング残渣およびバイアに気体を適用する工程を含み、前記気体はＲＦ源によって励起され、かつ前記気体はフッ化炭素および酸素からなる方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記ＲＦ源は、８０〜３５０ワットにおいて作動される方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記フッ化炭素はＣＦ４である方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、酸素に対するＣＦ４の比が約０．０２よりも小さい方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記気体はさらにアルゴンを含む方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記気体の少なくとも一部をマイクロウェーブ源によって励起する工程をさらに含む方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、前記マイクロウェーブ源は、５００〜２０００Ｗにおいて作動される方法。
【請求項８】
集積回路内にバイアを形成する工程において発生するエッチング残渣を除去する方法であって、
チャックを備えるチャンバを提供する工程と、
チャンバ内において集積回路をチャックに接触させて配置する工程と、
第一パワーレベルのＲＦパワーをチャンバに適用する工程と、
フッ化炭素ガスおよび酸素ガスからなる、マイクロウェーブによって励起された気体をチャンバ内に導入する工程とからなる方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記フッ化炭素はＣＦ４である方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、脱イオン水で洗い流す工程をさらに含む方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法であって、前記チャックは、室温より高い温度にある方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記室温より高い温度にあるチャックの温度は、さらに４５〜１００℃で定義される方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の方法であって、マイクロウェーブによって励起された不活性ガスを導入する工程をさらに含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記不活性ガスはアルゴンである方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、前記マイクロウェーブによって励起された不活性ガスを導入する間に、第二パワーレベルのＲＦパワーを適用する工程をさらに含む方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、前記第二パワーレベルのＲＦパワーは、前記第一パワーレベルのＲＦパワーよりも小さい方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、第一パワーレベルのＲＦパワーを適用する場合のフッ化炭素ガスの酸素ガスに対する比が、第二パワーレベルのＲＦパワーを適用する場合のフッ化炭素ガスの酸素ガスに対する比よりも小さい方法。
【請求項１８】
集積回路内にバイアを形成する工程において発生するエッチング残渣を除去する方法であって、
チャックを備えるチャンバを提供する工程と、
チャンバ内において集積回路をチャックの上に配置する工程と、
チャックをＲＦによって印加する工程と、
第一のマイクロウェーブによって励起された気体を、チャンバ内に導入する工程であって、前記気体はフッ素と炭素との第一化合物からなる第一気体と、酸素からなる第二気体とからなる工程、と、
前記第一のマイクロウェーブによって励起されたガスをチャンバ内に導入した後、フッ素と炭素との第二化合物からなる第三気体、酸素からなる第四気体、および不活性ガスからなる第五気体からなり、第二のマイクロウェーブによって励起された気体をチャンバ内に導入する工程とからなる方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記第一化合物および前記第二化合物は同一である方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記第一化合物および前記第二化合物はＣＦ４を含む方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、前記不活性ガスはアルゴンである方法。
【請求項２２】
請求項１８に記載の方法であって、前記第一化合物はＣＦ４であり、前記第二化合物はＣ２Ｆ６である方法。
【請求項２３】
請求項１８に記載の方法であって、前記チャックの温度は室温よりも高く、前記第一のマイクロウェーブによって励起された気体は５００〜２０００ワットのマイクロウェーブパワーによって励起され、かつ前記ＲＦによって印加されたチャックは４００ワット未満のパワーによって励起される方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は集積回路の製造方法に関し、より詳細には、フォトレジストを除去する方法に関する。
【０００２】
（関連技術）
集積回路の製造に必要とされることの一つは、通常は金属である相互接続層（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  ｌａｙｅｒｓ）の間にバイアを形成することである。これらの相互接続層は、層間誘電体（ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ）、または単にＩＬＤとしても知られる中間層誘電体（ｉｎｔｅｒｌｅｖｅｌ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）によって分離されている。二つの相互接続層の間に接続を形成する際には、上部の相互接続層を形成する前に、層間誘電体にバイアを形成する。バイアを形成する際には、フォトレジストを使用してバイアのパターンが提供される。フォトレジストにパターンを施した後、中間層誘電体を介して下部の相互接続層にバイアをエッチングする。この工程で重要な点は、その後のフォトレジストの除去である。フォトレジストは、その後、中間層誘電体上およびバイア内に上部相互接続層を形成する前に除去されなければならない。フォトレジストを除去する際の問題点の一つは、通常ベールまたはバイアベールと呼ばれるエッチング残渣が、概してバイア底部の側壁およびバイアの上部の角部に形成されることである。（ベールは、バイアの側壁全面にも拡がり得る。）このベールは、バイアの形成中に使用されるエッチャント材料の副産物、エッチングされた中間層誘電体由来のケイ素および炭素、ならびにバイア底部の下部の金属相互接続層からスパッターされた金属である。
【０００３】
これらのベールは、一般に、液体溶剤を用いて湿式洗浄により除去される。最初に、乾式剥離法（ｄｒｙ  ｓｔｒｉｐ）によってフォトレジストを除去し、次に湿式洗浄を行う。乾式剥離法では一般に、マイクロウェーブ源を用いて反応種を励起させ、ポリマーであるフォトレジストを攻撃するプラズマを生成させて、フォトレジストを剥ぎ取る。その後、溶剤を用いてウェットクリーンすることによって、ベールおよびレジスト残渣の全てが効率的に除去される。溶剤を導入した後、水を用いて溶剤を洗い流す。溶剤は非常に効果的であるが、消費コストが高く、幾何学的形状の収縮の問題を有し得る。極小のバイア内に溶剤を導入することは困難な問題の一つであり得る。加えて、溶剤が水で完全に除去されない場合に残渣が残留し、この残渣は、バイアの抵抗を増加させるか、または電気的接続の信頼性を損なう。実験データによると、ウェットクリーンを行ったこのタイプのバイアは、接点における過剰抵抗を避けるために概して２４時間以内である適時に金属を充填する必要がある。
【０００４】
溶剤を用いることによる問題点を克服する試みの技術の一つとしては、プラズマのエネルギー源にＲＦを使用することである。この方法は、ベールの除去に効果があることが証明されている一方、相互接続上に過剰な電荷を堆積させる。相互接続は、少なくともその数箇所においてゲート誘電体に接続されている。相互接続に蓄積した電荷は、ゲート誘電体全体に過剰な電位差を生じさせる可能性があり、その結果、ゲート誘電体を損傷させ得る。ゲート誘電体を損傷させるバイアの電荷の過剰な蓄積は、勿論大きな問題である。ＲＦによって励起されたＮＦ３， Ｏ２， およびＮ２Ｈ２を使用する試みによって、過剰電荷の蓄積、ウエハ全体の均一性の不十分さ、およびバイア形成後２４時間以内にバイアを充填する必要の問題が生じる。
【０００５】
従って、液体溶剤を使用せずに、かつ周知の化学的ＲＦ洗浄法に関連した問題点の一つ以上を生じさせないフォトレジストの除去手段が必要とされている。
本発明は例証として記述するものであり、同様の参照番号が同様の構成要素を示す添付の図面において限定するものではない。
【０００６】
（詳細な説明）
以下の記述において、ＣＦ４およびＯ２を主要な化学物質として使用してフォトレジストを除去する実施態様を説明する。後続するアルゴンの添加によって、ＩＬＤの上部に堆積したフォトレジストの洗浄を補助する。その後、最初の二工程の有益な結果として溶解性になったフッ素化合物を、脱イオン化水によって除去する。これらの化学物質は、ＲＦおよびマイクロウェーブの双方によって、一般に約２５℃であると見なされる室温より高い温度にて励起される。
【０００７】
図１に、半導体ウエハ１２をその内部に備える装置１０を示す。装置１０は、ＣＦ４源１４、Ｏ２源１６、アルゴン源１８、マイクロウェーブ源２０、ＲＦ源２２、反応チャンバ２４、ウェーブガイド２６、インレットチューブ２８、バルブ３０、バルブ３２、バルブ３４、バッフル３６、およびチャック３８を備える。反応チャンバ２４は、その内部にバッフル３６、ウエハ１２、およびチャック３８を備える。ＲＦ源２２は、チャック３８に接続されている。マイクロウェーブ源２０は、ウェーブガイド２６によって反応チャンバ２４に接続されている。ＣＦ４源１４は、バルブ３０を介してインレット２８に選択的に連結されている。Ｏ２源１６は、バルブ３２を介してインレット２８に選択的に連結されている。アルゴン源１８は、バルブ３４を介してインレット２８に選択的に連結されている。インレット２８はウェーブガイド２６に連結されており、従ってインレットチューブ２８内の気体はウェーブガイド２６内に入り、マイクロウェーブ源２０によって励起される。その後、気体は励起された状態で、インレット２８からウェーブガイド２６を通ってチャンバ２４内に入る。
【０００８】
図２に、当業者に周知の技術によってバイアを形成した後の、ウエハ１２の一部分５０を示す。この部分５０は、下部に金属層５４を有するバイア５２、層間誘電体層５６、およびフォトレジスト層５８を示す。図２に示すように、部分５０は、フォトレジストがエッチングされてマスクが形成され、このマスクを使用して、層間誘電体層を金属層までエッチングしてバイア５２を形成した後の段階である。好ましい実施態様において、金属層５４は反射防止膜５７を備える。バイア５２内の層間誘電体層を除去した直後には、金属５４の直上の角部に、エッチングによって生じた物質の堆積物５９が残留している。これらの物質は、炭素、ケイ素、窒素、フッ素、およびチタンを含む。これらの物質は、ベールを形成し、後にバイアが充填されて電気的接触が形成されたときに問題が生じる可能性がある。この段階はベール除去が必要な一般的な出発点である。
【０００９】
次のステップでは、本発明の実施態様に従って、図１の装置を使用してフォトレジストを除去する。チャック３８の上にウエハ１２を配置した後、マイクロウェーブ源２０およびＲＦ源２２を作動させＣＦ４ガスおよび酸素ガスをウェーブガイド２６を経由してチャンバ２４内に導入させることによって、フォトレジスト５８を除去する。このように、ＣＦ４およびＯ２はマイクロウェーブ源２０によって励起されて、さらにＲＦ源２２によって励起されてチャンバ２４内に入る。この工程によってフォトレジスト５８は効果的に除去され、ベールを形成し得るバイア底部の側壁に存在するポリマーの結合が分解される。好ましい実施態様において、ＲＦパワーおよびマイクロウェーブパワーを同時に適用する。別の一実施態様では、ＣＦ４およびＯ２は、ＲＦパワーもしくはマイクロウェーブパワーの一方のみによって励起される。一般に、フォトレジスト残渣６４もまた残留する。
【００１０】
フォトレジスト５８をほぼ除去した後、図３に示すように、装置１０を使用した除去ステップを適用する。フォトレジストをＣＦ４／Ｏ２によって剥離させた後、ＩＬＤの上には尚、図３に示される若干のフッ素を含む残渣が幾分か残留している。フッ素堆積物６１は、バイア底部のバイア５２の角部にも見られる。次のステップでは、インレット２８内に、ひいてはウェーブガイド２６内にアルゴンをさらに加える。従って、第二のステップでは、マイクロウェーブによって励起されてチャンバ２４内に導入され、作動しているＲＦ源に晒されるＣＦ４、Ｏ２、およびアルゴンを使用する。好ましい実施態様においては、ＲＦパワーおよびマイクロウェーブパワーを同時に適用する。別の一実施態様では、ＣＦ４およびＯ２は、ＲＦパワーもしくはマイクロウェーブパワーの一方のみによって励起される。マイクロウェーブおよびＲＦによって励起されたＣＦ４、Ｏ２、およびアルゴンを使用するこのステップの結果を、図４に示す。図４では、フォトレジスト残渣６４が除去されており、フッ素化物残渣６１， ６６が残留している。その後、脱イオン水を使用してフッ素化物残渣６１， ６６を除去する。フッ素化物残渣６１， ６６は水の水素と簡単に結合するので、脱イオン水はフッ素化物残渣６１，６６の除去に効果的である。従って、フッ素化物残渣６１， ６６の溶解および除去には、水の適用が効果的である。故に、その結果得られた図５に示す構造は非常に清浄である。図５に示すようにその結果、導電性材料のバイア５２内への堆積は７２時間後に行うことができ、接触状態はなお最良である。以前は、典型的な限界は２４時間であった。
【００１１】
従って本願では、液体溶剤を使用しなくとも非常に効果的であるフォトレジストの除去能力を開示する。この特定の実施態様では、金属はアルミニウムであり、反射防止膜は窒化チタンである。しかしながら他の金属を使用することも可能である。さらに、ＣＦ４以外の気体も効果的に使用することもできる。このような他の気体には、Ｃ２Ｆ６およびＣ３Ｆ８がある。ＣＦ４は、フッ素の炭素に対する割合が高いため、より効果的であると想定される。炭素およびフッ素を含む他の気体も効果を有し得る。この工程では、ＲＦ源エネルギーは４００ワット未満に維持される。３５０ワットのパワーも効果を有することが証明されているが、目下の工程の好ましいパワーは２５０ワットである。ＴｉＮを反射防止膜として使用している場合、エネルギーが高くなるとＴｉＮが除去されてしまう。従って、ＣＦ４とＯ２の組み合わせの場合、エネルギーを反射防止膜の除去が問題となる点まで増加させるべきではない。
【００１２】
チャック３８の温度の好ましい範囲は４５〜１００℃であるが、室温より高い他の温度も効果的であり得る。温度を室温よりも高く上昇させると、角部におけるベールの除去はより効果的となる。これは主として、除去し難いチタン残渣が存在するためであると想定される。同様の問題は、フッ素が大量に存在することによっても生じ得る。高い温度はベールのチタン部分をより多量に除去し、これはフッ素の除去においても重要であり得る。高い温度はフッ素に大きく関係するベールのポリマー部分の分解を助長する。従ってこの時点で、フッ素はポリマーの一部ではないと見なされるため、高温の使用によってフッ素の完全除去が証明される。従って、反応温度は室温より高いことが望ましい。しかしながら、反射防止膜を過剰に除去することになるため、温度を過剰に上昇させるべきではない。
【００１３】
ＣＦ４およびＯ２のみを使用するステップでは、Ｏ２流速は１２５０ＳＣＣＭ、ＣＦ４流速は２０ＳＣＣＭ、圧力は約７９．８Ｐａ（０．６Ｔｏｒｒ）、マイクロウェーブパワーは１０００ワット、ＲＦパワーは２５０ワット、およびチャック温度は６０℃にされ得る。継続時間は、従来の終点検知技術に基づく。ＣＦ４およびＯ２を使用するステップでは、Ｏ２流速は１２５０ＳＣＣＭ、ＣＦ４流速は１５ＳＣＣＭ、アルゴン流速は７５ＳＣＣＭ、圧力は約７９．８Ｐａ（０．６Ｔｏｒｒ）、マイクロウェーブパワーは１０００ワット、ＲＦパワーは１００ワット、チャック温度は６０℃にされ得る。時間は、特定の中間層誘電体などに使用されている材料に基づいて変動し得る、実験結果に基づいて変動し得るが、１５秒が効果的であることが証明されている。好ましい特徴としては、ＣＦ４対Ｏ２比が、約０．０２対１より小さいことである。
【００１４】
基本的には、選択された圧力はいずれも効果を有する。しかしながら、器具によって制限があることを考慮する必要がある。Ｏ２流速が１２５０ＳＣＣＭ、ＣＦ４流速が２０ＳＣＣＭである場合は、現在の器具による制限によって、使用し得る最低圧力は約４６．５５Ｐａ（約０．３５Ｔｏｒｒ）であり得る。しかしながら、より高い圧力が所望される場合は、化学物質の流速を低下し得る。圧力を変動させることの重要な点は、圧力が約５９．８５Ｐａ（約０．４５Ｔｏｒｒ）より低いと、概して、化学物質のバイア底部に位置するベールに対する洗浄能力が向上されることである。圧力が約６６．５Ｐａ（約０．５Ｔｏｒｒ）より高いと、概して、化学物質はバイア内のフォトレジストではなく、ＩＬＤの上部のフォトレジストを洗浄することとなる。
【００１５】
この工程は、バイアが完全に金属層の上に配置されていない場合でも非常に効果的である。この場合、バイアは、金属層の一部分から偏倚している。その結果、概してバイアは深くなり、金属と整合されていなくなる。その結果、溶剤を使用した場合に、溶剤が集まる領域となる。溶剤がその領域に集まると、ベールも殆ど除去されなくなる。従ってこれは、ベールの除去に液体を使用しているために困難な問題となり得る。このようなバイアは、通常、アンランデッド（ｕｎｌａｎｄｅｄ）バイアと称される。本発明を使用したアンランデッドバイアの場合、金属に隣接する狭い領域に集まる液体溶剤は存在しない。このようなアンランデッドバイアを図６に示す。ポケット領域６０は、溶剤を使用した場合に問題となり得る。図６に、本発明を使用した結果を示す。
【００１６】
当業者には、図面中の要素が簡略化および明確化を目的として描かれており、必ずしも当尺ではないことが理解されよう。例えば、図面中、数個の要素の寸法は、本発明の実施態様をより深く理解する助けとなるように他の要素に対して誇張され得る。
【００１７】
前述の明細書中で、本発明を特定の実施態様を参照に説明してきた。しかしながら、当業者には請求項に述べられている本発明の範囲から逸脱することなく、様々な改良および変更が為されることが理解されよう。従って、明細書および図面は限定を目的とせずに説明を目的とし、このような改良および改良の全ては本発明の範囲内に含まれることを意図する。
【００１８】
利益、他の長所、問題点の解決法は、特定の実施態様に関して上述した。しかしながら、利益、他の長所、問題点の解決法、および任意の利益、長所、または解決法を生じ得るかもしくはそれらが明白となる任意の要素は、請求項の数個または全部において不可欠であり、必須であり、あるいは基本的な特徴または要素であると解釈されるものではない。本願で使用されているように、用語「備える」、「備えている」、または任意の他のバリエーションは、非限定的な包含をカバーするものであり、従って要素の列挙を構成する工程、方法、物品、または装置は、それらの要素のみを包含するのではなく、表面に列挙されない、あるいはこれらの工程、方法、物品、または装置に本来備わる、他の要素も包含し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成に使用する装置の図。
【図２】先行技術による集積回路の一部分の断面図。
【図３】本発明によるその後の工程後の図２の集積回路の一部分の断面図。
【図４】本発明によるその後の工程後の図３の集積回路の一部分の断面図。
【図５】本発明によるその後の工程後の図４の集積回路の一部分の断面図。
【図６】本発明による工程後の代替的な断面図。
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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2004517470.tif 000017
2004517470.tif 000018
2004517470.tif 000019
2004517470.tif 000020
2004517470.tif 000021
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004517470.tif 000022
【国際調査報告】
2004517470.tif 000023
2004517470.tif 000024
2004517470.tif 000025