(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属層の上にある有機ＡＲＣを除去するプロセスであって、
プラズマ発生装置の反応チャンバー中で、前記ＡＲＣをイオン化した状態の酸素フリーエッチング剤システム中に曝す工程を有し、
前記エッチング剤システムは、必須のＣＨＦ３、ＡｒおよびＣｌ２を主成分とし、圧力が１ミリtorrから１００ミリtorr、温度が３０℃から８０℃、Ｃｌ２流量が５sccmから６０sccm、Ａｒ流量が５sccmから８０sccm、ＣＨＦ３流量が５sccmから８０sccm、の範囲内になるように制御されていることを特徴とするプロセス。
【請求項２】
前記ＡＲＣは、前記ＡＲＣを被覆するフォトレジスト中で前もってエッチングされた連結ネットワークを形成している溝によって露出していることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記金属層の上にある前記ＡＲＣは、フォトエッチング処理中に、光化学作用をもつ光がフォトレジストを完全に通過して後方の前記金属層から反射されることを防ぐために使われることを特徴とする請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記プラズマ発生装置は、前記エッチング剤によって前記ＡＲＣをエッチングする間、１００ミリtorr以下の圧力に排気されていることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
前記プラズマ発生装置は、ＥＣＲ反応器と半導体基板上にある前記ＡＲＣとを有すことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記ＡＲＣは、半導体ウェーハの上にあることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
前記プラズマ発生装置は、前記反応チャンバー中に電磁結合のＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）エネルギーによってプラズマを形成するアンテナを有することを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
ＩＣ（集積回路）の製造中の有機ＡＲＣの露光領域を除去する際のフォトレジストを十分に維持する方法であって、
プラズマ発生装置の反応チャンバー中で、前記ＡＲＣをイオン化した状態のエッチング剤システム中に曝す工程を有し、
前記エッチング剤システムは、必須のＣＨＦ３、ＡｒおよびＣｌ２を主成分とし、圧力が１ミリtorrから１００ミリtorr、温度が３０℃から８０℃、Ｃｌ２流量が５sccmから６０sccm、Ａｒ流量が５sccmから８０sccm、ＣＨＦ３流量が５sccmから８０sccm、の範囲内になるように制御されていることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記有機ＡＲＣはポリイミドを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記有機ＡＲＣはポリイミドを主成分とすることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、集積回路（ＩＣ）の製造法において、有機反射防止膜をエッチングするための改善された方法に関する。
【０００２】
発明の背景
例えばコンピュータマイクロプロセッサのような電子回路固体マイクロチップは、それぞれがトランジスタ、抵抗、コンデンサのような何千もの個々の電子コンポーネントから作られている何千もの個々のシステムで構成されている。固体電子素子の製造は、要求された機能に応じた電子コンポーネントおよびシステムを生み出すために選択的にエッチングされた精密なパターンと均一な厚さを有する半導体、導体あるいは絶縁材料からなる集合層に依存している。このコンポーネントとシステムは、すべて１つのチップまたは基板の中に作られて連結されているため、これらの回路は、”集積回路（ＩＣ）”と呼ばれている。
【０００３】
ＩＣの製造は、非常に競争が激しい。それゆえ、製造工程の効率に関する改善は、競争上利点となる。典型的には、ＩＣを製造するためには、システムを形成するためコンポーネントを連結し、回路を形成するためにシステムを連結する１つ以上の導線によるネットワークを製造する必要がある。重要な製造工程は、フォトリソグラフィーとエッチング（総合してこれらの処理は”パターニング”と呼ばれる）を用いる半導体基板上での導線のネットワークの形成 すなわちネットワークの連結である。これは、典型的には、光感光膜、すなわち、フォトレジスト膜（”フォトレジスト”）を用いて、導体の金属層を被覆することによって行われる。フォトレジストは、続いて、ネットワークを連結する導体を要求されたパターンに一致するパターン中で光をさえぎるマスクを通して、光化学作用をもつ光によって露光される。
【０００４】
フォトレジスト膜は、続いて”現像”される、すなわち、光化学作用をもつ光によって露光されたフォトレジスト膜の部分は、選択的に除去され、それによってマスク中の開口部に対応するパターンが下の導体表面に露出する。通常、露光された金属層は、望み通りの連結ネットワークを残しながらプラズマエッチングによって除去されるが、湿式の化学エッチングによっても同様に除去可能である。
【０００５】
ＩＣの超小型化に対する最近の要求によって、回路密度は増加をもたらし、フォトレジストを露光するために、より短い波長の光、例えば、深紫外線（ｄｅｅｐ ＵＶ）のようなより短い波長が要求されている。短波長光は、理論的には、高解像度の露光をもたらすはずであるが、不幸にして、その光は、フォトレジスト層を通過して後方の金属層で反射する傾向がある。この反射は、入射光と干渉し解像度を低下させる。この現象の解説は、「ＶＬＳＩ時代のシリコン処理」（S.Wolf et al."プロセス技術"第１巻 Lattice Press, Sunset Beach CA(1987)）で見いだすことができる。この問題を解決するために、反射防止膜（ＡＲＣ）は、典型的には不必要な反射とそれに伴う解像度の低下を低減するためにフォトレジスト層の前の金属層の上に堆積される。ＩＣ工業界において広く用いられているＡＲＣは、ポリイミド類であるが、他の有機反射防止膜材料も使用することができる。
【０００６】
フォトレジストは、ＵＶによって露光され、現像されてから、ＡＲＣは、下層の導体の金属層や金属膜を露出させるためにエッチングによって除去されなければならない。先行技術は、これがプラズマエッチングによってなされることを教えている。しかしながら、ＡＲＣを効率よくエッチング除去するがフォトレジストを相対的に無傷のまま残すようなエッチング剤システムと条件が使用されなければならない。
【０００７】
参考文献として組み入れられる米国特許第5,655,110号,"Krivokapic et al."は、大量生産される半導体ウェーハにおけるエッチング処理中の臨界寸法の維持の重要性を解説している。米国特許第5,126,289号,"Ziger"は、エッチング剤としてイオン化したＣＣｌ４を用いて一度の処理で、フォトレジスト層と下層のアルミニウム層をエッチングする方法を教えている。しかしながら、Zigerは、フォトレジストの浸食（degradation）に関しては解説していない。
【０００８】
参考文献として組み入れられるThuy B.Taの米国特許第5,308,742号("Ta"と称す）は、ＣＨＦ３、必須の酸素（Ｏ２）およびキャリアガスとしてアルゴンを用いるポリイミドＡＲＣをエッチングするプラズマ工程を有するＩＣ製造方法の権利を主張している。この特許は、アルゴンがＣＨＦ３によって形成されたポリマーを除去するスパッタ成分として作用する一方で、ＣＨＦ３がポリマー形成を促進すると断言している。スパッタ成分は、主に垂直方向に移動する。従って、フォトレジストを通ってエッチングされた連結ネットワークの側壁上のポリマー材料が除去されないため、これは、酸素による横の攻撃からフォトレジストの側壁を保護する。ＡＲＣに対して選択的であるために、この方法は、いわゆる臨界寸法制御を提供する。
【０００９】
"Ta"では、酸素は、実際のエッチング剤のようにみえる。酸素は、攻撃的な酸化剤であり、いくつかの固体の構成成分に対して特異性がなくかつ有害である傾向にある。より穏やかな酸化剤は、ＡＲＣとフォトレジストとの間の選択性をより高くし、それゆえ、"Ta"のプロセスを超えた改善法を提供する。選択性は重要である。なぜなら、アルゴンスパッタリングがフォトレジスト表面に堆積したＣＨＦ３を除去する場合には、ＣＨＦ３は垂直方向の保護とならないからである。過剰の浸食は、ＡＲＣおよび／または下層の導体膜エッチング時のフォトレジストのマスキング特性を損なう。
【００１０】
我々は、 酸素を用いずに、それゆえフォトレジストの浸食（degradation）を低減し、ＡＲＣを選択的にしかも効率的に除去する改善されたプロセスを見いだした。
【００１１】
発明の要約
本発明の第１の特徴は、金属層の上にある有機ＡＲＣを除去するプロセスであって、プラズマ発生装置の反応チャンバー中で、前記ＡＲＣをイオン化した状態の酸素フリーエッチング剤システム中に曝す工程を有し、前記エッチング剤システムは、１つ以上のフッ素含有成分、塩素、任意の不活性キャリアガスを有するプロセスである。このプロセスは、ＩＣ製造時における有機ＡＲＣの露光領域を除去する際に、フォトレジストの臨界寸法を維持するために特に有用である。
【００１２】
第２の特徴は、第１の特徴のプロセスで用いられる１つ以上のフッ素含有成分、不活性なキャリアガスおよび塩素を明確にしたことである。１つの実施例では、前記フッ素含有成分は、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、ＣＨ２Ｆ２、ＳＦ６またはＣｎＦｎ＋４からなるグループから選択されることを明確にした。特別の実施例においては、フッ素含有成分はＣＨＦ３であり、不活性キャリアガスはアルゴンである。
【００１３】
好適な実施の形態の詳細な説明
図１ａにおいて、フォトレジスト１２が露光され、現像された後の製造中の半導体複合チップ１０の拡大された部分の斜視図は、回路パターン１５を形成する連結ネットワークを示している。すなわち、フォトレジストが露光されていない部分に対応する導体膜１６の領域は、コンポーネントやシステムを連結する導線のネットワークとなる。導体膜や層は、半導体基板１７を被覆する。図１ｂは、図１ａに対応する断面図であり、フォトレジストが現像された後にＡＲＣ１８の一部が連結ネットワークの底部を覆っていることをより明確に示している。ＡＲＣのこの部分は、下層の導体膜１６がエッチングによって除去される前に除去されなければならない。
【００１４】
図１ａと図１ｂは、フォトレジスト１２の露光と現像によって形成された連結ネットワーク１４は、精密であることを留意されたい。しかしながら、連結ネットワーク１４の底部において、ＡＲＣを除去するために使用される剤システムがフォトレジスト１２のエッチングされていない部分を攻撃する場合は、連結ネットワーク１４の精密さは非常に低減される。
【００１５】
前世代のＩＣにおいては、導体膜をエッチングすることによって形成された導線は、ある程度良く分離されていたので、フォトレジストの浸食（degradation）は一般的に許容することができた。しかしながら、現世代のＩＣにおいては、導線はしばしば互いに非常に接近しているので、たとえ小量の浸食（degradation）であっても危険である。更に、深ＵＶ（ｄｅｅｐＵＶ）フォトレジストによる露光と現像において高解像度を達成するために、フォトレジストの厚さは、１２０００Åのあたりから７０００〜８０００Åのあたりまで薄くされる。これによって、ＡＲＣのエッチング時に下層膜を保護するフォトレジストが少なくなる。
【００１６】
図２は、プラズマ発生機中にイオン化されたＯ２を含む剤システムによって、ＡＲＣを除去した結果の概要図である。例えば、Ｏ２とＮ２の混合ガスを用いたシステムである。このＯ２を含む剤システムは、効率的にＡＲＣを除去する時にフォトレジスト１２も同様に攻撃して一般的に薄膜化と、図２における２０の点で示したような浸食（degradation）を起こす。図２に示したように、浸食（degradation）は、連結ネットワーク１４の精密さを低減し、他の位置で下層の好ましくない露出を引き起こす。薄くなり浸食（degradation）された導体膜からエッチング除去された連結ネットワーク１４は、導線中にボイドまたはＩＣ機能における不良をもたらす接続不良を生じさせる。
【００１７】
図３は、本発明の剤システムを用いたＡＲＣ除去結果の概要図である。フォトレジスト１２は、最小限の影響を受けるに過ぎず、精密なパターンは残されていることを銘記すべきである。それゆえ、精密なパターンは、露出した導体膜１６がエッチング除去されたときに次の工程における導線の形成に反映される。
【００１８】
本プロセスに対し、キャリアガスは、不活性ガス、希ガスであり、好ましくは、アルゴンであるが、他の希ガス、例えば、ヘリウム、ネオン、クリプトン、ゼノンやそれらの混合ガスを使用することができる。塩素源は、好ましくは、化学的に純粋な単一の塩素（Ｃｌ２）である。その代わりに、ＨＣｌ、ＢＣｌ３のような塩素含有ガスを用いることも可能である。同様に、ＣＨＦ３は、好ましいフッ素源であるが、他のフッ化炭素やそれらのガスを合わせて使うことも可能である。
【００１９】
図４は、高密度プラズマを用いて基板を処理することができるＥＣＲ反応器１００を示している。その反応器は、反応チャンバー１０２を有しており、その中で、プラズマガスによって基板が処理される。高密度のプラズマを発生するために、反応器は、プラズマ発生チャンバー１０３を有しており、その中で、マイクロ波ガイド１０４を通過してきたマイクロ波エネルギーと電磁コイル１０５によって発生された磁気エネルギーとの結合によって高密度プラズマが発生する。高密度プラズマは、適当なガスまたは混合ガスによって発生し、イオンビームは、オリフィス１０３ａを通してプラズマチャンバーから引き出される。好ましくは、オリフィス１０３ａは、チャンバー１０３と同じ直径を有する。基板１０６は、その中に基板温度を制御する機構を有する静電チャックのような基板保持台１０７上に保持される。
【００２０】
チャンバー１０３中で発生した高密度プラズマは、電磁コイル１１８によってホルン（角状物）１０８の内部に閉じこめられ、ＲＦバイアスをＲＦ源１０９およびインピーダンスマッチングなどの関連電気回路１１０によって基材に加えることにより、基板１０６方向に向けられる。反応チャンバー１０２は、一般的に排気口１１１によって示されるような適当な真空装置によって真空排気される。高密度プラズマ中にエッチング用反応物を導入するために、ホルン１１８は内部表面上にガス散布環のような１つ以上のガス注入装置を有し、それによってＦやＣｌのような反応物を高密度プラズマ中に導入させられる。１つあるいは複数の反応物は、一般的に１１２で示される１つ以上の通路を通って供給される。プラズマ発生チャンバー１０３中でプラズマを発生するために、アルゴンが一般的に１１３で示される１つ以上の通路を用いてプラズマ発生チャンバー１０３中に導入される。
【００２１】
１１４の矢印で示されるマイクロ波エネルギーは、絶縁窓１１５を通って進行し、水供給用導管１１７で壁が水冷されているプラズマ発生チャンバー１０３中に入る。基板ホルダー１０７の下の電磁コイル１１８は、基板１０６に近接して磁場を作るために使われ得る。直流電源１１９は、静電的に基板１０６を固定するための電力を基板ホルダー１０７に供給する。
【００２２】
図５は、高密度プラズマで基板を処理することのできるＴＣＰ（登録商標）反応器１２０を示している。反応器は、プロセスチャンバー１２１を有し、その中で、基材１２３に近接してプラズマ１２２が発生される。基板は、水冷式の基板保持台１２４上に保持されており、基板の温度制御は、基板と基板支持台の間の空間に導管１２５を通して供給されるヘリウムガスによって行われる。基板支持台は、アルミニウム製の電極またはその中に電極が埋め込まれたセラミックス材料を有しており、その電極は、ＲＦ電源１２６およびＲＦマッチングなどを行う結合回路１２７によって、電力が供給される。処理中の基板温度は、温度計１２９に取り付けられた温度計測装置１２８によって、計測される。同様の温度計測装置もまた、図４に示されたＥＣＲ反応器中で利用することができる。
【００２３】
チャンバー１２１中に真空を供給するために、ターボポンプが出口１３０に接続されており、要求された真空を維持するために使用される。Ｆ，Ｃｌや任意の不活性ガス、例えばＡｒを含む処理ガスは、絶縁窓１３３の下部の周りに広がっているガス散布環に反応ガスを供給する導管１３１，１３２によってチャンバー内に供給される。上記の代わりに、処理ガスは、絶縁性のシャワーヘッド窓または他の適当なガス分配システムを通して供給されることも可能である。らせん状ＴＣＰ（登録商標）コイル１３４のアンテナのような電磁誘導エネルギー源は、ＲＦ源１３５およびおよびインピーダンスマッチングなどを行う結合回路１３６によって、ＲＦ電力が供給される。基板がチャンバー中で処理されるときに、ＲＦ源１３５はＴＣＰ（登録商標）コイル１３４に１３．６ＭＨｚのＲＦ電流を供給し、ＲＦ源１２６は、低い電極に４００ｋＨｚのＲＦ電流を供給する。
【００２４】
本発明のプロセスは、上記のＥＣＲまたはＴＣＰ（登録商標）反応器あるいは、プラズマ発生機の適当な反応チャンバーの中において遂行される。ＡＲＣは、半導体ウェーハのような半導体基板、平板のディスプレイなどの上に存在できる。上記プロセスは、以下の範囲内で行うことができる。
【００２５】
圧力                      約１〜約５００ミリtorr
温度                      約０〜約１００℃
Ｃｌ２流量                 約２．５〜２００ｓｃｃｍ
不活性ガス流量            約０〜２００ｓｃｃｍ
フッ素含有成分の流量      約５〜２００ｓｃｃｍ
より好ましいのは、以下の範囲内で行うことができる。
【００２６】
圧力            約１〜約１０ミリtorr
温度            約３０〜約８０℃
Ｃｌ２流量     約５〜６０ｓｃｃｍ
Ａｒ流量        約５〜８０ｓｃｃｍ
ＣＨＦ３流量   約５〜８０ｓｃｃｍ。
【００２７】
プロセスの時間は、組成、反応物および、より重要な有機ＡＲＣの厚さによって変化する。処理の終了点、すなわち、被覆されたＡＲＣの全てが除去される点は、標準のマイクロチップ製造装置を用いる本技術の標準方法によって決定されることが可能である。例えば、光学的な信号またはフッ素濃度を計測する。
【００２８】
本発明は、特定の実施例に関して例示されたが、ＩＣ製造における当業者が通常なし得る本実施例の変形は、本発明の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１（ａ）】  フォトレジスト膜がエッチングされているがＡＲＣが除去される前の半導体複合チップの一部の概要を示す斜視図である。
【図１（ｂ）】  図１（ａ）で示されたチップの一部の概要を示す断面図である。
【図２】  Ｏ２を使用するプロセスによってＡＲＣが除去された後の図１（ａ）に似た図である。
【図３】  本発明のプロセスによってＡＲＣが除去された後の図１（ａ）に似た図である。
【図４】  本発明に一致したプロセスを実施するために利用することができる高密度プラズマＥＣＲ反応器の概要図である。
【図５】  本発明に一致したプロセスを実施するために利用することができる高密度プラズマＴＣＰ（登録商標）反応器の概要図である。
【図１（ａ）】
0004335441.tif 000002
【図１（ｂ）】
0004335441.tif 000003
【図２】
0004335441.tif 000004
【図３】
0004335441.tif 000005
【図４】
0004335441.tif 000006
【図５】
0004335441.tif 000007