專利名稱：清除由形成通孔的處理所產(chǎn)生的蝕刻殘余物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路的制造方法，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于清除光致抗蝕劑的方法。
背景技術(shù)：
在集成電路制造過(guò)程中，一個(gè)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(zhì)分離，該層面間介質(zhì)還被稱為層間介質(zhì)，或者簡(jiǎn)稱為ILD。在兩個(gè)互連層之間形成連接的過(guò)程中，在形成上部互連層之前，在層間介質(zhì)上形成通孔。在形成通孔的過(guò)程中，光致抗蝕劑用于設(shè)置通孔圖形。在對(duì)光致抗蝕劑構(gòu)圖后，通過(guò)層面間介質(zhì)到下層的互連層蝕刻通孔。該處理的一個(gè)重要方面是下一步清除光致抗蝕劑。在接下來(lái)在層面間介質(zhì)上以及通孔內(nèi)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(gè)問(wèn)題是，通常在通孔的底側(cè)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余物。(該遮蔽物還可能在通孔的整個(gè)側(cè)壁上擴(kuò)展。)這些遮蔽物是在形成通孔的過(guò)程中使用的蝕刻劑材料、來(lái)自蝕刻層面間介質(zhì)的硅和碳以及從位于通孔底部的下層金屬互連層濺射的金屬的副產(chǎn)品。
通常，利用采用液體溶劑的濕清除方法清除這些遮蔽物。在進(jìn)行這種溶劑清除之前，首先利用干剝離方法清除光致抗蝕劑。這種干剝離方法通常采用微波能源激發(fā)反應(yīng)物質(zhì)類等離子體來(lái)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。作為濕清除方法，下一步使用溶劑以有效清除遮蔽物和任意抗蝕劑殘余物。在注入溶劑后，利用水沖洗溶劑。溶劑非常有效，但是消耗成本高，而且可能產(chǎn)生縮小幾何形狀的問(wèn)題。一個(gè)可能問(wèn)題是，可能難以使溶劑進(jìn)入非常小的通孔。此外，如果不能用水完全清除溶劑，則它留下的殘余物會(huì)加大通孔的電阻，或者不能實(shí)現(xiàn)可靠電接觸。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，必須及時(shí)，通常在24小時(shí)之內(nèi)用金屬填滿這種溶劑清除過(guò)的通孔，以避免產(chǎn)生過(guò)量接觸電阻。
嘗試解決使用溶劑產(chǎn)生的問(wèn)題的技術(shù)之一是將RF用作等離子體的激發(fā)源。已經(jīng)證明這種方法可以有效清除遮蔽物，然而，它也會(huì)在互連處產(chǎn)生過(guò)量電荷累積?；ミB處至少在某些位置要連接到門介質(zhì)。在互連處累積電荷將在門介質(zhì)兩端產(chǎn)生可能過(guò)高的壓差，導(dǎo)致門介質(zhì)被破壞。當(dāng)然，通孔內(nèi)產(chǎn)生的過(guò)量電荷累積導(dǎo)致門介質(zhì)被破壞是個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題。試圖使用RF激發(fā)的NF3、O2以及N2H2產(chǎn)生的問(wèn)題是，過(guò)量電荷累積、晶片不夠均勻以及需要在形成通孔后的24小時(shí)內(nèi)填充該通孔。
因此，需要一種可以不使用液體溶劑、不產(chǎn)生與已知的化學(xué)物質(zhì)RF清除方法相關(guān)的一個(gè)或者多個(gè)問(wèn)題的清除光致抗蝕劑的方法。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明利用例子說(shuō)明本發(fā)明，而且本發(fā)明并不局限于附圖，在附圖中，類似的參考編號(hào)代表類似的單元，附圖包括

圖1示出用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的設(shè)備；圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的集成電路一部分的剖視圖；圖3示出在根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行下一步處理后，圖2所示集成電路的部分的剖視圖；圖4示出在根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行下一步處理后，圖3所示集成電路的部分的剖視圖；圖5示出在根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行下一步處理后，圖4所示集成電路的部分的剖視圖；以及圖6示出在根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行處理后的另一種剖視圖。
發(fā)明詳述以下說(shuō)明將描述將CF4和O2用作清除光致抗蝕劑的主要化學(xué)物質(zhì)的實(shí)施例。下一步注入氬氣有助于清除沉積在ILD上的光致抗蝕劑。此后，去電離水清除受益于頭兩步而可溶的氟化化合物。利用RF和微波以高于室溫(通常約為25℃)的溫度激發(fā)化學(xué)物質(zhì)。
圖1所示的設(shè)備10具有放置在其內(nèi)的半導(dǎo)體晶片12。設(shè)備10包括CF4源14、O2源16、氬氣源18、微波源20、RF源22、反應(yīng)室24、波導(dǎo)26、進(jìn)氣管28、閥門30、閥門32、閥門34、導(dǎo)流板36以及吸盤38。反應(yīng)室24內(nèi)設(shè)置導(dǎo)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(guò)波導(dǎo)26連接到反應(yīng)室34。CF4源14通過(guò)閥門30選擇性地連接到進(jìn)氣管28。O2源16通過(guò)閥門32選擇性地連接到進(jìn)氣管28。氬氣源18通過(guò)閥門34選擇性地連接到進(jìn)氣管28。進(jìn)氣管28連接到波導(dǎo)26，以使進(jìn)氣管28內(nèi)的氣體進(jìn)入波導(dǎo)26內(nèi)，并被微波源20激發(fā)。然后，在被激發(fā)狀態(tài)下，氣體由波導(dǎo)26從進(jìn)氣管28進(jìn)入反應(yīng)室24。
圖2示出在根據(jù)本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的已知技術(shù)形成通孔后的晶片12的一部分50。部分50示出連同下部金屬層54、層間介質(zhì)56以及光致抗蝕劑層58的通孔52。圖2所示的部分50處于蝕刻光致抗蝕劑形成掩模并利用該掩模將層間介質(zhì)蝕刻到金屬層54以形成通孔52之后的階段。在優(yōu)選實(shí)施例中，金屬層54包括抗反射涂層57。在清除通孔52內(nèi)的層間介質(zhì)后，立即在緊接著金屬層54上方的彎角處殘留蝕刻產(chǎn)生的材料聚集59。這些材料包括碳、硅、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(shí)，產(chǎn)生后續(xù)問(wèn)題。這是當(dāng)時(shí)需要清除遮蔽物的基本出發(fā)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，下一步是利用圖1所示設(shè)備清除光致抗蝕劑。在將晶片12放置到吸盤28上后，通過(guò)激活微波源20和RF源22并通過(guò)波導(dǎo)26將CF4氣體和氧氣引入反應(yīng)室24，清除光致抗蝕劑58。因此，CF4和O2進(jìn)入反應(yīng)室24，被微波源20激發(fā)而且進(jìn)一步被RF源22激發(fā)。這樣可以有效清除光致抗蝕劑58，并使位于可能形成遮蔽物的通孔的底部側(cè)壁上的聚合物鏈斷裂。在優(yōu)選實(shí)施例中，同時(shí)施加RF功率和微波功率。在另一個(gè)實(shí)施例中，僅利用RF功率或者微波功率激發(fā)CF4和O2。通常，也殘留光致抗蝕劑殘余物64。
在基本清除了光致抗蝕劑58后，如圖3所示，利用設(shè)備10進(jìn)行后續(xù)清除步驟。在CF4/O2剝離光致抗蝕劑后，在ILD上仍殘留如圖3所示包括氟的某些殘余物。在通孔的底部位于通孔52的彎角處，還存在氟聚集物61。下一步是在進(jìn)氣管28內(nèi)另外加入氬氣，從而使氬氣進(jìn)入波導(dǎo)26。因此，第二步是使用在被微波激發(fā)情況下引入反應(yīng)室24的CF4、O2以及氬氣，反應(yīng)室24接入被激活的RF源22。在優(yōu)選實(shí)施例中，同時(shí)施加RF功率和微波功率。在另一個(gè)實(shí)施例中，僅利用RF功率或微波功率激發(fā)CF4和O2。圖4示出該步驟使用微波和RF激發(fā)的CF4、O2以及氬氣的結(jié)果。該圖示出清除了光致抗蝕劑殘余物64，殘留氟化殘余物61和66。然后，利用去電離水清除氟化殘余物61和66。去電離水可以有效清除氟化殘余物61和64，因?yàn)榉瘹堄辔?1和64中的氟容易與水中的氫結(jié)合在一起。因此，利用水可以有效溶解并清除氟化殘余物61和64。因此，圖5所示的所得到的結(jié)構(gòu)非常清潔。圖5所示的結(jié)果是可以在72小時(shí)之后在通孔52內(nèi)接著沉積導(dǎo)電材料而且接觸仍良好。而先前24小時(shí)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(wú)需使用溶液溶劑。在此特定實(shí)施例中，金屬是鋁，而抗反射涂層是氮化鈦。然而，也可以使用其它金屬。此外，使用不同于CF4的其它氣體也可能有效。這些其它氣體包括C2F6和C3F8。據(jù)信CF4更有效，因?yàn)榉鷮?duì)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源的能量保持低于400瓦。350瓦的功率也可以工作，但是該處理的優(yōu)選功率為250瓦。如果TiN用作抗反射涂層，則高能量會(huì)清除TiN。因此，對(duì)于CF4與O2的組合，不應(yīng)將能量升高到這樣的程度，即去除抗反射涂層成為問(wèn)題的程度。
吸盤38的溫度優(yōu)選范圍在45℃至100℃之間，升高到室溫之上的其它溫度也可能有效。通過(guò)將溫度升高到室溫之上，對(duì)于清除彎角處的殘余物更有效。在很大程度上可以相信是這樣，因?yàn)榇嬖陔y以清除的鈦殘余物。大量的氟可以引起類似的問(wèn)題。升高的溫度有助于清除遮蔽物的鈦部分，而且還對(duì)清除氟很重要。它有助于分解尤其與氟相關(guān)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?yàn)榇藭r(shí)保證氟不是聚合物的一部分。因此，反應(yīng)溫度最好高于室溫。然而，它也不應(yīng)過(guò)高，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致去除過(guò)多抗反射涂層。
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(xù)時(shí)間基于傳統(tǒng)的最后結(jié)果檢測(cè)技術(shù)。對(duì)于使用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(shí)間可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)生變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能根據(jù)所使用的諸如特定層面間介質(zhì)的材料而發(fā)生變化，但是已經(jīng)證明15秒就有效。優(yōu)選特性是CF4與O2之比低于約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(shí)，可以采用的最低壓力約為0.35T，因?yàn)槭艿疆?dāng)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(xué)物質(zhì)的流速。改變壓力的重要性在于，壓力低于約0.45T通?？梢蕴岣呋瘜W(xué)物質(zhì)清除位于通孔底部的遮蔽物的能力。壓力高于約0.5T通常會(huì)導(dǎo)致位于ILD頂部的用于清除光致抗蝕劑的化學(xué)物質(zhì)比位于通孔內(nèi)的用于清除光致抗蝕劑的化學(xué)物質(zhì)多。
在通孔未完全位于金屬層上的情況下，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(huì)導(dǎo)致通孔在與金屬不相應(yīng)的位置更深。如果使用溶劑，則這樣會(huì)形成溶劑集中區(qū)。如果溶劑集中在這里，則這里的遮蔽物也不能被清除。因此，這可能是因?yàn)槭褂靡后w清除遮蔽物產(chǎn)生的難題。通常將這種通孔稱為無(wú)邊(unlanded)通孔。對(duì)于采用本發(fā)明的無(wú)邊通孔，沒(méi)有液體溶劑集中在靠近金屬的狹小區(qū)域內(nèi)。圖6示出這種無(wú)邊通孔。如果使用溶劑，則凹陷區(qū)60是潛在問(wèn)題。圖6示出采用本發(fā)明的結(jié)果。
熟練技術(shù)人員明白，為了簡(jiǎn)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，為了有助于理解本發(fā)明的各實(shí)施例，附圖中某些單元的尺寸可能相對(duì)于其它單元被夸大。
在以上的說(shuō)明中，參考特定實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明。然而，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員明白，可以在如下的權(quán)利要求書所述的本發(fā)明范圍內(nèi)，對(duì)其進(jìn)行各種修改和變更。因此，可以認(rèn)為，說(shuō)明書和附圖具有說(shuō)明性意義，而沒(méi)有限制性意義，而且所有這些修改均包括在本發(fā)明范圍內(nèi)。
以上參考特定實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的益處、其它優(yōu)點(diǎn)以及各問(wèn)題的解決方案進(jìn)行了說(shuō)明。然而，不能將本發(fā)明的益處、優(yōu)點(diǎn)、各問(wèn)題的解決方案以及使任意益處、優(yōu)點(diǎn)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(xiàng)或全部權(quán)利要求的關(guān)鍵的、要求的、或本質(zhì)特征或單元。在此，術(shù)語(yǔ)“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、制品或設(shè)備并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、制品或設(shè)備所固有的其它單元。
權(quán)利要求
1.一種用于清除由形成通過(guò)絕緣材料的通孔的處理所產(chǎn)生的蝕刻殘余物的方法，該方法包括對(duì)蝕刻殘余物和通孔施加氣體的步驟，其中利用RF源激發(fā)該氣體，而且該氣體包括碳氟化合物和氧氣。
2.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中碳氟化合物是CF4。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中CF4與氧氣之比低于約0.02。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該氣體還包括氬氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括利用微波源激發(fā)至少一部分氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中微波源在500與2000W之間工作。
8.一種用于清除由在集成電路上形成通孔的處理所產(chǎn)生的蝕刻殘余物的方法，該方法包括設(shè)置具有吸盤的一個(gè)室；將集成電路放置到該室內(nèi)接觸吸盤；以第一功率電平對(duì)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(fā)氣體引入該室內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中碳氟化合物是CF4。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，該方法還包括利用去電離水沖洗。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中吸盤處于高于室溫的溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中高于室溫的吸盤溫度被進(jìn)一步確定為45至100攝氏度。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，該方法還包括引入微波激發(fā)的惰性氣體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中惰性氣體是氬氣。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，該方法還包括在引入微波激發(fā)的惰性氣體時(shí)，施加第二功率電平的RF功率。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中第二功率電平的RF功率低于第一功率電平的RF功率。
17.根據(jù)權(quán)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(shí)的碳氟化合物氣體與氧氣之比低于在以第二功率電平施加RF功率時(shí)的碳氟化合物氣體與氧氣之比。
18.一種用于清除由在集成電路上形成通孔的處理所產(chǎn)生的蝕刻殘余物的方法，該方法包括以下步驟設(shè)置具有吸盤的一個(gè)室；將集成電路放置到該室內(nèi)的吸盤上；RF激發(fā)該吸盤；將包括第一氣體和第二氣體的第一微波激發(fā)氣體引入該室內(nèi)，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(fā)氣體引入該室后，將包括第三氣體、第四氣體以及第五氣體的第二微波激發(fā)氣體引入該室內(nèi)，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(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中第一和第二化合物相同。
20.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中惰性氣體是氬氣。
22.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中吸盤的溫度高于室溫，利用500與2000瓦之間的微波功率激發(fā)第一微波激發(fā)氣體，而以低于400瓦的功率激發(fā)RF激發(fā)吸盤。
全文摘要
利用不需要使用液體化學(xué)溶劑而且不在通孔內(nèi)產(chǎn)生過(guò)量電荷累積的方法，清除由形成通孔的處理所產(chǎn)生的蝕刻殘余物。一個(gè)步驟是使用碳氟化合物和氧氣。利用微波和RF激發(fā)這些氣體。另一個(gè)步驟是，除了這兩種氣體之外，引入也被微波和RF激發(fā)的氬氣。其效果是清除趨向于粘附在通孔之上的表面上的任意附加殘余物，而且還可以完成清除通孔內(nèi)的蝕刻殘余物。附加步驟是簡(jiǎn)單應(yīng)用去電離水以清除經(jīng)過(guò)上述兩個(gè)步驟殘留的、高水溶性的任何氟化殘余物。
文檔編號(hào)G03F7/42GK1526161SQ01819582
公開(kāi)日2004年9月1日 申請(qǐng)日期2001年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月7日
發(fā)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(qǐng)人:摩托羅拉公司