TW294834B - - Google Patents

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A7 __B7_ 五、發明説明（1 ) 本發明係有關半導體装置的製造，特別是有關阻擋體 的去除方法。 半導體廣泛應用於電子裝置的積體電路中，包括收音 機與電視。此種積體電路典型地使用製造於單一结晶矽中 的多電晶體。現在許多積體電路包括多層用於互接的鍍敷 金鼷。當幾何形狀縮小而功能密度增加時，降低多層鍍敷 金靨中的R C時間常數是必要的。 雖然在過去用K將金鼷線之間彼此絕緣的典型介電質 為矽二氧化物，但最近的趨勢為採用低介電係數的材料Μ 降低R C時間常數。許多低介電性的絕緣體為纯粹聚合物 (聚對二甲苯，B C Β、鐵氟龍、聚醯亞氨）或有機旋光 玻璃（0 S ◦ G，例如，倍半氧矽垸及矽氧蝻玻璃）：這 些低介電性材料的氧化電阻通常比矽氧化物的氧化電阻為 小0 經濟部中央標準局員工消费合作杜印製 tn t^i—1 In —HI— —m mV mt an— n nn - ' ^.-¾ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 傳統的去除法可用於高縱横比的接點或通道；然而， 這些方法會損壞介電材料，特別是低介電性的材料。氧等 離子體（粉末）通常用Κ將光阻體從晶圓表面上除去。傳 統的去除法係在桶中及下游反應器中執行，並在高溫下（ 約2 5 0 °C )實施，Κ確保所有的光阻體都可被除去：不 幸的是，高溫去除法不僅將光阻體從晶圓表面上除去，其 亦將聚合物從低介電性的材料上除去，因而造成皴縮、破 裂、水分吸收、通道毒化、過度切削K及低介電性材料之 介電特性全面退化的問題。 因此，低介電係數材料在半導體工業中被採用導致對 __________ - 3 - 本紙張尺度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（210X297公釐） S94834

,β^(! W A7 B7 五、發明説明（2 )

⑽Γ气申申，芦第84105323號 KUC Patent Appln. No.84105323 説明#修正頁中文本-附件一 Amended Pages of Specif icaf. inn in Chinese - Enel. I 日送呈) (bubmitted on November , 1996) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 於一種可在除去光阻體時不致損壞聚合物介電材科之去除 方法的需求。 本發明包括在低溫下採用各向異性等離子，以便從半 導體晶圓上除去阻擋體。半導體晶圓置於包括氧等離子源 與可選擇的感測器的反應器中。氧等離子源放射經由電場 引向晶圓氧等離子，而將晶圓表面暴露於各向異性的氧等 離子中。一感測器用Μ檢測晶圓之光阻體的除去何時完成 *並將等離子源關閉。 實腌例之一為用Μ將姐擋體從半導體晶圓去除的方法 ，包括以下步驟，在基體上塗覆聚合物介電層，在聚合物 介電層上塗布無機層，在無機層上塗布阻擋體層，形成阻 擋體之圖案，轴刻無機層，以及Μ氧等離子去除姐擋體。 另一個實腌例為用Κ將阻擋體從半導體晶圓上除去的 系統，包括反應器，置於反應器中之具有聚合物介電質的 晶圓，Κ及位於反應器内的氧等離子產生器。 經濟部中央標準局負工消費合作社印裝 本發明之利益在於可將阻擋體從具有對傳统的阻擋體 去除法之粗糙效應敏感的低介電性材料的晶圓上除去。低 介電常數材料的分解（其可促成氧化反應）透過降低晶圓 (基體）的溫度而極小化。透過本發明，通道側壁上的材 料鲜少遭受損壞。 本發之圖式使說明書完整，並结合於此Μ供閱讀，除 非特別指明，其中相同的標號與符號代表各視圖中類同的 元件，其中： 第1Α及1Β圖為習知技術，以半導體通道之横截面圖顯示傳 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4ίί^72Ι〇Χ297/>#7 A7 ____ B7 五、發明説明（3 ) 统去除法的效應； 第2圖為本發明執行時的典型環境； 第3圖為本發明之方法步驟的流程圖； 第4 A及4B圖為顯不本發明在半導體通道上的效應的横截面 圖； 第5A及5B圖為另一個半導體電路之實例的横截面圖。 本發明之較佳實施例的形成與應用詳述於下。然而， 吾人應瞭解，本發明提供許多適用的創新觀念，其可實施 於多種特殊應用中。所述的特定簧施例僅用以說明本發明 之實施與應用的特定方法，而非對本發明之範螭的限制。 Μ下是數個較佳簧施例與可選擇的實施例的說明，包 括製造方法。不同圖式中的對應標號與符號參照對應的元 件，除非經特別指明。 表1提供實施例與圖式之元件的總覧。 ----------扣衣------、訂------0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員Η消費合作社印製 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐) 294834 A7 B7 五、發明説明（4 表1 Γ 丁 丁 丁 Ί 圖式元件 h 10 較佳或 特定實例 + + 一般用語丨其他實例 丨或 說 明 ---+------- Η 半導體 晶圓 h + + + Η 2 矽 基 體 可包括其他金屬互 接層或其他半導體 件，（例如電晶體 、二極體） 複合半導體（例如 G a A s，I η Ρ ，S i / G e， S i C )可用M取 代矽 _ _ _ _ _ _ _ _ /fj _ _ ► m atm vmf ^^^^1 «mu ^—t ftm ml - ^i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) h + + + Η 經濟部中央標準局員工消费合作杜印策

L 14 銘合金

JL 金靥層 丄 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 具有鋁中間層的鈦 (T i N / A 1 / T i N ); A 1 ，C u，Μ o ，W，T i的合金 丄 」 A7 B7 五、發明説明（5 ) 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 厂 丨圖式元件 丨較佳或 1 一般用語 丨其他實例 丨 1 丨特定實例 1 丨或 說 明 1 h---- 1 1 丨多晶矽，矽化物，丨 I 1 丨氮化物，碳化物 丨 1 1 丨具有T i或T i N 1 1 1 丨底層的A 1 C U合丨 1 1 1金； 丨 1 1 丨金屬互接層 丨 l·---- +---- + 1 16 I PETEOS 1 氧化層 丨二氧化矽； 丨 1 1 丨矽氮化物 丨 l·---- +---- + +--------Η 1 18 丨有機旋光 1 聚合物介 丨其他聚合物，例如I 丨玻璃 1 電層 丨聚對二氧甲苯、| 1 1 1 B C Β、鐵氟龍、1 1 1 1聚醯亞氨； 丨 1 t 1有機旋光玻璃（0丨 1 1 1 S 0 G)，例如 I 1 1 1倍半氧矽裱及矽氧1 1 1 卜枝坡璃； | 1 1 丨其他包含介電材料丨 1 1 丨的聚合物 | I_____ J__ , ^ϋ— I nn ml In. 、一：OJ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家櫺準（CNS ) A4規格（210x297公釐〉 五、發明説明（6 ) 广 丁 丁 圖式元件 h 2〇 較佳或 特定實例 + +

PETEOS A7 B7 丁 般用語 其他實例 或 說 明 Η 無機層 氧化物；二氧化矽 ;S i 〇 2/ S i 3 N 4夾層 h + + + Η 2 2 聚合物 光阻層 阻擋體層；其他聚 合物；其他光敏材 料 h + + Η 衣 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2 4 通道 半導體晶圓上的可 去除層 h + + + Η 2 6 反應器 h + 2 8 氧等離子 源 等離子源 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 h 3 0 C ◦檢測 器 + 感測器 二氧化碳感測器 + Η I 32 丨氧等離子I等離子 丨

L 丄 丄 丄 」 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明说明（7 ) 第ία及1B圖為習知技術之傳統去除法的圖式，在過去它被 應用於约2 5 0 °C的典型溫度中。第1 A圖顯示在傳統丟 除法施行前的半導體晶圓10之通道24的横截面圖。晶圓10 具有基體12，該基體可包括例如電晶體、二極體及其他此 技術所熟知的半導體元件（未顯示）。基體12亦可包含其 他的金屬互接層。金層互接層14沈積於基體12上。金屬互 接層14可包括例如鋁或鈦-1.1 /鋁雙層。氧化層16沈積於 金屬層14上，且可MPET EOS (等離子強化四環氧δ夕 梡）。聚合物介電層18沈積於氧化層16上，且可包括例如 有機聚合物或有機旋光坡璃（◦ S ◦ G)等。有機旋光玻 璃包括有機矽與氧化矽结合物的混合物。無機層20沈積於 聚合物介電層18上。無機層20為氧化物，最好是二氧化矽 ，而在此例中為PETEOS。光阻層22沈積於無機層 20上，其可Κ光敏聚合物製成。執行後序的方法步驟， 而在半導體晶圓上留下通道。通道24典型地穿過光阻層22 、無機層20、聚合物介電層18與氧化物層16。金屬層14的 頂表面通常形成通道24的底部。 在晶圓上實施去除法Μ除去光阻層22。第1Β圖顯示 在傳統去除法後的通道外形，而損壞沿著通道24之壁上的 聚合物介電層18。 本發明執行時的典型環境頚示於第2圖中。包括聚合 物介電層的半導體晶圓10置於包括氧等離子源28與感測器 30的反應器中。聚合物介電層包括足以改善二氧化矽之介 電常數的一定重量比例的聚合物。聚合物介電層通常包括 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) Α4規格（210Χ 297公趁） ---------坤衣------，訂------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局K3C工消費合作衽印製 A7 B7 —— -五、發明説明（8) 至少為重量之5% (最好是在10%與50%之間）的有 機聚合物。晶圓10施Μ與氧等離子源相反的偏壓，洌如將 晶圓接地，Κ導引陽離子射向晶圓。本發明之去除法通常 在介於约一4 0 °C與2 0 °C之間的低溫下執行，其可利用 液態氮之類的方法達成。充有正電的氧等離子源28放射由 電場導向晶圓10的氧等離子，而同時將晶圓10之表面暴露 於各向異性的氧等離子32中。感測器30檢測晶圓10之光阻 體的去除何時完成，並隨後將等離子源28關閉。感測器30 可為一氧化碳或二氧化碳檢測器；當一氧化碳或二氧化碳 的放射強度減低時，系統K訊號告知應關閉。感測器可提 供系统終止功能，Μ免晶圓遭過度去除。 本方法之流程圖示於第3圖中。晶圓被偏壓以形成等 離子的方向，而隨後執行低溫各向異性等離子去除步驟。 當終止點被檢知（例如常光阻體已被去除），即中止去除 〇 新去除法在典型的半導體晶圓10上的效果顯示於第从及祁 圖。第4α圖顯示新去除法前的通道外形，與第圖者 相同。第4Β圖顯示本發明之去除法實施後的通道24，聚 合物介電層18未受損壞。 第1Α、IB、4Α及4Β圖中所示的結構可能不同。第5八及 5Β圖顯示另一種可以本發明加以去除的半導體晶圓忉。其 他的半導體結構可利用此低溫阻擋體去除法。 在光阻體去除之後，可依需要執行其他的方法步驟。 例如，通道典型地充填金屬以形成層與層之間的互 I -10- 本纸張纽適 I--------1------、1T------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 ^^4834 B7 五、發明説明（9 ) m HI·— tut ml— i^l^i flu ^^^1 «van imI9 I l M -¾ 、\έ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 與傳統技術相較，如本發明所要求地在低溫下進行去 除可能導致執行去除所需的時間增加。通量或者離子流可 加以調整K媛和所需時間的增加。例如，若通量提高，執 行去除法所需的時間將減少。 採用低溫向異性去除法而具有終止點的新穎方法可提 供優於傳統方法的明確利益。首先，各向異性離子撞擊包 括待去除之阻擋體的平坦表面，且同時將進屬表面的殘留 物清除乾淨。由於此去除作業是各向異性的，因此鲜少在 側壁的聚合物介電層上造成損壞。移動中的氧素（〇+) 的方向性限制了測壁與氧的反應性。 其次，終止功能可在任何發生於不期望的部位上的損 壞發生之前停止去除步驟，在此例中為通道的聚合物介電 層側壁。是否採用感測器以獲得終止功能是可選擇的，而 該裝置提供去除步驟中更佳的控制此一利益。 第三，低溫可降低聚合物及介電層之側壁與氧等離子 之間的反應性。低溫減媛分子的活性，便去除法得到更好 的控制。 經濟部中央標準局負工消费合作社印裝 本發明可應用於其他材料，特別是對傳統去除法敏感 的材料。本發明對採用聚合物介電材料之羊導體晶圓的去 除作業特別有用，因為傳統的阻擋體去除法所導致的聚合 物介電材料的損壞是吾人所不欲見到的，且並是廣泛的。 ’這造成半導體製造的許多問題。本發明之低溫阻擋體去 除法排除此種對聚合物介電材料的損壞或使其極小化。此 外’本發明之去除法可去除金屬層上固有的氧化物。 ________"11-__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（2丨0X297公釐） A7 B7 五、發明説明（10 ) 雖然本發明係參照所舉之實施例加K說明，然此一說 明並非基於限制性條件而構成。對熟習此技術之人士而言 ，所示之實施例K及本發明之其他實施例的各種修正與組 合可參照此說明而呈現。因此，附呈之申請專利範圍可包 括所有的此等修正或實施例。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-

、1T 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 -12 - 本紙伕尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）

Claims (1)

1. ：-f：r ^ ^Ί! ΐ Α8 Β8 C8 D8 申請專利範圍 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 專利申請案第84105323號 ROC Patent Appln. No.84105323 修正之申請專利範圍中文本-附件三 Amended Claims in Chinese - Enel. ΙΠ (民國85年11月+日送呈) (Submitted on November ^ , 1996) 1. 一種用以從具有基體之半導體晶圓上去除阻擋體的方法 ，包括以下步驟： 在基體上塗覆聚合物介電層； 在該聚合物介電層上塗布無機層； 在該無機層上塗布阻擋體層； 形成該阻擋體之圖案； 蝕刻該無機層；Μ及 以氧等離子去除該阻擋體。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該去除步驟 在一 4 0 °C至2 0 C的溫度範圍内進行。 3 .如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包括Μ下 步驟： 感測去除步驟何時完成；Μ及 停止該去除步驟。 4. 如申請專利範園第1項所述之方法，其中該聚合物介 電層在該無機層被蝕刻之後但在該阻擋體被蝕刻之前 被蝕刻。 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該聚合物介 電層包括至少重量為10%的聚合物。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包括在該 塗布聚合物介電層於基體上的步驟之前，沈積一金屬 層於該基體的步驟。 7. —種用以從半導體晶圓上除去阻擋體的糸統，包括： 反應器； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、1Τ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（21〇Χ2ς»7公釐） 其中該晶圓被偏 進一步包括一溫 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 位於該反應器内，具有聚合物介電層的晶圓； 位於該反應器内的氧等離子產生器；以及 晶圓偏壓装置，用以各向異性地將離子從等離子 導向該晶圓。 8 .如申請專利範圍第7項所述之系统，進一步包括位於 該反應器内的感測器，用以檢測阻擋體何時被除去。 9.如申請專利範圍第8項所述之系統，其中該系統在該 感測器檢測到完成阻擋體的去除之後即關閉。 10 .如申請專利範圍第7項所述之系統，其中該氧等離子 產生器位於該反應器附近。 Π ·如申請專利範圍第7項所述之糸统 壓接地。 12.如申請專利範圍第7項所述之系統 度控制器。 ^3.如申請專利範圍第12項所述之系統，其中該溫度控制 器保該系統之操作溫度於一 4 0 °C與2 〇。(：之間。 14. 一種用以從半導體晶圓上去除阻擋體的方法，包括以下 步驟： 將該晶圓偏壓；K及 Μ氧等離子去除該阻擋體。 工5 ·如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該去除步驟 在~ 4 0 t：至2 0 的溫度範圍内進行。 16.如申請專利範圍第14項所述之方法，進—步包括以下 步驟： n —^1 In ^^^1 —^1· In i 0¾ 、-α (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 輕濟部中央榡準局貝工消費合作社印製

   A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 感測去除步驟何時完成；κ及 停止該去除步驟。 17.如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該半導體晶 體包括聚合物介電層。 1δ.如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該聚合物介 電層包括至少重量為1◦%的聚合物。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -15 -本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）