專利名稱：拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拋光方法，具體而言，是涉及將通過(guò)作為層間絕緣膜的低介電常數(shù)膜形成的抗蝕劑拋光時(shí)可降低層間絕緣膜的膜性質(zhì)變化的拋光方法。
背景技術(shù)：
隨著近年來(lái)半導(dǎo)體器件的細(xì)微化，半導(dǎo)體器件中的布線間電容增大，存在隨之而來(lái)的信號(hào)延遲的重要問(wèn)題。
作為降低布線間電容的方法，例如有在布線層間使用的層間絕緣膜中采用低介電常數(shù)膜的方法。
但是，低介電常數(shù)膜被曝露于拋光等等離子體中時(shí)，膜性質(zhì)容易發(fā)生變化。例如，通過(guò)拋光處理來(lái)去除為了在由低介電常數(shù)膜構(gòu)成的層間絕緣膜上進(jìn)行孔蝕刻等而形成的抗蝕劑圖案時(shí)，作為降低層間絕緣膜的介電常數(shù)的來(lái)源的膜中的Si-H鍵或Si-CH3鍵在拋光中被切斷，在該部分中產(chǎn)生Si-OH鍵。由于這種膜性質(zhì)的變化，介電常數(shù)上升，孔電阻上升，并且導(dǎo)致布線電容增大、信號(hào)延遲，器件的性能惡化。
因此提出抑制層間絕緣膜中因拋光處理引起的介電常數(shù)的上升的各種方法。
例如，在特開(kāi)2000-77410號(hào)公報(bào)中揭露了一種方法，在單頁(yè)式拋光裝置中，通過(guò)拋光去除形成于低介電常數(shù)膜上的抗蝕劑掩膜的情況下，將拋光的壓力控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，進(jìn)行離子為主的拋光處置。
另外，在特開(kāi)平11-87332號(hào)公報(bào)中揭露了一種方法，即使在O2拋光處理中切斷Si-H鍵或Si-CH3鍵，也可通過(guò)后續(xù)的曝露于H2等離子體中來(lái)使切斷的Si-H鍵恢復(fù)。
但是，在壓力控制為主的拋光處理方法中，因?yàn)殡x子化能量控制的上限，所以用壓力控制不能得到必要的離子化能量，不能通過(guò)低介電常數(shù)膜的種類來(lái)充分抑制介電常數(shù)的上升。
另外，在O2拋光處理之后曝露于H2等離子體中的方法，因?yàn)樽芳恿似芈队贖2等離子體中的步驟，所以處理時(shí)間延長(zhǎng)，導(dǎo)致制造成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種拋光方法，不會(huì)導(dǎo)致制造成本的增加，可有效抑制低介電常數(shù)膜的介電常數(shù)的上升。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種拋光方法，將通過(guò)絕緣膜形成的具有抗蝕劑掩膜的襯底保持在拋光裝置的室內(nèi)，施加RF功率，使導(dǎo)入室內(nèi)的含氧的氣體活化，同時(shí)，對(duì)所述襯底側(cè)施加RF功率，進(jìn)行所述抗蝕劑掩膜的拋光。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是本發(fā)明的拋光方法中使用的拋光裝置的主要部件的示意剖面圖。
圖2是表示進(jìn)行本發(fā)明的拋光方法前后的層間絕緣膜的FT-IR波形的圖。
圖3是表示本發(fā)明拋光方法中使偏壓電源變化的情況下的層間絕緣膜的介電常數(shù)的變化的圖表。
圖4是表示未施加偏壓電源來(lái)拋光抗蝕劑時(shí)的層間絕緣膜的FT-IR波形的圖。
圖5是現(xiàn)有的拋光方法中使用的拋光裝置的主要部件的示意剖面圖。
圖6是使用現(xiàn)有的拋光裝置來(lái)進(jìn)行拋光前后的層間絕緣膜的FT-IR波形的圖。
優(yōu)選實(shí)施方式本發(fā)明的拋光方法是一種為去除至少在襯底上通過(guò)絕緣膜形成的抗蝕劑掩膜來(lái)進(jìn)行的方法。
作為可在本發(fā)明中使用的襯底通常為用于制造半導(dǎo)體器件的所有襯底，例如玻璃襯底、塑料襯底、半導(dǎo)體襯底、半導(dǎo)體晶片等。具體而言，例如元素半導(dǎo)體(硅、鍺等)襯底、化合物半導(dǎo)體(GaAs、ZnSe、硅鍺等)襯底等各種襯底、SOI、SOS等襯底、元素半導(dǎo)體晶片(硅等)、石英襯底、塑料(聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰亞胺等)等?？稍谠撘r底上形成晶體管、電容、電阻等元件、包含這些元件的電路、層間絕緣膜、布線層等。
作為形成于襯底上的絕緣膜，例如通常形成為層間絕緣膜，最好是低介電常數(shù)膜。這里，所謂低介電常數(shù)例如介電常數(shù)為3.5以下的膜。具體而言，用氮化硅膜或CVD法形成的SiO2膜、SiOF膜、SiOC膜或CF膜、或由涂布形成的HSQ(hydrogen silsesquioxane)膜(無(wú)機(jī)系列)、MSQ(methyl silsesquioxane)膜、PAE(polyarylene ether)膜、BCB膜、滲透膜或CF膜或多孔膜等。并不特別限定該絕緣膜的膜厚，例如為4000-10000左右。
抗蝕劑掩膜包含由半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中通常使用的抗蝕劑形成的全部掩膜，例如電子束用或X射線用的負(fù)型抗蝕劑(環(huán)化順式-1、4-聚-2甲基丁二烯、聚桂皮酸乙烯基等)或正型抗蝕劑(酚醛清漆)、遠(yuǎn)紫外線抗蝕劑(聚甲基丙烯酸甲酯、t-Boc)、離子束用抗蝕劑等各種抗蝕劑的掩膜。具體而言，乙?；刮g劑(TDUR-P015)、退火(TMX-1191Y)、混合抗蝕劑(SPR550)等?？刮g劑掩膜的膜厚并不特別限定，例如為7000-9000左右。
本發(fā)明中可使用的拋光裝置，例如是一般使用的拋光裝置，并不特別限定，只要是活化導(dǎo)入的氣體、最好為了等離子體化而施加RF功率、同時(shí)，如果是被蝕刻襯底側(cè)施加RF功率的拋光裝置，例如圓筒型、平行平板型、六極管型、有磁場(chǎng)RIE型、有磁場(chǎng)微波型、微波型、ECR型等各種形狀原理的拋光裝置。具體而言，如圖1所示，例如至少由真空室、形成于真空室內(nèi)的下方的下部電極、在真空室一側(cè)施加用于活化氣體的RF功率的電源和在襯底側(cè)施加RF功率的電源構(gòu)成的拋光裝置。在這種裝置中，也可在真空室的外圍形成上部電極，或配置等離子體生成用的線圈(電磁線圈等)，在真空室一側(cè)施加用于活化氣體的RF功率的電源最好僅連接于真空室上，或連接于真空室和上部電極或線圈等上。另外，下部電極最好具有保持襯底的機(jī)構(gòu)，并且，最好具有控制襯底溫度的機(jī)構(gòu)。在襯底側(cè)施加RF功率的電源最好與下部電極連接。
本發(fā)明的拋光方法通常向室內(nèi)導(dǎo)入包含氧氣體，向室等施加RF功率，使氣體活化、例如等離子體化。導(dǎo)入的具有氧的氣體只要是對(duì)形成于襯底上的絕緣膜(低介電體膜)的膜性質(zhì)等沒(méi)有壞影響即可，可以是基本上純凈的氧氣、臭氧氣體、其混合氣體、或向這些氣體中添加N2氣體、CF4氣體等氣體的混合氣體。包含氧原子的氣體例如適于以50-500 SCCM左右、100-250 SCCM左右導(dǎo)入。
為了活化導(dǎo)入室內(nèi)的氣體而施加的RF功率不特別限定，考慮上述導(dǎo)入氣體的種類、數(shù)量、速度等，適宜的范圍為1000W以下、例如100-1000W的范圍。
另外，施加在襯底側(cè)的RF功率最好通過(guò)保持襯底的下部電極來(lái)施加于襯底上，當(dāng)考慮上述導(dǎo)入氣體的種類、數(shù)量、速度、為活化導(dǎo)入室內(nèi)的氣體而施加的RF功率等時(shí)，適宜的范圍為150W以上、200W以上、250W以上、250-450W。
在本發(fā)明中，最好將活化含氧的氣體用的RF功率(Ws)和施加到晶片側(cè)的RF功率(Wb)的比(Ws/Wb)控制在預(yù)定以下，例如，適宜范圍為5以下、4以下、0.22-4。從其它觀點(diǎn)看，Ws/Wb最好設(shè)定成在拋光前后絕緣膜的介電常數(shù)的變化率，在10％以下、8％以下、5％以下。
本發(fā)明拋光方法中的拋光處理時(shí)間設(shè)定為上述條件等來(lái)進(jìn)行抗蝕劑的拋光時(shí)，基本上沒(méi)有抗蝕劑的拋光殘留物，最好將抗蝕劑正下方的絕緣膜的過(guò)刻蝕可限定到最小，設(shè)定成基本完全去除抗蝕劑。具體而言，例如1.5-5分鐘左右。
在本發(fā)明中，如上所述，襯底最好由下部電極保持，拋光中的下部電極的溫度最好為50℃以下、35℃以下、25℃以下、20℃以下。襯底溫度例如通過(guò)將保持襯底的下部電極的溫度設(shè)定為上述溫度，而實(shí)質(zhì)上可將襯底本身的溫度設(shè)定為上述溫度附近。
下面參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的拋光方法。
在本實(shí)施例的拋光方法中，使用圖1所示的拋光裝置。該拋光裝置主要包括在外圍上設(shè)置等離子體生成用線圈1的真空室5、形成于真空室5內(nèi)的下方的下部電極3、向這些等離子體生成用線圈1和真空室5上施加電壓的電源2、向下部電極3施加電壓的電源6和控制下部電極3的溫度的舵桿7。在下部電極3上保持被蝕刻晶片4。
在半導(dǎo)體晶片上涂布形成膜厚為400-1000nm左右的低介電常數(shù)膜的MSQ的HOSP(hydride Organo Siloxane Polymer、介電常數(shù)2.5-2.7)膜，以作為層間絕緣膜，在該膜上涂布700-900nm左右的抗蝕劑(例如縮醛抗蝕劑)。在抗蝕劑中形成預(yù)定形狀的開(kāi)口，以該抗蝕劑作掩膜，在層間絕緣膜中形成至半導(dǎo)體晶片表面的孔。將得到的半導(dǎo)體晶片保持在上述拋光裝置的下部電極3上，進(jìn)行晶片上的抗蝕劑的拋光。
將下部電極(襯底)的溫度設(shè)為20℃，在RIE膜式下，以200SCCM導(dǎo)入氧氣、壓力設(shè)為200mT左右、將電源2的等離子體生成用RF功率設(shè)定為1000W、將控制向電源6的晶片離子注入的能量的RF功率設(shè)定為200W時(shí)，進(jìn)行2.5分鐘左右的拋光。
通過(guò)這種拋光，測(cè)定基本完全去除抗蝕劑后的層間絕緣膜的傅立葉變換紅外分光法(FT-IR)波形。結(jié)果如圖2(粗線)所示。在圖2(虛線)中同時(shí)表示進(jìn)行拋光處理前的同一層間絕緣膜的FT-IR波形。
根據(jù)圖2，在拋光前后，波形基本未變化，認(rèn)為膜性質(zhì)未變化。即，認(rèn)為表示抑制Si-H鍵等的介電常數(shù)的鍵的波長(zhǎng)峰值未減少，另外，認(rèn)為表示促進(jìn)介電常數(shù)上升的H-OH鍵的波長(zhǎng)峰值也基本未增加。
通過(guò)向襯底側(cè)施加RF功率，可容易向襯底中注入氧離子，由此在層間絕緣膜的表面上形成SiO膜，將該膜用作保護(hù)膜，認(rèn)為可抑制層間絕緣膜的膜性質(zhì)變化。
另外，除了將拋光條件變更為下部電極溫度為20℃、電源2的等離子體生成用RF功率為1000W或100W，控制向電源6的晶片注入離子的能量的RF功率為100-450W以外，其余與上述條件設(shè)定相同時(shí)，測(cè)定層間絕緣膜的介電常數(shù)的變化。圖3中示出其結(jié)果。圖3中黑圓點(diǎn)表示電源2的等離子體生成用RF功率為1000W，黑方塊表示RF功率為100W。
根據(jù)圖3，在為了活化導(dǎo)入室內(nèi)的氣體而施加的RF功率為1000W時(shí)，通過(guò)將施加到襯底側(cè)的RF功率設(shè)為150W以上，拋光前后的絕緣膜的介電常數(shù)的變化率為10％以下，當(dāng)設(shè)定為190W以上時(shí)，變化率為8％以下，當(dāng)設(shè)定為250W以上時(shí)，變化率為5％以下。
另外，為了比較，將下部電極的溫度設(shè)為20℃，RIE膜式下拋光、電源2的等離子生成用RF功率設(shè)定為1000W，測(cè)定在施加控制向電源6的晶片注入離子的能量的RF功率時(shí)的FT-IR波形。其結(jié)果如圖4(粗線)所示。圖4(虛線)來(lái)同時(shí)表示了進(jìn)行拋光處理前的同一層間絕緣膜的FT-IF波形。
根據(jù)圖4，通過(guò)將下部電極降低至20℃，如后所述，可將出現(xiàn)在通過(guò)250℃高溫下的拋光而生成的波長(zhǎng)3500附近的H-OH鍵強(qiáng)度0.0349降低到0.0222、即2/3左右，可抑制介電常數(shù)的上升。
另一方面，如圖5所示，使用包括在外圍上設(shè)置等離子體生成用線圈1的真空室5、形成于真空室5內(nèi)的下方的下部電極3、向這些等離子體生成用線圈1和真空室5上施加電壓的電源2和控制下部電極3的溫度的舵桿構(gòu)成的、未設(shè)置向下部電極3施加電壓的電源的下流型拋光裝置，將下部電極的溫度設(shè)為250℃，將電源2的等離子體生成用RF功率設(shè)定為1000W來(lái)拋光與上述相同的層間絕緣膜。通過(guò)該拋光基本完全去除抗蝕劑后，測(cè)定層間絕緣膜的FT-IR波形。結(jié)果如圖6(粗線)所示。在圖6(虛線)中同時(shí)表示拋光處理前的同一層間絕緣膜的FT-IF波形。
根據(jù)圖6，在處理前的波形中，雖然在有關(guān)介電常數(shù)降低的波長(zhǎng)3000附近出現(xiàn)C-H鍵，在2300附近出現(xiàn)Si-H鍵，在1300附近出現(xiàn)Si-C鍵，但在處理后這些波長(zhǎng)全部減少，相反，在有關(guān)介電常數(shù)上升的3500附近明顯出現(xiàn)H-OH鍵，可知膜性質(zhì)發(fā)生變化。因?yàn)椴荒塥?dú)立于下部電極來(lái)施加RF功率，所以認(rèn)為不能夠控制抑制介電常數(shù)上升所必需的離子的能量。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，將具有通過(guò)絕緣膜形成的抗蝕劑掩膜的襯底保持在拋光裝置的室內(nèi)，施加RF功率，使導(dǎo)入室內(nèi)的包含氧氣體活化，同時(shí)，向所述襯底側(cè)施加RF功率，進(jìn)行所述抗蝕劑掩膜的拋光，故可抑制因拋光引起的絕緣膜的介電常數(shù)上升，抑制因布線間電容增大引起的信號(hào)延遲，還可使裝置性能提高。
特別是，通過(guò)將施加在襯底側(cè)的RF功率(Wb)控制在預(yù)定以上，或者將用于活化含氧的氣體的RF功率(Ws)和施加到襯底側(cè)的RF功率(Wb)的比(Ws/Wb)控制在預(yù)定以下，并且通過(guò)將襯底保持在電極上，并將該電極設(shè)定在20℃以下，可更有效抑制因拋光引起的絕緣膜的介電常數(shù)的上升。因此，可防止例如在將低介電常數(shù)膜用作絕緣膜的半導(dǎo)體器件中的孔或波形花紋溝槽步驟中孔蝕刻后或波形花紋溝槽的溝加工后的掩膜抗蝕劑的拋光引起的絕緣膜的膜性質(zhì)變化，進(jìn)而降低絕緣膜的介電常數(shù)變化。
權(quán)利要求
1.一種拋光方法，其特征在于包括下列步驟將通過(guò)絕緣膜形成的具有抗蝕劑掩膜的襯底保持在拋光裝置的室內(nèi)；施加RF功率，使導(dǎo)入室內(nèi)的含有氧的氣體活化，同時(shí)，對(duì)所述襯底側(cè)施加RF功率，以便對(duì)所述抗蝕劑掩膜進(jìn)行拋光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光方法，其特征在于將施加在襯底上的RF功率(Wb)控制在預(yù)定值或預(yù)定值以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拋光方法，其特征在于RF功率(Wb)為150W或150W以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光方法，其特征在于將用于活化含氧原氣體的RF功率(Ws)控制在1000W或1000W以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光方法，其特征在于將用于活化含氧氣體的RF功率(Ws)和施加到襯底上的RF功率(Wb)的比(Ws/Wb)控制在預(yù)定值或預(yù)定值以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的拋光方法，其特征在于該比例(Ws/Wb)為5或小于5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光方法，其特征在于該比例(Ws/Wb)的設(shè)定要使拋光前后絕緣膜介電常數(shù)的變化率為10％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光方法，其特征在于將襯底設(shè)于20℃左右或低于20℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光方法，其特征在于在襯底上形成的絕緣膜是低介電常數(shù)膜，其介電常數(shù)為3.5或小于3.5。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光方法，其特征在于將用于活化含氧氣體的RF功率由第一電源提供和施加到襯底上的RF功率通過(guò)室內(nèi)形成的低電極由第二電源提供。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的拋光方法，其特征在于所述低電極支撐所述襯底并被控制具有一預(yù)定的溫度以使襯底保持在這一溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光方法，其特征在于所述含有氧氣體是氧氣、臭氧氣、其混合氣體、或上述氣體之一或兩者與N2氣體或CF4氣體之混合氣體。
全文摘要
提供一種拋光方法,不會(huì)導(dǎo)致制造成本的增加,可有效地抑制低介電常數(shù)膜的介電常數(shù)的上升。該拋光方法如下:將具有通過(guò)絕緣膜形成的抗蝕劑掩膜的襯底保持在拋光裝置的室內(nèi),施加RF功率,使導(dǎo)入室內(nèi)的含氧的氣體活化,同時(shí)向所述襯底側(cè)施加RF功率,進(jìn)行所述抗蝕劑掩膜的拋光。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK1358610SQ01130249
公開(kāi)日2002年7月17日 申請(qǐng)日期2001年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月15日
發(fā)明者西田貴信 申請(qǐng)人:夏普公司