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DE102004017533A1 - Method for etching porous dielectric - Google Patents

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DE102004017533A1
DE102004017533A1 DE102004017533A DE102004017533A DE102004017533A1 DE 102004017533 A1 DE102004017533 A1 DE 102004017533A1 DE 102004017533 A DE102004017533 A DE 102004017533A DE 102004017533 A DE102004017533 A DE 102004017533A DE 102004017533 A1 DE102004017533 A1 DE 102004017533A1
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etching
gas flow
etch
plasma
wafer
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Application number
DE102004017533A
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German (de)
Inventor
Joon Chai Blackwood Yeoh
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Aviza Europe Ltd
Original Assignee
Aviza Europe Ltd
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ätzen eines porösen Dielektrikums. Das Verfahren umfasst Plasmaätzen der dünnen Schicht in einer Plasmaätzkammer mit CF¶4¶, H¶2¶ und einem Edelgas, wobei das Verhältnis von CF¶4¶-Gasfluss zu H¶2¶-Gasfluss zwischen 1,33 : 1 und 2,7 : 1 beträgt und der Edelgasfluss größer als etwa 42% des gesamten Gasflusses in der Plasmakammer ist.The invention relates to a method for etching a porous dielectric. The method comprises plasma etching the thin layer in a plasma etching chamber with CF¶4¶, H¶2¶ and a noble gas, wherein the ratio of CF¶4¶ gas flow to H¶2¶ gas flow is between 1.33: 1 and 2, 7: 1 and the noble gas flow is greater than about 42% of the total gas flow in the plasma chamber.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Ätzen einer porösen Dielektrikum-Schicht, welche einen Teil eines Verbindungsaufbaus auf einem Substrat, wie beispielsweise einem Wafer oder einem Mehrchipmodul, ausbildet. Die Erfindung betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, ein Verfahren zum Ätzen einer porösen Dielektrikum-Schicht, welche einen Teil einer Dualdamaszen-Struktur ausbildet. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Ätzen des oberen Teils einer Dualdamaszen-Struktur.The This invention relates to methods for etching a porous dielectric layer, which forms part of a connection structure on a substrate, such as for example, a wafer or a multi-chip module is formed. The invention is particularly, but not exclusively, contemplated Method of etching a porous dielectric layer, which forms part of a dual damascene structure. The invention in particular relates to a method for etching the upper part of a Dualdamaszen structure.

Um die RC-Produkte in Verbindungsschichten zu reduzieren, ist es erforderlich, die kapazitive Kopplung zwischen benachbarten Leitern zu reduzieren. Es sind daher Werkstoffe mit niedriger Dielektrizitätskonstante (k) wünschenswert, und es ist bekannt, dass ein Vakuumsspalt den niedrigsten Wert k = 1 hat. Ein bekanntes Verfahren zur Reduktion des k-Wertes bei großen Isolatoren ist das Einführen einer Porosität derart, dass eine Matrix aus Werkstoff und Ausnehmungen vorhanden ist, wodurch sich k auf einen Wert reduziert, der kleiner ist als der von der Matrix.Around to reduce the RC products in tie layers, it is necessary to reduce the capacitive coupling between adjacent conductors. It is therefore materials with low dielectric constant (k) desirable and it is known that a vacuum gap has the lowest value k = 1 has. A known method for reducing the k value in huge Insulators is insertion a porosity such that a matrix of material and recesses present is, which reduces k to a value smaller than the one from the matrix.

Derartige poröse Werkstoffe zeigen zahlreiche Probleme bei der Integration in praktische Vorrichtungen, und eine zusätzliche Komplexität ergibt sich dadurch, dass immer kleinere Strukturen erforderlich sind. Bis heute wurden keine porösen Dielektrika erfolgreich in bekannte Vorrichtungen bei deren Massenherstellung für den öffentlichen Verkauf integriert.such porous Materials show numerous problems in the integration into practical Devices, and an additional complexity This results from the fact that ever smaller structures are required are. To date, have not been porous Dielectrics successful in known devices in their mass production for the public Sales integrated.

Beispielsweise gibt es bei Knotenpunkten der 65 Nanometer Technologie ein Potential-Integrationsschema, wodurch die Gesamtdicke des Dualdamaszen-Dielektrikums ohne darin befindliche Ätzstoppschicht abgelagert wird. Der Graben wird dann für eine zeitlich gesteuerte Dauer in das Dielektrikum hinein geätzt, und nach einem teilweisen Eindringen in die Dicke des Dielektrikums wird das Ätzen beendet. Jenseits und über die wohlbekannten, wünschenswerten Aspekte des anisotropen Ätzens hinaus gibt es die zusätzliche Notwendigkeit, dass der Boden des geätzten Grabens glatt bzw. eben ist. Dies ist offensichtlich eine große Herausforderung, wenn das Dielektrikum porös ist (d. h. Ausnehmungen enthält). Wenn die Ausnehmungen sehr klein sind, dann ist das Stoppen in dem Dielektrikum mit Ausnehmungen in gewisser Hinsicht akzeptabel, wobei ein "Heilen" ("healing") dieser Ausnehmungen ebenfalls wünschenswert ist.For example there is a potential integration scheme at nodes of 65 nanometer technology, thereby depositing the total thickness of the dual damascene dielectric with no etch stop layer therein becomes. The trench is then for etched a time-controlled duration into the dielectric, and after a partial penetration into the thickness of the dielectric is the etching completed. Beyond and beyond well-known, desirable Aspects of Anisotropic Etching There is the additional Need for the bottom of the etched trench to be smooth is. This is obviously a big challenge if that Dielectric porous is (i.e., contains recesses). If the recesses are very small, then stopping is in the Dielectric with recesses acceptable in some respects, wherein a "healing" of these recesses also desirable is.

Die Anmelder haben ein poröses Dielektrikum entwickelt, welches als OrionTM bekannt ist und in verschiedenen Patentanmeldungen im Namen der Anmelder beschrieben ist, beispielsweise in WO/03/009364. Dieser Werkstoff hat einen k-Wert im Bereich von 1,8 bis 2,6 und ist derzeit in der Erprobung für die Integration in 65 Nanometer (und kleiner 65 Nanometer) Entwurfsregellogikvorrichtungen ("design rule logic devices") mit einem k-Wert von 2,2 bis 2,5. Dieser Werkstoff wurde in dieser Erfindung geätzt, obwohl die Erfindung beliebige poröse Kohlenstoff dotierte Siliziumdioxid-Dielektrika mit niedrigem k-Wert betrifft, wie beispielsweise ein Werkstoff vom SiCOH-Typ. Typischerweise weisen derartige Kohlenstoff dotierte Oxide Methyl-Gruppen auf, die in diesen enthalten sind. Die Kohlenstoffkonzentrationen (und damit auch die Wasserstoffkonzentrationen) können variiert werden, wobei höhere Konzentrationen unter bestimmten Umständen zu Porosität führen.Applicants have developed a porous dielectric known as Orion and described in various patent applications in the name of the Applicants, for example in WO / 03/009364. This material has a k-value in the range of 1.8 to 2.6 and is currently undergoing testing for integration in 65 nanometers (and less than 65 nanometers) design rule logic devices with a k-value of 2.2 to 2.5. This material was etched in this invention, although the invention relates to any low-k porous carbon doped silicon dioxide dielectrics, such as a SiCOH type material. Typically, such carbon-doped oxides have methyl groups contained therein. The carbon concentrations (and hence the hydrogen concentrations) can be varied, with higher concentrations resulting in porosity under certain circumstances.

Es ist zu betonen, dass diese Anmeldung nicht geätzte Seitenwände betrifft. Es ist bekannt, zum Erzielen eines anisotropen (gerichteten) Ätzens Polymer auf Sei tenwände abzulagern, um diese vor dem chemischen Angriff zu schützen, während ein Beschießen der Ätzfront (Boden des Grabens) diese Schutzschicht entfernt und dadurch ein abwärts gerichtetes Ätzen ermöglicht. Nach dem Ätzen werden der Fotolack und Reste des Polymers entfernt.It It should be emphasized that this application concerns unetched sidewalls. It is known to achieve anisotropic (directional) etching of polymer on side walls deposit to protect them from chemical attack while a bombard the etching front (Bottom of the trench) removes this protective layer and thereby a down directed etching allows. After etching The photoresist and remnants of the polymer are removed.

Es versteht sich ferner, dass in nahezu allen Fällen durch Werkstoffschichten, welche eine Zwischenschicht ausbilden, vollständig hindurch geätzt wird, so dass der Ätzprozess an einer "Ätzstopp"-Schicht oder jeder anderen Schicht, die von dem verwendeten Ätzmittel langsamer geätzt wird als die zu ätzende Schicht, stoppt. Es ist in gewisser Weise ungewöhnlich, das Ätzen vor dem vollständigen Durchätzen einer Schicht zu beenden, jedoch ist das Eliminieren einer Ätzenstopp-Schicht in höchstem Maße wünschenswert, da dies den effektiven k-Wert der Struktur reduziert und die Anzahl der Grenzschichten zwischen den Schichten verringert. Die Anmelder haben herausgefunden, dass, was möglicherweise nicht überraschend ist, ein rauer Grabenboden ausgebildet wird, wenn ein derartiges Teilätzen auf einem porösen Dielektrikum ausgeführt wird. Dies ist aus 1(a) und 1(b) ersichtlich.It is further understood that in almost all cases material layers forming an interlayer completely etch through it, such that the etch process is etched more slowly on an "etch stop" layer or any other layer etched by the etchant used than that of FIG corrosive layer, stops. It is somewhat unusual to terminate the etch prior to full etch of a layer, however, eliminating an etch stop layer is highly desirable because it reduces the effective k-value of the structure and reduces the number of interfaces between layers , Applicants have discovered that, which may not be surprising, a rough trench bottom is formed when such partial etching is performed on a porous dielectric. This is off 1 (a) and 1 (b) seen.

1(a) und (b) zeigen raue Ätzfronten in einem Rasterelektronenmikroskopbild nach Teilätzen unter Verwendung von CF4- und CH2F2-Gasen bei 1250 Watt Plasmaleistung einer Helikonquelle (helicon source), 400 W Platten(Wafer)-Vorspannleistung, 2 mTorr, mit Wafer-Helium-Gegendruck von 15 Torr (was eine Wafer-Oberflächentemperatur von etwa 90 bis 100°C ergibt, wie durch temperatursensitive Etiketten angezeigt) in einer MORITM-Prozesskammer, wie sie von den Anmeldern geliefert wird. 1 (a) and (B) show rough etching fronts in a scanning electron microscope image after partial etching using CF 4 and CH 2 F 2 gases at 1250 Watt plasma power of a helicon source, 400 W plate (wafer) biasing capacity, 2 mTorr, with wafer-helium backpressure of 15 torr (giving a wafer surface temperature of about 90 to 100 ° C, as indicated by temperature-sensitive labels) in a MORI process chamber, such as it is supplied by the applicants.

1(a) zeigt eine Dualdamaszen-Struktur. Die geätzte poröse Oxidoberfläche ist mit 1 bezeichnet. 1 (a) shows a dual damascene structure. The etched porous oxide surface is with 1 designated.

Es existiert daher ein Bedarf für einen verbesserten Ätzprozess, um einen glatten Boden eines geätzten Merkmals, welches innerhalb einer Kohlenstoff dotierten porösen dielektrischen Schicht aus Siliziumoxid hergestellt wird, zur Verfügung zu stellen.It There is therefore a need for an improved etching process, around a smooth bottom of an etched Feature which is within a carbon doped porous dielectric Layer made of silicon oxide is available too put.

Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ätzen einer dünnen, Kohlenstoff dotierten dielektrischen Schicht vom Siliziumdioxid-Typ, umfassend Plasmaätzen der dünnen Schicht in einer Plasma-Ätzkammer mit CF4H2 und einem Edelgas, wobei das Verhältnis von CF4-Gasstrom zu H2-Gasstrom zwischen 1,33 : 1 und 2,7 : 1 liegt und der Edelgasstrom größer ist als etwa 42% des gesamten Gasstromes durch die Plasmakammer.In one aspect, the invention relates to a method of etching a thin, carbon-doped silicon dioxide type dielectric layer comprising plasma etching the thin layer in a plasma etch chamber with CF 4 H 2 and a noble gas, wherein the ratio of CF 4 gas flow to H 2 gas flow is between 1.33: 1 and 2.7: 1 and the noble gas flow is greater than about 42% of the total gas flow through the plasma chamber.

Gemäß einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Plasmaätzen einer porösen dielektrischen Schicht aus Kohlenstoff dotierten Siliziumoxid-Werkstoff, wie ein SiCOH-Werkstoff, mit den folgenden gewünschten Charakteristiken zur Verfügung: Charakteristik erzieltes Resultat Ätztiefe 40–70% der Dünnschichtdicke Ätzrate 200–500 nm/min Selektivität zum Fotolack größer als 5 : 1 ARDE-Prozentsatz (ARDE = Aspect Ratio Dependent Etchrate; seitenverhältnisabhängige Ätzrate: die Differenz der Ätzrate bei Merkmalen (features) mit unterschiedlichem Seitenverhältnis) weniger als 5% Micro-Trenching nicht sichtbar in einem Elektromikrograph Rauigkeit nicht sichtbar in einem Elektromikrograph, wenn die Oberfläche in Aufsicht oder mit 45° Glanzwinkel betrachtet wird (mit minimaler Vergrößerung von 20.000) In another aspect, the invention provides a method of plasma etching a porous dielectric layer of carbon doped silica material, such as a SiCOH material, with the following desired characteristics: characteristics achieved result etch depth 40-70% of the thin film thickness etching rate 200-500 nm / min Selectivity to the photoresist greater than 5: 1 ARDE percentage (ARDE = aspect ratio dependent etch rate; aspect ratio dependent etch rate: the difference in etch rate for features with different aspect ratio) less than 5% Micro-trenching not visible in an electrograph roughness not visible in an electrograph when the surface is viewed in top view or at 45 ° gloss angle (with a minimum magnification of 20,000)

Obwohl die Erfindung oben beschrieben wurde, versteht es sich, dass diese jedwede erfindungsgemäße Kombination von Merkmalen umfasst, welche oben oder in der nachfolgenden Beschreibung offenbart sind.Even though the invention has been described above, it is understood that these any combination according to the invention of features which are described above or in the following description are disclosed.

Die Erfindung kann auf unterschiedliche Weise ausgeführt werden, und nachfolgend werden beispielhaft bevorzugte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in:The The invention can be carried out in different ways, and below Exemplary preferred embodiments are with reference on the attached Drawings described. These show in:

1(a) und (b) Rasterelektronenmikroskopbilder (SEM) einer Ätzfront und Teilätzen unter Verwendung von CF4- und CH2F2-Gasen; 1 (a) and (B) Scanning electron micrographs (SEM) of an etching front and partial etching using CF 4 and CH 2 F 2 gases;

2(a), (b) und (c) analoge Ätzfronten unter Verwendung von CF4 und H2 mit zunehmenden Mengen von anwesendem Argon; 2 (a) . (B) and (C) analogous etching fronts using CF 4 and H 2 with increasing amounts of argon present;

3(a) die Ätzfront, welche sich bei einem nicht optimierten Prozess ergibt; 3 (a) the etch front, which results in a non-optimized process;

3(b) den Effekt eines teilweise auf Sauerstoff basierenden Abdeckschrittes auf den Werkstoff von 3(a); 3 (b) the effect of a partially oxygen-based covering step on the material of 3 (a) ;

4(a) und (b) den Effekt einer reduzierten Rückseitenkühlung; 4 (a) and (B) the effect of reduced backside cooling;

5(a) und (b) analoge SEM-Bilder für einen bestimmten Satz von Prozessbedingungen; 5 (a) and (B) analog SEM images for a particular set of process conditions;

6(a) und (b) das Ergebnis des Prozesses bei Verwendung einer reduzierten Kühlung für bestimmte Prozessbedingungen, welches mit 7 verglichen werden kann; 6 (a) and (B) the result of the process using reduced cooling for certain process conditions with 7 can be compared;

7 eine analoge Darstellung für denselben Prozess wie 6(a) und (b), jedoch mit erhöhter Kühlung; und 7 an analog representation for the same process as 6 (a) and (B) but with increased cooling; and

8(a) und (b) die Oberfläche der Ätzfront, bevor und nachdem ein Masken-Ätzen stattgefunden hat. 8 (a) and (B) the surface of the etch front before and after a mask etch has occurred.

Obwohl eine raue Ätzfront 1(a) und (b), wie sie sich in 5 zeigt, als nahe liegende Konsequenz der Porosität der dünnen Schicht betrachtet werden könnte, wurde beobachtet, dass die Oberflächenrauigkeit größer war als die mittlere Po rengröße von 1 bis 4 Nanometer. Dies legt nahe, dass die Rauhigkeit der Ätzfront nicht einfach des Ergebnis der Freilegung der Poren ist, und es wurde daher postuliert, dass ein verbesserter Ätzprozess zu einer glatteren Ätzfront/einem glatteren Boden des Grabens führen kann.Although a rough etching front 1 (a) and (B) how they are in 5 As it can be seen as an obvious consequence of the porosity of the thin film, it was observed that the surface roughness was larger than the average polymer size of 1 to 4 nanometers. This suggests that the roughness of the etch front is not simply the result of exposing the pores, and it has therefore been postulated that an improved etch process may result in a smoother etch front / trench bottom.

Anfänglich haben die Anmelder herausgefunden, dass Zugaben von Edelgas, wie beispielsweise Argon, die Glattheit der Ätzfront verbessern, wie in 2(a), (b) und (c) dargestellt.Initially, Applicants have found that noble gas additions, such as argon, improve the smoothness of the etch front, as in FIG 2 (a) . (B) and (C) shown.

Jeder der in 2 dargestellten Prozesse wurde in der oben erwähnten MORITM-Kammer mit einem Kammerdruck von 110 mT, einer nur auf die Waferplatte angewendeten Plasmaleistung von 700 W und einem Heliumgegendruck am Wafer von 15T ausgeführt (d.h. die Wafertemperatur betrug etwa 90-100°C).Everyone in 2 The above processes were carried out in the above-mentioned MORI chamber with a chamber pressure of 110 mT, a plasma power of 700 W applied to only the wafer plate and a helium back pressure on the wafer of 15T (ie, the wafer temperature was about 90-100 ° C).

Die bei den Beispielen gemäß 2(a), (b) und (c) verwendeten Gasflussraten betrugen:

Figure 00060001
The in the examples according to 2 (a) . (B) and (C) used gas flow rates were:
Figure 00060001

Bei 1 ist die Ätzfront/Bodenfläche des porösen Oxids zusehen, wobei bei (a) keine Zugabe von Argon erfolgte, bei (b) Argon hinzu gegeben wurde und bei (c) am meisten Argon einem reaktiven Ionenätzprozess von CF4 + H2 zugegeben wurde. Es wird sich zeigen, dass die Zugabe von Argon zu einer glatteren Ätzfront 1 führt, wobei die Ätzfront bei 2(c) am glattesten ist. Dies ist das genaue Gegenteil von dem Erwarteten, da man annehmen würde, dass ein Erhöhen der physikalischen Sputterätzkomponenten durch Hinzufügen eines schweren Edelgases die Rauigkeit der Ätzfront eines Werkstoffes mit nicht gleichförmiger Dichte erhöhen würde.at 1 is the etch front / bottom surface of the porous oxide, with no argon added at (a), argon added at (b), and most (c) argon added to a reactive ion etch process of CF 4 + H 2 at (c). It will be seen that the addition of argon leads to a smoother etching front 1 leads, with the etching front at 2 (c) is the smoothest. This is the exact opposite of what would be expected, since it would be expected that increasing the physical sputter etch components by adding a heavy noble gas would increase the roughness of the etch front of a non-uniform density material.

Der Prozess gemäß 2(c) ist immer noch nicht akzeptabel und zeigt beispielsweise bei 2 ausgeprägtes Mikrotrenching.The process according to 2 (c) is still not acceptable and shows for example 2 pronounced microtrenching.

Es ist zu betonen dass die Anmelder in allen Fällen aus folgenden Gründen eine Mischung aus CF4 und H2 anstatt dem sonst üblichen CF4/O2-Gemisch als Ätzgas gewählt haben.It should be emphasized that the Applicants have chosen a mixture of CF 4 and H 2 instead of the otherwise common CF 4 / O 2 mixture as the etching gas in all cases for the following reasons.

CF4 ist eine wohlbekannte und leicht zugängliche Fluorquelle und kann auf Grund seiner niedrigen Polymererzeugung mit niedrigeren Wafervorspannungsleistungen ätzen als andere bekannte Fluor enthaltende Ätzgase. Obwohl dünne Siliziumdioxid-Schichten im allgemeinen mit einem Gasgemisch aus CF4 und Sauerstoff geätzt werden, hat es sich herausgestellt, dass Sauerstoff aus dem Ätzprozess ausgeschlossen werden sollte, da die Anmelder annehmen, dass es zur Bildung von Methylgruppen in der dünnen Schicht kommen kann, welche von der dünnen Schicht durch das O2 abgestreift würden.CF 4 is a well-known and readily available source of fluorine and, due to its low polymer production, can etch with lower wafer bias powers than other known fluorine-containing etch gases. Although thin silicon dioxide layers are generally etched with a gas mixture of CF 4 and oxygen, it has been found that oxygen should be excluded from the etching process, as Applicants believe that methyl groups can form in the thin layer. which would be stripped off the thin layer by the O 2 .

Es wurde dann Wasserstoff wegen seiner Fähigkeit Fluor zu spülen, und erhöhter Selektivität auf Grund Unterdrückung der Ätzrate von Silizium in Vergleich mit Siliziumdioxid oder Karbid als zusätzliches Prozessgas ausgewählt. Wasserstoffplasma ist zum Heilen oder Behandeln von Werkstoffen der Anmelder gemäß GB-A-0020509 mit niedrigem k-Wert bekannt. Es ist bekannt, dass höhere Pegel von Wasserstoff nur einen begrenzten Effekt auf die Ätzrate von Siliziumdioxid haben und die Polymerisation erhöhen. Daher würde das Plasma Wasserstoffradikale direkt aus dem Wasserstoffgas anstatt von CH2F2-Gas zur Verfügung stellen.Hydrogen was then selected because of its ability to purge fluorine and increased selectivity due to suppression of the etch rate of silicon as compared to silicon dioxide or carbide as an additional process gas. Hydrogen plasma is used to heal or treat applicants' materials GB-A-0020509 known with low k value. It is known that higher levels of hydrogen have only a limited effect on the etch rate of silica and increase polymerization. Therefore, the plasma would provide hydrogen radicals directly from the hydrogen gas rather than CH 2 F 2 gas.

Argon wurde wegen seiner Fähigkeit, die Effektivität der Ionisation zu erhöhen, als schweres Edelgas ausgewählt (es können auch andere ausgewählt werden, wie beispielsweise Krypton oder Xenon).argon because of his ability the effectiveness to increase the ionization, selected as heavy noble gas (it can others are also selected such as krypton or xenon).

Beträchtliche DOE(Design of Experiment)-Experimente wurden dann durchgeführt, die zu der Schlussfolgerung führten, dass ein CF4 : H2-Verhältnis von 2 : 1 für diese Anwendung am besten ist und ein Bereich des Verhältnisses von CF4– zu H2-Gasfluss zwischen 1,33 : 1 und 2,7 : 1 akzeptabel ist.Considerable DOE (Design of Experiment) experiments were then performed, leading to the conclusion that a CF 4 : H 2 ratio of 2: 1 is best for this application and a range of the ratio of CF 4 to H 2 Gas flow between 1.33: 1 and 2.7: 1 is acceptable.

Dies ist eine ungewöhnlich hohe Wasserstoffkonzentration. Es wird im allgemeinen angenommen, dass in einem Gasgemisch aus CH4+ Wasserstoff die Ätzrate sowohl für Siliziumdioxid als auch für Silizium bei etwa 40% Wasserstoff in dem Gasgemisch aus CH4 + H2 auf Grund des Grades der Polymerisation auf etwa 0 abfällt.This is an unusually high concentration of hydrogen. It is generally believed that in a gas mixture of CH 4 + hydrogen, the etch rate for both silicon dioxide and silicon at about 40% hydrogen in the gas mixture of CH 4 + H 2 drops to about zero due to the degree of polymerization.

Es wurde weiterhin herausgefunden, dass für die verwendeten CH4- und H2-Flussraten die Argon-Flussrate wenigstens 90 sccm und vorzugsweise etwa 77% der gesamten Gasflussrate betragen sollte. Bei einem Prozess mit 80 sccm CF4 und 40 sccm Wasserstoff betrug die Argongas-Flussrate vorzugsweise 400 sccm und wenigstens 90 sccm.It has also been found that for the CH 4 and H 2 flow rates used, the argon flow rate should be at least 90 sccm and preferably about 77% of the total gas flow rate. In a process with 80 sccm of CF 4 and 40 sccm of hydrogen, the argon gas flow rate was preferably 400 sccm and at least 90 sccm.

In 3(a) ist ein weiterer, nicht optimierter Prozess dargestellt. Bei 1 ist die Ätzfront dargestellt und zeigt eine gewisse Oberflächenrauigkeit beispielsweise bei 4 und Mikrotrenching beispielsweise bei 2 nach vollständigem Ätzen in etwa 80 Prozent von Orion porösem SICOH-Werkstoff mit einem k-Wert von 2,2. ARDE ist kleiner als 2% (0,25 nm/1,25 μm-Strukturen), die Selektivität zu Fotolack 3 ist größer als 6 : 1 und die Ätzrate ist größer als 300 nm/min. Dieselbe Struktur gemäß 3(a) wurde dann einem teilweisen Sauerstoff basierten maskierten Abziehen unterzogen, und die Ergebnisse sind in 3(b) dargestellt. Wie ersichtlich, gibt es eine starke Rauigkeit auf dem geätzten Boden des Grabens.In 3 (a) is another, not optimized process shown. at 1 the etching front is shown and shows a certain surface roughness, for example 4 and microtrenching, for example, at 2 after complete etching into about 80 percent of Orion porous SICOH material with a k value of 2.2. ARDE is less than 2% (0.25 nm / 1.25 μm structures), the selectivity to photoresist 3 is greater than 6: 1 and the etch rate is greater than 300 nm / min. Same structure according to 3 (a) was then subjected to partial oxygen based masked stripping, and the results are in 3 (b) shown. As can be seen, there is a high roughness on the etched bottom of the trench.

Es hat sich herausgestellt, dass zum weiteren Verbessern der Resultate des Ätzens welches innerhalb der Dicke des porösen Kohlenstoff dotierten Oxids stoppt, zwei weitere Veränderungen notwendig sind. Erstens sollte der poröse SICOH-Werkstoff kleine Poren mit eng kontrollierter Verteilung aufweisen. Ein Werkstoff mit einer durchschnittlichen Porengröße im Bereich von 1 bis 4 Nanometer wird glatter geätzt als ein poröses Dielektrikum mit einer großen durchschnittlichen Porengröße beispielsweise von 4 bis 5 Nanometern und Poren mit einer Größe im Bereich von 2 nm bis 12 nm. Es hat sich ebenfalls gezeigt, dass die Wafertemperatur während des Ätzens die Oberflächenrauigkeit der Ätzfront beeinflusst.It has been found to further improve the results of the etching which is doped within the thickness of the porous carbon doped oxide stops, two more changes necessary. First, the porous SICOH material should have small pores with tightly controlled Have distribution. A material with an average Pore size in the range from 1 to 4 nanometers is etched smoother than a porous dielectric with a big one average pore size, for example from 4 to 5 nanometers and pores ranging in size from 2 nm to 12 nm. It has also been shown that the wafer temperature during etching the surface roughness the etching front affected.

Eine höhere Wafertemperatur führt zu einer glatteren Ätzfront. Die maximale Temperatur ist jedoch durch die Retikulation des Fotolacks begrenzt.A higher Wafer temperature leads to a smoother etching front. However, the maximum temperature is due to the reticulation of the photoresist limited.

Es ist notorisch schwierig, die Temperatur einer dünnen Schicht während eines Ätzprozesses (oder Ablagerungsprozesses) zu bestimmen, da es praktisch un möglich ist, diese zu messen. Es können Versuche zur Abschätzung unter Verwendung von die Temperatur anzeigenden Etiketten oder "SensarrayTM"-Wafern mit eingebetteten Thermopaaren durchgeführt werden, jedoch sind dies lediglich Näherungen. Es wurde jedoch festgestellt, dass eine Reduktion des Druckes von Helium an der Rückseite des elektrostatisch geklammerten Wafers (wodurch die thermische Kopplung des Wafers zu der verwendeten elektrostatischen Klammer reduziert wurde) die Glattheit der Ätzfront verbessert, wie in den 4(a) und (b) dargestellt. Dies sind Submikrostrukturen, die auf 86% der Orion Dünnschichtdicke geätzt wurden, wobei die Kühlmitteltemperatur der elektrostatischen Klammer auf –15°C gestellt ist. 4(a) zeigt das Ätzresultat mit 15 Torr Heliumdruck (ausreichend zum thermischen Koppeln des Wafers an die Klammer mit einem kleinen thermischen Gradienten) und 4(b) zeigt das Resultat mit 2 Torr. Wie ersichtlich, ist die Ätzfront 1 bei 4(b) glatter als bei 4(a).It is notoriously difficult to determine the temperature of a thin film during an etching (or deposition) process, since it is virtually impossible to measure it. There may be attempts to estimate using temperature-indicating labels or "Sensarray " wafers with embedded thermocouples, but these are only approximations. However, it has been found that reducing the pressure of helium on the backside of the electrostatically clamped wafer (thereby reducing the thermal coupling of the wafer to the electrostatic clamp used) improves the smoothness of the etch front, as in FIGS 4 (a) and (B) shown. These are submicron structures etched to 86% of the Orion thin film thickness with the coolant temperature of the electrostatic clamp set to -15 ° C. 4 (a) shows the etch result with 15 Torr helium pressure (sufficient to thermally couple the wafer to the clamp with a small thermal gradient) and 4 (b) shows the result 2 Torr. As can be seen, the etch front 1 at 4 (b) smoother than at 4 (a) ,

Temperatur abtastende Etiketten an der Oberfläche eines Wafers zeigen eine Wafer-Oberflächentemperatur von 93 bis 99°C für einen Druck von 15 Torr, –15°C Kühlmitteltemperatur und 143 bis 149°C für 2 Torr Helium-Rückseitendruck und –15°C Kühlmitteltemperatur.temperature scanning labels on the surface of a wafer show one Wafer surface temperature from 93 to 99 ° C for one Pressure of 15 Torr, -15 ° C coolant temperature and 143 to 149 ° C for 2 Torr helium backside printing and -15 ° C coolant temperature.

Eine akzeptable Wafer-Oberflächentemperatur für den Prozess dieser Erfindung wird daher auf über 100°C bestimmt, vorzugsweise liegt diese Temperatur in einem Bereich von 130°C bis 220°C, insbesondere zwischen 130 bis 170°C und besonders bevorzugt bei etwa 150°C (die obere Temperatur ist durch den Fotolack begrenzt, höhere Temperaturen sind andererseits wenigstens potenziell gleichermaßen bevorzugt).A acceptable wafer surface temperature for the Process of this invention is therefore determined to be above 100 ° C, preferably this temperature in a range of 130 ° C to 220 ° C, in particular between 130 up to 170 ° C and more preferably at about 150 ° C (the upper temperature is limited by the photoresist, higher On the other hand, temperatures are at least potentially equally preferred).

Der bevorzugte minimale Druck für den Prozess beträgt 80 mTorr. 5(a) und (b) zeigen die Oberflächenrauigkeit 4 der Ätzfront 1 für Gasflüsse von 70 sccm CF4, 30 sccm H2, 90 sccm Ar und einer Leitung von 700 W mit einem Wafer-Helium-Rückseitendruck von 15 T (Wafer "kalt").The preferred minimum pressure for the process is 80 mTorr. 5 (a) and (B) show the surface roughness 4 the etching front 1 for gas flows of 70 sccm CF 4 , 30 sccm H 2 , 90 sccm Ar and a 700 W line with a wafer-helium back pressure of 15 T (wafer "cold").

6(a) und (b) zeigen eine glatte Ätzfront 1 nach dem Ätzen mit einer höheren Wafer-Oberflächentemperatur (130 bis 170°C). Dies wird durch Reduzieren der Helium-Rückseitentemperatur auf 2 Torr erzielt, wodurch die thermische Kopp- lung zwischen Platte und Wafer herabgesetzt wird. Die Prozessbedingungen waren ansonsten: CF4 – 84 sccm; H2 – 42 sccm; Ar – 400 sccm; Druck 200 mT und Leistung 1.000 W. 6 (a) and (B) show a smooth etching front 1 after etching with a higher wafer surface temperature (130 to 170 ° C). This is achieved by reducing the helium backside temperature to 2 Torr, whereby the thermal coupling between plate and wafer is reduced. The process conditions were otherwise: CF 4 - 84 sccm; H2 - 42 sccm; Ar - 400 sccm; Pressure 200 mT and power 1,000 W.

7 zeigt rauere Ätzfronten nach dem Bearbeiten mit niedrigerer Wafer-Oberflächentemperatur (–10°C bis +99°C), wenn der Helium-Rückseitendruck 15 Torr beträgt. Hierbei waren die Prozessbedingungen im Wesentlichen identisch zu denen gemäß 6 mit leichten Veränderungen bei den Flussraten von CF4 und H2, die jeweils 82,55 sccm und 37,5 sccm betrugen. 7 shows rougher etch fronts after processing with lower wafer surface temperature (-10 ° C to + 99 ° C) when the helium backside pressure 15 Torr is. Here, the process conditions were substantially identical to those according to 6 with slight changes in the flow rates of CF 4 and H 2 , which were respectively 82.55 sccm and 37.5 sccm.

Um zu beweisen, dass die verbesserte Glattheit der Oberfläche der Ätzfront bei der Erfindung nicht auf Grund von Polymerresten auftritt, die die Ätzfront/den Boden bedecken, wurde nach dem Ätzen ein N2 + H2-Abstreifen verwendet, um den Fotolack zu entfernen. 8(a) zeigt die glatte Ätzfront 1 und den Fotolack 3 an seinem Platz nach dem heißen Ätzen. 8(b) zeigt die gleiche glatte Oberfläche der Ätzfront 1 nach einem Abstreifen mit einem N2 + H2-Plasma, um den Fotolack zu entfernen. Es bleibt kein sichtbarer Polymerrest zurück.To prove that the improved smoothness of the etching front surface in the invention is not due to polymer residues covering the etching front / bottom, an N 2 + H 2 stripe was used after the etching to remove the photoresist. 8 (a) shows the smooth etching front 1 and the photoresist 3 in its place after the hot etching. 8 (b) shows the same smooth surface of the etching front 1 after stripping with an N 2 + H 2 plasma to remove the photoresist. There is no visible polymer residue left.

Die Auswirkungen erster Ordnung eines jeden einzelnen Faktors können wie folgt zusammengefasst werden.The First order effects of each individual factor can be like will be summarized.

Figure 00100001
Figure 00100001

Die besten Prozessbedingungen zum teilweisen Ätzen eines SICOH-artigen Dielektrikums mit glatter Ätzfront sind daher:
Ätzgase: 80 sccm CF4, 40 sccm H2, 400 sccm Ar, 5% Variation bei CF4 und H2 würden zu ähnlichen Resultaten führen, so lange das Verhältnis von CF4 zu H2 bei etwa 2 : 1 gehalten wird.
Ätzprozessdruck: 200 mTorr
Plasmaleistung: 1.000 W mit 13,56 MHz angewendet auf die Waferplatte (RIE) (Die Leistung muss mit steigendem Druck erhöht werden, um einen "Waferlinsen-Effekt" ("wafer lens effekt") zu vermeiden).
Wafer-Oberflächentemperatur: 100 bis 170°C (beispielsweise durch Einstellen der Plattentemperatur und/oder der thermischen Kopplung mittels des Helium-Rückseitendruckes).
The best process conditions for partially etching a SICOH-type dielectric with a smooth etching front are therefore:
Etching gases: 80 sccm CF 4 , 40 sccm H 2 , 400 sccm Ar, 5% variation in CF 4 and H 2 would give similar results as long as the ratio of CF 4 to H 2 is maintained at about 2: 1.
Etching process pressure: 200 mTorr
Plasma power: 1000 W at 13.56 MHz applied to the wafer plate (RIE) (The power must be increased with increasing pressure to avoid a "wafer lens effect").
Wafer surface temperature: 100 to 170 ° C (for example, by adjusting the plate temperature and / or the thermal coupling by means of the helium back pressure).

Claims (11)

Verfahren zum Ätzen einer porösen Kohlenstoff dotierten dünnen dielektrischen Schicht vom Siliziumdioxid-Typ umfassend Plasmaätzen der dünnen Schicht in einer Plasmaätzkammer mit CF4, H2 und einem Edelgas, wobei das Verhältnis von CF4-Gasfluss zu H2-Gasfluss zwischen 1,33 : 1 und 2,7 : 1 beträgt und der Edelgasfluss größer als etwa 42% des gesamten Gasflusses in der Plasmakammer ist.A method of etching a porous carbon doped silica type thin dielectric layer comprising plasma etching the thin layer in a plasma etching chamber with CF 4 , H 2 and a noble gas, wherein the ratio of CF 4 gas flow to H 2 gas flow is between 1.33: 1 and 2.7: 1 and the noble gas flow is greater than about 42% of the total gas flow in the plasma chamber. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von CF4 zu H2 etwa 2 : 1 beträgt.A method according to claim 1, characterized in that the ratio of CF 4 to H 2 is about 2: 1. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Edelgas Argon ist.Method according to claim 1 or 2, characterized that the noble gas is argon. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Argon bis zu etwa 77% des gesamten Gasflusses in der Plasmaätzkammer vorhanden ist.Method according to claim 3, characterized that the argon up to about 77% of the total gas flow in the plasma etching is available. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dünnschichttemperatur im Bereich von 100°C bis 170°C liegt.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the thin film temperature in the range from 100 ° C up to 170 ° C lies. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammerdruck im Bereich von 90 mT bis 300 mT liegt.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the chamber pressure in the range of 90 mT to 300 mT. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Plasma zugeführte Leistung zwischen 700 und 1.000 Watt beträgt.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the power supplied to the plasma between 700 and 1,000 watts. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ätzen innerhalb der dünnen Schicht beendet wird.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the etching within the thin layer is ended. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Schicht innerhalb einer Verbindungsstruktur angeordnet ist.Method according to claim 8, characterized in that that the thin one Layer is arranged within a connection structure. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Plasmaätzen eine Verbindungsstruktur oder eine andere relevante Struktur in der dünnen Schicht ausbildet.Method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the plasma etching a connection structure or form another relevant structure in the thin layer. Vorrichtung mit einer dünnen Schicht, welche gemäß einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche geätzt ist.Device with a thin layer, which according to a the previous method claims is etched.
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