CN112689803A - 使用氢自由基和臭氧气体的工件处理 - Google Patents

使用氢自由基和臭氧气体的工件处理 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于从诸如半导体的工件去除光阻层的工艺。在一个示例性实施方式中，一种用于处理工件的方法可包括将工件支撑在工件支撑件上。工件可具有光阻层和低k介电材料层。该方法可包括对工件进行氢自由基刻蚀工艺以去除光阻层的至少一部分。该方法还可包括将工件暴露于臭氧工艺气体中以去除光阻层的至少一部分。

Description

使用氢自由基和臭氧气体的工件处理
优先权声明
本申请要求2019年07月18日提交的名称为“Processing of Workpieces UsingHydrogen Radicals and Ozone Gas(使用氢自由基和臭氧气体的工件处理)”的系列号为62/875,566的美国临时申请的优先权权益，其通过引用并入本文以用于全部目的。
技术领域
本公开总体上涉及半导体加工。
背景技术
等离子体去胶工艺(例如，干法去胶工艺)在半导体制造中可用作在半导体制造期间去除在工件上图案化的光阻和/或其他材料的方法。等离子体去胶工艺可以使用从由一种或多种工艺气体生成的等离子体中提取的反应性物质(例如，自由基)，从工件表面刻蚀和/或去除光阻和其他掩模层。例如，在某些等离子体去胶工艺中，来自在远程等离子体腔室中生成的等离子体的中性物质穿过隔栅进入处理腔室。该中性物质可以暴露至诸如半导体晶片的工件，以从工件表面去除光阻。
发明内容
本公开的实施方式的各方面和优点将在以下描述中部分陈述，或可从描述中得知，或可通过实施方式的实践得知。
在本公开的一些方面，提供了用于处理工件的方法。该方法可包括将工件放置在处理腔室中。工件可包括光阻层和低k介电材料层。该方法可包括使用在等离子体腔室中诱导的等离子体由工艺气体生成一种或多种物质。工艺气体可包括氢气。该方法可包括过滤一种或多种物质以产生过滤混合物。所述过滤混合物可包含一种或多种氢自由基。该方法可包括在处理腔室中使光阻层暴露于氢自由基，使得氢自由基至少部分地刻蚀光阻层。
本公开的一些方面涉及用于处理工件的方法。该方法可包括将工件放置在处理腔室中。工件可包括光阻层和低k介电材料层。该方法可包括允许臭氧工艺气体进入处理腔室，并使工件暴露于臭氧工艺气体，以使臭氧工艺气体至少部分地刻蚀光阻层。
参考以下描述和所附权利要求，各种实施方式的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图阐明了本公开的实施方式，并且与描述一起用来解释相关的原理。
附图简述
参考所附附图，对本领域普通技术人员进行各实施方式的详细讨论，其中：
图1A和图1B描绘了根据常规技术的示例性光阻去除工艺；
图2A和图2B描绘了根据本公开示例性实施方式的示例性光阻去除工艺；
图3描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性等离子体处理装置；
图4描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性光阻去除工艺的示例性流程图；
图5描绘了根据本公开的示例性实施方式使用等离子体后气体注入示例性生成氢自由基；
图6描绘了根据本公开的示例性实施方式使用细丝示例性生成氢自由基；
图7描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性等离子体处理装置；
图8描绘了根据本公开的示例性实施方式的示例性等离子体处理装置；
图9示出了暴露于氢自由基之后的光阻层抛光量(ash amount)；
图10A和图10B示出了暴露于氢自由基时的低k材料层损失；
图11A和图11B示出了暴露于臭氧工艺气体之后的光阻抛光量；和
图12示出了暴露于臭氧工艺气体之后的低k介电材料损失。
具体实施方式
现在将详细参考各实施方式，其一个或多个实例在附图中得到阐释。以解释各实施方式，而非限制本公开的方式来提供每个实例。实际上，对本领域技术人员明显的是，在不偏离本公开的范围或精神的情况下，可对各实施方式进行各种修改和变化。例如，作为一个实施方式的一部分阐释或描述的特征可与另一个实施方式一起使用，以产生进一步的其它实施方式。因此，期望本公开的各方面覆盖这种修改和变化。
本公开的示例性方面涉及用于处理工件以从工件的表面选择性地去除光阻和/或其他掩模材料以准备进一步处理的方法。更具体地，本公开的方面涉及具有低k介电材料的工件上的光阻材料的去除和/或刻蚀。例如，从等离子体提取的反应性物质可以用于至少部分地刻蚀和/或去除工件(例如半导体晶片)的表面上的光阻。工件也可以暴露于臭氧气体中以促进光阻的去除。
含碳的低介电常数(k)介电材料正越来越多地用于半导体器件的制造中。低k介电材料可以在前道工艺(FEOL)应用中用作栅极和源极之间和/或栅极和漏极之间的隔离物。例如，SiOCN可在先进半导体器件的前道工艺(FEOL)应用中用作隔离物材料。低k介电材料也可用于后道工艺(BEOL)应用，例如互连结构(例如Cu互连结构)的一部分。例如，SiOC可用作后道工艺(BEOL)应用中的互连电介质。
在半导体集成电路器件的制造过程中，经常使用多孔和非多孔的低k介电接触材料。使用低k介电材料的目的可以是减小导电层之间的电容。以这种方式利用低k材料可以减少与沿着导电金属线的高频信号传输相关的反应(例如，电阻-电容性(RC))时间延迟。RC时间延迟可能是阻止集成电路更快运行的主要障碍，因此，这是设计和制造高级集成电路的挑战。
多孔和非多孔的低k介电材料可以在二氧化硅基质中包含有机组分，例如甲基。这些材料可以具有并入到二氧化硅晶格中的碳原子和氢原子，这降低了材料的介电常数。用于去除光阻的常规工艺可以使用由等离子体中的具有大量氧和/或氮的气体的混合物形成的等离子体。高反应性的基于氧的等离子体与有机光阻反应并使有机光阻氧化，从而形成可从晶片表面带走的挥发性组分。但是，低k介电材料暴露于这些基于氧和氮的等离子体会通过显著增加材料的介电常数而导致对低k介电材料的损坏。介电材料的介电常数越高，介电材料的电容越高，并且集成电路的RC时间延迟越长。此外，随着半导体器件尺寸的缩小以及低k介电材料的使用要求越来越低的介电常数，这些光阻去胶方法可能不适用于低k介电材料。
实际上，诸如多孔低k介电材料的含碳低k介电材料可能容易受到半导体制造工艺步骤的损坏(例如，含氧等离子体干法刻蚀，干法抛光，湿法清洁，化学机械磨光(CMP)等)。因此，需要一种用于从工件上去除光阻而不损坏低k介电材料的方法和/或工艺。
本公开的示例性方面涉及在工件上进行光阻去除工艺。去除光阻的工艺可以使工件暴露于一种或多种氢自由基。氢自由基可以相对于低k介电材料选择性地去除光阻。这样，可以减少在光阻去除工艺期间对低k介电材料造成的损坏。
在一些实施方式中，氢自由基可以在通过隔栅与处理腔室分隔开的等离子体腔室中生成。氢自由基可以通过例如在工艺气体中诱导等离子体而生成。例如，工艺气体可以是包含H2和载气的混合物，例如包含H2和N2的混合物，或者可以是包含H2和He的混合物，或者可以是包含H2和Ar的混合物，或者可以是包含H2和另一种惰性气体的混合物。在一些实施方式中，工艺气体可以是H2与氧气(例如，O2)的混合物，其中O2的浓度小于10体积％。在工艺气体中添加少量O2可提高光阻的刻蚀速率。在一些其他实施方式中，氢自由基可使用例如加热的细丝，如加热的钨丝生成。
在其他一些实施方式中，可以使用等离子体后气体注入生成氢自由基。通过将氢气与等离子体源下游的一种或多种激发惰性气体分子混合来生成一种或多种氢自由基。例如，可以在等离子体腔室中生成一种或多种激发的惰性气体分子(例如，激发的He分子)，该等离子体腔室通过隔栅与处理腔室隔开。激发的惰性气体分子可以通过使用例如等离子体源(例如，感应等离子体源，电容性等离子体源等)在工艺气体中诱导等离子体来生成。工艺气体可以是惰性气体。例如，工艺气体可以是氦气，氩气，氙气，氖气或其他惰性气体。在一些实施方式中，工艺气体可以由惰性气体组成。可以使用隔栅来过滤在等离子体腔室中生成的离子，并使中性物质穿过隔栅中的孔到达处理腔室，以暴露于工件。
在一些实施方式中，可以通过在隔栅或在隔栅下方(例如，下游)将氢气(H2)与激发的物质混合而生成氢自由基。例如，在一些实施方式中，隔栅可以具有多个栅板。可以将氢气注入穿过其中一个栅板下方或下游位置处的隔栅的物质中。在一些实施方式中，可以在两个栅板之间的位置处将氢气注入通过隔栅的物质中。在一些实施方式中，可以在所有栅板下方的位置(例如，在处理腔室中)将氢气注入到物质中。
将氢气与来自惰性气体的激发物质混合可以导致一种或多种氢自由基的生成，例如中性氢自由基。可以将氢自由基暴露于处理腔室中的工件上，以实施根据本公开的示例性实施方式的光阻刻蚀工艺。
本公开的示例性方面还可包括通过将工件暴露于臭氧工艺气体(例如臭氧)中来在工件上进行光阻去除工艺。臭氧工艺气体可包括O3和氧气(O2)。光阻的刻蚀工艺可以使工件暴露于气态臭氧中，以去除光阻而不会损坏低k介电材料。这样，可以减少在光阻去除过程中对低k介电材料造成的损坏。
本公开的示例性方面还可以涉及交替地将工件暴露于氢自由基和将工件暴露于臭氧工艺气体，以便选择性地去除光阻，同时减少损坏或去除低k介电材料。在一些实施方式中，将工件交替暴露于氢自由基和臭氧工艺气体允许更快地期望的光阻材料的刻蚀速率，同时最小化低k介电材料的损坏或去除。
本公开的各方面提供了许多技术效果和益处。例如，可以防止在干法去胶光阻过程中对低k材料的损坏和低k材料的损失。
为了阐释和讨论的目的，参考“工件”“晶片”或半导体晶片讨论了本公开的各方面。使用本文提供的公开，本领域普通技术人员将理解，本公开的示例性方面可与任何半导体基材或其他合适的基材结合使用。另外，术语“约”与数值联合使用旨在指在所述数值的百分之十(10％)以内。“基座”指可用于支撑工件的任何结构。低介电常数(例如“低k”)介电材料可用于制造先进的半导体器件。低-k介电材料可具有小于约3.0，比如小于约2.5、比如小于约2.2的介电常数。
图1A描绘了基于氧和/或氮等离子体的光阻去除工艺54的概述。如图所示，工件70包括基材72，低k介电材料层74和光阻层76。在施加光阻去除工艺54之后，当去除一定量的光阻层76时，低k介电材料层74遭受损坏60或低k介电材料层74的介电常数增加。例如，低k介电材料层74可以通过暴露的表面区域(例如，侧壁等)中的甲基(CH3基)的耗尽和用Si-O(氧)键(例如Si-OH键)替代Si-C(碳)键(例如，Si-CH3键)而造成损坏。该损坏会导致低k介电材料层74的介电常数增加。如图1B所示，常规光阻去除工艺54的应用可能不期望地从基材72去除了低k介电材料层74的至少一部分。尽管未示出，但是将工件暴露于光阻去除工艺54可从工件70去除整个光阻层76。
根据本公开的示例性实施方式的示例性光阻去除工艺58在图2A和图2B中示出。光阻去除工艺58将工件暴露于一种或多种氢自由基和/或臭氧气体中以去除光阻层76的一部分。工件70可包括基材层72(例如，硅和/或硅锗)，低k介电材料层74和光阻层76。低k介电材料层74可另外包括氧。在一些实施方式中，低k介电材料层74可以是碳氧化硅(SiOC)层。在一些实施方式中，低k介电材料层74可以是多孔的。例如，低k介电膜层的孔隙率可以在约1％至约50％的范围内。如本文所使用的，“孔隙率”可以是相对于材料的总体积的材料中的空隙或空白空间的量度。
在一些实施方式中，光阻去除工艺58可包括将包含光阻层76的工件70暴露于氢自由基。可以使用等离子源(例如感应耦合的等离子体源)从工艺气体中生成氢自由基。工艺气体可包含氢。等离子体能够生成氢自由基。中性氢自由基可以穿过隔栅到达处理腔室，在那里它们暴露于工件。如图2A和图2B所示，氢自由基可以去除光阻层76的至少一部分，而不会去除低k介电材料层74或对低k介电材料层74造成损坏。在一些实施方式中，光阻去除工艺58可以从工件70(未示出)去除整个光阻层76。
根据本公开的示例性实施方式的另一示例性光阻去除工艺58，可包括将工件70暴露于包括气态臭氧(O3)的臭氧工艺气体。在实施方式中，该方法包括将工件暴露于臭氧工艺气体，使得臭氧工艺气体至少部分地刻蚀光阻层。如图2A和图2B所示，工件70暴露于臭氧工艺气体中选择性地去除光阻层76的至少一部分，而不会去除低k介电材料层74或对低k介电材料层74造成损坏。
在某些实施方式中，工件70可以以循环和/或交替的方式暴露于氢自由基或臭氧工艺气体中，以增加光阻层76的刻蚀速率去除，同时使低k介电材料层74基本保持完整并且没有损坏(参见图2A和2B)。
在一些实施方式中，可以在相同的处理腔室中进行根据本公开的示例实施方式的光阻去除工艺58，而不必从处理腔室中移除工件。
图3描绘了用于进行根据本公开的示例性实施方式的工艺的示例性等离子体处理装置100。如图所示，等离子体处理装置100包括处理腔室110和与处理腔室110隔开的等离子体腔室120。处理腔室110包括可操作以夹持待处理的工件114(例如半导体晶片)的工件支撑件或基座112。在该示例性说明中，等离子体通过感应耦合的等离子体源135在等离子体腔室120(即，等离子体生成区)中生成等离子体，并且将期望的物质通过隔栅组件200从等离子体腔室120引导至基材114的表面。
为了阐释和讨论的目的，参考感应耦合的等离子体源讨论本公开的各方面。使用本文提供的公开，本领域普通技术人员将理解，在不偏离本公开范围的情况下，可使用任何等离子体源(例如，感应耦合的等离子体源、电容耦合等离子体源等)。
等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶棚124。介电侧壁122、顶棚124和隔栅200界定了等离子体腔室内部125。介电侧壁122可由介电材料，比如石英和/或氧化铝形成。感应耦合的等离子体源135可包括感应线圈130，其围绕等离子体腔室120设置在介电侧壁122附近。感应线圈130通过合适的匹配网络(network)132耦合至RF功率发生器134。工艺气体(例如，氢气或臭氧气体)可从气体供应150和环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构提供至腔室内部。当用来自RF功率发生器134的RF功率为感应线圈130供能时，等离子体可在等离子体腔室120中生成。在特别的实施方式中，等离子体处理装置100可包括任选的接地的法拉第笼128，以减少感应线圈130与等离子体的电容耦合。
如图3所示，隔栅200将等离子体腔室120与处理腔室110隔开。隔栅200可用于由在等离子体腔室120中通过等离子体生成的混合物进行离子过滤，生成过滤混合物。过滤混合物可暴露至处理腔室110中的工件114。
在一些实施方式中，隔栅200可为多板隔栅。例如，隔栅200可包括以彼此平行的关系间隔开的第一栅板210和第二栅板220。第一栅板210和第二栅板220可隔开一定距离。
第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。第二栅板220可具有具备多个孔的第二栅图案。第一栅图案可与第二栅图案相同或不同。带电粒子可在它们通过隔栅200中的每个栅板210、220的孔的路径中的壁上复合。中性物质(例如，自由基)可相对自由地流过第一栅板210和第二栅板220中的孔。每个栅板210和220的孔的尺寸和厚度可影响带电粒子和中性粒子二者的透过性。
在一些实施方式中，第一栅板210可由金属(例如，铝)或其他导电材料制成和/或第二栅板220可由导电材料或介电材料(例如，石英、陶瓷等)制成。在一些实施方式中，第一栅板210和/或第二栅板220可由其他材料，比如硅或碳化硅制成。如果栅板由金属或其他导电材料制成，则栅板可为接地的。在一些实施方式中，格栅组件可包括具有一个栅板的单个格栅。
如图3所示，根据本公开的示例性方面，装置100可包括气体输送系统150，该气体输送系统150被配置为例如经由气体分配通道151或其他分配系统(例如，喷头)将臭氧气体和工艺气体输送至等离子体腔室120。气体输送系统可包括多个气体输送管线159。可以使用阀158和/或质量流量控制器来控制气体输送管线159，以将所需的气体量作为工艺气体输送到等离子体腔室中。图3所示，气体输送系统150可包括用于输送臭氧气体(例如O3)的气体输送管线，用于输送含氢气体(例如H2，CH4或NH3)的气体输送线，和/或用于输送含氧气体(例如O2，NO或CO2)的气体输送管线。在一些实施方式中，臭氧气体，含氢气体和/或含氧气体可与惰性气体混合，所述惰性气体可被称为“载气”，例如He或Ar。控制阀和/或质量流量控制器158可用于控制每个气体输送管线的流速，以使工艺气体流入等离子体腔室120。
图4描绘了根据本公开的示例性方面的一种示例性方法(300)的流程图。以示例的方式参照图3的等离子体处理装置100来讨论方法(300)。方法(300)可以在任何合适的等离子体处理装置中实施。图4描绘了为了阐释和讨论的目的，以特定的顺序进行各个步骤。使用本文提供的公开，本领域普通技术人员将理解，在不偏离本公开的范围的情况下，可以以各种方式省略、扩展、同时进行、重新布置和/或修改本文所述的任何方法的各个步骤。另外，在不偏离本公开的范围的情况下，可进行各种步骤(未阐释)。
在(302)处，该方法可包括将工件114放置在等离子体处理装置100的处理腔室110中。工件114可包括光阻层和低k介电材料层。处理腔室110可与等离子体腔室120隔开(例如，由隔栅组件隔开)。例如，该方法可包括将工件114放置在处理腔室110中的工件支撑件112上。在实施方式中，该方法可包括将工件114支撑在处理腔室110中的工件支撑件112上。
在(304)处，该方法可包括进行氢自由基刻蚀工艺以从工件70去除光阻层76。该方法可包括将一种或多种氢自由基暴露于工件，使得该一种或多种氢自由基至少部分地刻蚀光阻层。氢自由基刻蚀工艺可包括使工艺气体进入等离子体腔室120。例如，工艺气体可从气体供应150经由环形气体分配通道151或其他合适的气体导入机构进入等离子体腔室内部125。在一些实施方式中，工艺气体可包括氢气。在一些实施方式中，工艺气体可包括H2和另一种工艺气体，例如氧气(O2)。在某些实施方式中，工艺气体中氢气的浓度为约30体积％至约100体积％。在其中工艺气体包含氧气的实施方式中，氧气的存在量可以为约0体积％至约20体积％。在一些实施方式中，工艺气体包含少于10体积％的氧气(O2)。在另一些实施方式中，工艺气体包含小于5体积％的氧气(O2)。
通过感应耦合的等离子体源对工艺气体进行供电以在等离子体腔室120中产生等离子体。例如，可以利用来自RF功率发生器134的RF能量对感应线圈130进行供能以在等离子体腔室内部125产生等离子体。在一些实施方式中，可以用脉冲功率对感应耦合的等离子体源进行供能，以减少等离子体能量来获得所需的自由基。在一些实施方式中，感应耦合的等离子体源可以在约660W至约5000W的功率范围内操作。等离子体可用于从氢气工艺气体中产生一种或多种氢自由基。例如，可以使用在等离子体腔室中诱导的等离子体从工艺气体中产生一种或多种物质。在实施方式中，使用感应耦合的等离子体源从工艺气体中产生一种或多种氢自由基。
氢自由基刻蚀工艺(304)可包括过滤由等离子体产生的一种或多种物质，例如一种或多种离子，以产生过滤混合物。过滤混合物可包括中性氢自由基。在一些实施方式中，可使用将等离子体腔室120与工件所处的处理腔室110隔开的隔栅组件200来过滤一种或多种离子。例如，隔栅组件200可以用于过滤由等离子体产生的离子。隔栅200可具有多个孔。带电粒子(例如离子)可以在其穿过多个孔的路径上在壁上复合。中性物质(例如自由基)可以穿过孔。
在一些实施方式中，隔栅200可以被配置为以大于或等于约90％，比如大于或等于大约95％的效率过滤离子。离子过滤的效率百分数是指从混合物中除去的离子量相对于混合物中离子总数的百分数。例如，约90％的效率表明约90％的离子在过滤期间去除。约95％的效率表明约95％的离子在过滤期间去除。
在一些实施方式中，隔栅200可为多板隔栅。多板隔栅可以具有多个平行的栅板。可以选择栅板上的孔的布置和排列，以提供所需的离子过滤效率，例如大于或等于约95％。
例如，隔栅200可以具有彼此平行的第一栅板210和第二栅板220。第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。第二栅板220可具有具备多个孔的第二栅图案。第一栅图案可与第二栅图案相同或不同。带电粒子可在它们通过隔栅200中的每个栅板210、220的孔的路径中的壁上复合。中性物质(例如，自由基)可相对自由地流过第一栅板210和第二栅板220中的孔。
氢自由基刻蚀工艺(304)可包括将工件暴露于氢自由基。例如，氢自由基刻蚀工艺可包括将工件上的光阻层暴露于含有一种或多种氢自由基的过滤混合物。更特别地，工件可暴露于等离子体中产生并穿过隔栅组件的氢自由基中。例如，氢自由基可穿过隔栅200并暴露于工件114。使工件暴露于氢自由基可导致从工件去除光阻层76的至少一部分。
在不偏离本公开的范围的情况下，氢自由基刻蚀工艺(304)可以通过使用其他方法产生氢自由基来实现。例如，在一些实施方式中，可以至少部分使用等离子体后气体注入(如参考图5所讨论的)和/或加热的细丝(见图6)来产生氢自由基。
在(306)处，该方法可包括将工件暴露于臭氧工艺气体。例如，该方法可包括使臭氧工艺气体进入处理腔室并使工件暴露于臭氧工艺气体。该方法还可包括将工件暴露于臭氧工艺气体，以使臭氧工艺气体至少部分地刻蚀工件上的光阻层。在一些实施方式中，臭氧工艺气体可包括臭氧气体(O3)和氧气(O2)。在某些实施方式中，臭氧气体在臭氧工艺气体中的存在量为约0.5体积％至约20体积％。在一些实施方式中，臭氧气体可以被输送到等离子体腔室120中并且可以穿过隔栅200到达工件114。例如，臭氧气体可以经由合适的气体供应150和环形气体分配通道151输送到等离子体腔室120中。在一些实施方式中，臭氧气体可以经由隔栅200或在隔栅200下方被输送到处理腔室110中，从而将臭氧气体注入到等离子体源的下游。在实施方式中，臭氧工艺气体通过隔栅的一个或多个气体注入口进入。在其他实施方式中，臭氧工艺气体通过处理腔室中的一个或多个气体注入口进入。工件114可包括光阻层76和低k介电材料层74。臭氧气体可以与光阻层76的暴露表面反应，以从工件114去除光阻层76。
在一些实施方式中，与低k介电材料层74相比，可以进行循环臭氧气体暴露工艺(306)和氢自由基刻蚀工艺(304)以提高对光阻层76的刻蚀选择性。例如，可进行氢自由基刻蚀工艺(304)，然后可进行臭氧气体暴露(306)；然后可以再次进行臭氧气体暴露(306)和随后的氢自由基刻蚀工艺(304)。氢自由基刻蚀工艺(304)和臭氧气体暴露(306)处理可以循环一次或多次以达到光阻层的目标刻蚀量。例如，实施方式包括交替地将工件暴露于一种或多种氢自由基并将工件暴露于臭氧工艺气体。
在一些实施方式中，可以在不暴露臭氧气体(306)的情况下进行氢自由基刻蚀工艺(304)。在一些实施方式中，可以在没有氢自由基刻蚀工艺(304)的情况下进行臭氧气体暴露(306)。在一些实施方式中，氢自由基刻蚀工艺(304)和/或臭氧气体暴露(306)可以与其他去胶工艺组合使用，例如基于氧或氮等离子体的光阻去胶工艺。
在(310)处，该方法可包括将工件从处理腔室移除。例如，可将工件114从处理腔室110中的工件支撑件112移除。然后可对等离子体处理装置进行调节，以用于将来处理另外的工件。
在一些实施方式中，可对工件114进行可选的湿法清洁工艺，例如在稀释的氢氟酸湿法工艺期间暴露于稀释的氢氟酸中。例如，该方法可包括将工件暴露于稀的氢氟酸湿工艺中。在一些实施方式中，在将工件114从处理腔室110中移除(310)之后，可以对工件144进行湿法清洁工艺。
图5描绘了根据本公开的示例性实施方式的使用等离子体后气体注入的示例性氢自由基的生成；更具体地说，图5描绘了根据本公开的示例性实施方式的注入氢气后等离子的示例性隔栅200。更具体地，隔栅200包括以平行关系设置的第一栅板210和第二栅板220。第一栅板210和第二栅板220可提供离子/UV过滤。
第一栅板210和第二栅板220可具有彼此平行的关系。第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。第二栅板220可具有具备多个孔的第二栅图案。第一栅图案可与第二栅图案相同或不同。来自等离子体的物质(例如，激发的惰性气体分子)215可以暴露于隔栅200。带电粒子(例如，离子)可以通过隔栅200中每个栅板210、220的孔在其路径上的壁上复合。中性物质可以相对自由地流过第一栅板210和第二栅板220中的孔。
在第二栅板220之后，可以将气体注入源230配置为将氢气232混合到穿过隔栅200的物质中。包含因注入氢气而产生的氢自由基的混合物225可以穿过第三栅板235，以暴露于处理腔室中的工件。
为了示例性目的，参考具有三个栅板的隔栅来讨论本示例。使用本文提供的公开，本领域普通技术人员将理解，在不偏离本公开范围的情况下，可以使用更多或更少的栅板。另外，氢可以在隔栅和/或在处理腔室中隔栅之后的任何位置。例如，气体注入源230可以位于第一栅板210和第二栅板220之间。
在一些实施方式中，使用钨丝产生一种或多种氢自由基。例如，氢自由基可以通过使氢气流过加热的细丝(例如钨丝)而产生。如图6所示，氢气H2 240可以通过加热的细丝245(例如钨丝)上方以在第一腔室中产生氢自由基225。氢自由基225可以穿过隔栅200。
隔栅200包括以平行关系设置的第一栅板210和第二栅板220。第一栅板210可具有第一栅图案，该第一栅图案具有多个孔。第二栅板220可具有第二栅图案，该第二栅图案具有多个孔。第一栅图案可与第二个栅图案相同或不同。
在不偏离本公开的范围的情况下，可使用其他等离子体处理装置来实现等离子去胶工艺。
图7描绘了示例性等离子体处理装置500，其可以用于实现根据本公开的示例性实施方式的实施工艺。等离子体处理装置500类似于图3的等离子体处理装置100。
更具体地，等离子体处理装置500包括处理腔室110和与处理腔室110隔开的等离子体腔室120。处理腔室110包括可操作以支持待处理的工件114(例如半导体晶片)的基材支架或基座112。在该示例性说明中，等离子体通过感应耦合的等离子体源135在等离子体腔室120(即，等离子体生成区)中生成等离子体，并且将期望的物质通过隔栅组件200从等离子体腔室120引导至基材114的表面。
等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶棚124。介电侧壁122、顶棚124和隔栅200界定了等离子体腔室内部125。介电侧壁122可由介电材料，比如石英和/或氧化铝形成。感应耦合的等离子体源135可包括感应线圈130，其围绕等离子体腔室120设置在介电侧壁122附近。感应线圈130通过合适的匹配网络(network)132耦合至RF功率发生器134。工艺气体(例如，氢气或臭氧气体)可从气体供应150和环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构提供至腔室内部。当用来自RF功率发生器134的RF功率为感应线圈130供能时，等离子体可在等离子体腔室120中生成。在特别的实施方式中，等离子体处理装置100可包括任选的接地的法拉第笼128，以减少感应线圈130与等离子体的电容耦合。
如图7所示，隔栅200将等离子体腔室120与处理腔室110隔开。隔栅200可用于由在等离子体腔室120中通过等离子体生成的混合物进行离子过滤，生成过滤混合物。过滤混合物可暴露至处理腔室110中的工件114。
在一些实施方式中，隔栅200可为多板隔栅。例如，隔栅200可包括以彼此平行的关系间隔开的第一栅板210和第二栅板220。第一栅板210和第二栅板220可隔开一定距离。
第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。第二栅板220可具有具备多个孔的第二栅图案。第一栅图案可与第二栅图案相同或不同。带电粒子可在它们通过隔栅200中的每个栅板210、220的孔的路径中的壁上复合。中性物质(例如，自由基)可相对自由地流过第一栅板210和第二栅板220中的孔。每个栅板210和220的孔的尺寸和厚度可影响带电粒子和中性粒子二者的透过性。
在一些实施方式中，第一栅板210可由金属(例如，铝)或其他导电材料制成和/或第二栅板220可由导电材料或介电材料(例如，石英、陶瓷等)制成。在一些实施方式中，第一栅板210和/或第二栅板220可由其他材料，比如硅或碳化硅制成。如果栅板由金属或其他导电材料制成，则栅板可为接地的。
如上所述，可以将氢气注入穿过隔栅200的物质中，以产生一种或多种氢自由基以暴露至工件114。该氢自由基可以用于实施多种半导体制造工艺。
图7的示例性等离子体处理装置是可操作的，以在等离子体腔室120中产生第一等离子体502(例如，远程等离子体)并且在处理腔室110中产生第二等离子体504(例如，直接等离子体)。如本文所用，“远程等离子体”是指从工件远程产生的等离子体，例如在通过隔栅与工件隔开的等离子体腔室中。如本文中所使用的，“直接等离子体”是指直接暴露于工件的等离子体，例如在具有可操作以支撑工件的基座的处理腔室中产生的等离子体。
更具体地，图7的等离子体处理装置500包括：在基座112中具有偏置电极510的偏置源。偏置电极510可经由合适的匹配网络512耦合到RF功率发生器514。当偏置电极510被RF能量激发时，第二等离子体504可由处理腔室110中的混合物产生，以直接暴露至工件114。处理腔室110可包括用于从处理腔室110中排出气体的排气口516。根据本公开的示例性方面，在氢自由基刻蚀工艺中使用的氢自由基可以使用第一等离子体502和/或第二等离子体504产生。
图8描绘了类似于图2和图7的处理腔室600。更具体地，等离子体处理装置600包括处理腔室110和与处理腔室110隔开的等离子体腔室120。处理腔室110包括可操作以支持待处理的工件114(例如半导体晶片)的基材支架或基座112。在该示例性说明中，等离子体通过感应耦合的等离子体源135在等离子体腔室120(即，等离子体生成区)中生成等离子体，并且将期望的物质通过隔栅组件200从等离子体腔室120引导至基材114的表面。
等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶棚124。介电侧壁122、顶棚124和隔栅200界定了等离子体腔室内部125。介电侧壁122可由介电材料，比如石英和/或氧化铝形成。感应耦合的等离子体源135可包括感应线圈130，其围绕等离子体腔室120设置在介电侧壁122附近。感应线圈130通过合适的匹配网络(network)132耦合至RF功率发生器134。工艺气体(例如，氢气或臭氧气体)可从气体供应150和环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构提供至腔室内部。当用来自RF功率发生器134的RF功率为感应线圈130供能时，等离子体可在等离子体腔室120中生成。在特别的实施方式中，等离子体处理装置100可包括任选的接地的法拉第笼128，以减少感应线圈130与等离子体的电容耦合。
如图8所示，隔栅200将等离子体腔室120与处理腔室110隔开。隔栅200可用于由在等离子体腔室120中通过等离子体生成的混合物进行离子过滤，生成过滤混合物。过滤混合物可暴露至处理腔室110中的工件114。
在一些实施方式中，隔栅200可为多板隔栅。例如，隔栅200可包括以彼此平行的关系间隔开的第一栅板210和第二栅板220。第一栅板210和第二栅板220可隔开一定距离。
第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。第二栅板220可具有具备多个孔的第二栅图案。第一栅图案可与第二栅图案相同或不同。带电粒子可在它们通过隔栅200中的每个栅板210、220的孔的路径中的壁上复合。中性物质(例如，自由基)可相对自由地流过第一栅板210和第二栅板220中的孔。每个栅板210和220的孔的尺寸和厚度可影响带电粒子和中性粒子二者的透过性。
在一些实施方式中，第一栅板210可由金属(例如，铝)或其他导电材料制成和/或第二栅板220可由导电材料或介电材料(例如，石英、陶瓷等)制成。在一些实施方式中，第一栅板210和/或第二栅板220可由其他材料，比如硅或碳化硅制成。如果栅板由金属或其他导电材料制成，则栅板可为接地的。
图8的示例性等离子体处理装置是可操作的，以在等离子体腔室120中产生第一等离子体602(例如，远程等离子体)并且在处理腔室110中产生第二等离子体604(例如，直接等离子体)。如图所示，等离子体处理装置600可包括从与远程等离子体腔室120相关联的垂直侧壁122延伸的有角度的介电侧壁622。该有角度的介电侧壁622可以形成处理腔室110的一部分。
第二感应等离子体源635可以位于介电侧壁622附近。第二感应等离子体源635可包括经由合适的匹配网络612耦合到RF发生器614的感应线圈610。当感应线圈610受到RF能量激发时，它可以从处理腔室110中的混合物中诱导出直接等离子体604。法拉第笼628可以放置在感应线圈610和侧壁622之间。
基座112可以在竖直方向V上移动。例如，基座112可包括竖直提升器616，该竖直提升器可以配置为调节基座112和隔栅组件200之间的距离。基座112可以位于第一竖直位置以用于使用远程等离子体602进行处理。基座112可以处于第二竖直位置以用于使用直接等离子体604进行处理。相对于第二竖直位置，第一竖直位置可以更靠近隔栅组件200。
图8的等离子体处理装置600包括：在基座112中具有偏置电极510的偏置源。偏置电极510可以经由合适的匹配网络512耦合到RF功率发生器514。处理腔室110可包括用于从处理腔室110抽出气体的排气口516。根据本公开的示例性方面，在氢自由基刻蚀工艺中使用的氢自由基可以使用第一等离子体602和/或第二等离子体604产生。
现在将阐述氢自由基刻蚀工艺的示例性工艺参数。
实施例1：
工艺气体：H2，O2
稀释气体：He
工艺压力：100mT至10T
感应耦合的等离体子源功率：500W至4500W
工件温度：60C至400C
工艺周期(时间)：30秒至300秒
工艺气体的气体流速：
气体1：H2从200sccm到20000sccm
气体2：O2从0sccm到20000sccm
稀释气体：1000sccm至20000sccm
现在将阐述用于臭氧气体暴露工艺的示例性工艺参数。
实施例2：
工艺气体：O3
稀释气体：O2
工艺压力：100mT至20T
感应耦合的等离体子源功率：否
工件温度：60C至400C
工艺周期(时间)：30秒至600秒
工艺气体的气体流速：
气体1：10sccm至1000sccm
稀释气体：1000sccm至25000sccm
图9示出了当暴露于由包含H2和O2的等离子体产生的自由基时的光阻抛光量。如图所示，等离子体中H2的体积含量从15体积％到至多100体积％。如图所示，当光阻层暴露于含有约15体积％的H2的工艺气体产生的氢自由基时，抛光量大于8000埃。随着用于产生等离子体的工艺气体中H2含量的增加，光阻材料的抛光量降低。
图10A示出了当暴露于由包含H2和O2的等离子体产生的自由基时的低k材料层损失。等离子体中H2的体积含量从15体积％到至多100体积％。如图所示，当从具有15体积％H2的工艺气体的等离子体产生氢自由基时，从低-k介电层损失约92.24埃的低k材料。但是，随着等离子体气体中氢的体积百分比增加，低k介电材料的损失量减小。换句话说，增加等离子体工艺气体中氢的体积百分比会导致低k介电材料的损坏和损失较少。例如，当低k介电材料经受由包含98体积％H2的处理气体产生的自由基时，仅会损失/去除3.05埃的低k介电材料。同样，图10B示出了在氢自由基刻蚀工艺接着稀氢氟酸湿法清洁工艺之后的低k介电材料层损失的埃数量。如图所示，即使在进行湿法清洁工艺后，使用较高浓度的氢气产生H自由基也可以减少低k损失。
图11A示出了暴露于含O3和O2两者组合的气体的臭氧工艺气体之后的1型光阻(i线365nm光阻)的抛光量。对照条表示仅暴露于氧气(O2)。因此，净抛光量对应于由O3和O2两者组合的气体提供的抛光量减去仅由O2气体提供的抛光量。图11B示出与图11A相同的原理，但是其光阻材料是2型光阻(DUV 248nm光阻)。
图12示出了暴露于包含O3和O2两者组合的气体的臭氧工艺气体接着稀氢氟酸湿法清洁工艺之后的低k介电材料损失。如图所示，将低k介电材料暴露于含有0.50％O3的臭氧工艺气体中会导致1.00至1.50埃之间的低k介电材料损失。将低k介电材料暴露于包含10％O3的臭氧工艺气体中会导致2.5至3.0埃之间的低k介电材料损失。
尽管已经结合其特定的示例性实施方式详细地描述了本主题，但是应当理解，本领域技术人员在获得前述的理解之后，可容易地为这些实施方式产生改变、变型和等效方案。因此，以示例的方式而不是限制的方式描述了本公开的范围，并且本公开不排除包括对本领域技术人员是显而易见的对本主题的这种修改、变型和/或添加。

Claims (20)

1.一种处理工件的方法，所述方法包括：
将工件放置在处理腔室中，所述工件包括光阻层和低k介电材料层；
使用在等离子体腔室中诱导的等离子体由工艺气体生成一种或多种物质，所述工艺气体包括氢气；
过滤一种或多种物质以产生过滤混合物，所述过滤混合物包含一种或多种氢自由基；和
在处理腔室中将所述光阻层暴露于氢自由基，使得氢自由基至少部分地刻蚀所述光阻层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工艺气体进一步包括含氧气体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工艺气体中氢气的浓度为约30体积％至约100体积％。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括允许臭氧工艺气体进入处理腔室；并将工件暴露于所述臭氧工艺气体。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述处理腔室和等离子体腔室由隔栅隔开，进一步，其中所述臭氧工艺气体被允许通过所述隔栅中的一个或多个气体注入口。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述处理腔室和等离子体腔室由隔栅隔开，进一步，其中允许臭氧工艺气体进入所述处理腔室包括允许所述臭氧工艺气体进入所述等离子体腔室并允许所述臭氧工艺气体通过隔栅流向处理腔室。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，允许所述臭氧工艺气体通过所述处理腔室中的一个或多个气体注入口。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，所述臭氧工艺气体包括臭氧气体和氧气。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述臭氧工艺气体中的臭氧气体的浓度在约0.5体积％至约20体积％的范围内。
10.根据权利要求4所述的方法，进一步包括交替地将所述工件暴露于所述一种或多种氢自由基，以及使所述工件暴露于所述臭氧工艺气体。
11.根据权利要求1任一项所述的方法，进一步包括将所述工件暴露于稀氢氟酸湿法工艺中。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，使用感应耦合的等离体子源由工艺气体生成所述一种或多种氢自由基。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，使用钨丝生成所述一种或多种氢自由基。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，通过将氢气与等离子体源下游的一种或多种激发的惰性气体分子混合来生成所述一种或多种氢自由基。
15.一种处理工件的方法，所述方法包括：
将工件放置在处理腔室中，所述工件包括光阻层和低k介电材料层；
允许臭氧工艺气体进入所述处理腔室；以及
将所述工件暴露于所述臭氧工艺气体，使得所述臭氧工艺气体至少部分地刻蚀所述光阻层。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述臭氧工艺气体包括臭氧气体和氧。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述臭氧工艺气体中的臭氧气体的浓度在约0.5体积％至约20体积％的范围内。
18.根据权利要求15所述的方法，进一步包括对所述光阻层进行氢自由基刻蚀工艺。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述氢自由基刻蚀工艺包括：
使用在等离子体腔室中诱导的等离子体由工艺气体生成一种或多种物质，所述工艺气体包括氢气；
过滤所述一种或多种物质以产生过滤混合物，所述过滤混合物包含一种或多种氢自由基；和
在所述处理腔室中将所述工件暴露于所述一种或多种氢自由基，使得所述过滤混合物至少部分地刻蚀所述光阻层。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括交替地将所述工件暴露于所述臭氧工艺气体并进行氢自由基刻蚀工艺。
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