CN115863151B - 工件处理方法、工件处理设备及半导体器件 - Google Patents
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- Formation Of Insulating Films (AREA)
Abstract
本公开提供了一种工件处理方法、工件处理设备及半导体器件，涉及半导体制造技术领域。工件处理方法包括：将目标工件置于腔室中的支撑件上，目标工件上形成有氧化硅层；使用包含有氮气的工艺气体生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物；第一混合物包含带电粒子和自由基；在氮化反应的过程中，利用腔室中的导电栅格结构对第一混合物进行过滤，以去除第一混合物中至少部分带电粒子，得到第二混合物；导电栅格结构位于目标工件远离支撑件的一侧；将目标工件暴露于第二混合物中，以在氧化硅层的至少部分区域上形成氮化硅层，以提升目标工件的稳定性，使得包括该目标工件的半导体器件能够满足高稳定性的应用需求。
Description
技术领域
本公开涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种工件处理方法、工件处理设备及半导体器件。
背景技术
在半导体器件的制造过程中，通常需要在其表面形成钝化层，以避免半导体器件的物理性能受到外环境的影响，从而在一定程度上提高半导体器件的稳定性。然而，在面对高稳定性应用需求的情况下，现有半导体器件的稳定性依旧无法满足。
发明内容
本公开提供了一种工件处理方法、工件处理设备及半导体器件。
根据本公开的第一方面，提供了一种工件处理方法，包括：
将目标工件置于腔室中的支撑件上，目标工件上形成有氧化硅层；
使用包含有氮气的工艺气体生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物；第一混合物包含带电粒子和自由基；
在氮化反应的过程中，利用腔室中的导电栅格结构对第一混合物进行过滤，以去除第一混合物中至少部分带电粒子，得到第二混合物；导电栅格结构位于目标工件远离支撑件的一侧；
将目标工件暴露于第二混合物中，以在氧化硅层的至少部分区域上形成氮化硅层。
在一些可选的实施方式中，在氮化反应的过程中，利用腔室中的导电栅格结构对第一混合物进行过滤，包括：
在氮化反应的过程中，利用导电栅格结构的栅格表面，对第一混合物中的第一部分进行过滤；第一部分为第一混合物中与栅格表面发生碰撞的部分带电粒子；
以及，利用导电栅格结构上开设的过滤孔的侧壁，对第一混合物中的第二部分进行过滤；第二部分为第一混合物中进入过滤孔，并与过滤孔的侧壁发生碰撞的至少部分带电粒子。
在一些可选的实施方式中，还包括：
调节第一混合物的流速，以使第一混合物至少在过滤孔中从第一流速提升至第二流速。
在一些可选的实施方式中，在氮化反应完成之后，形成的氧化硅层的掺氮浓度为第一浓度，第一浓度小于第二浓度，第二浓度为在氮化反应的过程中，腔室中未设置导电栅格结构的情况下，在氮化反应完成之后，形成的氮化硅层的掺氮浓度。
在一些可选的实施方式中，还包括：
在导电栅格结构从第一结构特征调整至第二结构特征的情况下，第一浓度从第一值降低至第二值；第一结构特征所对应第一过滤程度小于第二结构特征所对应的第二过滤程度。
在一些可选的实施方式中，第一浓度为约0.5E15原子每平方厘米至约5E15原子每平方厘米。
在一些可选的实施方式中，导电栅格结构包括至少两个导电栅格板，至少两个导电栅格板中相邻的导电栅格板之间存在间隔、且相邻的导电栅格板上开设的过滤孔错位排列。
在一些可选的实施方式中，导电栅格结构上开设的过滤孔的孔轴线为曲线；
或，孔轴线为直线、且相对于导电栅格结构的厚度方向呈倾斜状态。
在一些可选的实施方式中，导电栅格结构上开设的过滤孔中设置有非密闭性阻挡件。
在一些可选的实施方式中，非密闭性阻挡件包括金属网；
或，非密闭性阻挡件包括未完全覆盖过滤孔的至少两个金属阻挡件，至少两个金属阻挡件中相邻的金属阻挡件之间存在间隔、且相邻的金属阻挡件错位设置。
在一些可选的实施方式中，导电栅格结构的属性参数包括以下一个或多个：
材料：铝；
厚度：约3毫米～约4毫米；
过滤孔的侧壁粗糙度：小于或等于0.02微米。
在一些可选的实施方式中，工艺气体还包括惰性气体。
在一些可选的实施方式中，惰性气体包括氩气和/或氦气。
在一些可选的实施方式中，工艺气体中各组分的体积比为：
氮气：约65％～约70％；
惰性气体：约30％～约35％。
在一些可选的实施方式中，腔室的处理参数包括以下一个或多个：
压力：约600毫托～约3000毫托；
射频源功率：约600瓦～约2500瓦；
温度：约24摄氏度～约400摄氏度；
工艺气体的气体流量：约5000标准立方厘米每分钟～约20000标准立方厘米每分钟。
根据本公开的第二方面，提供了一种工件处理设备，包括：
等离子体腔室，用于接收工艺气体；
处理腔室，设置有用于支撑目标工件的支撑件，目标工件上形成有氧化硅层；
感应元件，用于诱导在等离子体腔室中产生等离子体；
偏置源，用于向感应元件提供射频电源；
控制器，用于控制偏置源和感应元件，以实施工件处理工艺，工件处理工艺包括以下操作：
通过控制偏置源，向感应元件提供射频能量，以使用包含有氮气的工艺气体生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物；第一混合物包含带电粒子和自由基；
在氮化反应的过程中，利用导电栅格结构对第一混合物进行过滤，以去除第一混合物中至少部分带电粒子，得到第二混合物；导电栅格结构设置于等离子腔室或处理腔室中、且位于目标工件远离支撑件的一侧；
将目标工件暴露于第二混合物中，以在氧化硅层的至少部分区域上形成氮化硅层。
在一些可选的实施方式中，等离子体腔室和处理腔室为同一腔室。
在一些可选的实施方式中，工件处理工艺具体包括：
在氮化反应的过程中，利用导电栅格结构的栅格表面，对第一混合物中的第一部分进行过滤；第一部分为第一混合物中与栅格表面发生碰撞的部分带电粒子；
以及，利用导电栅格结构上开设的过滤孔的侧壁，对第一混合物中的第二部分进行过滤；第二部分为第一混合物中进入过滤孔，并与过滤孔的侧壁发生碰撞的至少部分带电粒子。
在一些可选的实施方式中，还包括引流装置，引流装置包括抽气泵，以及设置于抽气泵上的抽气管道，抽气管道与处理腔室连通、且连通孔位于导电栅格板靠近目标工件的一侧；
引流装置用于：
调节第一混合物的流速，以使第一混合物至少在过滤孔中从第一流速提升至第二流速。
在一些可选的实施方式中，在氮化反应完成之后，形成的氧化硅层的掺氮浓度为第一浓度，第一浓度小于第二浓度，第二浓度为在氮化反应的过程中，等离子腔室或处理腔室中均未设置导电栅格结构的情况下，，在氮化反应完成之后，形成的氮化硅层的掺氮浓度。
在一些可选的实施方式中，工件处理工艺还包括：
在导电栅格结构从第一结构特征调整至第二结构特征的情况下，第一浓度从第一值降低至第二值；第一结构特征所对应第一过滤程度小于第二结构特征所对应的第二过滤程度。
在一些可选的实施方式中，第一浓度为约0.5E15原子每平方厘米至约5E15原子每平方厘米。
在一些可选的实施方式中，导电栅格结构包括至少两个导电栅格板，至少两个导电栅格板中相邻的导电栅格板之间存在间隔、且相邻的导电栅格板上开设的过滤孔错位排列。
在一些可选的实施方式中，导电栅格结构上开设的过滤孔的孔轴线为曲线；
或，孔轴线为直线、且相对于导电栅格结构的厚度方向呈倾斜状态。
在一些可选的实施方式中，导电栅格结构上开设的过滤孔中设置有非密闭性阻挡件。
在一些可选的实施方式中，非密闭性阻挡件包括金属网；
或，非密闭性阻挡件包括未完全覆盖过滤孔的至少两个金属阻挡件，至少两个金属阻挡件中相邻的金属阻挡件之间存在间隔、且相邻的金属阻挡件错位设置。
在一些可选的实施方式中，导电栅格结构的属性参数包括以下一个或多个：
材料：铝；
厚度：约3毫米～约4毫米；
过滤孔的侧壁粗糙度：小于或等于0.02微米。
在一些可选的实施方式中，工艺气体还包括惰性气体。
在一些可选的实施方式中，惰性气体包括氩气和/或氦气。
在一些可选的实施方式中，工艺气体中各组分的体积比为：
氮气：约65％～约70％；
惰性气体：约30％～约35％。
在一些可选的实施方式中，腔室的处理参数包括以下一个或多个：
压力：约600毫托～约3000毫托；
射频源功率：约600瓦～约2500瓦；
温度：约24摄氏度～约400摄氏度；
工艺气体的气体流量：约5000标准立方厘米每分钟～约20000标准立方厘米每分钟。
根据本公开的第三方面，提供了一种半导体器件，半导体器件包括通过以上所述的方法获得的目标工件，所述目标工件上包括氧化硅层，以及所述氧化硅层上形成的氮化硅层，所述氧化硅层的掺氮浓度为约0.5E15原子每平方厘米至约5E15原子每平方厘米。
通过本公开提供的技术方案，可以将目标工件置于腔室中的支撑件上，目标工件上形成有氧化硅层；使用包含有氮气的工艺气体生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物；第一混合物包含带电粒子和自由基；在氮化反应的过程中，利用腔室中的导电栅格结构对第一混合物进行过滤，以去除第一混合物中至少部分带电粒子，得到第二混合物；导电栅格结构位于目标工件远离支撑件的一侧；将目标工件暴露于第二混合物中，以在氧化硅层的至少部分区域上形成氮化硅层。在氮化反应的过程中，由于利用了腔室中的导电栅格结构对第一混合物进行过滤，以去除第一混合物中至少部分带电粒子，得到第二混合物，因此，第二混合物中，仅包含小比例未被导电栅格结构成功过滤的带电粒子。那么，在将目标工件暴露于第二混合物中，以在氧化硅层的至少部分区域上形成氮化硅层的过程中，带电粒子对氧化硅层的轰击强度就会降低，这能够有效降低氧化硅层的掺氮浓度，也即，能够有效降低氧化硅层的损伤程度，使得氧化硅层的介电常数维持在较低数值，从而降低目标工件的层间寄生电容，以提升目标工件的稳定性，使得包括该目标工件的半导体器件能够满足高稳定性的应用需求。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
图1为现有技术提供的一种多层钝化方案的实施过程示意图；
图2为本公开实施例提供的一种工件处理方法的流程示意图；
图3A为本公开实施例提供的一种导电栅格结构的结构示意图；
图3B为本公开实施例提供的一种导电栅格结构中薄板的第一种基本结构设计说明图；
图3C为本公开实施例提供的一种导电栅格结构中薄板的第二种基本结构设计说明图；
图3D为本公开实施例提供的一种导电栅格结构中过滤孔的基本结构设计说明图；
图4为本公开实施例提供的一种导电栅格结构对带电粒子的过滤原理说明图；
图5为本公开实施例提供的一种工件处理过程示意图；
图6为本公开实施例提供的一种引流装置的设置示意图；
图7为本公开实施例提供的第一种对导电栅格结构进行结构特征优化的实施方式示意图；
图8A和图8B为本公开实施例提供的第二种对导电栅格结构进行结构特征优化的实施方式示意图；
图9A为本公开实施例提供的第三种对导电栅格结构进行结构特征优化的实施方式示意图；
图9B为本公开实施例提供的第四种对导电栅格结构进行结构特征优化的实施方式示意图；
图10为根据本公开实施例提供的一种工件处理的剖面图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
在半导体器件的制造过程中，通常需要在其表面形成钝化层，以避免半导体器件的物理性能受到外环境的影响，从而在一定程度上提高半导体器件的稳定性。
目前，常用的钝化层为氧化硅(SiO2)层。但是，SiO2层具有结构相对疏松、对水的亲合力强、对水汽和其它气体渗透率高等缺点，特别是SiO2层对碱金属离子的阻挡能力很差，易被污染。为此，行业内提出了将氮化硅(SiN)层作为钝化层的方案。SiN层与SiO2层相比，抗热震性更好、化学稳定性更高、致密性更好，抗杂质扩散和水汽渗透能力更强、且具有良好的力学性能、绝缘性能、抗氧化、抗腐蚀和耐摩擦性，因此，在杂质扩散和水汽渗透能力方面具有明显的优势。但是，在基底，例如，硅(Si)基底上形成一层SiN层之后，SiN层与Si基底的交界面会出现一个较高、且会随时间变化的电荷密度。
为解决上述问题，行业内又提出了多层钝化的方案。例如，先在Si基底上形成一层SiO2层，然后，在SiO2层的表面，具体在SiO2层远离支撑件的侧面再形成一层SiN层。
请结合图1，示例性的，将目标工件101置于腔室中的支撑件102上，目标工件101的Si基底1011上形成有SiO2层1012。然后，使用包含有氮气的工艺气体生成一种或多种等离子体，以得到混合物103，该混合物103包含带电粒子1031和自由基1032。最后，将目标工件101暴露于混合物103中，以对SiO2层1012进行氮化处理，在SiO2层1012的至少部分区域上形成SiN层1013。
然而，经发明人研究发现，对SiO2层1012进行氮化处理，在SiO2层1012的至少部分区域上形成SiN层1013的过程中，由于混合物103中包含较大比例的带电粒子1031，因此，SiO2层1012受到带电粒子1031的轰击强度较大，也就提高了SiO2层1012的掺氮浓度(氮元素1014在SiO2层1012中的含量比)，也即，提高了SiO2层1012的损伤程度，使得SiO2层1012的介电常数维持在较高数值，从而增强了目标工件的层间寄生电容，降低了目标工件100的稳定性。那么，在面对高稳定性应用需求的情况下，包括目标工件100的半导体器件便无法满足应用需求。
为解决上述问题，本公开实施例提供了一种工件处理方法，该工件处理方法可以应用于工件处理设备。以下，将结合图2所示流程示意图，对本公开实施例提供的一种工件处理方法进行说明。需要说明的是，虽然在流程示意图中示出了逻辑顺序，但是，在某些情况下，也可以以其他顺序执行所示出或描述的步骤。
步骤S201，将目标工件置于腔室中的支撑件上，目标工件上形成有SiO2层。
本公开实施例中，目标工件可以包括Si基底，以及形成在Si基底上的多层结构，该多层结构中包括SiO2层。
此外，需要说明的是，本公开实施例中，该腔室具体可以是处理腔室，或兼具处理腔室和等离子体腔室的腔室。也就是说，在实际应用中，本公开实施例提供的工件处理方法适用于处理腔室和等离子体腔室分开的工件处理设备，此时，支撑件设置于处理腔室中；同样地，本公开实施例提供的工件处理方法也适用于等离体子腔室与处理腔室属于同一腔室的工件设备。在一具体示例中，该工件处理设备可以是等离子体刻蚀机。
还需要说明的是，本公开实施例中，目标工件可以是半导体器件，也可以是其他器件。在一具体示例中，目标工件为半导体器件。
步骤S202，使用包含有氮气的工艺气体生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物；第一混合物包含带电粒子和自由基。
在一具体示例中，工艺气体可以包括氮气；在另一具体示例中，工艺气体可以是混合气体，例如，除包括氮气之外，还可以包括惰性气体。其中，氮气可以包含N2、NH3或它们的混合。在工艺气体为混合气体的情况下，可以根据实际需求，调整工艺气体中各组分的体积比，本公开实施例对此不作限制。
可以理解的是，在实际应用中，在工艺气体为混合气体的情况下，可以先将各组分进行混合，再注入腔室中；或，先后(该先后顺序不作限制)将各组分注入腔室，使得各组分在腔室中混合。例如，先将氮气注入腔室，再将惰性气体注入腔室，使得氮气和惰性气体在腔室中混合。再例如，先将惰性气体注入腔室，再氮气将注入腔室，使得氮气和惰性气体在腔室中混合。
此外，需要说明的是，本公开实施例中，等离子体是对工艺气体进行解离之后生成的等离子态物质，例如，是对氮气进行解离之后生成的等离子态物质，包含电子、离子和自由基。其中，电子和离子属于带电粒子，自由基属于中性粒子。也就是说，本公开实施例中，第一混合物实际至少包含对氮气进行解离之后生成的带电粒子和自由基。
还需要说明的是，在实际应用中，若本公开实施例提供的工件处理方法在处理腔室和等离子体腔室分离的工件处理设备上实施，此时，生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物的步骤可以在等离子体腔室进行，在生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物之后，再将第一混合物引入处理腔室，以完成后续的工件处理流程。
步骤S203，在氮化反应的过程中，利用腔室中的导电栅格结构对第一混合物进行过滤，以去除第一混合物中至少部分带电粒子，得到第二混合物；导电栅格结构位于目标工件远离支撑件的一侧。
本公开实施例中，导电栅格结构可以是栅格状薄板。请结合图3A，示例性的，在实际应用中，可以在薄板3011上，开设过滤孔3012，例如，开设2000个过滤孔3012，从而形成导电栅格结构301，具体可以以薄板3011的中心为中心点，以圆周阵列方式，开设2000个过滤孔3012，从而形成导电栅格结构301。
其中，薄板3011的基本结构(形状和尺寸)可以根据目标工件302的基本结构进行设计，能够完全覆盖目标工件302即可(具体如图3B所示)。例如，目标工件302为圆形、且直径为12英寸(Inch)，那么，薄板3011也可以为圆形结构、且直径至少为12Inch。薄板3011的基本结构也可以根据腔室303的基本结构进行设计，与腔室303形状匹配即可(具体如图3C所示)。例如，腔室303的横截面为圆形、且直径为20厘米(Cm)，那么，薄板3011也可以为圆形结构、且直径为20厘米Cm。
过滤孔3012可以是孔轴线为直线、且径向截面为圆形的贯穿孔，直径可以是0.1Inch。其中，孔轴线可以与导电栅格结构301的厚度方向T平行(具体如图3D所示)。
此外，本公开实施例中，导电栅格板可以是通过导电材料制造而成的栅格状薄板。一具体示例中，导电材料可以是铝(Al)、铁(Fe)、铜(Cu)等金属材料；在另一具体示例中，导电材料也可以是导电陶瓷、石墨、混合导体等非金属材料，本公开实施例对此不作限制。
在实际应用中，导电栅格结构可以接地，如此，便可以将与导电栅格结构发生碰撞的带电粒子引入地下，从而实现去除所述第一混合物中至少部分带电粒子，并使自由基通过的目的。
请结合图4，可以向感应元件(图中未示出)提供射频能量，对工艺气体中包括的氮气进行解离，生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物401，第一混合物401包含带电粒子4011和自由基4012。在导电栅格结构402接地的情况下，第一混合物401在腔室中运动的过程中，第一混合物401中包含的部分带电粒子4011会与导电栅格结构402的栅格表面4021发生碰撞，被引入地下，以降低第一混合物401中带电粒子4011的整体占比，第一混合物401中包含的另一部分带电粒子4011会进入过滤孔4022，这部分带电粒子4011在过滤孔4022中，若与过滤孔4022的侧壁发生碰撞，则会被引入地下，若未与过滤孔4022的侧壁发生碰撞，则会作为从电栅格结构402成功逃逸的带电粒子4031，再与从过滤孔4022通过的自由基4032混合成为第二混合物403。
在实际应用中，可以对导电栅格结构402进行结构特征优化，使得混合物403中尽量只包含小比例的带电粒子4031。此外，可以理解的是，本公开实施例中，由于自由基4012属于中性粒子，因此，即使与导电栅格结构402的栅格表面4021或过滤孔4022的侧壁发生碰撞，也不会被引入地下。
步骤S204，将目标工件暴露于第二混合物中，以在SiO2层的至少部分区域上形成SiN层。
将目标工件暴露于第二混合物中之后，第二混合物中包含的自由基会与SiO2层起氮化反应，以在SiO2层的至少部分区域上形成SiN层。
请结合图5，目标工件501的Si基底5011上形成有SiO2层5012，在执行步骤S201、步骤S202和步骤S203之后，相对而言，第二混合物502中仅包括小比例的带电粒子5021，而包含了大比例的自由基5022，那么，在将目标工件501暴露于第二混合物502中，以在SiO2层5012的至少部分区域上形成SiN层5013的过程中，带电粒子5021对SiO2层5012的轰击强度就会降低，这能够有效降低SiO2层5012的掺氮浓度(氮元素5014在SiO2层5012中的含量比)，也即，能够降低SiO2层5012的损伤程度，使得SiO2层5012的介电常数维持在较低数值，从而降低目标工件501的层间寄生电容，以提升目标工件501的稳定性。
需要说明的是，本公开实施例中，可以通过二次离子质谱(Secondary Ion MassSpectroscopy，SIMS)分析法，检测SiO2层5012的掺氮浓度，本公开实施例对此不作限制。
综上所述，通过本公开实施例提供的工件处理方法，可以将目标工件置于腔室中的支撑件上，目标工件上形成有SiO2层；使用包含有氮气的工艺气体生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物；第一混合物包含带电粒子和自由基；在氮化反应的过程中，利用腔室中的导电栅格结构对第一混合物进行过滤，以去除第一混合物中至少部分带电粒子，得到第二混合物；导电栅格结构位于目标工件远离支撑件的一侧；将目标工件暴露于第二混合物中，以在SiO2层的至少部分区域上形成SiN层。在氮化反应的过程中，由于利用了腔室中的导电栅格结构对第一混合物进行过滤，以去除第一混合物中至少部分带电粒子，得到第二混合物，因此，第二混合物中，仅包含小比例未被导电栅格结构成功过滤的带电粒子。那么，在将目标工件暴露于第二混合物中，以在SiO2层的至少部分区域上形成SiN层的过程中，带电粒子对SiO2层的轰击强度就会降低，这能够有效降低SiO2层的掺氮浓度，也即，能够有效降低SiO2层的损伤程度，使得SiO2层的介电常数维持在较低数值，从而降低目标工件的层间寄生电容，以提升目标工件的稳定性，使得包括该目标工件的半导体器件能够满足高稳定性的应用需求。
进一步地，如前所述，带电粒子是通过与导电栅格结构的栅格表面、过滤孔的侧壁发生的碰撞行为，从而被去除的。基于此，可以理解的是，本公开实施例中，“在氮化反应的过程中，利用腔室中的导电栅格结构对第一混合物进行过滤”具体包括以下步骤：
在氮化反应的过程中，利用导电栅格结构的栅格表面，对第一混合物中的第一部分进行过滤；第一部分为第一混合物中与栅格表面发生碰撞的部分带电粒子；
以及，利用导电栅格结构上开设的过滤孔的侧壁，对第一混合物中的第二部分进行过滤；第二部分为第一混合物中进入过滤孔，并与过滤孔的侧壁发生碰撞的至少部分带电粒子。
通过以上步骤，本公开实施例中，除利用导电栅格结构的栅格表面对一部分带电粒子进行过滤之外，还可以通过导电栅格结构上开设的过滤孔的侧壁，对另一部分带电粒子进行过滤，从而进一步降低第二混合物中的带电粒子比例。那么，在将目标工件暴露于第二混合物中，以在SiO2层的至少部分区域上形成SiN层的过程中，带电粒子对SiO2层的轰击强度就会进一步降低，以进一步降低SiO2层的掺氮浓度，也即，进一步降低SiO2层的损伤程度，使得SiO2层的介电常数维持在更低数值，从而进一步降低目标工件的层间寄生电容，以进一步提升目标工件的稳定性。
为避免等离子在过滤孔中阻塞堆积，本公开实施例中，工件处理设备还可以包括引流装置。引流装置可以包括抽气泵，以及设置于抽气泵上的抽气管道，抽气管道与腔室连通、且连通孔位于导电栅格板靠近目标工件的一侧。例如，连通孔可以位于腔室的底部、且朝向导电栅格板，也可以位于腔室的侧壁、且朝向导电栅格板，还可以位于支撑件上、且朝向导电栅格板。基于此，本公开实施例提供的工件处理方法还可以包括：
调节第一混合物的流速，以使第一混合物至少在过滤孔中从第一流速提升至第二流速。
其中，第一流速为第一混合物在过滤孔中的实时流通速度，第二流速可以根据实际需求调整，本申请实施例对此不作限制。此外，在实际应用中，可以通过调整抽气泵的抽气压力，从而实现对第一混合物进行流速调整的目的。
请结合图6，引流装置包括抽气泵(图中未示出)，以及设置于抽气泵上的抽气管道601，抽气管道601与腔室602连通，连通孔位于腔室602的底部、且朝向导电栅格板603。通过调整抽气泵的抽气压力，可以对第一混合物604进行流速调整，从而使第一混合物604至少在过滤孔6031中从第一流速提升至第二流速。
通过以上设置，本公开实施例中，可以使得第一混合物具有良好的流动性，从而避免第一混合物在过滤孔中阻塞堆积，以使氮化反应的顺利进行。
进一步地，如前所述，本公开实施例中，在氮化反应的过程中，由于利用了腔室中的导电栅格结构对第一混合物进行过滤，以去除第一混合物中至少部分带电粒子，得到第二混合物，因此，第二混合物中，仅包含小比例未被导电栅格结构成功过滤的带电粒子。那么，在将目标工件暴露于第二混合物中，以在SiO2层的至少部分区域上形成SiN层的过程中，带电粒子对SiO2层的轰击强度就会降低，这能够有效降低SiO2层的掺氮浓度。也就是说，本公开实施例中，在氮化反应完成之后，形成的SiN层的掺氮浓度为第一浓度、且第一浓度小于第二浓度。其中，第二浓度为在氮化反应的过程中，腔室中未设置导电栅格结构的情况下，在氮化反应完成之后，形成的SiN层的掺氮浓度。
为方便理解和对比，本公开实施例中，可以将第一浓度看作图5所示SiO2层5012的掺氮浓度，将第二浓度看作图1所示SiO2层1012的掺氮浓度。
其中，第一浓度为约0.5E15原子每平方厘米(Atom/Cm2)至约5E15Atom/Cm2。例如，在工艺气体的气体流量为约5000标准Cm3/Min的情况下，第一浓度为约0.5E15Atom/Cm2，在工艺气体的气体流量为约10000标准Cm3/Min的情况下，第一浓度为约2.5E15Atom/Cm2，或在工艺气体的气体流量为约20000标准Cm3/Min的情况下，第一浓度为约约1E15Atom/Cm2或趋近于4E15Atom/Cm2，而第二浓度是始终大于5E15Atom/Cm2的，例如，即使降低工艺气体的气体流量，第二浓度最低也只能为5.5E15 Atom/Cm2。
显然，通过本公开实施例提供的工件处理方法获得的目标工件中，SiO2层的掺氮浓度较低，能够降低SiO2层的损伤程度，使得SiO2层的介电常数维持在较低数值，从而降低目标工件的层间寄生电容，以提升目标工件的稳定性。
此外，基于以上叙述，可以理解的是，本公开实施例中，部分带电粒子进入过滤孔之后，若与过滤孔的侧壁发生碰撞，则会被引入地下，若未与过滤孔的侧壁发生碰撞，则会作为从电栅格结构成功逃逸的带电粒子，再与从过滤孔通过的自由基混合成为第二混合物。因此，在带电粒子通过过滤孔时，与过滤孔的侧壁发生碰撞行为的概率，决定了第二混合物中的带电粒子比例，进而决定了带电粒子对SiO2层的轰击强度，也就决定了SiO2层的掺氮浓度，而在实际应用中，这个概率又可以通过对导电栅格结构的结构特征进行优化，得到提升。基于此，本公开实施例提供的工件处理方法还可以包括：
在导电栅格结构从第一结构特征调整至第二结构特征的情况下，第一浓度从第一值降低至第二值；第一结构特征所对应第一过滤程度小于第二结构特征所对应的第二过滤程度。其中，第一过滤程度和第二过滤程度均表征导电栅格结构对带电粒子的过滤程度。
关于对导电栅格结构的结构特征进行优化，本公开实施例中，提供了以下几种可选的实施方式：
(1)导电栅格结构包括至少两个导电栅格板，至少两个导电栅格板中相邻的导电栅格板之间存在间隔、且相邻的导电栅格板上开设的过滤孔错位排列。
请结合图7，示例性的，导电栅格结构701包括两个导电栅格板，分别为第一导电栅格板7011和第二导电栅格板7012。
向感应元件(图中未示出)提供射频能量，对工艺气体中包括的氮气进行解离，生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物702，第一混合物702包含带电粒子7021和自由基7022。在第一导电栅格板7011接地的情况下，第一混合物702在腔室中运动的过程中，第一混合物702中包含的部分带电粒子7021会与第一导电栅格板7011的栅格表面70111发生碰撞，被引入地下，以降低第一混合物702中带电粒子7021的整体占比，第一混合物702中包含的另一部分带电粒子7021会进入过滤孔70112，这部分带电粒子7021在过滤孔70112中，若与过滤孔70112的侧壁发生碰撞，则会被引入地下，若未与过滤孔70112的侧壁发生碰撞，则会作为从第一导电栅格板7011成功逃逸的带电粒子7021，再与从过滤孔70112通过的自由基7022混合成为中间混合物703(为方便区分描述，标记中间混合物703中包含带电粒子7031和自由基7032)。
此后，在第二导电栅格板7012接地的情况下，中间混合物703在腔室中运动的过程中，中间混合物703中包含的部分带电粒子7031会与第二导电栅格板7012的栅格表面70121发生碰撞，被引入地下，以降低中间混合物703中带电粒子7031的整体占比，中间混合物703中包含的另一部分带电粒子7031会进入过滤孔70122，这部分带电粒子7031在过滤孔70122中，若与过滤孔70122的侧壁发生碰撞，则会被引入地下，若未与过滤孔70122的侧壁发生碰撞，则会作为从第二导电栅格板7012成功逃逸的带电粒子7031，再与从过滤孔70122通过的自由基7032混合成为第二混合物704(为方便区分描述，标记第二混合物704中包含带电粒子7041和自由基7042)。
最终，将目标工件暴露于第二混合物704中，以在SiO2层的至少部分区域上形成SiN层。
由于通过了多层过滤，因此，相对于单层过滤的方案而言，最终形成的第二混合物(例如，图7所示的第二混合物704)中包含带电粒子会具有更小比例。那么，在将目标工件暴露于第二混合物中，以在SiO2层的至少部分区域上形成SiN层的过程中，带电粒子对SiO2层的轰击强度就会进一步降低，以进一步降低SiO2层的掺氮浓度，也即，进一步降低SiO2层的损伤程度，使得SiO2层的介电常数维持在更低数值，从而进一步降低目标工件的层间寄生电容，以进一步提升目标工件的稳定性。
(2)导电栅格结构上开设的过滤孔的孔轴线为曲线，或孔轴线为直线、且相对于导电栅格结构的厚度方向呈倾斜状态。
其中，曲线为呈钝角状的折线、迂回转线段等，本公开实施例对此不作限制。
请结合图8A和图8B，示例性的，导电栅格结构801上开设的过滤孔8011的孔轴线为曲线、且曲线为呈钝角状的折线。
向感应元件(图中未示出)提供射频能量，对工艺气体中包括的氮气进行解离，生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物802，第一混合物802包含带电粒子8021和自由基8022。在导电栅格结构801接地的情况下，第一混合物802在腔室中运动的过程中，第一混合物802中包含的部分带电粒子8021会与导电栅格结构801的栅格表面8011发生碰撞，被引入地下，以降低第一混合物802中带电粒子8021的整体占比，第一混合物802中包含的另一部分带电粒子8021会进入过滤孔8012，这部分带电粒子8021在过滤孔8012中，若与过滤孔8012的侧壁发生碰撞，则会被引入地下，若未与过滤孔8012的侧壁发生碰撞，则会作为从导电栅格结构801成功逃逸的带电粒子8021，再与从过滤孔8012通过的自由基8022混合成为第二混合物803(为方便区分描述，标记第二混合物803中包含带电粒子8031和自由基8032)。
最终，将目标工件暴露于第二混合物803中，以在SiO2层的至少部分区域上形成SiN层。
由于过滤孔的孔轴线为曲线，因此，相对于孔轴线为直线、且与导电栅格结构的厚度方向T平行的方案而言，增加了带电粒子在通过过滤孔的过程中，与过滤孔的侧壁发生碰撞行为的概率，使得最终形成的第二混合物(例如，图8B所示的第二混合物803)中包括带电粒子会具有更小比例，同样的，在孔轴线为直线、且相对于导电栅格结构的厚度方向T呈倾斜状态的情况下，也会增加带电粒子在通过过滤孔的过程中，与过滤孔的侧壁发生碰撞行为的概率。那么，在将目标工件暴露于第二混合物803中，以在SiO2层的至少部分区域上形成SiN层的过程中，带电粒子对SiO2层的轰击强度就会进一步降低，以进一步降低SiO2层的掺氮浓度，也即，进一步降低SiO2层的损伤程度，使得SiO2层的介电常数维持在更低数值，从而进一步降低目标工件的层间寄生电容，以进一步提升目标工件的稳定性。
(3)在导电栅格结构上开设的过滤孔中设置非密闭性阻挡件。
在一具体示例中，非密闭性阻挡件包括金属网；在另一具体示例中，非密闭性阻挡件包括未完全覆盖过滤孔的至少两个金属阻挡件，至少两个金属阻挡件中相邻的金属阻挡件之间存在间隔、且相邻的金属阻挡件错位设置。
请结合图9A，示例性的，在导电栅格结构901上开设的过滤孔9011中设置非密闭性阻挡件9012、且非密闭性阻挡件9012包括至少两层金属网。
向感应元件(图中未示出)提供射频能量，对工艺气体中包括的氮气进行解离，生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物902，第一混合物902包含带电粒子9021和自由基9022。在导电栅格结构901接地的情况下，第一混合物902在腔室中运动的过程中，第一混合物902中包含的部分带电粒子9021会与导电栅格结构901的栅格表面9013发生碰撞，被引入地下，以降低第一混合物902中带电粒子9021的整体占比，第一混合物902中包含的另一部分带电粒子9021会进入过滤孔9011，这部分带电粒子9021在过滤孔9011中，若与过滤孔9011的侧壁或非密闭性阻挡件9012发生碰撞，则会被引入地下，若未与过滤孔9011的侧壁或非密闭性阻挡件9012发生碰撞，则会作为从导电栅格结构901成功逃逸的带电粒子9021，再与从过滤孔9011通过的自由基9022混合成为第二混合物903(为方便区分描述，标记第二混合物903中包含带电粒子9031和自由基9032)。
最终，将目标工件暴露于混合物903中，以在SiO2层的至少部分区域上形成SiN层。
由于过滤孔中设置非密闭性阻挡件，因此，相对于孔轴线为直线、且与导电栅格结构的厚度方向T平行的方案而言，增加了带电粒子在通过过滤孔的过程中，发生碰撞行为的概率，使得最终形成的混合物(例如，图9A所示的混合物903)中包括带电粒子会具有更小比例。同样的，请结合图9B，在在导电栅格结构904上开设的过滤孔9041中设置的非密闭性阻挡件9042包括未完全覆盖过滤孔的至少两个金属阻挡件，至少两个金属阻挡件中相邻的金属阻挡件之间存在间隔、且相邻的金属阻挡件错位设置的情况下，相对于孔轴线为直线、且与导电栅格结构的厚度方向T平行的方案而言，也能够增加带电粒子在通过过滤孔的过程中，发生碰撞行为的概率，使得最终形成的混合物中包括带电粒子会具有更小比例。那么，将目标工件暴露于混合物903中，以在SiO2层的至少部分区域上形成SiN层的过程中，带电粒子对SiO2层的轰击强度就会进一步降低，以进一步降低SiO2层的掺氮浓度，也即，进一步降低SiO2层的损伤程度，使得SiO2层的介电常数维持在更低数值，从而进一步降低目标工件的层间寄生电容，以进一步提升目标工件的稳定性。
在一些可选的实施方式中，导电栅格结构的属性参数包括以下一个或多个：
制作材料：Al；
厚度：约3毫米(Mm)～约4Mm，例如，在一具体示例中，导电栅5格结构的厚度为3Mm，或3.5Mm，或4Mm，本公开实施例对此不作具体
限制，只需要根据实际需求调整即可；
过滤孔的侧壁粗糙度：小于或等于0.02微米(Um)，例如，在一具体示例中，导电栅格结构的过滤孔的侧壁粗糙度为0.005Um，或0.01Um，
或0.02Um，本公开实施例对此不作具体限制，只需要根据实际需求调整0即可。
需要说明的是，本公开实施例中，术语“约”与数值的联合使用旨在表征所指数值的百分之十(10％)以内。
本公开实施例中，将Al作为导电栅格结构的制作材料，相对于将Fe、Cu等金属材料而言，耐腐蚀性更强，因此，能够避免对等离子体产生污染，5同时，相对于导电陶瓷、石墨、混合导体等非金属材料又具有高性价比。
此外，本公开实施例中，在导电栅格结构的厚度为约3Mm至约4Mm和/或导电栅格结构的过滤孔的侧壁粗糙度小于或等于0.02Um的情况下，能够减少第一混合物通过过滤孔所需的时间长度，从而避免第一混合物中
包括的自由基复合回气态，以使第二混合物中自由基的含量能够满足工件0处理需求。
在一些可选的实施方式中，工艺气体还包括惰性气体，例如，氩气(Ar)和/或氦气(He)，用于增加氮气的解离率。
在一些可选的实施方式中，工艺气体中各组分的体积比为：
氮气：约65％～约70％，例如，在一具体示例中，氮气的体积比例为5 65％，或67.5％，或70％，本公开实施例对此不作具体限制，只需要根据
实际需求调整即可；
惰性气体：约30％～约35％，例如，在一具体示例中，惰性气体的体积比例为30％，或32.5％，或35％，本公开实施例对此不作具体限制，只需要根据实际需求调整即可。
此外，需要说明的是，本公开实施例中，惰性气体对也会对SiO2层产生轰击，因此，惰性气体也可以用于调整SiO2层的掺氮浓度。基于此，在实际应用中，还可以通过调整惰性气体的体积比例，实现调整SiO2层的掺氮浓度的目的。例如，将工艺气体中包含的惰性气体比例，从第一比例降低至第二比例，SiO2层的掺氮浓度从第三浓度降低至第四浓度。
在一些可选的实施方式中，腔室的处理参数包括以下一个或多个：
压力：约600毫托(MTorr)～约3000MTorr，例如，在一具体示例中，压力为600MTorr，或1800MTorr，或3000MTorr，本公开实施例对此不作具体限制，只需要根据实际需求调整即可；
射频源功率：约600瓦(W)～约2500W，例如，在一具体示例中，射频源功率为600W，或1500W，或2500W，本公开实施例对此不作具体限制，只需要根据实际需求调整即可；
温度：约24摄氏度(℃)～约400℃，例如，在一具体示例中，温度为24℃，或200℃，或400℃，本公开实施例对此不作具体限制，只需要根据实际需求调整即可；
工艺气体的气体流量：约5000标准Cm3/Min～约20000标准Cm3/Min，例如，在一具体示例中，工艺气体的气体流量为5000标准Cm3/Min，或1200标准Cm3/Min，或20000标准Cm3/Min，本公开实施例对此不作具体限制，只需要根据实际需求调整即可。
其中，压力可以理解为混合物所在腔室的压力。例如，在处理腔室和等离子体腔室分离的工件处理设备上实施时，该混合物的压力，可以是处理腔室的压力。
在腔室中具有以上处理参数的情况下，能够增加氮气的解离率，同时，能够进一步减少第一混合物通过过滤孔所需的时间长度，从而避免第一混合物中包括的自由基复合回气态，以使第二混合物中自由基的含量能够满足工件处理需求。
本公开实施例还提供了一种工件处理设备，包括：
等离子体腔室，用于接收工艺气体；
处理腔室，设置有用于支撑目标工件的支撑件，目标工件上形成有SiO2层；
感应元件，用于诱导在等离子体腔室中产生等离子体；
偏置源，用于向感应元件提供射频电源；
控制器，用于控制偏置源和感应元件，以实施工件处理工艺，工件处理工艺包括以下操作：
通过控制偏置源，向感应元件提供射频能量，以使用包含有氮气的工艺气体生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物；第一混合物包含带电粒子和自由基；
在氮化反应的过程中，利用导电栅格结构对第一混合物进行过滤，以去除第一混合物中至少部分带电粒子，得到第二混合物；导电栅格结构设置于等离子腔室或处理腔室中、且位于目标工件远离支撑件的一侧；
将目标工件暴露于第二混合物中，以在SiO2层的至少部分区域上形成SiN层。
在一些可选的实施方式中，等离子体腔室和处理腔室为同一腔室。
在一些可选的实施方式中，工件处理工艺具体包括：
在氮化反应的过程中，利用导电栅格结构的栅格表面，对第一混合物中的第一部分进行过滤；第一部分为第一混合物中与栅格表面发生碰撞的部分带电粒子；
以及，利用导电栅格结构上开设的过滤孔的侧壁，对第一混合物中的第二部分进行过滤；第二部分为第一混合物中进入过滤孔，并与过滤孔的侧壁发生碰撞的至少部分带电粒子。
在一些可选的实施方式中，还包括引流装置，引流装置包括抽气泵，以及设置于抽气泵上的抽气管道，抽气管道与处理腔室连通、且连通孔位于导电栅格板靠近目标工件的一侧；
引流装置用于：
调节第一混合物的流速，以使第一混合物至少在过滤孔中从第一流速提升至第二流速。
在一些可选的实施方式中，在氮化反应完成之后，形成的SiO2层的掺氮浓度为第一浓度，第一浓度小于第二浓度，第二浓度为在氮化反应的过程中，等离子腔室或处理腔室中均未设置导电栅格结构的情况下，在氮化反应完成之后，形成的SiN层的掺氮浓度。
在一些可选的实施方式中，工件处理工艺还包括：
在导电栅格结构从第一结构特征调整至第二结构特征的情况下，第一浓度从第一值降低至第二值；第一结构特征所对应第一过滤程度小于第二结构特征所对应的第二过滤程度。
在一些可选的实施方式中，第一浓度为约0.5E15 Atom/Cm2至约5E15Atom/Cm2。
在一些可选的实施方式中，导电栅格结构包括至少两个导电栅格板，至少两个导电栅格板中相邻的导电栅格板之间存在间隔、且相邻的导电栅格板上开设的过滤孔错位排列。
在一些可选的实施方式中，导电栅格结构上开设的过滤孔的孔轴线为曲线；
或，孔轴线为直线、且相对于导电栅格结构的厚度方向呈倾斜状态。
在一些可选的实施方式中，导电栅格结构上开设的过滤孔中设置有非密闭性阻挡件。
在一些可选的实施方式中，非密闭性阻挡件包括金属网；
或，非密闭性阻挡件包括未完全覆盖过滤孔的至少两个金属阻挡件，至少两个金属阻挡件中相邻的金属阻挡件之间存在间隔、且相邻的金属阻挡件错位设置。
在一些可选的实施方式中，导电栅格结构的属性参数包括以下一个或多个：
材料：Al；
厚度：约3Mm～约4Mm；
过滤孔的侧壁粗糙度：小于或等于0.02Um。
在一些可选的实施方式中，工艺气体还包括惰性气体。
在一些可选的实施方式中，惰性气体包括Ar和/或He。
在一些可选的实施方式中，工艺气体中各组分的体积比为：
氮气：约65％～约70％；
惰性气体：约30％～约35％。
在一些可选的实施方式中，腔室的处理参数包括以下一个或多个：
压力：约600MTorr～约3000MTorr；
射频源功率：约600W～约2500W；
温度：约24℃～约400℃；
工艺气体的气体流量：约5000标准Cm3/Min～约20000标准Cm3/Min。
本公开实施例为与前述工件处理方法对应的设备权项，因此，可参见上述方法实施例中的对应描述，此处不作赘述。
通过本公开实施例提供的工件处理设备，可以将目标工件置于腔室中的支撑件上，目标工件上形成有SiO2层；使用包含有氮气的工艺气体生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物；第一混合物包含带电粒子和自由基；在氮化反应的过程中，利用腔室中的导电栅格结构对第一混合物进行过滤，以去除第一混合物中至少部分带电粒子，得到第二混合物；导电栅格结构位于目标工件远离支撑件的一侧；将目标工件暴露于第二混合物中，以在SiO2层的至少部分区域上形成SiN层。在氮化反应的过程中，由于利用了腔室中的导电栅格结构对第一混合物进行过滤，以去除第一混合物中至少部分带电粒子，得到第二混合物，因此，第二混合物中，仅包含小比例未被导电栅格结构成功过滤的带电粒子。那么，在将目标工件暴露于第二混合物中，以在SiO2层的至少部分区域上形成SiN层的过程中，带电粒子对SiO2层的轰击强度就会降低，这能够有效降低SiO2层的掺氮浓度，也即，能够有效降低SiO2层的损伤程度，使得SiO2层的介电常数维持在较低数值，从而降低目标工件的层间寄生电容，以提升目标工件的稳定性，使得包括该目标工件的半导体器件能够满足高稳定性的应用需求。
在一具体示例中，所述工件处理设备具体可以为等离子体刻蚀机900，如图10所示，等离子体刻蚀机1000可以包括：
限定竖直方向V和横向方向L的处理室(也即，处理腔室)1001。
设置在处理室1001的内部空间1002内的基座(也即，支撑件)1004。基座1004可被配置为在内部空间1002内支撑衬底或本公开实施例中待进行刻蚀处理的工件1006。介电窗1010位于基座1004的上方，并充当内部空间1002的顶板。介电窗1010包括中心部分1012和成角度的外围部分1014、且中心部分1012提供了用于喷淋头1020的空间，以将工艺气体注入到内部空间1002中。
在一些可选的实施方式中，等离子体刻蚀机1000可以包括多个感应元件，例如，初级感应元件1030和次级感应元件1040，用于在内部空间1002中产生感应等离子体。初级感应元件1030和次级感应元件1040可以各自包括线圈或天线元件，当被供应射频(RadioFrequency，RF)能量时，其可以在处理室1001的内部空间1002中，使用包含有氮气的工艺气体生成一种或多种等离子体。例如，可以配置第一RF产生器1090，以通过匹配网络1092将电磁能提供给初级感应元件1030。可以配置第二RF产生器1096，以通过匹配网络1094将电磁能提供给次级感应元件1040。
尽管本公开实施例使用了初级感应元件和次级感应元件等名词，但是，需要说明的是，术语初级和次级仅出于方便的目的而使用，并非用于限制本公开实施例。而且，在实际应用中，可以独立于初级线圈操作次级线圈。可以独立于次级线圈操作初级线圈。另外，在一具体示例中，等离子体刻蚀机1000可以仅具有单个感应耦合元件。
在一些可选的实施方式中，等离子体刻蚀机1000可以包括围绕次级感应元件1040设置的金属屏蔽件1052。如此，金属屏蔽件1052将初级感应元件1030和次级感应元件1040分开，以减少初级感应元件1030和次级感应元件1040之间的串扰。
在一些可选的实施方式中，等离子体刻蚀机1000可以包括设置在初级感应元件1030和介电窗1010之间的第一法拉第屏蔽件1054。第一法拉第屏蔽件1054可以是减小初级感应元件1030和处理室1001之间的电容耦合的开槽金属屏蔽件。如图10所示，第一法拉第屏蔽件1054可装配在介电窗1010的成角度的部分上方。
在一些可选的实施方式中，金属屏蔽件1052和第一法拉第屏蔽件1054可以形成单一体1050，以便于制造或其他目的。初级感应元件1030的多匝线圈可以位于邻近该单一体1050的第一法拉第屏蔽件1054的位置。次级感应元件1040可以位于接近该单一体1050的金属屏蔽件1052的位置，例如，位于金属屏蔽件1052和介电窗1010之间。
初级感应元件1030和次级感应元件1040在金属屏蔽件1052的相对侧上的布置允许初级感应元件1030和次级感应元件1040具有不同的结构配置并执行不同的功能。例如，初级感应元件1030可以包括位于处理室1001的外围部分附近的多匝线圈。初级感应元件1030可以用于基本的等离子体产生和在固有瞬态点火阶段期间的可靠启动。初级感应元件1030可以耦合到强大的RF产生器和昂贵的自动调谐匹配网络、且可以在增加的RF频率(例如，约13.56MHz)下操作。
在一些可选的实施方式中，次级感应元件1040可以用于校正和辅助功能以及用于在稳态操作期间改善等离子体的稳定性。此外，由于次级感应元件1040可主要用于校正和辅助功能以及在稳态操作期间改善等离子体的稳定性，因此，次级感应元件1040不必与初级感应元件1030一样耦合到强大的RF产生器，可以进行不同且具有成本效益的设计，以克服与先前设计相关的困难。以下面详细讨论的，次级感应元件1040也可以在较低的频率(例如，约2MHz)下操作，从而允许次级感应元件1040非常紧凑、且装配在介电窗顶部的有限空间中。
在一些可选的实施方式中，初级感应元件1030和次级感应元件1040可以以不同的频率操作。频率可以足够不同以减少初级感应元件1030和次级感应元件1040之间的等离子体中的串扰。例如，施加到初级感应元件1030的频率可以为施加到次级感应元件1030的频率的至少约1.5倍。在一具体示例中，施加到初级感应元件1030的频率可以是约13.56MHz、且施加到次级感应元件1040的频率可以在约1.75MHz～约2.15MHz的范围内。也可以使用其他合适的频率，例如，约400kHz、约4MHz和约27MHz。尽管参考相对于次级感应元件1040以更高频率操作的初级感应元件1030来讨论本公开实施例，但是，本领域技术人员使用本文提供的公开内容应理解，可以在更高的频率下操作次级感应元件1040而不偏离本公开的范围。
在一些可选的实施方式中，次级感应元件1040可以包括平面线圈1042和磁通量集中器1044。磁通量集中器1044可以由铁氧体材料制成。将磁通量集中器与适当的线圈一起使用可以使次级感应元件1040具有较高的等离子体耦合和良好的能量传输效率、且可以显著降低其与金属屏蔽件1052的耦合。在次级感应元件1040上使用较低的频率(例如，约2MHz)可增加表皮层，这也提高了等离子体加热效率。
在一些可选的实施方式中，初级感应元件1030和次级感应元件1040可以承载不同的功能。例如，初级感应元件1030可以用于执行点火期间等离子体产生的基本功能，并为次级感应元件1040提供足够的启动(Priming)。初级感应元件1030可以对等离子体和接地屏蔽件都具有耦合以稳定等离子体电势。与初级感应元件1030关联的第一法拉第屏蔽件1054避免了窗口溅射、且可以用于向接地屏蔽件提供耦合。
可以在存在由初级感应元件1030提供的良好等离子体启动的情况下操作附加线圈，因此，该附加线圈优选地对等离子体具有良好的等离子体耦合和良好能量传递效率。包括磁通量集中器1044的次级感应元件1040既对等离子体体积提供了良好的磁通量传递，同时，也提供了次级感应元件1040与周围的金属屏蔽件1052的良好解耦。磁通量集中器1044和次级感应元件1040的对称驱动进一步减小了线圈端与周围的接地元件之间的电压幅度。这可以减少圆顶的溅射，但同时会给等离子体带来一些小的电容耦合，这可以用来辅助点火。在一些可选的实施方式中，第二法拉第屏蔽件可以与该次级感应元件1040结合使用以减少次级感应元件1040的电容耦合。
在一些可选的实施方式中，等离子体刻蚀机1000可以包括设置在处理室1001内的RF偏置电极1060。等离子体刻蚀机1000还可以包括设置在处理室1001内的接地平面1070，使得接地平面1070沿着竖直方向V与RF偏置电极1060间隔开。如图10所示，在一些可选的实施方式中，RF偏置电极1060和接地平面1070可以设置在基座1004内。
在一些可选的实施方式中，RF偏置电极1060可以经由合适的匹配网络1082耦合到RF功率产生器1080。当RF功率产生器1080向RF偏置电极1060提供RF能量时，可以从处理室1001中的混合物产生等离子体，以直接暴露于衬底1006。在一些可选的实施方式中，RF偏置电极1060可以限定沿着横向方向L在RF偏置电极1060的第一端1064和RF偏置电极1060的第二端1066之间延伸的RF区1062。例如，在一些可选的实施方式中，RF区1062可以沿着横向方向L从RF偏置电极1060的第一端1064跨越到RF偏置电极1060的第二端1066。RF区1062可进一步沿着竖直方向V在RF偏置电极1060和介电窗1010之间延伸。
应该理解的是，接地平面1070沿着横向方向L的长度大于RF偏置电极1060沿着横向方向L的长度。通过这种方式，接地平面1070可以将由RF偏置电极1060发射的RF能量引向衬底1006。
此外，如图10所示的，为应用前述工件处理方法和装置实施例，本公开实施例中，等离子体刻蚀机1000还可以包括导电栅格结构1100。导电栅格结构1100位于工件1006远离支撑件(也即，基座1004)的一侧。
需要说明的是，本公开实施例中，对于图10所示的等离子体刻蚀机1000，离子体腔室和处理腔室(也即，处理室1001)为同一腔室，但是，也存在离子体腔室和处理腔室相互独立的其他等离子体刻蚀机。对于该其他等离子刻蚀机，其导电栅格结构可以设置于等离子腔室中，也可以设置于处理腔室中，还可以设置于等离子腔室和处理腔室的分割处，作为等离子腔室和处理腔室的隔断板。也就是说，本公开实施例中，无论等离子体刻蚀机是离子体腔室和处理腔室同一腔室，还是离子体腔室和处理腔室相互独立，都对于导电栅格结构的设置位置不作具体限制，只需位于工件远离基座的一侧即可。
还需要说明的是，针对等离子体刻蚀机1000的描述中，术语“约”与数值的联合使用旨在所指数值的百分之十(10％)以内。
这里，图10所示结构仅为示例性的，在实际应用中，等离子体刻蚀机1000还可以基于实际需求而包括其他功能组件等，本公开实施例对此不作限制。
本公开实施例还提供了一种半导体器件，半导体器件包括通过前述工件处理方法获得的目标工件，目标工件上包括SiO2层，以及SiO2层上形成的SiN层，SiO2层的掺氮浓度为约0.5E15Atom/Cm2至约5E15Atom/Cm2。
在本公开实施例提供的半导体器件包括的目标工件中，SiO2层的掺氮浓度较低，也即，SiO2层的损伤程度较低，使得SiO2层的介电常数维持在较低数值，从而降低目标工件的层间寄生电容，以提升目标工件的稳定性，使得包括该目标工件的半导体器件能够满足高稳定性的应用需求。
其中，半导体器件具体可以是逻辑处理器，存储器等。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。
Claims (28)
1.一种工件处理方法，其特征在于，包括：
将目标工件置于腔室中的支撑件上，所述目标工件上形成有氧化硅层；
使用包含有氮气的工艺气体生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物；所述第一混合物包含带电粒子和自由基；
在氮化反应的过程中，利用腔室中的导电栅格结构对所述第一混合物进行过滤，以去除所述第一混合物中至少部分带电粒子，得到第二混合物；所述导电栅格结构位于所述目标工件远离所述支撑件的一侧；
将所述目标工件暴露于所述第二混合物中，以在所述氧化硅层的至少部分区域上形成氮化硅层；
其中，所述工艺气体还包括惰性气体、且所述惰性气体包括氩气；
所述腔室的处理参数包括以下一个或多个：
压力：约600毫托～约3000毫托；
射频源功率：约600瓦～约2500瓦；
温度：约24摄氏度～约400摄氏度；
所述工艺气体的气体流量：约5000标准立方厘米每分钟～约20000标准立方厘米每分钟。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述在氮化反应的过程中，利用腔室中的导电栅格结构对所述第一混合物进行过滤，包括：
在氮化反应的过程中，利用所述导电栅格结构的栅格表面，对所述第一混合物中的第一部分进行过滤；所述第一部分为所述第一混合物中与所述栅格表面发生碰撞的部分带电粒子；
以及，利用所述导电栅格结构上开设的过滤孔的侧壁，对所述第一混合物中的第二部分进行过滤；所述第二部分为所述第一混合物中进入所述过滤孔，并与所述过滤孔的侧壁发生碰撞的至少部分带电粒子。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
调节所述第一混合物的流速，以使所述第一混合物至少在所述过滤孔中从第一流速提升至第二流速。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述氮化反应完成之后，形成的所述氧化硅层的掺氮浓度为第一浓度，所述第一浓度小于第二浓度，所述第二浓度为在氮化反应的过程中，所述腔室中未设置所述导电栅格结构的情况下，在氮化反应完成之后，形成的氮化硅层的掺氮浓度。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括：
在所述导电栅格结构从第一结构特征调整至第二结构特征的情况下，所述第一浓度从第一值降低至第二值；所述第一结构特征所对应的第一过滤程度小于所述第二结构特征所对应的第二过滤程度。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述第一浓度为约0.5E15原子每平方厘米至约5E15原子每平方厘米。
7.根据权利要求2～5中任一项所述的方法，其中，所述导电栅格结构包括至少两个导电栅格板，所述至少两个导电栅格板中相邻的导电栅格板之间存在间隔、且相邻的导电栅格板上开设的过滤孔错位排列。
8.根据权利要求2～5中任一项所述的方法，其中，所述导电栅格结构上开设的过滤孔的孔轴线为曲线；
或，所述孔轴线为直线、且相对于所述导电栅格结构的厚度方向呈倾斜状态。
9.根据权利要求2～5中任一项所述的方法，其中，所述导电栅格结构上开设的过滤孔中设置有非密闭性阻挡件。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述非密闭性阻挡件包括金属网；
或，所述非密闭性阻挡件包括未完全覆盖所述过滤孔的至少两个金属阻挡件，所述至少两个金属阻挡件中相邻的金属阻挡件之间存在间隔、且相邻的金属阻挡件错位设置。
11.根据权利要求2所述的方法，其中，所述导电栅格结构的属性参数包括以下一个或多个：
材料：铝；
厚度：约3毫米～约4毫米；
所述过滤孔的侧壁粗糙度：小于或等于0.02微米。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述惰性气体还包括氦气。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工艺气体中各组分的体积比为：
所述氮气：约65％～约70％；
所述惰性气体：约30％～约35％。
14.一种工件处理设备，其特征在于，包括：
等离子体腔室，用于接收工艺气体；
处理腔室，设置有用于支撑目标工件的支撑件，所述目标工件上形成有氧化硅层；
感应元件，用于诱导在所述等离子体腔室中产生等离子体；
偏置源，用于向所述感应元件提供射频电源；
控制器，用于控制所述偏置源和所述感应元件，以实施工件处理工艺，所述工件处理工艺包括以下操作：
通过控制所述偏置源，向所述感应元件提供射频能量，以使用包含有氮气的工艺气体生成一种或多种等离子体，以得到第一混合物；所述第一混合物包含带电粒子和自由基；
在氮化反应的过程中，利用导电栅格结构对所述第一混合物进行过滤，以去除所述第一混合物中至少部分带电粒子，得到第二混合物；所述导电栅格结构设置于所述等离子体腔室或所述处理腔室中、且位于所述目标工件远离所述支撑件的一侧；
将所述目标工件暴露于所述第二混合物中，以在所述氧化硅层的至少部分区域上形成氮化硅层；
其中，所述工艺气体还包括惰性气体、且所述惰性气体包括氩气；
所述腔室的处理参数包括以下一个或多个：
压力：约600毫托～约3000毫托；
射频源功率：约600瓦～约2500瓦；
温度：约24摄氏度～约400摄氏度；
所述工艺气体的气体流量：约5000标准立方厘米每分钟～约20000标准立方厘米每分钟。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述等离子体腔室和所述处理腔室为同一腔室。
16.根据权利要求14所述的设备，其中，所述工件处理工艺具体包括：
在氮化反应的过程中，利用所述导电栅格结构的栅格表面，对所述第一混合物中的第一部分进行过滤；所述第一部分为所述第一混合物中与所述栅格表面发生碰撞的部分带电粒子；
以及，利用所述导电栅格结构上开设的过滤孔的侧壁，对所述第一混合物中的第二部分进行过滤；所述第二部分为所述第一混合物中进入所述过滤孔，并与所述过滤孔的侧壁发生碰撞的至少部分带电粒子。
17.根据权利要求16所述的设备，还包括引流装置，所述引流装置包括抽气泵，以及设置于所述抽气泵上的抽气管道，所述抽气管道与所述处理腔室连通、且连通孔位于所述导电栅格结构靠近所述目标工件的一侧；
所述引流装置用于：
调节所述第一混合物的流速，以使所述第一混合物至少在所述过滤孔中从第一流速提升至第二流速。
18.根据权利要求14所述的设备，其中，在所述氮化反应完成之后，形成的所述氧化硅层的掺氮浓度为第一浓度，所述第一浓度小于第二浓度，所述第二浓度为在氮化反应的过程中，所述等离子体腔室和所述处理腔室中均未设置所述导电栅格结构的情况下，在氮化反应完成之后，形成的氮化硅层的掺氮浓度。
19.根据权利要求18所述的设备，所述工件处理工艺还包括：
在所述导电栅格结构从第一结构特征调整至第二结构特征的情况下，所述第一浓度从第一值降低至第二值；所述第一结构特征所对应第一过滤程度小于所述第二结构特征所对应的第二过滤程度。
20.根据权利要求18或19所述的设备，其中，所述第一浓度为约0.5E15原子每平方厘米至约5E15原子每平方厘米。
21.根据权利要求16～17中任一项所述的设备，其中，所述导电栅格结构包括至少两个导电栅格板，所述至少两个导电栅格板中相邻的导电栅格板之间存在间隔、且相邻的导电栅格板上开设的过滤孔错位排列。
22.根据权利要求16～17中任一项所述的设备，其中，所述导电栅格结构上开设的过滤孔的孔轴线为曲线；
或，所述孔轴线为直线、且相对于所述导电栅格结构的厚度方向呈倾斜状态。
23.根据权利要求16～17中任一项所述的设备，其中，所述导电栅格结构上开设的过滤孔中设置有非密闭性阻挡件。
24.根据权利要求23所述的设备，其中，所述非密闭性阻挡件包括金属网；
或，所述非密闭性阻挡件包括未完全覆盖所述过滤孔的至少两个金属阻挡件，所述至少两个金属阻挡件中相邻的金属阻挡件之间存在间隔、且相邻的金属阻挡件错位设置。
25.根据权利要求16所述的设备，其中，所述导电栅格结构的属性参数包括以下一个或多个：
材料：铝；
厚度：约3毫米～约4毫米；
所述过滤孔的侧壁粗糙度：小于或等于0.02微米。
26.根据权利要求14所述的设备，其中，所述惰性气体还包括氦气。
27.根据权利要求14所述的设备，其中，所述工艺气体中各组分的体积比为：
所述氮气：约65％～约70％；
所述惰性气体：约30％～约35％。
28.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括通过权利要求1～13中任一项所述的方法获得的目标工件，所述目标工件上包括氧化硅层，以及所述氧化硅层上形成的氮化硅层，所述氧化硅层的掺氮浓度为约0.5E15原子每平方厘米至约5E15原子每平方厘米。
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