TW202032661A - 用於移除硬遮罩之以水蒸氣為基礎的含氟電漿 - Google Patents

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Abstract

提供了在工件上進行硬遮罩(例如，硼摻雜非晶碳硬遮罩)移除程序的裝置、系統、和方法。在一示例實施方式中，一方法包含在一處理室中的一工件支撐件上支撐一工件。方法可包含使用電漿源從電漿室中的處理氣體產生電漿。電漿室可藉由分離格柵與處理室分離。方法可包含將工件暴露於在電漿中產生的一或多個自由基，以在工件上執行電漿剝離程序，以從工件至少部分地移除硬遮罩層。方法可包含在電漿剝離程序期間將工件暴露於作為鈍化劑的水蒸氣中。

Description

用於移除硬遮罩之以水蒸氣為基礎的含氟電漿 【優先權主張】
本申請案請求2018年10月26日提申之發明名稱「Water Vapor Based Fluorine Containing Plasma for Removal of Hardmask」之美國專利臨時申請案第62/750,908號的優先權，該案併入本文以供參考。
本申請案請求2018年12月6日提申之發明名稱「Water Vapor Based Fluorine Containing Plasma for Removal of Hardmask」之美國專利臨時申請案第62/776,116號的優先權，該案併入本文以供參考。
本申請案請求2019年3月14日提申之發明名稱「Water Vapor Based Fluorine Containing Plasma for Removal of Hardmask」之美國專利臨時申請案第62/818,260的優先權，該案併入本文以供參考。
本申請案請求2019年7月11日提申之發明名稱「Water Vapor Based Fluorine Containing Plasma for Removal of Hardmask」之美國專利臨時申請案第62/872,873的優先權，該案併入本文以供參考。
本發明一般關於處理半導體工件。
電漿剝離程序(例如乾式剝離程序)可在半導體製造中使用，作為移除工件上的硬遮罩及/或在工件上圖案化的其他材料的方法。電漿剝離程序可使用從一或多種處理氣體所產生的電漿中所提取的反應性物質(例如自由基)，以從工件表面蝕刻及/或移除光阻和其他遮罩層。舉例來說，在某些電漿剝離程序中，來自遠程電漿室中產生的電漿的中性物質穿過分離格柵進入處理室。中性物質可暴露於工件(例如半導體晶圓)，以從工件表面移除硬遮罩。
本發明具體實施例的態樣及優點將部份地在以下的描述中提出、或可從該描述而自明、或可經由具體實施例的實行而習得。
在一示例實施中，方法包含在一處理室中的一工件支撐件上支撐一工件。方法可包含使用一電漿源在一電漿室中從一處理氣體產生一電漿。電漿室可藉由分離格柵與處理室分離。方法可包含使工件暴露於在電漿中所產生的一或多個自由基，以在工件上執行一電漿剝離程序，以至少部分地從工件移除硬遮罩層。方法可包含在電漿剝離程序期間將工件暴露在作為鈍化劑的 水蒸氣中。
本發明的其他示例態樣係關於用於工件處理的系統、方法、及裝置。
在參照下文描述及後附申請專利範圍下，將更佳地理解各個具體實施例的這些及其他特徵、態樣及優點。合併至本說明書並構成其一部分的附圖係說明本發明的具體實施例，並連同本說明書用於解釋相關原理。
50:high aspect ratio structure 高長寬比結構
52:hardmask 硬遮罩
54:silicon nitride layers 氮化矽層
55:substrate 基板
56:silicon dioxide layers 二氧化矽層
60:plasma strip process 電漿剝離程序
70:plasma strip process 電漿剝離程序
100:plasma processing apparatus 電漿處理裝置
110:processing chamber 處理室
112:workpiece support 工件支撐件
114:workpiece 工件
120:plasma chamber 電漿室
122:dielectric side wall 介電質側壁
124:ceiling 頂板
125:plasma chamber interior 電漿室內部
128:grounded Faraday shield 接地法拉第屏蔽
130:induction coil 感應線圈
132:Matching network 匹配網絡
134:RF power generator RF功率產生器
135:inductively coupled plasma source 感應耦合電漿源
150:gas supply 氣體供應器
151:gas distribution channel 氣體分配通道
157:feed gas line 饋入氣體管線
158:control valve and/or mass flow controller 控制閥及/或質量流量控制器
159:feed gas lines 饋入氣體管線
170:water vapor distribution port 水蒸氣分配埠
200:separation grid 分離格柵
210:first grid plate 第一格柵板
215:Species 物質
220:second grid plate 第二格柵板
225:mixture 混合物
230:water vapor injection source 水蒸氣注入源
232:water vapor 水蒸氣
235:third grid plate 第三格柵板
300:method 方法
500:plasma processing apparatus 電漿處理裝置
502:first plasma 第一電漿
504:second plasma 第二電漿
510:bias electrode 偏壓電極
512:matching network 匹配網絡
514:RF power generator RF功率產生器
516:gas exhaust port 排氣埠
600:plasma processing apparatus 電漿處理裝置
602:first plasma 第一電漿
604:second plasma 第二電漿
610:induction coil 感應線圈
612:matching network 匹配網絡
614:RF generator RF產生器
616:vertical lift 豎直升降器
622:dielectric sidewall 介電質側壁
628:Faraday shield 法拉第屏蔽
635:second inductive plasma source 第二感應電漿源
700:high aspect ratio structure 高長寬比結構
702:oxide layers 氧化物層
704:silicon nitride layer 氮化矽層
708:substrate 基板
710:hardmask 硬遮罩
715:plasma strip process 電漿剝離程序
720:plasma strip process 電漿剝離程序
在本說明書中提出了針對本技術領域中具有通常知識者的具體實施例的詳細討論，其係參照附圖，其中：
第一圖繪示在一高長寬比結構上的一示例硬遮罩移除程序；
第二圖繪示根據本發明示例具體實施例的在一高長寬比結構上的一示例硬遮罩移除程序；
第三圖繪示根據本發明示例具體實施例的一示例電漿處理裝置；
第四圖繪示根據本發明示例具體實施例的一示例方法的流程圖；
第五圖繪示根據本發明示例具體實施例的一示例電漿處理裝置；
第六圖繪示根據本發明示例具體實施例的在分離格 柵上的示例水蒸氣注入；
第七圖繪示根據本發明示例具體實施例的一示例電漿處理裝置；
第八圖繪示根據本發明示例具體實施例的一示例電漿處理裝置；
第九圖繪示在一高長寬比結構上的一示例硬遮罩移除程序；以及
第十圖繪示根據本發明示例具體實施例的在一高長寬比結構上的一示例硬遮罩移除程序。
現在將詳細參照具體實施例，其一或多個示例已在圖式中加以圖解。所提出各示例是要解釋該等具體實施例，並非作為本案的限制。事實上，本技術領域中具有通常知識者應能輕易看出，該等具體實施例可有各種修改及變異而不會偏離本案的範疇及精神。舉例來說，所繪示或描述作為一具體實施例之某部分的特徵可配合另一具體實施例使用，以產生又更進一步的具體實施例。因此，本發明的各態樣係企圖涵蓋此等修飾及變異。
本發明的示例態樣係關於在半導體處理中從工件上移除硬遮罩層(例如，硼摻雜非晶碳硬遮罩)的程序。在高長寬比介電質蝕刻應用中，可使用例如硼或金屬摻雜的非晶碳的各種材料作為硬遮罩層，以產生先進的半導體裝置。電漿剝離程序可用以 在進行蝕刻程序後移除殘留的硬遮罩。隨著裝置特性不斷地限縮，就後蝕刻硬遮移除而言，相對於二氧化矽和氮化矽層，相當高度的硬遮罩選擇性可能是需要。
在電漿剝離程序中，硬遮罩相對於二氧化矽和氮化矽的選擇性不足，可能對工件處理帶來挑戰，例如在半導體處理中從高長寬比結構移除硬遮罩。舉例來說，第一圖描繪了用於高長寬比結構50的示例硬遮罩移除程序。高外觀比結構50包含設置在基板55(例如矽基板)上的複數個氮化矽層54和二氧化矽層56。高長寬比結構50與臨界尺寸CD相關。在蝕刻程序之後，硬遮罩52可能保留在高長寬比結構50上。
可在高長寬比結構50上進行電漿剝離程序60，以移除硬遮罩52。電漿剝離程序可將硬遮罩52暴露於在電漿室中產生的一或多種物質，以移除硬遮罩52。如第一圖所示，用於硬遮罩52的電漿剝離程序，如果相對於氮化矽和二氧化矽的選擇性較差，則高長寬比結構50可能產生鋸齒狀的側壁，這對臨界尺寸CD的要求產生負面影響。
本發明的示例態樣係針對一電漿剝離程序，其具有提高的選擇性和更快的灰化速率用於移除硬遮罩層，例如從具有一或多個氮化矽層以及一或多個二氧化矽層的高長寬比結構中移除硬遮罩層。在一些具體實施例中，在電漿剝離程序期間，水蒸氣可與含氟化學物質一起使用作為處理氣體。水分子可作用為鈍化劑，以減少在剝離程序期間的二氧化矽和氮化矽移除。
水蒸氣可以各種方式暴露於工件，而不偏離本發明的範疇。舉例來說，在一些具體實施例中，水蒸氣可引入作為處理氣體的一部分及/或與處理氣體結合。處理氣體可包含含氟氣體和其他氣體(例如氧氣、氫氣、稀釋氣體等)。電漿源(例如，感應電漿源)可在處理氣體中誘發電漿。作為另一示例，水蒸氣可在電漿之後被傳輸到處理室，其在將電漿室與處理室分開的分離格柵下方。作為另一示例，水蒸氣可在電漿之後在分離格柵處引入，例如在分離格柵的格柵板之間。
以此方式，根據本發明的示例態樣的硬遮罩移除程序可提供許多技術效果和益處。舉例來說，根據本發明的示例態樣的硬遮罩移除程序，可用以改良硬遮罩層相對於工件中的二氧化矽層和氮化矽層的選擇性。作為另一示例，根據本發明的示例態樣的硬遮罩移除程序可提供高灰分速率，例如大於每分鐘約1500Å。
為了說明和討論的目的，參照「工件」、「晶圓」或半導體晶圓來討論本發明的各態樣。本技術領域中具有通常知識者在使用本文提供的揭露內容後將得以理解，本發明的示例態樣可與任何半導體基板或其他合適的基板結合使用。另外，術語「約」與數值結合使用是指在所述數值的百分之二十(20%)之內。「基座」是指可用於支撐工件的任何結構。
第二圖描繪了根據本發明的示例具體實施例的用於具有高長寬比結構50的工件的示例硬遮罩移除程序70的概圖。高 長寬比結構50包含設置在基板55(例如矽基板)上的複數個氮化矽層54和複數個二氧化矽層56。高長寬比結構50與臨界尺寸CD相關聯。在蝕刻程序之後，硬遮罩52可能保留在高長寬比結構50上。
可在高長寬比結構50上進行根據本發明示例態樣的電漿剝離程序70，以移除硬遮罩52。電漿剝離程序70可將硬遮罩52暴露於在電漿室中從含氟氣體(例如，CF4、CH2F2、CH3F)產生的一或多種物質，以移除硬遮罩52。電漿剝離程序70可將工件暴露於水蒸氣中，其作為用於氮化矽和二氧化矽層的鈍化劑。
氮化矽和二氧化矽層的鈍化，導致用於硬遮罩層(例如，硼摻雜非晶硬遮罩層)的電漿剝離程序70相對於氮化矽和二氧化矽層的選擇性提高。由於電漿剝離程序70的改進選擇性，高長寬比的結構50可形成光滑的側壁，從而得到改進的臨界尺寸(CD)控制。
第三圖描繪了根據本發明示例具體實施例的示例電漿處理裝置100，其可用於執行硬遮罩移除程序。如圖所示，電漿處理裝置100包含處理室110以及與處理室110分離的電漿室120。處理室110包含可操作以保持待處理工件114(例如半導體晶圓)的工件支撐件或基座112。在此示例說明中，藉由感應耦合電漿源135在電漿室120(亦即，電漿產生區域)中產生電漿，並通過分離格柵組件200將期望的物質從電漿室120引導至工件114的表面。
為了說明和討論的目的，參考感應耦合電漿源來討論本發明的各個態樣。所屬技術領域中具有通常知識者在使用本 文所提供的公開內容下將理解到，在不偏離本發明範疇的情況下，可使用任何電漿源(例如，電感耦合電漿源、電容耦合電漿源等)。
電漿室120包含介電質側壁122和頂板124。介電質側壁122、頂板124和分離格柵板200定義了電漿室內部125。介電質側壁122可由介電質材料形成，例如石英及/或氧化鋁。感應耦合電漿源135可包含感應線圈130，其鄰近介電質側壁122設置在電漿室120周圍。感應線圈130透過合適的匹配網絡132耦合到RF功率產生器134。可從氣體供應器150和環形氣體分配通道151或其他合適的氣體引入機制，將處理氣體(例如，如下文所詳細描述)提供至室內部。當感應線圈130被來自RF功率產生器134的RF功率激發時，可在電漿室120中產生電漿。在特定具體實施例中，電漿處理裝置100可包含選擇性的接地法拉第屏蔽128，以減少感應線圈130與電漿之間的電容耦合。
如第三圖所示，分離格柵200將電漿室120與處理室110分開。分離格柵200可用以對在電漿室120中由電漿所產生的混合物進行離子過濾，以產生過濾後的混合物。過濾後的混合物可在處理室中暴露於工件114。
在一些具體實施例中，分離格柵200可為多板分離格柵。舉例來說，分離格柵200可包含彼此平行地間隔開的第一格柵板210和第二格柵板220。第一格柵板210和第二格柵板220可分開一定距離。
第一格柵板210可具有包含複數個孔的第一格柵圖案。第二格柵板220可具有包含複數個孔的第二格柵圖案。第一格柵圖案可與第二格柵圖案相同或不同。帶電荷的微粒可在其穿過分離格柵中之每一格柵板210、220的孔的路徑中，在壁上進行再結合。中性物質(例如自由基)可相對自由地通過第一格柵板210和第二格柵板220中的孔。孔的大小以及每一格柵板210和220的厚度可影響帶電粒子和中性粒子的通透度。
在一些具體實施例中，第一格柵板210可由金屬(例如，鋁)或其他導電材料製成，及/或第二格柵板220可由導電材料或介電材料(例如，石英、陶瓷)製成。在一些具體實施例中，第一格柵板210及/或第二格柵板220可由其他材料製成，例如矽或碳化矽。在格柵板由金屬或其他導電材料製成的情況下，格柵板可接地。在一些具體實施例中，格柵組件可包含具有單一格柵板的單一格柵。
如第三圖所示，裝置100可包含氣體輸送系統150，其組態為(例如)經由氣體分配通道151或其他分配系統(例如，噴頭)將處理氣體輸送至電漿室120。氣體輸送系統可包含複數個饋入氣體管線159。可使用閥及/或質量流量控制器來控制饋入氣體管線159，以將所需的氣體量輸送到電漿室中作為處理氣體。如第三圖所示，氣體輸送系統150可包含用於輸送含氟氣體(例如，CF4、CH2F2、CH3F)的饋入氣體管線。氣體輸送系統150可包含用於輸送氧氣(例如，O2)的饋入氣體管線。氣體輸送系統150可包含用於輸 送稀釋氣體(例如，N2、Ar、He或其他惰性氣體)的饋入氣體管線。氣體輸送系統150可包含用於輸送氫氣(例如，H2)的饋入氣體管線。
根據本發明的示例態樣，裝置100可包含饋入氣體管線157，其用以將水蒸氣(H2O)輸送到電漿室120作為處理氣體的一部分。可使用控制閥及/或質量流量控制器158來控制作為處理氣體一部分的水蒸氣進入電漿室120的流速。可使用水蒸氣作為用於二氧化矽層、氮化矽層、以及在電漿剝離程序的過程中在工件上的其他層的鈍化劑。
第四圖描繪了根據本發明示例態樣的一示例方法(300)的流程圖。將以示例的方式參照第三圖的電漿處理裝置100來討論方法(300)。方法(300)可在任何合適的電漿處理裝置中實施。為了說明和討論的目的，第四圖描繪了以特定順序執行的步驟。所屬技術領域中具有通常知識者在使用本文所提供的公開內容下將理解到，可以以各種方式省略、擴展、同時執行、重新配置及/或修改本文描述的任何方法的各個步驟，而不偏離本發明的範疇。此外，可在不偏離本發明範疇的情況下執行各種步驟(未示出)。
在(302)，方法可包含進行蝕刻程序，以蝕刻工件上的層。蝕刻程序可相對於方法(300)的其他步驟而在一單獨的處理裝置中執行、或可使用相同的處理裝置進行蝕刻程序。蝕刻程序可移除工件上的一層的至少一部分。
在(304)，方法可包含將工件放置在電漿處理裝置的 處理室中。可將處理室與電漿室分開(例如，藉由分離格柵組件分開)。舉例來說，方法可包含將工件114放置在第三圖的處理室110中的工件支撐件112上。
在(306)，方法可包含執行電漿剝離程序，以(例如)從工件上移除硬遮罩層。電漿剝離程序可包含(例如)在電漿室120中從處理氣體產生電漿、使用分離格柵組件200過濾離子、以及允許中性自由基通過分離格柵組件200。中性自由基可暴露於工件114，以至少部分地從工件上移除硬遮罩。
在(306)的電漿剝離程序期間使用的處理氣體可包含含氟氣體。舉例來說，處理氣體可包含CF4。作為另一示例，處理氣體可包含CH2F2。作為另一示例，處理氣體可包含CH3F。在不偏離本發明的範疇的情況下，可使用其他含氟氣體。
其他合適的氣體可包含在處理氣體中。舉例來說，處理氣體可包含O2氣體。處理氣體可包含H2氣體。處理氣體可包含稀釋氣體(例如氮氣N2)及/或惰性氣體(例如He、Ar或其他惰性氣體)。
在(308)，方法可包含將工件暴露於作為鈍化劑的水蒸氣中。水蒸氣可改善用於硬遮罩層的剝離程序相對於氮化矽層和二氧化矽層的選擇性。水蒸氣可引入作為處理氣體的一部分及/或與處理氣體一起引入。舉例來說，饋入氣體管線157可將饋入氣體引入至電漿室120。下文將詳細討論用於引入水蒸氣作為鈍化劑的其他合適方法。
在第四圖的(310)處，方法可包含從處理室移除工件。舉例來說，可將工件114從處理室110中的工件支撐件112上移開。接著，可對電漿處理裝置進行調節，以用於將來處理其他的工件。
在不偏離本發明的範疇的情況下，可使用用於引入水蒸氣作為鈍化劑的其他合適的方法。舉例來說，第五圖繪示了與第三圖類似的電漿處理裝置100。然而，第五圖的裝置100包含配置以將水蒸氣輸送到處理室110中的水蒸氣饋入管線157。更具體地，水蒸氣饋入管線157可耦合到水蒸氣分配埠170，其配置以在分離格柵200下方的一位置處(例如在分離格柵200和工件114之間的位置處)提供水蒸氣。控制閥及/或質量流量控制器158可控制水蒸氣進入處理室的流速。可使用溫度調節系統(例如，一個或多個熱源)來調節饋入管線157的一或多個部分或全部的溫度，以減少由水蒸氣引起的冷凝。
第六圖繪示了根據本發明示例性具體實施例的水蒸氣到電漿處理裝置的示例引入。如圖所示，第六圖繪示了根據本發明示例性具體實施例的用於在電漿後注入水蒸氣的示例性分離格柵200。分離格柵200包含以平行關係設置的第一格柵板210和第二格柵板220。第一格柵板210和第二格柵板220可用於離子/UV過濾。
第一格柵板210可具有包含複數個孔的第一格柵圖案。第二格柵板220可具有包含複數個孔的第二格柵圖案。第一格 柵圖案可與第二格柵圖案相同或不同。來自電漿的物質215可暴露於分離格柵200。帶電粒子(例如，離子)可在其穿過分離格柵200中之每一格柵板210、220的孔的路徑中，在壁上進行再結合。中性物質可以相對自由地流動穿過第一格柵板210和第二格柵板220中的孔。
在第二格柵板220之後，水蒸氣注入源230可組態以將水蒸氣232引入至通過分離格柵200的物質中。包含由水蒸氣注入所產生的水分子的混合物225可穿過第三格柵板235，以暴露於處理室中的工件。
出於示例目的，參考具有三個格柵板的分離格柵來討論本示例。所屬技術領域中具有通常知識者在使用本文所提供的公開內容下將理解到，在不偏離本發明範疇的情況下，可使用更多或更少的格柵板。此外，水蒸氣可在分離格柵中的任何點處與物質混合及/或在分離格柵之後在處理室中與物質混合。舉例來說，水蒸氣注入源230可位於第一格柵板210和第二格柵板220之間。
可使用其他電漿處理裝置來實現根據本發明示例態樣的電漿剝離程序，而不偏離本發明的範疇。
第七圖繪示了可用以實施根據本發明示例性具體實施例的程序的示例性電漿處理裝置500。電漿處理裝置500類似於第三圖的電漿處理裝置100。
更具體地，電漿處理裝置500包含處理室110以及與 處理室110分離的電漿室120。處理室110包含可操作以保持待處理工件114(例如半導體晶圓)的基板保持器或基座112。在此示例說明中，藉由感應耦合電漿源135在電漿室120(即電漿產生區域)中產生電漿，並通過分離格柵組件200將期望的物質從電漿室120引導至基板114的表面。
電漿室120包含介電質側壁122和頂板124。介電質側壁122、頂板124和分離格柵200定義了電漿室內部125。介電質側壁122可由介電質材料形成，例如石英及/或氧化鋁。感應耦合電漿源135可包含感應線圈130，其鄰近介電質側壁122設置在電漿室120周圍。感應線圈130通過合適的匹配網絡132耦合到RF功率產生器134。可從氣體供應器150和環形氣體分配通道151或其他合適的氣體引入機制將處理氣體(例如，惰性氣體)提供至室內部。當感應線圈130被來自RF功率產生器134的RF功率激發時，可在電漿室120中產生電漿。在特定具體實施例中，電漿處理裝置100可包含選擇性的接地法拉第屏蔽128，以減少感應線圈130與電漿之間的電容耦合。
如第七圖所示，分離格柵200將電漿室120與處理室110分開。分離格柵200可用以對在電漿室120中由電漿所產生的混合物進行離子過濾，以產生過濾後的混合物。過濾後的混合物可在處理室中暴露於工件114。
在一些具體實施例中，分離格柵200可為多板分離格柵。舉例來說，分離格柵200可包含彼此平行地間隔開的第一格柵 板210和第二格柵板220。第一格柵板210和第二格柵板220可分開一定距離。
第一格柵板210可具有包含複數個孔的第一格柵圖案。第二格柵板220可具有包含複數個孔的第二格柵圖案。第一格柵圖案可與第二格柵圖案相同或不同。帶電粒子在其穿過分離格柵中的每一格柵板210、220的孔的路徑中，在壁上進行再結合。中性物質(例如自由基)可相對自由地流動穿過第一格柵板210和第二格柵板220中的孔。孔的大小以及每一格柵板210和220的厚度可影響帶電粒子和中性粒子的通透度。
在一些具體實施例中，第一格柵板210可由金屬(例如，鋁)或其他導電材料製成，及/或第二格柵板220可由導電材料或介電材料(例如，石英、陶瓷等)製成。在一些實施例中，第一格柵板210及/或第二格柵板220可由其他材料製成，例如矽或碳化矽。在格柵板是由金屬或其他導電材料製成的情況下，格柵板可以接地。
第七圖的示例性電漿處理裝置500可操作以在電漿室120中產生第一電漿502(例如，遠程電漿)並在處理室110中產生第二電漿504(例如，直接電漿)。如本文所使用，「遠程電漿」是指遠離工件而產生的電漿，例如在藉由分離格柵與工件分開的電漿室中。如本文所使用，「直接電漿」是指直接暴露於工件的電漿，例如在具有可操作以支撐工件的基座的處理室中產生的電漿。
更具體地，第七圖的電漿處理裝置500包含一偏壓 源，其具有位在基座112中的偏壓電極510。偏壓電極510可經由合適的匹配網絡512耦合到RF功率產生器514。當以RF能量激發偏壓電極510時，可從處理室110中的混合物產生第二電漿504，以直接暴露至工件114。處理室110可包含排氣埠516，用以從處理室110排出氣體。
如第七圖所示，裝置100可包含氣體輸送系統150，其組態以(例如)經由氣體分配通道151或其他分配系統(例如，噴頭)將處理氣體輸送至電漿室120。氣體輸送系統可包含複數個饋入氣體管線159。處理氣體可經由作用為噴頭的分離格柵200來輸送到處理室110。
可使用閥及/或質量流量控制器來控制饋入氣體管線159，以將所需的氣體量輸送到電漿室中作為處理氣體。如第七圖所示，氣體輸送系統150可包含用於輸送含氟氣體(例如，CF4、CH2F2、CH3F)的饋入氣體管線。氣體輸送系統150可包含用於輸送氧氣(例如，O2)的饋入氣體管線。氣體輸送系統150可包含用於輸送稀釋氣體(例如，N2、Ar、He或其他惰性氣體)的饋入氣體管線。氣體輸送系統150可包含用於輸送氫氣(例如，H2)的饋入氣體管線。
根據本發明的示例態樣，裝置500可包含饋入氣體管線157，其用以將水蒸氣(H2O)輸送到電漿室120，作為處理氣體的一部分。可使用控制閥及/或質量流量控制器158來控制作為處理氣體一部分的水蒸氣進入電漿室120的流速。可使用水蒸氣作為用於二氧化矽層、氮化矽層、和在電漿剝離程序的過程中在工件上的 其他層的鈍化劑。
在不偏離本發明範疇的情況下，可使用其他方式將水蒸氣引入作為第七圖的裝置500中的鈍化劑。舉例來說，水蒸氣可在處理室中的一位置處引入，例如在分離格柵200下方的一位置處。作為另一示例，水蒸氣可在分離格柵的格柵板210和220之間引入。
第八圖繪示了與第三圖和第七圖類似的處理室600。更特別地，電漿處理裝置600包含處理室110以及與處理室110分離的電漿室120。處理室110包含可操作以保持待處理工件114(例如半導體晶圓)的基板保持器或基座112。在此示例說明中，藉由感應耦合電漿源135在電漿室120(即電漿產生區域)中產生電漿，並通過分離格柵組件200將期望的物質從電漿室120引導至基板114的表面。
電漿室120包含介電質側壁122和頂板124。介電質側壁122、頂板124和分離格柵200定義了電漿室內部125。介電質側壁122可由介電質材料形成，例如石英及/或氧化鋁。感應耦合電漿源135可包含感應線圈130，其鄰近介電質側壁122設置在電漿室120周圍。感應線圈130通過合適的匹配網絡132耦合到RF功率產生器134。可從氣體供應器150和環形氣體分配通道151或其他合適的氣體引入機制，將處理氣體(例如，惰性氣體)提供至室內部。當感應線圈130被來自RF功率產生器134的RF功率激發時，可在電漿室120中產生電漿。在特定具體實施例中，電漿處理裝置100可包含 選擇性的接地法拉第屏蔽128，以減少感應線圈130與電漿之間的電容耦合。
如第八圖所示，分離格柵200將電漿室120與處理室110分開。可使用分離格柵200對在電漿室120中由電漿所產生的混合物進行離子過濾，以產生過濾後的混合物。過濾後的混合物可在處理室中暴露於工件114。
在一些具體實施例中，分離格柵200可為多板分離格柵。舉例來說，分離格柵200可包含彼此平行地間隔開的第一格柵板210和第二格柵板220。第一格柵板210和第二格柵板220可分開一定距離。
第一格柵板210可具有包含複數個孔的第一格柵圖案。第二格柵板220可具有包含複數個孔的第二格柵圖案。第一格柵圖案可與第二格柵圖案相同或不同。帶電粒子在其穿過分離格柵中的每一格柵板210、220的孔的路徑中，在壁上進行再結合。中性物質(例如自由基)可相對自由地流動穿過第一格柵板210和第二格柵板220中的孔。孔的大小以及每一格柵板210和220的厚度可影響帶電粒子和中性粒子的通透度。
在一些具體實施例中，第一格柵板210可由金屬(例如，鋁)或其他導電材料製成，及/或第二格柵板220可由導電材料或介電材料(例如，石英、陶瓷等)製成。在一些實施例中，第一格柵板210及/或第二格柵板220可由其他材料製成，例如矽或碳化矽。在格柵板是由金屬或其他導電材料製成的情況下，格柵板可 以接地。
第八圖的示例性電漿處理裝置600可操作以在電漿室120中產生第一電漿602(例如，遠程電漿)並在處理室110中產生第二電漿604(例如，直接電漿)。如圖所示，電漿處理裝置600可包含成角度的介電質側壁622，其從關聯於遠程電漿室120的垂直側壁122延伸。成角度的介電質側壁622可形成處理室110的一部分。
第二感應電漿源635可位於介電質側壁622附近。第二感應電漿源635可包含經由合適的匹配網絡612耦合到RF產生器614的感應線圈610。當以RF能量激發時，感應線圈610可從處理室110中的混合物中感應出直接電漿604。法拉第屏蔽628可設置在感應線圈610和側壁622之間。
基座112可在垂直方向V上移動。舉例來說，基座112可包含豎直升降器616，其可組態以調整基座112和分離格柵組件200之間的距離。作為一示例，基座112可位於第一垂直位置，用以使用遠程電漿602進行處理。基座112可處於第二垂直位置，用以使用直接電漿604進行處理。第一垂直位置(相對於第二垂直位置)可更靠近分離格柵組件200。
第八圖的電漿處理裝置600包含一偏壓源，其具有位在基座112中的偏壓電極510。偏壓電極510可經由合適的匹配網絡512耦合到RF功率產生器514。處理室110可包含排氣埠516，用以從處理室110排出氣體。
如第八圖所示，裝置100可包含氣體輸送系統150， 其組態以(例如)經由氣體分配通道151或其他分配系統(例如，噴頭)將處理氣體輸送至電漿室120。氣體輸送系統可包含複數個饋入氣體管線159。處理氣體可經由作用為噴頭的分離格柵200來輸送到處理室110。
可使用閥及/或質量流量控制器來控制饋入氣體管線159，以將所需的氣體量輸送到電漿室中作為處理氣體。如第八圖所示，氣體輸送系統150可包含用於輸送含氟氣體(例如，CF4、CH2F2、CH3F)的饋入氣體管線。氣體輸送系統150可包含用於輸送氧氣(例如，O2)的饋入氣體管線。氣體輸送系統150可包含用於輸送稀釋氣體(例如，N2、Ar、He或其他惰性氣體)的饋入氣體管線。氣體輸送系統150可包含用於輸送氫氣(例如，H2)的饋入氣體管線。
根據本發明的示例態樣，裝置600可包含饋入氣體管線157，其用以將水蒸氣(H2O)輸送到電漿室120作為處理氣體的一部分。可使用控制閥及/或質量流量控制器158來控制作為處理氣體一部分的水蒸氣進入電漿室120的流速。可使用水蒸氣作為用於二氧化矽層、氮化矽層、和在電漿剝離程序的過程中在工件上的其他層的鈍化劑。
在不偏離本發明範疇的情況下，可使用其他方式將水蒸氣引入作為第八圖的裝置600中的鈍化劑。舉例來說，水蒸氣可在處理室中的一位置處引入，例如在分離格柵200下方的一位置處。作為另一示例，水蒸氣可在分離格柵的格柵板210和220之間引入。
在一些具體實施例中，本文所揭露的一或多個電漿處理裝置可包含減少沿著水蒸氣的輸送路徑的水冷凝的特徵。示例特徵可包含(例如)加熱的質量流量控制器及/或閥，其位於水蒸氣饋入管線中的水蒸氣源的下游。另一示例特徵可包含熱跡線，其可操作以加熱從水蒸氣源到室的水蒸氣饋入管線。可控制熱跡線，以將饋入氣體管線的溫度保持在室及/或水蒸氣源的溫度之上。
在一些具體實施例中，水蒸氣源可位於靠近室的位置，以減小饋入氣體管線的長度並減小潛在的冷凝面積。在示例的實施方式中，裝置可組態以在水蒸氣饋入管線的下游引入稀釋氣體(例如，N2或惰性氣體(例如Ar、He等))，以降低水蒸氣饋入管線及/或室內部的水蒸氣的壓力。
在一些具體實施例中，電漿處理裝置可包含非水冷電漿室及/或非水冷處理室主體，以減少電漿室及/或處理室內部的冷凝。替代地，熱交換器可與熱流體結合使用，以在室壁的通道中循環，以維持升高的室壁溫度，以減少冷凝。在一些具體實施例中，可操作用以將室排空的泵，以減少水蒸氣在室中的停留時間。
現在將提出使用水蒸氣作為鈍化劑的電漿剝離程序的示例程序參數。
示例1
處理氣體：H2O(水蒸氣)+CF4+O2
稀釋氣體：N2及/或Ar及/或He
處理壓力：約300mTorr至約4000mTorr
感應耦合電漿源功率：約600W至約5000W
工件溫度：約25℃至約400℃
處理週期：約30秒至約1200秒
處理氣體的氣流速率：
H2O(水蒸氣)：約400sccm至約1000sccm
CF4：約150sccm至約500sccm
O2：約300sccm至約750sccm
稀釋氣體：約0sccm至約1000sccm
示例2
處理氣體：H2O(水蒸氣)+CF4+O2+H2
稀釋氣體：N2及/或Ar及/或He
處理壓力：約300mTorr至約4000mTorr
感應耦合電漿源功率：約600W至約5000W
工件溫度：約25℃至約400℃
處理週期：約30秒至約1200秒
處理氣體的氣流速率：
H2O(水蒸氣)：約400sccm至約1000sccm
CF4：約150sccm至約500sccm
O2：約300sccm至約750sccm
H2：約100sccm至約300sccm
稀釋氣體：約0sccm至約1000sccm
示例3
處理氣體：H2O(水蒸氣)+CF4+O2+N2
稀釋氣體：N2及/或Ar及/或He
處理壓力：約300mTorr至約4000mTorr
感應耦合電漿源功率：約600W至約5000W
工件溫度：約25℃至約400℃
處理週期：約30秒至約1200秒
處理氣體的氣流速率：
H2O(水蒸氣)：約400sccm至約1000sccm
CF4：約150sccm至約500sccm
O2：約300sccm至約750sccm
N2：約400sccm至約1000sccm
稀釋氣體：約0sccm至約1000sccm
示例4
處理氣體：H2O(水蒸氣)+CH2F2+O2+N2
稀釋氣體：N2及/或Ar及/或He
處理壓力：約300mTorr至約4000mTorr
感應耦合電漿源功率：約600W至約5000W
工件溫度：約25℃至約400℃
處理週期：約30秒至約1200秒
處理氣體的氣流速率：
H2O(水蒸氣)：約150sccm至約350sccm
CH2F2：約650sccm至約850sccm
O2：約500sccm至約700sccm
N2：約400sccm至約600sccm
稀釋氣體：約400sccm至約600sccm
示例5
處理氣體：H2O(水蒸氣)+CH3F+O2+N2
稀釋氣體：N2及/或Ar及/或He
處理壓力：約300mTorr至約4000mTorr
感應耦合電漿源功率：約600W至約5000W
工件溫度：約25℃至約400℃
處理週期：約30秒至約1200秒
處理氣體的氣流速率：
H2O(水蒸氣)：約150sccm至約350sccm
CH3F：約650sccm至約850sccm
O2：約1000sccm至約1400sccm
N2：約400sccm至約600sccm
稀釋氣體：約400sccm至約600sccm
以下的表格1中提供了含CF4的程序(示例1)和含CH2F2的程序對硼非晶碳硬遮罩層(BACL)的選擇性和灰分速率的示例：
Figure 108138071-A0202-12-0025-1
本發明的示例態樣也可針對用以在半導體處理中從工件移除氮化鈦(TiN)硬遮罩層的方法。如TiN之類的各種材料已廣泛用於介電蝕刻作為硬遮罩，以生產先進的半導體裝置。電漿剝離程序可用以在乾式蝕刻程序之後移除TiN硬遮罩。隨著裝置特性不斷地縮小，需要相較於鎢、氧化物、及/或其他氮化物的非常高的TiN硬遮罩選擇性，而不損壞底層結構。
在電漿剝離程序中，硬遮罩相對鎢和其他底下金屬層、氧化物或氮化物層的選擇性不足，可能會給工件處理帶來挑戰，例如硬遮罩移除不足或對底下基板結構造成損壞。舉例來說，在移除硬遮罩期間，對TiN硬遮罩的選擇性不足可能損壞底下的氧化物、氮化物和鎢層，導致電阻增加，其可能導致裝置性能下降。移除硬遮罩層的習用電漿剝離方法，可能導致鎢層或其他金屬層 的氧化以及氧化物層和氮化物層的耗損。
第九圖繪示了用於高長寬比結構700的示例硬遮罩移除程序。高長寬比結構700包含複數個氧化物層702和設置在基板708(例如鎢基板)上的至少一氮化矽層704。在蝕刻程序之後，硬遮罩710可能保留在高長寬比結構700上。
可在高外觀比結構700上進行電漿剝離程序715，以移除硬遮罩710。電漿剝離程序可使硬遮罩710暴露於在電漿室中產生的一或多種物質，以移除硬遮罩710。如第九圖所示，若相對於基板708，電漿剝離程序對硬遮罩710的選擇性較差，則電漿剝離程序715可能導致基板708的至少一部分的損壞及/或移除，這對高長寬比結構700的性能有負面的影響。另外，電漿剝離程序715可能損壞氧化物層702和氮化矽層704，導致氧化物和氮化物層耗損。
參照第十圖，可在高長寬比結構700上進行根據本發明各示例態樣的電漿剝離程序720，以移除硬遮罩710。電漿剝離程序720可使硬遮罩710暴露於在電漿室中從含氟氣體(例如，CF4、CH2F2、CH3F)產生的一或多種物質，以移除硬遮罩710。電漿剝離程序720可將工件暴露於作為鈍化劑的水蒸氣中，以大幅地提高硬遮罩710(例如，TiN硬遮罩層)相對於基板層708(例如鎢層)的選擇性。由於電漿剝離程序720的改進的選擇性，高長寬比結構700可進行不會對鎢基板造成氧化、移除或功能上損壞的硬遮罩移除，其使得所製造的裝置的功能和性能得到改善。另外，電漿剝 離程序720減少了對氧化物層和氮化物層的損壞和材料耗損，因此為高長寬比結構700獲得了光滑的側壁。
第三圖、第五圖、第六圖、第七圖、和第八圖繪示了根據本發明示例具體實施例的可用於執行電漿剝離程序720的示例電漿處理裝置。第四圖繪示了根據本發明各示例態樣的用以移除氮化鈦硬遮罩的一示例性方法(300)的流程圖。根據本發明的示例具體實施例，可在任何合適的電漿處理裝置中實行方法(300)，以進行電漿剝離程序。
在示例1-5中給出了使用水蒸氣以增加移除TiN硬遮罩層的選擇性的電漿剝離程序的示例程序參數。
以下的表格2提供了從水蒸氣和含氟電漿剝離程序中移除TiN硬遮罩層的示例選擇性：
Figure 108138071-A0202-12-0027-2
以下的表格3提供了暴露於水蒸氣和含氟電漿剝離 程序對鎢基板層的示例選擇性：
Figure 108138071-A0202-12-0028-3
如表格2和表格3所示，根據本發明示例性具體實施例的電漿剝離程序可實現遠高於100的對TiN的選擇性。利用這種對TiN的選擇性，可控制鎢的氧化，且氧化物和氮化矽層可保持光滑的側壁組態。
雖然已針對本發明標的的特定示例具體實施例詳細地描述了本發明標的，但將理解到，本技術領域中具有通常知識者在理解前述內容後，可容易地對這些具體實施例進行修改、變化和均等。因此，本文揭示內容的範圍僅作為示範，而非作為限制，且主要揭示內容並未排除包含對本技術領域中具有通常知識者而言係可輕易完成的本發明標的的這類修飾、變化及/或添加。
50:high aspect ratio structure 高長寬比結構
52:hardmask 硬遮罩
54:silicon nitride layers 氮化矽層
55:substrate 基板
56:silicon dioxide layers 二氧化矽層
70:plasma strip process 電漿剝離程序

Claims (24)

  1. 一種用於處理一工件的方法，該方法包含：
    在一處理室中的一工件支撐件上支撐一工件，該工件包含一硬遮罩層；
    使用一電漿源在一電漿室中從一處理氣體產生一電漿，該處理氣體包含一含氟氣體；
    使該工件暴露於在該電漿中所產生的一或多個自由基，以在該工件上執行一電漿剝離程序，以至少部分地從該工件移除該硬遮罩層；以及
    在該電漿剝離程序期間，將該工件暴露至作為一鈍化劑的水蒸氣。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該工件包含一或多個二氧化矽層及一或多個氮化矽層。
  3. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該電漿室藉由一分離格柵與該處理室分離。
  4. 如申請專利範圍第1項的方法，其中將該工件暴露至作為一鈍化劑的水蒸氣，包含將水蒸氣引入該電漿室中作為部分的該處理氣體。
  5. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該含氟氣體包含CF4。
  6. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該含氟氣體包含CH2F2。
  7. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該含氟氣體包含CH3F。
  8. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該處理氣體包含氧氣。
  9. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該處理氣體包含氮氣。
  10. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該處理氣體包含氫氣。
  11. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該硬遮罩為一硼摻雜非晶硬遮罩。
  12. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該硬遮罩為一氮化鈦硬遮罩。
  13. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該工件包含一基板層。
  14. 如申請專利範圍第13項的方法，其中該基板層包含鎢。
  15. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該電漿剝離程序係執行一程序週期，該程序週期的範圍在約30秒到約1200秒之間。
  16. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該電漿剝離程序是在該處理室中的一處理壓力下進行的，該處理壓力的範圍在約300mT到約4000mT之間。
  17. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該電漿剝離程序是在用於一感應耦合電漿源的一電源功率下進行的，該電源功率的範圍在約600W到約5000W之間。
  18. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該電漿剝離程序是在一處理溫度下對該工件進行的，該處理溫度的範圍在約25℃至約400℃之間。
  19. 如申請專利範圍第1項的方法，其中將該工件暴露至作為一鈍化劑的水蒸氣，包含將水蒸氣引入至該處理室中。
  20. 如申請專利範圍第3項的方法，其中將該工件暴露至作為一鈍化劑的水蒸氣，包含在該分離格柵之下的一位置處將水蒸氣引入至該處理室中。
  21. 如申請專利範圍第3項的方法，其中將該工件暴露至作為一鈍化劑的水蒸氣，包含在該分離格柵的一第一格柵板及一第二格柵板之間的一位置處，將水蒸氣引入至該處理室中。
  22. 如申請專利範圍第1項的方法，其中該電漿剝離程序的一灰分速率約為每分鐘1500Å或更大。
  23. 一種電漿處理裝置，包含：
    具有一工件支撐件的一處理室，該工件支撐件經組態以在電漿處理期間支撐一工件；
    一電漿室，其藉由一分離格柵與該處理室分離；
    一感應耦合電漿源，其組態以在該電漿室中的一處理氣體中誘發一電漿，其中在該電漿中產生的自由基穿過該分離格柵，以在電漿處理期間暴露至該工件；
    一水蒸氣饋入管線，其可操作以將水蒸氣輸送到該電漿室、該分離格柵及該處理室中的一或多個；
    其中該水蒸氣饋入管線包含一溫度調節系統，該溫度調節系統組態以減少從該水蒸氣饋入管線沿水蒸氣的一輸送路徑的冷凝。
  24. 如申請專利範圍第23項的電漿處理裝置，其中該溫度調節系統包含一熱源。
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