TW202139258A - 硬遮罩移除的系統與方法 - Google Patents

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華 仲
齊 張
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美商得昇科技股份有限公司
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Abstract

提供用於在工件上移除硬遮罩(如硼摻雜非晶碳硬遮罩)移除處理的設備、系統及方法。在一實例中，方法包含將工件支撐在處理室內。此方法可包含，使用電漿源在處理室內從處理氣體生成電漿。此處理氣體可包含含氟氣體。此方法可包含，曝露工件至電漿內生成的一或更多自由基，而在工件上執行電漿剥離程序，而至少部分地從工件上移除硬遮罩。此方法可包含，在電漿剥離處理期間，曝露工件至一或更多作為鈍化劑的氫自由基。

Description

硬遮罩移除的系統與方法 【優先權主張】
本申請案請求2019年12月31日提申之美國專利臨時申請案第62/955,518號「System and Methods for Removal of Hardmask」之優先權，此案合併於本文以供參考。
本案一般關於處理半導體工件。
電漿剥離處理(例如乾式剥離處理)可以利用於半導體製造，作為移除硬遮罩及/或其他在工件上被式樣化的材料的方法。電漿剥離處理，可使用從一或更多處理氣體生成的電漿所抽離出來的反應性物種(如自由基)，從工件表面上蝕除及/或移除光阻與其他遮罩層。例如在某些電漿剥離處理中，來自遠程電漿室所生成電漿的中性物種，可通過分離格柵進入處理室。此中性物種可曝露到工件，(如半導體晶圓)，從工件表面上移除硬遮罩。
本揭示內容實施例的觀點及優點，將部分地敍述於下文說明，或可習自此說明，或可透過此實施例的實作來習 得。
在一示範實施例中，方法包含，將工件支撐於處理室內的工件支架上。此方法可包含，使用電漿源，在電漿室內從處理氣體生成電漿。此處理氣體包含含氟氣體。此方法可包含，曝露工件到在此電漿內所生成的一或更多自由基，以在工件上執行電漿剥離處理，而至少部分地從此工件上移除硬遮罩層。此方法可包含，在電漿剥離處理期間，曝露此工件至作為鈍化劑的一或更多氫自由基。
本揭示內容的其他示範觀點，係指向可供處理工件的系統、方法及設備。
諸多實施例的這些及其他特性、態樣與優點，在參照下文說明與後附請求項之下，將會更佳地被理解。合併於本說明並作為其一部分的諸附圖，圖解本揭示內容的實施例，並連同此說明用於解釋相關原理。
代號 英文 中文
50:High aspect ratio structure 高橫寬比結構
52:Hardmask 硬遮罩
54:Silicon nitride layer 氮化矽層
55:Substrate 基板
56:Silicon dioxide layer 二氧化矽層
60:Plasma strip process 電漿剥離處理
70:Plasma strip process 電漿剥離處理
100:Plasma processing apparatus 電漿處理設備
110:Processing chamber 處理室
112:Workpiece support or pedestal 工件支架或基座
114:Workpiece 工件
120:Plasma chamber 電漿室
122:Dielectric side wall 介電側壁
124:Ceiling 頂板
125:Plasma chamber interior 電漿室內部
128:Faraday shield 法拉第屏蔽
130:Induction coil 感應線圈
132:Matching network 匹配網路
134:Power generator 電力產生器
135:Inductively coupled plasma source 感應耦合電漿源
150:Gas supply 氣體供應器
Gas delivery system 氣體輸送系統
151:Gas distribution channel 氣體分配通道
157:HF Gas feed line HF氣體饋入管線
158:Control vale 控制閥
Mass flow controller 質流控制器
159:Feed gas line 氣體饋入管線
170:HF distribution port HF分配埠
200:Separation grid assembly 分離格柵組件
210:First grid plate 第一格柵板
215:Species 物種
220:Second grid plate 第二格柵板
225:Mixture 混合物
230:HF gas injection source HF氣體注射源
232:HF gas HF氣體
235:Third grid plate 第三格柵板
500:Plasma processing apparatus 電漿處理設備
502:First plasma 第一電漿
504:Second plasma 第二電漿
510:Bias electrode 偏壓電極
512:Matching network 匹配網路
514:RF power generator RF電力產生器
516:Gas exhaust port 排氣埠
600:Processing chamber 處理室
602:First plasma 第一電漿
604:Second plasma 第二電漿
610:Induction coil 感應線圈
612:Matching network 匹配網路
614:RF generator RF產生器
616:Vertical lift 垂直升降器
622:Angled dielectric sidewall 斜向側壁
628:Faraday shield 法拉第屏蔽
635:Second inductive plasma source 第二感應電漿源
針對本技術領域具有通常知識者的詳細實施例討論，係參照附圖而述說於說明書中，其中：
圖1繪出高橫寬比結構上的示例硬遮罩移除處理；
圖2繪出依照本案示範實施例之高橫寬比結構上的示例硬遮罩移除處理；
圖3繪出依照本案示範實施例之示範電漿處理設備；
圖4繪出依照本案示範實施例之示範電漿處理設備；
圖5繪出依照本案示範實施例之示範方法的流程圖；
圖6繪出依照本案示範實施例之示範電漿處理設備；
圖7繪出依照本案示範實施例之示範分離格柵上的水蒸氣注入；
圖8繪出依照本案示範實施例之示範方法的流程圖；
圖9繪出依照本案示範實施例之示範電漿處理設備；以及
圖10繪出依照本案示範實施例之示範電漿處理設備。
現在詳細地參照實施例，其一或多個示例已在圖式中加以圖解。所提出各個示例是要解釋該等實施例，並非要做為本發明的限制。事實上，此技術領域具通常知識者應能輕易看出，可對實施例做出各種修改及變化而不會偏離本發明的範疇及精神。例如，經繪出或描述為某一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，本發明各態樣企圖涵蓋這類修改及變化。
本案示範觀點係指向，可在半導體處理中用於從工件上移除硬遮罩層(例如硼摻雜非晶碳硬遮罩(BACL))的處理程序。許多材料(如硼或金屬摻雜的非晶碳)，可在高橫寬比介電蝕刻應用中作為硬遮罩層，以生產先進的半導體裝置。進行蝕刻處理之後，可利用電漿剥離處理來移除殘餘的硬遮罩。隨著裝置形態持續縮小，相對於二氧化矽與氮化矽層的非常高的硬遮罩選擇度，對於後蝕刻硬遮罩移除而言，特別是在高橫寬比結構(例如垂直NAND結構)中，可能是必要的。
電漿剥離處理中，相對於二氧化矽與氮化矽的不充足的硬遮罩選擇度，可能形成工件處理(例如在半導體處理中從高橫寬比結構來移除硬遮罩)的挑戰。圖1繪出可用於高橫寬比結構50的示範硬遮罩移除處理。高橫寬比結構50，包含設置在基板55(如矽基板)上的複數氮化矽層54及二氧化矽層56。高橫寬比結構55係相關聯於臨界尺寸CD。蝕刻處理後，硬遮罩52可殘留在高橫寬比結構50上。
可在高橫寬比結構50上進行電漿剥離處理60，以移除硬遮罩52。此電漿剥離處理，可曝露硬遮罩52至電漿室內所生成的一或更多物種(例如鹵素物種)，以移除硬遮罩52。如圖1所示，如果電漿剥離處理針對於硬遮罩52的選擇度相對於氮化矽與二氧化矽係不良的，則高橫寬比結構50可能形成鋸齒狀側壁，負面地影響臨界尺寸CD要求。
本案示範觀點係指向，具有高選擇度的、及較快 灰化速率的可用於移除硬遮罩層的電漿剥離處理，例如，從具有一或更多氮化矽層及一或更多二氧化矽層之高橫寬比結構上，移除硬遮罩層。某些實施例中，在電漿剥離處理中，一或更多氫自由基可結合含氟化學藥劑來使用，作為處理氣體。此一或更多氫自由基(例如中性氫自由基)，可作為鈍化劑，以便在剥離處理期間降低二氧化矽及氮化矽。
氫自由基，可在多種不偏離本案範圍的方式之下曝露至工件。例如某些實施例中，處理氣體可包含HF氣體(如HF蒸氣)。處理氣體可包含其他氣體，其包含一或更多含氟氣體及其他氣體(如氧氣、氫氣、稀釋氣體等)。電漿源(如感應電漿源)可在處理氣體中誘導出電漿，以生成蝕刻物種(如氟自由基)及鈍化物種(如氫自由基)。可從HF氣體源來直接地生成HF氣體進入電漿室。此外及/或可替代地，可在電漿中，從具有含氫氣體與含氟氣體之混合物的處理氣體，生成氫及氟物種。如另一例子，可在電漿後將HF氣體傳送到位在分離格柵(其將電漿室與處理室隔開)下方的處理室。又如另一例子，可在電漿後引導HF氣體到分離格柵，例如位在分離格柵的格柵板之間。
以此方式，藉由HF氣體解離而生成的氫自由基，可以鈍化高橫寬比結構中的氧化物與氮化物層表面，並防止其被氟自由基移除。可藉由氟自由基來移除硬遮罩層(如BACL硬遮罩)。
某些實施例中，在曝露工件到氫自由基及氟自由基來移除硬遮罩層之前，可執行氧化步驟，以氧化硬遮罩層。例如，可在處理的第一部分中，在處理氣體中使用含氧氣體。可在處理氣體中使用HF氣體，作為處理的第二部分。處理的第一部分中，含氧氣體可氧化碳質材料，並將其從BACL層上去除，同時也將硼氧化成氧化硼。處理的第二部分中，HF氣體可解離成氟自由基及氫自由基。氟自由基可移除氧化硼，而氫自由基可鈍化高橫寬比結構中氧化物及氮化物層，以減少這些層體被氟自由基移除。某些實施例中，處理的第一部分與處理的第二部分，可在循環方式之下執行。
依照本案示範觀點的硬遮罩移除處理，可提供數個技術效果及優點。例如，依照本案示範觀點的硬遮罩移除處理，可提供工件中改良的硬遮罩相對二氧化矽及氮化矽的選擇度。如另一例子，依照本案示範觀點的硬遮罩移除處理，可提供高灰化速率，例如大於約每分1500埃。
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案諸態樣。所屬技術領域中具有通常知識者在使用本文所提供的揭露內容的情況下將理解到，本案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」與一數值結合使用意指在所述數值的百分之二十(20%)之內。「基座」指可用於支撐工件的任何結構。
圖2繪出依照本案示範實施例之示範硬遮罩移除 處理70，其可用於具有高橫寬比結構50的工件。高橫寬比結構50，包含安置在基板55(如矽基板)之上的複數氮化矽層54及複數二氧化矽層56。高橫寬比結構50係相關聯於臨界尺寸CD。蝕刻處理後，硬遮罩52可殘留在高橫寬比結構50之上。
依照本案示範觀點的電漿剥離處理70，可在高橫寬比結構50之上執行，以便移除硬遮罩52。電漿剥離處理70，可將硬遮罩52曝露在電漿室內由含氟氣體(如HF)所生成的一或更多氟物種之下，以移除硬遮罩52。電漿剥離處理70，可將工件曝露在作為針對氮化矽與二氧化矽層之鈍化劑的一或更多氫自由基之下。
氮化矽與二氧化矽層之鈍化，導致電漿剥離處理70的選擇度受到改善，其係針對硬遮罩層(如硼摻雜非晶硬遮罩層)的相對氮化矽與二氧化矽層的選擇度。由於電漿剥離處理70的選擇度受到改良，高橫寬比結構50可形成平滑側壁，導致改良的臨界尺寸(CD)控制。
圖3繪出可利用來執行依照本案示範實施例之硬遮罩移除處理的示範電漿處理設備100。如圖所示，電漿處理設備100包含處理室110以及與處理室110隔開的電漿室120。處理室110包含工件支架或基座112，其可操作來握住待處理的工件114，如半導體晶圓。在本示範圖中，藉由感應耦合電漿源135，在電漿室120(如電漿生成區)內產生電漿，並將所想要的物種，穿過分離格柵組件200，從電漿室120引導到工件114 的表面。
為了說明及討論，本案諸態樣係參照感應耦合電漿源進行討論。所屬技術領域中具有通常知識者，在利用本文揭示的內容之下，將理解到可以使用任何電漿源(如感應耦合電漿源、電容耦合電漿源等)，而不離開本案範圍。
電漿室120可包含介電側壁122及頂板124。介電側壁122、頂板124及分離格柵200界定電漿室內部125。介電側壁122可由介電材料來形成，如石英及/或氧化鋁。感應耦合電漿源135可包含設置在電漿室120周圍介電側壁122旁的感應線圈130。感應線圈130可透過適當的匹配網路132耦合至RF電力產生器134。可從氣體供應器150及環形氣體分配通道151、或其他合適的氣體引入機制，提供處理氣體(如下文所述者)至電漿室內部。當以來自RF電力產生器134的RF電力使感應線圈130通電時，可在電漿室120中生成電漿。在一特定的實施例中，電漿處理設備100可包含選擇性的接地法拉第屏蔽128以減少感應線圈130對電漿的電容耦合。
如圖3所示，分離格柵200將電漿室120及處理室110隔開。可使用分離格柵200來執行電漿室120中由電漿所產生之混合物的離子過濾，以生成濾後混合物。濾後混合物得曝露至處理室110內的工件114。
在某些實施例中，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可具有包含複數孔的第一格柵型樣。第二格柵板220可具有包含複數孔的第二格柵型樣。第一格柵型樣可與第二格柵型樣相同或不同。帶電粒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。中性物種(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。每一格柵板210和220的孔的大小以及厚度可影響帶電粒子和中性粒子的通透度。
一些實施例中，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、陶瓷等等)製成。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。在格柵板係由金屬或其他導電材料製成的情況下，格柵板可接地。某些實施例中，格柵組件可包含單一格柵，其具有單一格柵板。
如圖3所示，設備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氣體饋入管線159。可使用閥及/或質流控制器來控制氣體饋入管線159，以將所需的氣體量輸送到電漿室中作為處理氣體。如圖3所示，氣體輸送系統150可包含用於輸送HF氣體(例如， HF蒸氣)的氣體饋入管線。氣體輸送系統150可選擇性地包含用於輸送其他氣體的氣體饋入管線，例如含氟氣體(如CF4、CH2F2、CH3F)、含氧氣體(例如，O2、H2O蒸氣或氣體、臭氧、N2O等)、稀釋氣體(如N2、Ar、He或其他惰氣)。
依照本案示範觀點，HF氣體可在電漿室內解離，生成氫自由基與氟自由基。中性氫自由基與中性氟自由基可穿過分離格柵組件200，用於曝露至工件114。氟自由基可蝕除或移除工件114上的BACL硬遮罩或其他硬遮罩層。在工件114上的BACL硬遮罩或其他硬遮罩移除期間，氫自由基可鈍化工件114上的氧化物層及/或氮化物層。
某些實施例中，如下文將詳細討論的，含氧氣體可提供到電漿室及/或處理室(例如通過分離格柵組件200)。在利用氫自由基作為鈍化劑之下、於使用氟自由基來移除硬遮罩層之前，可使用含氧氣體來氧化硬遮罩層(如BACL硬遮罩層)。
圖4繪出相似於圖3中的電漿處理設備100的電漿處理設備100。然而，氣體輸送系統150並未包含從HF源來輸送HF氣體(如HF蒸氣)的氣體饋入管線。取而代之地，氣體輸送系統150包含輸送含氟氣體(如CH4、NF3、CH2F2、CH3F、CFxHy等)的氣體饋入管線，以及輸送含氫氣體(如H2、CH4、C2H8等)的氣體饋入管線。可使用電漿源135來生成氫與氟自由基，在依照本案示範實施例的硬遮罩處理期間，用來曝露至工件。
圖5繪出依照本案示範觀點的示例方法(300)之流 程圖。作為示例，將參照圖3的電漿處理設備100來討論方法(300)。方法(300)可在任何合適的電漿處理設備內執行。為了說明和討論的目的，圖5繪示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，可以用多種方式來省略、擴展、同時執行、重新配置及/或修改本文描述的任何方法的多個步驟，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多個(未示的)步驟。
在(302)，方法可包含，進行蝕刻處理以蝕除工件上的某一層體。此蝕刻處理可在分離的(相對方法300的其他步驟而言)處理設備內進行，或使用相同的處理設備來進行。此蝕刻處理可移除工件上至少一部分的層體。
在(304)，此方法可包含，將工件安放在電漿處理設備的處理室內。處理室係與電漿室隔開(如藉由分離格柵組件來隔開)。例如，此方法可包含，安放工件114於圖3之處理室110內的工件支架112上。工件可包含BACL硬遮罩或其他硬遮罩層。工件可包含氧化物層及氮化物層(如交替的氧化物層與氮化物層)，作為高橫寬比結構的一部分。
在(306)，此方法可包含，執行電漿剥離處理，以便(例如)從工件上移除硬遮罩層(如BACL硬遮罩)。電漿剥離處理可包含(例如)：從電漿室120內的處理氣體來生成電漿、以分離格柵組件200來過濾離子、及允許中性自由基通過分離格 柵組件200。中性自由基可曝露至工件114，以至少部分地移除工件上的硬遮罩。
電漿剥離處理在(306)步驟時使用的處理氣體，可包含含氟氣體。例如，處理氣體可包含HF(如HF蒸氣)。可使用其他含氟氣體而不偏離本案範圍。此外及/或可替換地，處理氣體可包含含氟氣體(如CH4、NF3、CH2F2、CH3F、CFxHy等)與含氫氣體(如H2、CH4、C2H8等)的混合物。
在處理氣體中可包含其他合適的氣體。例如，處理氣體可包含含氧氣體。處理氣體可包含稀釋氣體，如氮氣N2及/或惰氣，如He、Ar或其他惰氣。處理氣體可包含其他含氟氣體(如CH4、NF3、CH2F2、CH3F、CFxHy等)。
在(308)，此方法可包含，曝露工件在作為鈍化劑的氫自由基之下。可藉由在電漿室內解離HF氣體來產生氫自由基。可藉由解離含氫氣體來產生氫自由基，此含氫氣體係提供作為處理氣體(其包含含氟氣體與含氫氣體混合物)的一部分。氫自由基，藉由作為鈍化劑，可改良剥離處理之針對硬遮罩的相對氮化物層與氧化物層的選擇度。其他適合引入氫自由基來作為鈍化劑的方法，將於下文細論。
在圖5的(310)，此方法可包含，從處理室內移出工件。例如，工件114可從處理室110內的工件支架112上移出。然後，可調節電漿處理設備，用於未來的額外工件處理。
在不偏離本案範圍下，可使用其他適合引入氫自 由基來作為鈍化劑的方法。例如，圖6繪出類似於圖3的電漿處理設備100。然而，圖6的電漿處理設備100包含HF氣體(如HF蒸氣)饋入管線157，其經配置來輸送HF進入處理室110。更具體地，HF氣體饋入管線157可耦合到HF分配埠170，以提供HF進入位在分離格柵200下方的處理室110，例如其位在分離格柵200及工件114之間。控制閥及/或質流控制器158可控制HF氣體進入處理室的流率。
圖7繪出依照本案示範實施例的示例HF氣體引入電漿處理設備。如圖所示，圖7繪出示範的分離格柵200，用於依照本案實施例在電漿後注入HF氣體。分離格柵200包含彼此以平行關係隔開的第一格柵板210與第二格柵板220。第一格柵板210與第二格柵板220可提供離子/UV的濾除。
第一格柵板210可具有包含複數孔的第一格柵型樣。第二格柵板220可具有包含複數孔的第二格柵型樣。第一格柵型樣可與第二格柵型樣相同或不同。來自電漿的物種215可曝露在分離格柵200之下。帶電粒子(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。中性物種可相對自由地通過第一格柵板210和第二格柵板220中的孔。
在第二格柵板200之後，可配置HF氣體注射源230，將HF氣體232(如HF蒸氣)引入正在通過分離格柵200的物種中。含有來自HF氣體注射之氫自由基的混合物225，可通過 第三格柵板235，用於曝露到處理室內的工件。
為了作為示範，本實例係參照具有第三格柵板的分離格柵進行描述。所屬技術領域具通常知識識者，在利用本文所提供的揭示內容之下，將瞭解可以使用更多或較少的格柵板，而不偏離本案範圍。此外，HF氣體可以在處理室內分離格柵中任何一個點上、及/或在分離格柵之後，混合到物種。例如，HF氣體注射源230可位在第一格柵板210及第二格柵板220之間。
圖8繪出依照本案示範觀點之示例方法(400)的流程圖。作為示例，將參照圖3的電漿處理設備100來討論方法(400)。方法(400)可在任何合適的電漿處理設備內執行。為了說明和討論的目的，圖8繪示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，可以用多種方式來省略、擴展、同時執行、重新配置及/或修改本文描述的任何方法的多個步驟，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多個(未示的)步驟。
在(402)，此方法可包含，進行蝕刻處理以蝕除工件上的某一層體。此蝕刻處理可在分離的(相對方法400的其他步驟而言)處理設備內進行，或使用相同的處理設備來進行。此蝕刻處理可移除工件上至少一部分的層體。
在(404)，此方法可包含，將工件安放在電漿處理 設備的處理室內。處理室可與電漿室隔開(如藉由分離格柵組件來隔開)。例如，此方法可包含，安放工件114於圖3之處理室110內的工件支架112上。工件可包含BACL硬遮罩或其他硬遮罩層。工件可包含氧化物層及氮化物層(如交替的氧化物層與氮化物層)，作為高橫寬比結構的一部分。
在(406)，此方法可包含，執行氧化處理來氧化硬遮罩層(如BACL硬遮罩)。氧化處理可包含，曝露工件到含氧氣體及/或氧自由基(例如，有或沒有從含氧氣體來感應生成電漿)。含氧氣體可包含，O2、H2O蒸氣或氣體、臭氧、N2O等。含氧氣體，可從BACL硬遮罩或其他硬遮罩層上，氧化並移除碳質材料，同時也將硼氧化成氧化硼。
在(408)，此方法可包含，執行電漿剥離處理，以便(例如)從工件上移除硬遮罩層(如BACL硬遮罩)。電漿剥離處理可包含(例如)：從電漿室120內的處理氣體來生成電漿、以分離格柵組件200來過濾離子、及允許中性自由基通過分離格柵組件200。中性自由基可曝露至工件114，以至少部分地移除工件上的硬遮罩。
電漿剥離處理在(408)步驟時使用的處理氣體，可包含含氟氣體。例如，處理氣體可包含HF(如HF蒸氣)。可使用其他含氟氣體而不偏離本案範圍。此外及/或可替換地，處理氣體可包含含氟氣體(如CH4、NF3、CH2F2、CH3F、CFxHy等)與含氫氣體(如H2、CH4、C2H8等)的混合物。
在處理氣體中可包含其他合適的氣體。例如，處理氣體可包含含氧氣體。處理氣體可包含稀釋氣體，如氮氣N2及/或惰氣，如He、Ar或其他惰氣。處理氣體可包含其他含氟氣體(如CH4、NF3、CH2F2、CH3F、CFxHy等)。
在(410)，此方法可包含，曝露工件在作為鈍化劑的氫自由基之下。可藉由在電漿室內解離HF氣體來產生氫自由基。可藉由解離含氫氣體來產生氫自由基，此含氫氣體係提供作為處理氣體(其包含含氟氣體與含氫氣體混合物)的一部分。氫自由基，藉由作為鈍化劑，可改良剥離處理之針對硬遮罩的相對氮化物層與氧化物層的選擇度。可以使用其他適合引入氫自由基來作為鈍化劑的方法，並不偏離本案範圍。如圖8所示，在某些實施例中，(406)、(408)及(410)可以循環重複，直到硬遮罩層已經移除時為止。
在圖8的(412)，此方法可包含，從處理室內移出工件。例如，工件114可從處理室110內的工件支架112上移出。然後，可調節電漿處理設備，用於未來的額外工件處理。
在不偏離本案範圍之下，可使用其他電漿處理設備來完成依照本案示範觀點的電漿剥離處理。
圖9繪出可以用來完成依照本案示範實施例處理的示例電漿處理設備500。電漿處理設備500係類似於圖3的電漿處理設備100。
更具體地，電漿處理設備500包含處理室110以及 與處理室110隔開的電漿室120。處理室110包含基板支架或基座112，其可操作來握住待處理的工件114，如半導體晶圓。在本示範圖中，藉由感應耦合電漿源135，在電漿室120(如電漿生成區)內產生電漿，並將所想要的物種，穿過分離格柵組件200，從電漿室120引導到基板114的表面。
電漿室120包含介電側壁122及頂板124。介電側壁122、頂板124及分離格柵200界定電漿室內部125。介電側壁122可由介電材料來形成，如石英及/或氧化鋁。感應耦合電漿源135可包含設置在電漿室120周圍介電側壁122旁的感應線圈130。感應線圈130可透過適當的匹配網路132耦合至RF電力產生器134。可從氣體供應器150及環形氣體分配通道151、或其他合適的氣體引入機制，提供處理氣體(如惰氣)至電漿室內部。當以來自RF電力產生器134的RF電力使感應線圈130通電時，可在電漿室120中生成電漿。在一特定的實施例中，電漿處理設備100可包含選擇性的接地法拉第屏蔽128以減少感應線圈130對電漿的電容耦合。
如圖9所示，分離格柵200將電漿室120及處理室110隔開。可使用分離格柵200，對於電漿室120中由電漿所產生之混合物，進行離子過濾，以生成濾後混合物。濾後混合物得曝露至處理室110內的工件114。
在某些實施例中，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可具有包含複數孔的第一格柵型樣。第二格柵板220可具有包含複數孔的第二格柵型樣。第一格柵型樣可與第二格柵型樣相同或不同。帶電粒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。中性物種(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。每一格柵板210和220的孔的大小以及厚度可影響帶電粒子和中性粒子的通透度。
一些實施例中，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、陶瓷等等)製成。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。在格柵板係由金屬或其他導電材料製成的情況下，格柵板可接地。
圖9的示例電漿處理設備500係可操作的，以在電漿室120內生成第一電漿502(如遠程電漿)、及在處理室110內生成第二電漿504(如直接電漿)。如本文所使用的，「遠程電漿」係指，距離工件遙遠處(例如，與工件由分離格柵來隔開的電漿室之內)所生成的電漿。如本文所使用的，「直接電漿」係指，直接曝露到工件的電漿，例如在具有可操作來支撐工件之基座的處理室內所生成的電漿。
更具體地，圖9的電漿處理設備500包含在基座112內具有偏壓電極510的偏壓電源。偏壓電極510可經由合適的匹配網路512而耦合到RF電力產生器514。當偏壓電極510受到RF能量來供電時，可從處理室110內的混合物來生成第二電漿504，用於直接曝露到工件114。處理室110可包含排氣埠516，用於從處理室110排出氣體。
如圖9所示，設備500可包含氣體輸送系統150，其經配置以便經由(例如)氣體分配通道151或其他分配系統(如噴嘴)，輸送處理氣體至電漿室120。氣體輸送系統可包含複數氣體饋入管線159。處理氣體可經由作為噴嘴的分離格柵200來輸送到處理室110內。
可使用閥及/或質流控制器來控制氣體饋入管線159，將所想要的氣體量輸送到電漿室內作為處理氣體。如圖9所示，氣體輸送系統150可包含氣體饋入管線，用於輸送HF氣體(如HF蒸氣)。氣體輸送系統150可選擇性地包含氣體饋入管線，用於輸送其他氣體，如含氟氣體(如CF4、CH2F2、CH3F)、含氧氣體(如O2、H2O蒸氣或氣體、臭氧氣體、N2O等)、稀釋氣體(如N2、Ar、He或其他惰氣)。
依照本案示範實施例，HF氣體可在電漿室內解離，生成氫自由基與氟自由基。中性氫自由基與中性氟自由基可穿過分離格柵組件200，用於曝露至工件114。氟自由基可蝕除或移除工件114上的BACL硬遮罩或其他硬遮罩層。在工件 114上的BACL硬遮罩或其他硬遮罩移除期間，氫自由基可鈍化工件114上的氧化物層及/或氮化物層。
某些實施例中，含氧氣體可提供到電漿室及/或處理室(例如通過分離格柵組件200)。在利用氫自由基作為鈍化劑之下、於使用氟自由基來移除硬遮罩層之前，可使用含氧氣體來氧化硬遮罩層(如BACL硬遮罩層)。
圖10繪出類似於圖3及圖9的電漿處理設備600。更具體地，電漿處理設備600包含處理室110以及與處理室110隔開的電漿室120。處理室110包含基板支架或基座112，其可操作來握住待處理的工件114，如半導體晶圓。在本示範圖中，藉由感應耦合電漿源135，在電漿室120(如電漿生成區)內產生電漿，並將所想要的物種，穿過分離格柵組件200，從電漿室120引導到基板114的表面。
電漿室120包含介電側壁122及頂板124。介電側壁122、頂板124及分離格柵200界定電漿室內部125。介電側壁122可由介電材料來形成，如石英及/或氧化鋁。感應耦合電漿源135可包含設置在電漿室120周圍介電側壁122旁的感應線圈130。感應線圈130可透過適當的匹配網路132耦合至RF電力產生器134。可從氣體供應器150及環形氣體分配通道151、或其他合適的氣體引入機制，提供處理氣體(如惰氣)至電漿室內部。當以來自RF電力產生器134的RF電力使感應線圈130通電時，可在電漿室120中生成電漿。在一特定的實施 例中，電漿處理設備100可包含選擇性的接地法拉第屏蔽128以減少感應線圈130對電漿的電容耦合。
如圖10所示，分離格柵200將電漿室120及處理室110隔開。可使用分離格柵200，對於電漿室120中由電漿所產生之混合物，進行離子過濾，以生成濾後混合物。濾後混合物得曝露至處理室110內的工件114。
在某些實施例中，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可具有包含複數孔的第一格柵型樣。第二格柵板220可具有包含複數孔的第二格柵型樣。第一格柵型樣可與第二格柵型樣相同或不同。帶電粒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。中性物種(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。每一格柵板210和220的孔的大小以及厚度可影響帶電粒子和中性粒子的通透度。
一些實施例中，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、陶瓷等等)製成。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。在格柵板係由金屬或其他導電材料製成的情況下，格 柵板可接地。
圖10的示範電漿處理設備600係可以操作的，以在電漿室120內生成第一電漿602(即遠程電漿)，及在處理室110內生成第二電漿604(即直接電漿)。如圖所示，電漿處理設備600可包含斜向側壁622，其從相關聯於遠程電漿室120的垂直側壁122開始延伸。斜向側壁622可形成一部分的處理室110。
在介電側壁622附近可安置第二感應電漿源635。第二感應電漿源635可包含感應線圈610，其經由合適的匹配網路612耦合到RF產生器614。當以RF能量供電時，感應線圈610可從處理室110內的混合物，感應生成直接電漿604。在感應線圈610及側壁622之間可以安置法拉第屏蔽628。
基座112在垂直方向V上係可移動的。例如，基座112可包含垂直升降器616，其可以經由配置來調整基座112與分離格柵組件200之間的距離。例如，基座112可位於第一垂直位置，在此使用遠程電漿602進行處理。基座112可位於第二垂直位置，在此直接電漿604進行處理。第一垂直位置，相較於第二垂直位置，係較接近分離格柵組件200。
圖10的電漿處理設備600包含在基座112內具有偏壓電極510的偏壓電源。偏壓電極510可經由合適的匹配網路512而耦合到RF電力產生器514。處理室110可包含排氣埠516，用於從處理室110排出氣體。
如圖10所示，設備600可包含氣體輸送系統150， 其經配置以便(例如)經由氣體分配通道151或其他分配系統(如噴嘴)，來輸送處理氣體到電漿室120。氣體輸送系統可包含複數氣體饋入管線159。處理氣體，可透過作為噴嘴的分離格柵200而輸送到處理室110。
可使用閥及/或質流控制器來控制氣體饋入管線159，以將所需的氣體量輸送到電漿室中作為處理氣體。如圖10所示，氣體輸送系統150可包含用於輸送HF氣體(例如，HF蒸氣)的氣體饋入管線。氣體輸送系統150可選擇性地包含用於輸送其他氣體的氣體饋入管線，例如含氟氣體(如CF4、CH2F2、CH3F)、含氧氣體(例如，O2、H2O蒸氣或氣體、臭氧、N2O等)、稀釋氣體(如N2、Ar、He或其他惰氣)。
依照本案示範觀點，HF氣體可在電漿室內解離，生成氫自由基與氟自由基。中性氫自由基與中性氟自由基可穿過分離格柵組件200，用於曝露至工件114。氟自由基可蝕除或移除工件114上的BACL硬遮罩或其他硬遮罩層。在工件114上的BACL硬遮罩或其他硬遮罩移除期間，氫自由基可鈍化工件114上的氧化物層及/或氮化物層。
某些實施例中，如下文將詳細討論的，含氧氣體可提供到電漿室及/或處理室(例如通過分離格柵組件200)。在利用氫自由基作為鈍化劑之下、於使用氟自由基來移除硬遮罩層之前，可使用含氧氣體來氧化硬遮罩層(如BACL硬遮罩層)。
在使用氫自由基作為鈍化劑之下，針對電漿基礎 硬遮罩移除處理的示例處理參數，即將敍述於下文。
例1
處理氣體：HF+O2+H2
稀釋氣體：N2及或Ar及或H
處理壓力：約300mT(mTorr)至約4000mT
感應耦合電漿源功率：約600W至約5000W
工件溫度：約25℃至約400℃
處理時間：約30秒至約1200秒
處理氣體的總氣體流速：100sccm至100slm
下文提供例1的示例處理結果：
Figure 109143898-A0202-12-0024-1
Figure 109143898-A0202-12-0025-2
其他合適的處理氣體混合物係如下述：HF+O2；HF+O2+N2；HF+CH2F2+N2；HF+CH3F+O3+N2；HF+CF4+O2+N2
下文提供相關於硬遮罩移除處理前進行氧化處理的例子：
例2
氧化處理
處理氣體：O2
處理壓力：約100mT至約5000mT
感應耦合電漿源功率：約400W至約6000W
工件溫度：約180℃至約400℃
處理時間：約30秒至約1200秒
處理氣體的總氣體流速：100sccm至100slm
移除處理
處理氣體：HF+O2+H2
稀釋氣體：N2及/或Ar及/或He
處理壓力：約100mT至約10000mT
感應耦合電漿源功率：約600W至約5000W
工件溫度：約25℃至約400℃
處理時間：約30秒至約1200秒
處理氣體的總氣體流速：100sccm至100slm
例3
氧化處理
處理氣體：臭氧
處理壓力：約100mT至約50000mT
臭氧濃度：處理氣體總流量的約1%至約30%
感應耦合電漿源功率：約400W至約6000W
工件處理溫度：約180℃至約400℃
處理時間：約30秒至約1200秒
處理氣體的總氣體流速：100sccm至100slm
移除處理
處理氣體：HF+O2+H2
稀釋氣體：N2及/或Ar及/或He
處理壓力：約100mT至約10000mT
感應耦合電漿源功率：約600W至約5000W
工件處理溫度：約25℃至約400℃
處理時間：約30秒至約1200秒
處理氣體的總氣體流速：100sccm至100slm
雖然已對本發明標的的特定示例實施例詳細地描述了本發明標的，將理解到的是本技術領域中具有通常知識者在理解前述內容後，可輕易地產生這些實施例的修飾、變更和 等效者。因此，本揭示內容的範圍僅作為示範而非作為限制，且主體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顯而易見的對本發明標的的這類修飾、變化及/或添加。
50:High aspect ratio structure 高橫寬比結構
52:Hardmask 硬遮罩
54:Silicon nitride layer 氮化矽層
55:Substrate 基板
56:Silicon dioxide layer 二氧化矽層

Claims (20)

  1. 一種用於處理一工件的方法，該方法包括：
    在一處理室內的一工件支架上支撐一工件，該工件包括一硬遮罩層；
    在一電漿室內使用一電漿源而從一處理氣體生成一電漿，該處理氣體包括一含氟氣體；
    將該工件曝露於該電漿中生成的一或更多自由基之下，以便在該工件上執行一電漿剥離處理，而從該工件上至少部分地移除該硬遮罩層；及
    在該電漿剥離處理期間，曝露該工件於作為一鈍化劑的一或更多氫自由基。
  2. 如請求項1的方法，其中該工件包括一或更多二氧化矽層及一或更多氮化矽層。
  3. 如請求項1的方法，其中該電漿室係藉由一分離格柵而與該處理室隔開。
  4. 如請求項1的方法，其中該含氟氣體包括一HF氣體。
  5. 如請求項1的方法，其中該處理氣體包括一含氟氣體及一含氫氣體。
  6. 如請求項1的方法，其中該處理氣體更包含CF4。
  7. 如請求項1的方法，其中該處理氣體更包含CH2F2。
  8. 如請求項1的方法，其中該處理氣體更包含CH3F。
  9. 如請求項1的方法，其中該處理氣體包含一氧氣。
  10. 如請求項1的方法，其中該處理氣體包含一氮氣。
  11. 如請求項1的方法，其中該硬遮罩層係一硼摻雜非晶硬遮罩。
  12. 如請求項1的方法，其中該電漿剝離處理係在一處理期間內完成，該處理期間係在約30秒至約1200秒範圍內。
  13. 如請求項1的方法，其中該電漿剥離處理係在該處理室內於一處理壓力之下進行，該處理壓力係在約300mT至約4000mT範圍內。
  14. 如請求項1的方法，其中該電漿剥離處理係在一感應耦合電漿源的一電源功率之下進行，該電源功率係在約600W至約5000W範圍內。
  15. 如請求項1的方法，其中該電漿剥離處理係在一處理溫度下於該工件上進行，該處理溫度係在約25℃至約400℃範圍內。
  16. 如請求項1的方法，其中曝露該工件於作為一鈍化劑的一或更多氫自由基，包括引入HF氣體進入該處理室。
  17. 如請求項1的方法，其中曝露該工件於作為一鈍化劑的一或更多氫自由基，包括引入HF氣體進入位在一分離格柵下方位置的該處理室。
  18. 如請求項1的方法，其中曝露該工件於作為一鈍化劑的一或更多氫自由基，包括引入HF氣體到達一分離格 柵之一第一格柵板與一第二格柵板之間的位置。
  19. 如請求項1的方法，其中在一電漿室內使用一電漿源從一處理氣體生成一電漿之前，該處理氣體包括一含氟氣體；及曝露該工件至該電漿內生成的一或更多自由基以執行一電漿剥離處理，該方法包括在該工件上執行一氧化處理。
  20. 如請求項19的方法，其中該氧化處理包括：曝露該工件於一含氧氣體。
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