TW202141623A - 使用氟碳化合物電漿處理工件 - Google Patents

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Abstract

提供了處理工件的方法。提供了在工件上進行熱處理。工件含有至少一層金屬。方法可包括從製程氣體生成一種或多種物質。製程氣體可包括氫或氘。方法可包括過濾一種或多種物質以形成過濾的混合物並且將工件暴露於過濾的混合物。提供了在工件上的氧化製程。方法可以在小於350°C的製程溫度進行。

Description

使用氟碳化合物電漿處理工件
本公開總體涉及半導體處理，尤指使用氟碳化合物電漿處理工件。
電漿蝕刻製程(例如，乾式蝕刻製程)可用於半導體製造，作為在半導體製造期間去除工件上圖案化(patterned)的TiN和/或其他材料的方法。電漿蝕刻製程可使用從一種或多種製程氣體產生的電漿中提取的反應性物質(species) (例如，自由基)來蝕刻和/或去除工件表面的矽和其他層。例如，在一些電漿蝕刻製程中，來自遠端電漿腔室中產生的電漿的中性物質穿過隔柵進入處理腔室。中性物質可以暴露於工件，比如半導體晶片，以從工件表面去除TiN。TiN的去除可相對於其他材料，比如鎢或矽有選擇性，或可以是各向同性的，每個暴露的表面有等同的蝕刻率，或可以是各向異性的，垂直方向的蝕刻率比水平方向更高。
本公開的實施方式的方面和優點將部分在以下描述中陳述，或可從描述中得知，或可通過實施方式的實踐而得知。
本公開的方面提供了處理工件的方法。方法包括在處理腔室中，將工件放置在工件支撐件件上，工件包括鎢層和氮化鈦(TiN)層；在工件上進行穿透製程(breakthrough process)以至少部分去除工件的氮化鈦層上的氧化物層或聚合物層；在蝕刻製程期間在氮化鈦層上進行蝕刻製程以蝕刻率大於鎢層的蝕刻率至少部分去除工件的氮化鈦層，其中蝕刻製程包括將工件暴露於氮物質、氧物質、氟物質和氫物質；和從處理腔室取出工件。
參考以下描述和所附請求項，各種實施方式的這些和其他特徵、方面和優點將變得更好理解。併入本說明書中並且構成本說明書的一部分的附圖闡釋了本公開的實施方式，並且與描述一起用來解釋相關的原理。
現在將詳細參考在附圖中闡釋了其一個或多個示例的實施方式。通過實施方式的解釋，而非限制本公開來提供每個示例。實際上，對本領域技術人員顯而易見的是，在不偏離本公開的範圍或精神的情況下，可對實施方式進行各種修改和變化。例如，闡釋或描述為一個實施方式的一部分的特徵可與另一個實施方式一起使用，以生成仍進一步的實施方式。因此，預期本公開的方面涵蓋這種修改和變化。
本公開的示例方面涉及處理工件以從工件表面相對於鎢(W)和SiO2 選擇性地去除氮化鈦(TiN)，以為進一步處理做準備的方法。更具體地，本公開的方面涉及在將工件暴露於蝕刻製程之前，去除工件上氮化鈦層上的某些氧化物層或氧化物殘留物。例如，可利用遠端電漿產生的氫自由基或直接電漿產生的氟碳化合物物質，以從工件上存在的氮化鈦層至少部分去除氧化物層。然後，工件可暴露於蝕刻製程，以相對於鎢和SiO2 層，選擇性地去除氮化鈦層。
等離子乾式蝕刻在製造高性能半導體裝置中發揮了相當大的作用，尤其當裝置尺寸不斷縮小到10 nm以下。氮化鈦(TiN)被廣泛用於積體電路處理中，作為觸點、通孔(vias)和溝槽以及相互連接的堆疊中的擴散屏障。其還用作鎢的化學氣相沉積(CVD)的‘膠合層’和作為CVD鎢和CVD鋁的成核層。另外，鈦或TiN也被廣泛地應用於後道工序的硬遮罩，以形成圖案結構，例如雙嵌入式結構。然而，在過去已經證明很難以對晶片表面的其他材料的最低攻擊從高縱橫比結構中完全去除TiN膜或殘留物。完全清潔接觸通孔或溝槽中的TiN/TiSi2 殘留物對於降低接觸電阻至關重要。因此，在不侵蝕底層金屬導體層，比如鎢，或其他介電材料的情況下，選擇性去除TiN是高度期望的。
當半導體裝置的關鍵尺寸繼續縮小時，主要通過電漿乾式蝕刻實現的圖案轉移製程變得至關重要，其同時要求高選擇性、良好的均勻性(晶片內的晶片(wafer-in-wafer)和晶片與晶片(wafer-to-wafer)二者)、無殘留物、出色的輪廓調整等。在這方面，通常採用良好控制蝕刻量(納米級精度)的輕質電漿蝕刻(light plasma etch)，尤其是在前道工序或中道工序。因此，被去除或保留的材料的表面特性可以在蝕刻選擇性、均勻性和粗糙度控制中發揮關鍵作用。
已知的去除TiN的方法，包括使用熱的水性HF/HNO3 /H2 O2 溶液的濕式蝕刻製程，其中TiN首先被HNO3 /H2 O2 氧化，然後被HF蝕刻。然而，濕式製程產生大量的化學廢物，也使製程整合困難。這種濕式製程也具有高成本。因此，去除TiN的乾式蝕刻製程是優選的。
已知的TiN的乾式蝕刻製程通常包括用基於氯的電漿蝕刻。然而，基於氯的氣體的高反應性，例如Cl2 或BCl3 ，對製程工具和生產線構成相當大的挑戰。毒性也引入巨大的環境問題。因此，考慮到基於氯的化學品的環境問題和操作工具的高成本，需要不包括基於氯的化學品的、相對於鎢對TiN是選擇性的TiN的乾式等離子蝕刻。例如，使用基於氟的化學品將是優選的。然而，對於基於氟的化學品，要實現相對於W的選擇性TiN蝕刻可能是一個挑戰，因為與WF6 相比，TiF4 具有更高的沸點(284o C對17o C)。
因此，本公開的示例方面提供了能夠相對於W選擇性去除TiN的兩部分電漿乾式蝕刻方法。第一部分包括特別地靶向且選擇性去除TiN上存在的表面氧化物層或聚合物殘留物的穿透製程。然而，W層上存在的氧化物層並沒有被穿透製程所去除。穿透製程可利用遠端電漿或反應性離子電漿，即直接電漿。本文提供的製程的第二部分包括能夠選擇性蝕刻TiN，同時保持W層和結構基本完整的蝕刻製程。蝕刻製程可原位進行。另外，併入本文公開的穿透製程可提高TiN蝕刻率和/或相對於多晶矽或SiO2 的選擇性。
本公開的方面提供了許多技術效果和益處。例如，本文提供的示例製程允許關於W選擇性去除TiN，而不損壞工件上的其他材料或材料層。進一步，本文提供的方法可以在相同處理腔室中原位進行，節省處理時間和資金。公開的方法還提供了與基於氯的製程相比，減少了對製程工具和生產線的損害的TiN的基於氟的乾式電漿蝕刻。另外，本文提供的方法減少了毒性和環境問題。
為了闡釋和討論的目的，參考“工件”、“晶片”或半導體晶片討論了本公開的方面。使用本文提供的公開，本領域普通技術人員將理解，本公開的示例方面可與任何半導體基材或其他合適的基材結合使用。另外，專有名詞“約”與數值的聯合使用旨在指在敘述的數值的百分之十(10%)以內。“基座”指可用於支撐工件的任何結構。“遠程電漿”指從遠離工件，比如在由隔柵與工件分開的電漿室中產生的電漿。“直接電漿”指直接暴露於工件的電漿，比如在具有可操作地支撐工件的基座的處理腔室中產生的電漿。
圖1描述了根據本公開的示例實施方式的兩部分蝕刻製程20的概況。如顯示，工件70包括基材72、柵氧化物層74、TiN層76、鎢層78和光阻層80。將工件70暴露至蝕刻製程20允許去除TiN層76的側邊，而不會導致對鎢層78或下面的柵氧化物層74的去除或損壞。在一些實施方式中，兩部分製程20包括穿透製程，隨後蝕刻製程。穿透製程能夠在進行蝕刻製程之前從TiN層76上去除氧化物層、氧化物殘留物、聚合物層和/或有機殘留物。在某些實施方式中，兩部分製程20可在相同處理腔室中進行，而不必從處理腔室中取出工件。此外，在某些實施方式中，兩部分製程可提供大於每分鐘約200埃的TiN蝕刻率和大於約10:1的TiN對W的選擇性，以及大於20:1的TiN對多晶矽的選擇性。
圖2描述了根據本公開的示例實施方式的兩部分蝕刻製程20的概況。工件90可作為接觸通孔存在於高級邏輯或存儲裝置中的線路的中端或後端。如顯示，工件90包括下面SiO2 層92、嵌入SiO2 中並部分暴露於具有10:1 – 30:1的縱橫比的接觸通孔中的W塞93、在W塞頂部和通孔底部上的TiN/TiSi2殘留物層96、決定底部臨界尺寸的多晶Si側壁98和決定頂部臨界尺寸的頂部上的SiO2 層99。將工件70暴露於蝕刻製程20允許去除TiN/TiSi2 殘留物層96，而不會導致決定接觸通孔臨界尺寸的鎢塞93或側壁層多晶Si 98和SiO2 99的去除或損傷。在一些實施方式中，兩部分製程20包括穿透製程，隨後蝕刻製程。穿透製程能夠在進行蝕刻製程之前，從TiN層96去除氧化物層、氧化物殘留物、聚合物層和/或有機殘留物。在某些實施方式中，兩步驟製程20可在相同處理腔室中進行，而不必從處理腔室取出工件。此外，在某些實施方式中，兩部分製程可提供大於每分鐘約200埃的TiN蝕刻率，大於約10:1的TiN對W的選擇性，大於100:1的TiN對SiO2 的選擇性，以及大於20:1的TiN對多晶矽的選擇性。
其他示例可包括SiO2 層。在某些實施方式中，兩部分製程可提供大於每分鐘約200埃的TiN蝕刻率和大於約10:1的TiN對W的選擇性，以及大於20:1的TiN對多晶矽的選擇性。
圖3描繪了可用於進行根據本公開的示例實施方式的製程的示例電漿處理裝置100。如闡釋，電漿處理裝置100包括處理腔室110和與處理腔室110分開的電漿腔室120。處理腔室110包括可操作地支撐待處理的工件114，比如半導體晶片的工件支撐件或基座112。在該示例闡釋中，通過感應耦合的電漿源135在電漿腔室120 (即，電漿生成區)中生成電漿，並且將期望的物質通過隔柵元件200從電漿腔室120引導至基材114的表面。
為了闡釋和討論的目的，參考感應耦合的電漿源討論了本公開的方面。使用本文提供的公開，本領域普通技術人員將理解，在不偏離本公開的範圍的情況下，可使用任何電漿源(例如，感應耦合的電漿源、電容耦合的電漿源等)。
電漿腔室120包括介電側壁122和頂棚124。介電側壁122、頂棚124和隔柵200限定了電漿腔室內部125。介電側壁122可由介電材料，比如石英和/或氧化鋁形成。介電側壁122可由陶瓷材料形成。感應耦合的電漿源135可包括鄰近介電側壁122圍繞電漿腔室120設置的感應線圈130。感應線圈130通過合適的匹配網路132耦合至RF功率發生器134。製程氣體，例如含氟氣體或含氫氣體可從氣體供應150和環形氣體分配通道151或其他合適的氣體引入機構提供至腔室內部。當用來自RF功率發生器134的RF功率為感應線圈130供能時，可在電漿腔室120中生成電漿。在特別的實施方式中，電漿處理裝置100可包括任選的接地的法拉第籠128，以減少感應線圈130與電漿的電容耦合。
如圖3中顯示，隔柵200將電漿腔室120與處理腔室110分開。隔柵200可用於從在電漿腔室120中通過電漿生成的混合物進行離子過濾，以生成過濾的混合物。在處理腔室110中，過濾的混合物可暴露於工件114。
在一些實施方式中，隔柵200可以是多板隔柵。例如，隔柵200可包括以彼此平行關係間隔開的第一柵板210和第二柵板220。第一柵板210和第二柵板220可分開一定距離。
第一柵板210可具有具備多個孔的第一柵圖案。第二柵板220可具有具備多個孔的第二柵圖案。第一柵圖案可與第二柵圖案相同或不同。帶電粒子可在它們通過隔柵中的每個柵板210、220的孔的路徑中的壁上複合。中性物質(例如，自由基)可相對自由地流過第一柵板210和第二柵板220中的孔。每個柵板210和220的孔尺寸和厚度可影響帶電粒子和中性粒子二者的透過性(transparency)。
在一些實施方式中，第一柵板210可由金屬(例如，鋁)或其他導電材料製成和/或第二柵板220可由導電材料或介電材料(例如，石英、陶瓷等)製成。在一些實施方式中，第一柵板210和/或第二柵板220可由其他材料，比如矽或碳化矽製成。如果柵板由金屬或其他導電材料製成，則柵板可接地。在一些實施方式中，柵元件可包括具有一個柵板的單一柵。
如圖3中顯示，根據本公開的示例方面，裝置100可包括配置以遞送製程氣體至電漿腔室120的氣體遞送系統150，例如，經氣體分佈通道151或其他分佈系統(例如，噴頭)。氣體遞送系統可包括多個原料氣管線159。原料氣管線159可使用閥158和/或品質流量控制器控制以遞送期望的量的氣體進入電漿腔室作為製程氣體。如圖3中顯示，氣體遞送系統150可包括遞送含氟氣體(例如CF4 、CHF3 、CH3 F、C4 F8 、C4 F6 、NF3 、SF6 )的原料氣管線、遞送含氫氣體(例如，H2 、CH4 或NH3 )的原料氣管線、遞送含氧氣體(例如，O2 、NO、CO或CO2 )的原料氣管線和遞送含氮氣體(例如，N2 、NO或NO2 )的原料氣管線。在一些實施方式中，含氟氣體、含氫氣體和/或含氧氣體可與可被稱為“載體”氣體的惰性氣體比如He或Ar混合。控制閥和/或品質流量控制器158可用於控制每條原料氣管線的流速以使製程氣體流入電漿腔室120。圖3的電漿處理裝置150可使用遠端電漿實施穿透製程和蝕刻製程。
圖4描繪了可用於根據本公開的示例實施方式實施製程的示例電漿處理裝置500。電漿處理裝置500類似於圖3的電漿處理裝置100。
更特別地，電漿處理裝置500包括處理腔室110和與處理腔室110分開的電漿腔室120。處理腔室110包括可操作地支撐待處理的工件114，比如半導體晶片的基材支架或基座112。在該示例闡釋中，通過感應耦合的電漿源135在電漿腔室120 (即，電漿生成區)中生成電漿，並且將期望的物質通過隔柵元件200從電漿腔室120引導至基材114的表面。
電漿腔室120包括介電側壁122和頂棚124。介電側壁122、頂棚124和隔柵200限定了電漿腔室內部125。介電側壁122可由介電材料，比如石英和/或氧化鋁形成。介電側壁122可由陶瓷材料形成。感應耦合的電漿源135可包括鄰近介電側壁122圍繞電漿腔室120設置的感應線圈130。感應線圈130通過合適的匹配網路132耦合至RF功率發生器134。製程氣體(例如，惰性氣體)可從氣體供應150和環形氣體分配通道151或其他合適的氣體引入機構提供至腔室內部。當用來自RF功率發生器134的RF功率為感應線圈130供能時，可在電漿腔室120中生成電漿。在特別的實施方式中，電漿處理裝置100可包括任選的接地的法拉第籠128，以減少感應線圈130與電漿的電容耦合。
如圖4中顯示，隔柵200將電漿腔室120與處理腔室110分開。隔柵200可用於從在電漿腔室120中通過電漿生成的混合物進行離子過濾，以生成過濾的混合物。在處理腔室中，過濾的混合物可暴露於工件114。
在一些實施方式中，隔柵200可以是多板隔柵。例如，隔柵200可包括以彼此平行關係間隔開的第一柵板210和第二柵板220。第一柵板210和第二柵板220可分開一定距離。
第一柵板210可具有具備多個孔的第一柵圖案。第二柵板220可具有具備多個孔的第二柵圖案。第一柵圖案可與第二柵圖案相同或不同。帶電粒子可在它們通過隔柵中的每個柵板210、220的孔的路徑中的壁上複合。中性物質(例如，自由基)可相對自由地流過第一柵板210和第二柵板220中的孔。每個柵板210和220的孔的尺寸和厚度可影響帶電粒子和中性粒子二者的透過性。
在一些實施方式中，第一柵板210可由金屬(例如，鋁)或其他導電材料製成和/或第二柵板220可由導電材料或介電材料(例如，石英、陶瓷等)製成。在一些實施方式中，第一柵板210和/或第二柵板220可由其他材料，比如矽或碳化矽製成。如果柵板由金屬或其他導電材料製成，則柵板可接地。
圖4的示例電漿處理裝置500可操作地在電漿腔室120中生成第一電漿502 (例如，遠端電漿)並且在處理腔室110中生成第二電漿504 (例如，直接電漿)。
更特別地，圖4的電漿處理裝置500包括在基座112中具有偏置電極510的偏置源。偏置電極510可經合適的匹配網路512耦合至RF功率發生器514。當偏置電極510用RF能供能時，第二電漿504可由處理腔室110中的混合物生成，用於直接暴露至工件114。處理腔室110可包括用於從處理腔室110中排出氣體的排氣口516。根據本公開的示例方面的穿透製程或蝕刻製程中使用的自由基或物質可使用第一電漿502和/或第二電漿504生成。
圖5描繪類似於圖3和圖4的處理腔室的處理腔室600。更特別地，電漿處理裝置600包括處理腔室110和與處理腔室110分開的電漿腔室120。處理腔室110包括可操作地支撐待處理的工件114，比如半導體晶片的基材支架或基座112。在該示例闡釋中，通過感應耦合的電漿源135在電漿腔室120 (即，電漿生成區)中生成電漿，並且將期望的物質通過隔柵元件200從電漿腔室120引導至基材114的表面。
電漿腔室120包括介電側壁122和頂棚124。介電側壁122、頂棚124和隔柵200限定了電漿腔室內部125。介電側壁122可由介電材料，比如石英和/或氧化鋁形成。介電側壁122可由陶瓷材料形成。感應耦合的電漿源135可包括鄰近介電側壁122圍繞電漿腔室120設置的感應線圈130。感應線圈130通過合適的匹配網路132耦合至RF功率發生器134。製程氣體(例如，惰性氣體)可從氣體供應150和環形氣體分配通道151或其他合適的氣體引入機構提供至腔室內部。當用來自RF功率發生器134的RF功率為感應線圈130供能時，可在電漿腔室120中生成電漿。在特別的實施方式中，電漿處理裝置100可包括任選的接地的法拉第籠128，以減少感應線圈130與電漿的電容耦合。
如圖5中顯示，隔柵200將電漿腔室120與處理腔室110分開。隔柵200可用於從在電漿腔室120中通過電漿生成的混合物進行離子過濾，以生成過濾的混合物。在處理腔室中，過濾的混合物可暴露於工件114。
在一些實施方式中，隔柵200可以是多板隔柵。例如，隔柵200可包括以彼此平行關係間隔開的第一柵板210和第二柵板220。第一柵板210和第二柵板220可分開一定距離。
第一柵板210可具有具備多個孔的第一柵圖案。第二柵板220可具有具備多個孔的第二柵圖案。第一柵圖案可與第二柵圖案相同或不同。帶電粒子可在它們通過隔柵中的每個柵板210、220的孔的路徑中的壁上複合。中性物質(例如，自由基)可相對自由地流過第一柵板210和第二柵板220中的孔。每個柵板210和220的孔尺寸和厚度可影響帶電粒子和中性粒子二者的透過性。
在一些實施方式中，第一柵板210可由金屬(例如，鋁)或其他導電材料製成和/或第二柵板220可由導電材料或介電材料(例如，石英、陶瓷等)製成。在一些實施方式中，第一柵板210和/或第二柵板220可由其他材料，比如矽或碳化矽製成。如果柵板由金屬或其他導電材料製成，則柵板可接地。
圖5的示例電漿處理裝置600可操作地在電漿腔室120中生成第一電漿602 (例如，遠端電漿)並且在處理腔室110中生成第二電漿604 (例如，直接電漿)。如顯示，電漿處理裝置600可包括從與遠端電漿腔室120相連的豎直側壁122延伸的有角度的介電側壁622。有角度的介電側壁622可形成處理腔室110的一部分。
第二感應電漿源635可靠近介電側壁622放置。第二感應電漿源635可包括經合適的匹配網路612耦合至RF發生器614的感應線圈610。當用RF能供能時，感應線圈610可由處理腔室110中的混合物誘導直接電漿604。法拉第籠628可設置在感應線圈610和側壁622之間。
基座112可在豎直方向V上可移動。例如，基座112可包括可配置為調節基座112和隔柵元件200之間的距離的豎直提升器616。作為一個示例，基座112可放置在第一豎直位置，用於使用遠端電漿602處理。基座112可在第二豎直位置，用於使用直接電漿604處理。第一豎直位置相對於第二豎直位置可更靠近隔柵元件200。
圖5的電漿處理裝置600包括在基座112中具有偏置電極510的偏置源。偏置電極510可經合適的匹配網路512耦合至RF功率發生器514。處理腔室110可包括用於從處理腔室110中排出氣體的排氣口516。根據本公開的示例方面在光阻蝕刻製程中使用的氫自由基可使用第一電漿602和/或第二電漿604生成。
圖6描繪了根據本公開的示例方面的一個示例方法(700)的流程圖。方法(700)將通過示例參考圖4的電漿處理裝置500討論。方法(700)可以以任何合適的電漿處理裝置實施。為了闡釋和討論的目的，圖6描繪了以特定的順序進行的步驟。使用本文提供的公開，本領域普通技術人員將理解，在不偏離本公開範圍的情況下，可以以各種方式省略、擴展、同時進行、重新佈置和/或修改本文所述的任何方法的各個步驟。另外，在不偏離本公開的範圍的情況下，可進行各種步驟(未闡釋)。
在(702)處，方法可包括將工件114放置在電漿處理裝置500的處理腔室110中。處理腔室110可與電漿腔室120分開(例如，通過隔柵元件分開)。例如，方法可包括將工件114放置在處理腔室110中的工件支撐件112上。
在(704)處，方法可包括進行穿透製程，比如氧化物穿透製程，以至少部分去除工件114的氮化鈦層上存在的氧化物層或其他殘留物。穿透製程可包括允許製程氣體進入電漿腔室120。例如，製程氣體可被允許經環形氣體分配通道151或其他合適的氣體引入機構從氣體源150進入電漿腔室內部125。在一些實施方式中，製程氣體可包括含氫氣體。在一些實施方式中，含氫氣體可包括氫(H2 )、甲烷(CH4 )及其組合。在一些實施方式中，製程氣體可包括另一惰性氣體比如氦(He)或氬(Ar)。
製程氣體經感應耦合的電漿源供能以在電漿腔室120中生成電漿。例如，感應線圈130可用來自RF功率發生器134的RF能供能以在電漿腔室內部125中生成電漿。在一些實施方式中，感應耦合的電漿源可用脈衝功率供能以獲得具有減少的電漿能的期望的自由基。電漿可用於從含氫製程氣體生成一種或多種氫自由基。
穿透製程(704)可包括過濾由電漿生成的一種或多種離子以形成過濾的混合物。過濾的混合物可包括中性氫自由基。在一些實施方式中，一種或多種離子可使用將離子體腔室120與工件所在的處理腔室110分開的隔柵組件200過濾。如，隔柵組件200可用於過濾由電漿生成的離子。隔柵200可具有多個孔。帶電粒子(例如，離子)可在它們通過多個孔的路徑中的壁上複合。中性物質(例如自由基)可穿過孔。
在一些實施方式中，隔柵200可被配置為以大於或等於約90%，比如大於或等於約95%的效率過濾離子。對於離子過濾的效率百分數(percentage efficiency)指相對於混合物中離子的總數從混合物去除的離子的量。例如，約90%的效率指示約90%的離子在過濾期間被去除。約95%的效率指示約95%的離子在過濾期間被去除。
在一些實施方式中，隔柵200可以是多板隔柵。多板隔柵可具有平行的多個隔柵板。可選擇柵板中的孔的佈置和排列，以提供期望的用於離子過濾的效率，比如大於或等於約95%。
例如，隔柵200可具有彼此平行關係的第一柵板210和第二柵板220。第一柵板210可具有具備多個孔的第一柵圖案。第二柵板220可具有具備多個孔的第二柵圖案。第一柵圖案可與第二柵圖案相同或不同。帶電粒子(例如，離子)可在它們通過隔柵200中的每個柵板210、220的孔的路徑中的壁上複合。中性物質(例如，自由基)可相對自由地流過第一柵板210和第二柵板220中的孔。
穿透製程(704)可包括將工件暴露於氫自由基。更特別地，工件可暴露于電漿中生成的且穿過隔柵組件的氫自由基。作為示例，氫自由基可穿過隔柵200且暴露於處理腔室110中工件114。將工件暴露於氫自由基可導致去除工件的氮化鈦層上存在的至少一部分氧化物層或氧化物殘留物。
在其他實施方式中，穿透製程(704)可通過以下實施：將工件114暴露於使用直接電漿由含氟氣體生成的一種或多種物質以實施對氧化物層反應性離子蝕刻。穿透製程可包括允許製程氣體進入處理腔室110。例如，可允許製程氣體經環形氣體分配通道151或其他合適的氣體引入機構從氣體源150進入電漿腔室內部125。然後，製程氣體可從電漿腔室內部125流入處理腔室110。在某些實施方式中，可允許製程氣體經位於處理腔室內的氣體注入口直接進入處理腔室110。(未顯示)。在一些實施方式中，製程氣體可包括含氟氣體。在一些實施方式中，含氟氣體可包括四氟甲烷(CF4 )、六氟乙烷(C2 F6 )、四氟乙烯(C2 F4 )、三氟甲烷(CHF3 )、二氟甲烷(CH2 F2 )或氟代甲烷(CH3 F)及其組合。在一些實施方式中，製程氣體可包括另一惰性氣體比如氦(He)或氬(Ar)。
製程氣體經位於基座112中的偏置電極510供能。當偏置電極510用RF能供能時，直接電漿504可在處理腔室110中由製程氣體生產，用於直接暴露於工件114。直接電漿504可從製程氣體，比如含氟氣體生成，以生成氟物質用於暴露於工件114。
穿透製程(704)可包括將工件暴露於直接電漿中生成的氟物質。更特別地，工件可暴露於處理腔室110中生成的氟物質並且在處理腔室中暴露於工件114。將工件暴露於氟物質可導致去除工件的氮化鈦層上存在的至少一部分氧化物層或聚合物層。
在(706)處，方法(700)可包括進行蝕刻製程以從工件114至少部分去除氮化鈦層。蝕刻製程可包括允許製程氣體進入電漿腔室120。例如，可允許製程氣體經環形氣體分配通道151或其他合適的氣體引入機構從氣體源150進入電漿腔室內部125。在一些實施方式中，製程氣體可包括含氟氣體、含氧氣體、含氮氣體和含氫氣體。在一些實施方式中，含氟氣體可包括四氟甲烷(CF4 )、六氟乙烷(C2 F6 )、四氟乙烯(C2 F4 )、三氟甲烷(CHF3 )、二氟甲烷(CH2 F2 )、氟代甲烷(CH3 F)、三氟化氮(NF3 )及其組合。在一些實施方式中，製程氣體可包括含氧氣體比如氧(O2 )、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2 )、氧化氮(NO)及其組合。在一些實施方式中，製程氣體可包括含氫氣體比如氫(H2 )、甲烷(CH4 )、氨(NH3 )及其組合。在一些實施方式中，製程氣體可包括含氮氣體比如，氧化氮(NO)、氮(N2 )、氨(NH3 )及其組合。在一些實施方式中，製程氣體可包括另一惰性氣體比如氦(He)或氬(Ar)。在一些實施方式中，製程氣體包括四氟甲烷(CF4 )和氧(O2 )的組合。在這種實施方式中，四氟甲烷(CF4 )與氧(O2 )的體積比是約1:10至約2:1。
製程氣體經感應耦合的電漿源供能以在電漿腔室120中生成電漿。例如，感應線圈130用來自RF功率發生器134的RF能供能，以在電漿腔室內部125中生成電漿。在一些實施方式中，感應耦合的電漿源可用脈衝功率供能，以獲得具有減少的電漿能的期望的自由基。電漿可用于從製程氣體生成一種或多種自由基。
蝕刻製程(706)可包括過濾由電漿生成的一種或多種離子以形成過濾的混合物。過濾的混合物可包括中性氫自由基、氮自由基、氟自由基、氧自由基及其組合。在一些實施方式中，一種或多種離子可使用將電漿腔室120與工件所在的處理腔室110分開的隔柵組件200過濾。例如，隔柵元件200可用於過濾由電漿生成的離子。隔柵200可具有多個孔。帶電粒子(例如，離子)可在它們通過多個孔的路徑中的壁上複合。中性物質(例如自由基)可穿過孔。
在一些實施方式中，隔柵200可被配置為以大於或等於約90%，比如大於或等於約95%的效率過濾離子。對於離子過濾的效率百分數指相對於混合物中離子的總數從混合物去除的離子的量。例如，約90%的效率指示約90%的離子在過濾期間被去除。約95%的效率指示約95%的離子在過濾期間被去除。
在一些實施方式中，隔柵200可以是多板隔柵。多板隔柵可具有平行的多個隔柵板。可選擇柵板中的孔的佈置和排列，以提供期望的用於離子過濾的效率，比如大於或等於約95%。
例如，隔柵200可具有彼此平行關係的第一柵板210和第二柵板220。第一柵板210可具有具備多個孔的第一柵圖案。第二柵板220可具有具備多個孔的第二柵圖案。第一柵圖案可與第二柵圖案相同或不同。帶電粒子(例如，離子)可在它們通過隔柵200中的每個柵板210、220的孔的路徑中的壁上複合。中性物質(例如，自由基)可相對自由地流過第一柵板210和第二柵板220中的孔。
蝕刻製程(704)可包括將工件暴露於過濾的混合物。過濾的混合物可含有自由基，比如氫自由基、氧自由基、氮自由基和/或氟自由基的混合物。將工件暴露於過濾的混合物可導致去除至少一部分工件114上存在的氮化鈦層。在某些實施方式中，將工件暴露於過濾的混合物可導致蝕刻製程期間以蝕刻率大於鎢層的蝕刻率去除至少一部分氮化鈦層。在某些實施方式中，氮化鈦的蝕刻率大於每分鐘約100埃和小於每分鐘約300埃。在一些實施方式中，將工件暴露於由製程氣體生成的自由基可導致大於1:1且小於約10:1的TiN對W的蝕刻選擇性。另外，將工件暴露於由製程氣體生成的自由基可導致大於3:1但是小於約10:1的TiN對多晶矽的蝕刻選擇性和大於20:1但是小於約200:1的TiN對SiO2 的蝕刻選擇性。
在其他實施方式中，蝕刻製程(704)可通過將工件114暴露於使用直接電漿由製程氣體生成的一種或多種物質實施。蝕刻製程可包括允許製程氣體進入處理腔室110。例如，可允許製程氣體經環形氣體分配通道151或其他合適的氣體引入機構從氣體源150進入電漿腔室內部125。然後，電漿腔室內部125中引入的氣體可流入處理腔室110。在某些實施方式中，可允許製程氣體經位於處理腔室內的氣體注入口直接進入處理腔室110。(未顯示)。在一些實施方式中，製程氣體可包括含氟氣體、含氧氣體、含氮氣體和含氫氣體。在一些實施方式中，含氟氣體可包括四氟甲烷(CF4 )、六氟乙烷(C2 F6 )、四氟乙烯(C2 F4 )、三氟甲烷(CHF3 )、二氟甲烷(CH2 F2 )、氟代甲烷(CH3 F)、三氟化氮(NF3 )及其組合。在一些實施方式中，製程氣體可包括含氧氣體比如氧(O2 )、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2 )、氧化氮(NO)及其組合。在一些實施方式中，製程氣體可包括含氫氣體比如氫(H2 )、甲烷(CH4 )、氨(NH3 )及其組合。在一些實施方式中，製程氣體可包括含氮氣體比如，氧化氮(NO)、氮(N2 )、氨(NH3 )及其組合。在一些實施方式中，製程氣體可包括另一惰性氣體比如氦(He)或氬(Ar)。
在某些實施方式中，製程氣體包括以約1:5至約1:1的體積比的含氟氣體和氬。
製程氣體經位於基座112中的偏置電極510供能。當偏置電極510用RF能供能時，直接電漿504可從處理腔室110中的製程氣體或混合物生成，用於直接暴露於工件114。例如，直接電漿可從製程氣體的混合物生成，以生成一種或多種氫物質、氧物質、氮物質、氟物質及其組合，用於暴露於工件。
蝕刻製程(704)可包括將工件暴露於直接電漿中生成的物質。更特別地，工件可暴露於處理腔室110中生成的氟物質、氫物質、氧物質和氮物質並且在處理腔室中暴露於工件114。將工件暴露於由製程氣體生成的物質可導致去除工件上存在的至少一部分氮化鈦層。在某些實施方式中，將工件暴露於由製程氣體生成的物質可導致蝕刻製程期間蝕刻率以大於鎢層的蝕刻率去除至少一部分氮化鈦層。在某些實施方式中，氮化鈦的蝕刻率大於每分鐘約100埃和小於每分鐘約50埃。在一些實施方式中，將工件暴露於由製程氣體生成的物質可導致大於5:1且小於約20:1的TiN對W的蝕刻選擇性。另外，將工件暴露於由製程氣體生成的自由基可導致大於1:1但是小於約10:1的TiN對多晶矽的蝕刻選擇性，和大於2:1但是小於約10:1的TiN對SiO2 的蝕刻選擇性。在(708)處方法可包括從處理腔室取出工件。例如，工件114可從處理腔室110中的工件支撐件112取出。然後，電漿處理裝置可被調節用於進一步處理另外的工件。
現在將闡釋穿透製程的示例製程參數。
實施例1：
製程氣體：H2
稀釋氣體：He、Ar
製程壓力：100 - 900 mTorr
感應耦合的電漿源功率：1000 - 2500 Watt
工件溫度：20 - 80o C
製程週期(時間)：10 - 60s
製程氣體的氣體流速：
氣體1：100 - 1000 sccm H2
稀釋氣體：500 - 2000 sccm He
實施例2：
製程氣體：CF4 和Ar
稀釋氣體：無
製程壓力：4至100 mTorr
源功率：600-2500 W
偏置功率：20至200 W
工件溫度：20 - 80o C
製程週期(時間)：10 – 60 s
製程氣體的氣體流速：
氣體1：100 – 500 sccm CF4
氣體2：100 – 1000 sccm Ar
實施例3：
製程氣體：CF4 /O2 /N2 /H2
稀釋氣體：He
製程壓力：50 – 600 mTorr
感應耦合的電漿源功率：1000 – 2500 W
工件溫度：20 - 80o C
製程週期(時間)：30 – 200 s
製程氣體的氣體流速：
氣體1：50-200 sccm CF4
氣體2：200 – 2000 sccm O2
氣體3：200 – 1000 sccm N2
氣體4：0-200 sccm H2
稀釋氣體：500 – 2000 sccm He
實施例4：
製程氣體：CF4 /Ar
稀釋氣體：He
製程壓力：4 – 100 mTorr
源功率：600 – 2500 W
偏置功率：20 – 200 W
工件溫度：20 – 80o C
製程週期(時間)：30 – 200 s
製程氣體的氣體流速：
氣體1：50 – 500 CF4
氣體2：50 – 1000 Ar
稀釋氣體：200 – 1000 He
圖7和8闡釋了TiN蝕刻率和其對多晶矽、SiO2 和W的選擇性。如圖7中闡釋，僅在源功率打開的情況下，F/O/N/H自由基流如入到晶片表面上，並且幾乎＞90%的離子被接地的金屬柵過濾。製程通過H2 /He遠端電漿以20秒穿透開始，並且隨後120秒的CF4 /O2 /N2 /H2 /He遠程電漿。可實現180 A/min的TiN蝕刻率，對多晶矽、SiO2 和W的選擇性分別為32、120和12。
圖8闡釋了具有 ~ 240 A/min的蝕刻率的另一示例TiN蝕刻。製程包括由偏置功率驅動的各向異性蝕刻製程，是典型的的反應性離子蝕刻製程。以各向異性蝕刻製程，在垂直方向上對多晶矽、SiO2 和W的TiN蝕刻選擇性分別達到4、2和130。特別地，在水準方向上，對多晶矽和SiO2 的蝕刻，例如對側壁的蝕刻，可以忽略不計，對多晶矽和SiO2 的TiN蝕刻選擇性分別為40和150。
圖9和10闡釋了工件上TiN和W層的表面特性。表面特性經X-射線光電發射譜顯示。如顯示，可觀察到TiN和W表面都有顯著的表面氧化。例如，TiN表面具有約5-10 nm的氧化深度。
圖9闡釋了TiN上存在的氧化物層的組成。如顯示，該表面層以原子百分數包括下列：氧(33.6%)、Ti (29.5%)、N (24.6%)和C (10.2%)。Ti 2p譜的反卷積指示TiO2 和TiON占主導地位，在該表面區域一般為約65%。
圖10闡釋了W上存在的氧化物層的組成。W上存在的氧化物層以原子百分數包括下列：O (60%)、W (25.6%)、C (7.6%)和N (5.3%)。
相應地，圖9和10闡釋了TiN和W層二者的表面組成可包括顯著的表面氧化並且具有表面有機殘留物。因此，本文提供的兩部分方法可穿透TiN層上存在的氧化物層和殘留物，同時允許氧化物層保留在W層上。這允許與W層相比，對TiN具有更多選擇性的蝕刻。
儘管已經關於其特定的示例實施方式詳細地描述了本主題，但是應當理解，本領域技術人員在獲得前述的理解之後，可容易地為這些實施方式生成改變、變型和等效方案。因此，示例了而不是限制了本公開的範圍，並且本公開不排除包括對本領域技術人員是顯而易見的對本主題的這種修改、變型和/或添加。
20:蝕刻製程 70:工件 72:基材 74:柵氧化物層 76:TiN層 78:鎢層 80:光阻層 90:工件 92:SiO2 層 93:W塞 96:TiN/TiSi2 殘留物層 98:多晶Si側壁 99:SiO2 層 100:電漿處理裝置 110:處理腔室 112:基座 114:工件 120:電漿腔室 122:介電側壁 124:頂棚 125:電漿腔室內部 128:法拉第籠 130:感應線圈 132:匹配網路 134:RF功率發生器 135:電漿源 150:氣體供應 151:環形氣體分配通道 158:閥 159:原料氣管線 200:隔柵元件 210:第一柵板 220:第二柵板 500:電漿處理裝置 510:偏置電極 512:匹配網路 514:RF功率發生器 516:排氣口 600:處理腔室 602:第一電漿 604:第二電漿 610:感應線圈 614:RF發生器 616:豎直提升器 622:側壁 628:法拉第籠 635:第二感應電漿源 700、702、704、706:方法
指導本領域技術人員的實施方式的詳細討論闡釋在參考了所附附圖的說明書中，其中：
圖1描繪了根據本公開的示例實施方式的示例蝕刻製程；
圖2描繪了根據本公開的示例實施方式的示例蝕刻製程；
圖3描繪了根據本公開的示例實施方式的示例電漿處理裝置；
圖4描繪了根據本公開的示例實施方式的示例電漿處理裝置；
圖5描繪了根據本公開的示例實施方式的示例電漿處理裝置；
圖6描繪了根據本公開的示例實施方式的示例TiN去除製程的示例流程圖；
圖7描繪了自由基驅動的各向同性的蝕刻製程的對多晶矽、SiO2 和W的示例TiN蝕刻率；
圖8描繪了反應性離子各向異性蝕刻製程的對多晶矽、SiO2 和W的示例TiN蝕刻率；
圖9描繪了TiN的示例X-射線光電發射譜；和
圖10描繪了W的示例X-射線光電發射譜。
20:蝕刻製程
70:工件
72:基材
74:柵氧化物層
76:TiN層
78:鎢層
80:光阻層

Claims (22)

  1. 一種處理工件的方法，所述方法包括： 在處理腔室中，將工件放置在工件支撐件上，所述工件包括鎢層和氮化鈦(TiN)層； 在工件上進行穿透製程以至少部分去除工件的氮化鈦層上的氧化物層或聚合物層； 在氮化鈦層上進行蝕刻製程以蝕刻製程期間蝕刻率大於鎢層的蝕刻率至少部分去除工件的氮化鈦層，其中蝕刻製程包括將工件暴露於氮物質、氧物質、氟物質和氫物質；和 從處理腔室取出工件。
  2. 根據請求項1所述的方法，其中，所述蝕刻製程使用遠端電漿實施。
  3. 根據請求項2所述的方法，其中，所述蝕刻製程包括： 允許製程氣體進入電漿腔室； 為感應線圈供能以從製程氣體生成遠程電漿； 使用隔柵過濾遠端電漿中生成的一種或多種蝕刻物質以形成過濾的混合物，隔柵將電漿腔室與處理腔室分開；和 在處理腔室中，將工件暴露於過濾的混合物，使得所述過濾的混合物至少部分蝕刻氮化鈦層。
  4. 根據請求項3所述的方法，其中，所述製程氣體包括含氟氣體、含氧氣體、含氮氣體和含氫氣體。
  5. 根據請求項4所述的方法，其中，所述含氟氣體包括四氟甲烷(CF4 )、六氟乙烷(C2 F6 )、四氟乙烯(C2 F4 )、三氟甲烷(CHF3 )、二氟甲烷(CH2 F2 )或氟代甲烷(CH3 F)。
  6. 根據請求項4所述的方法，其中，含氧氣體包括氧(O2 )、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2 )或氧化氮(NO)。
  7. 根據請求項4所述的方法，其中，所述含氫氣體包括氫(H2 )、甲烷(CH4 )或氨(NH3 )。
  8. 根據請求項1所述的方法，其中，氮化鈦的蝕刻率大於每分鐘約100埃和小於每分鐘約300埃。
  9. 根據請求項1所述的方法，其中所述蝕刻製程使用直接電漿實施。
  10. 根據請求項9所述的方法，其中，所述蝕刻製程包括： 允許製程氣體進入處理腔室； 為工件支撐件中設置的電極供能以從製程氣體生成直接電漿；和 在處理腔室中，將工件暴露於直接電漿以至少部分蝕刻氮化鈦層。
  11. 根據請求項10所述的方法，其中，所述製程氣體包括含氟氣體、含氧氣體、含氮氣體和含氫氣體。
  12. 根據請求項11所述的方法，其中，所述含氟氣體包括四氟甲烷(CF4 )、六氟乙烷(C2 F6 )、四氟乙烯(C2 F4 )、三氟甲烷(CHF3 )、二氟甲烷(CH2 F2 )或氟代甲烷(CH3 F)。
  13. 根據請求項11所述的方法，其中，所述含氧氣體包括氧(O2 )、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2 )或氧化氮(NO)。
  14. 根據請求項11所述的方法，其中，所述含氫氣體包括氫(H2 )、甲烷(CH4 )或氨(NH3 )。
  15. 根據請求項1所述的方法，其中，所述穿透製程包括： 將工件暴露于使用遠端電漿生成的氫自由基。
  16. 根據請求項1所述的方法，其中，所述穿透製程包括： 將使用直接電漿由含氟氣體生成的一種或多種物質暴露以在氧化物層上實施反應性離子蝕刻。
  17. 一種處理工件的方法，所述方法包括： 在處理腔室中，將工件放置在工件支撐件上，所述，工件包括鎢層和氮化鈦(TiN)層； 在工件上進行穿透製程以至少部分去除工件的氮化鈦層上的氧化物層； 允許製程氣體進入電漿腔室； 為感應線圈供能以從製程氣體生成遠程電漿； 使用隔柵過濾遠端電漿中生成的一種或多種蝕刻物質以形成過濾的混合物，隔柵將電漿腔室與處理腔室分開，其中所述一種或多種蝕刻物質包括氮物質、氧物質、氟物質和氫物質； 在處理腔室中，將工件暴露於過濾的混合物，使得所述過濾的混合物以蝕刻率大於鎢層的蝕刻率至少部分蝕刻氮化鈦層；和 從處理腔室取出工件。
  18. 根據請求項17所述的方法，其中，所述穿透製程包括： 允許製程氣體進入電漿腔室，其中，所述製程氣體包括含氫氣體； 為感應線圈供能以從製程氣體生成遠程電漿； 使用隔柵過濾遠端電漿中生成的一種或多種物質以形成過濾的混合物，隔柵將電漿腔室與處理腔室分開；和 在處理腔室中，將工件暴露於過濾的混合物，使得所述過濾的混合物至少部分去除氧化物層。
  19. 根據請求項17所述的方法，其中，所述穿透製程包括： 允許製程氣體進入處理腔室，其中所述製程氣體包括含氟氣體； 為工件支撐件中設置的電極供能以從製程氣體生成直接電漿；和 在處理腔室中，將工件暴露於直接電漿以至少部分去除氧化物層。
  20. 一種處理工件的方法，所述方法包括： 在處理腔室中，將工件放置在工件支撐件上，所述工件包括鎢層和氮化鈦(TiN)層； 在工件上進行穿透製程以至少部分去除工件的氮化鈦層上的氧化物層； 允許製程氣體進入處理腔室； 為工件支撐件中設置的電極供能以從製程氣體生成直接電漿； 在處理腔室中，將工件暴露於直接電漿以至少部分蝕刻氮化鈦層；和 從處理腔室取出工件。
  21. 根據請求項20所述的方法，其中，所述穿透製程包括： 允許製程氣體進入電漿腔室，其中，所述製程氣體包括含氫氣體； 為感應線圈供能以從製程氣體生成遠程電漿； 使用隔柵過濾遠端電漿中生成的一種或多種物質以形成過濾的混合物，隔柵將電漿腔室與處理腔室分開；和 在處理腔室中，將工件暴露於過濾的混合物，使得過濾的混合物至少部分去除氧化物層。
  22. 根據請求項20所述的方法，其中，所述穿透製程包括： 允許製程氣體進入處理腔室，其中所述製程氣體包括含氟氣體； 為工件支撐件中設置的電極供能以從製程氣體生成直接電漿；和 在處理腔室中，將工件暴露於直接電漿以至少部分去除氧化物層。
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