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CN115039209A - 用于硬掩模去除的系统和方法 - Google Patents

用于硬掩模去除的系统和方法 Download PDF

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CN115039209A
CN115039209A CN202080095336.4A CN202080095336A CN115039209A CN 115039209 A CN115039209 A CN 115039209A CN 202080095336 A CN202080095336 A CN 202080095336A CN 115039209 A CN115039209 A CN 115039209A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plasma
workpiece
gas
chamber
hard mask
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080095336.4A
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English (en)
Inventor
J·A·萨哈
仲華
张祺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing E Town Semiconductor Technology Co Ltd
Mattson Technology Inc
Original Assignee
Beijing E Town Semiconductor Technology Co Ltd
Mattson Technology Inc
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Publication date
Application filed by Beijing E Town Semiconductor Technology Co Ltd, Mattson Technology Inc filed Critical Beijing E Town Semiconductor Technology Co Ltd
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    • H10P50/285—
    • H10P70/23—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/04—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by a combination of operations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
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Abstract

提供了用于在工件上进行硬掩模(例如掺硼非晶碳硬掩模)去除工艺的装置、系统和方法。在一个实施示例中，方法包括将工件支撑在位于处理腔室中的工件支撑件上。方法能够包括使用等离子体源从等离子体腔室内的工艺气体产生等离子体。工艺气体包括含氟气体。方法能够包括将工件暴露于等离子体中产生的一个或多个自由基，以在工件上执行等离子体剥离工艺，以至少部分地从工件去除硬掩模层。方法能够包括在等离子体剥离工艺期间，将工件暴露于作为钝化剂的一个或多个氢自由基。

Description

用于硬掩模去除的系统和方法
优先权要求
本申请要求于2019年12月31日提交的名称为“用于硬掩模去除的系统和方法(Systems and Methods for Removal of Hardmask)”的第62/955,518号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开大体上涉及处理半导体工件。
背景技术
等离子体剥离工艺(例如干式剥离工艺)能够用于半导体制造中，作为去除工件上图案化的硬掩模和/或其他材料的方法。等离子体剥离工艺能够使用从一种或多种工艺气体产生的等离子体中提取的反应性物质(如自由基)，以从工件的表面刻蚀和/或去除光刻胶和其他掩模层。譬如，在一些等离子体剥离工艺中，从远程等离子体腔室中产生的等离子体的中性物质通过分离格栅进入处理腔室。中性物质能够暴露于工件，例如半导体晶片，以从工件的表面上去除硬掩模。
发明内容
本公开实施例的各方面和优点将在以下描述中部分阐述，或者可以从描述中学习，或者可以通过实施例的实践来学习。
在一个实施示例中，方法包括在处理腔室中的工件支撑件上支撑工件。方法能够包括使用等离子体源从等离子体腔室内的工艺气体产生等离子体。工艺气体包括含氟气体。方法能够包括将工件暴露于等离子体中产生的一个或多个自由基，以在工件上执行等离子体剥离工艺，以至少部分地从工件去除硬掩模层。方法能够包括在等离子体剥离工艺期间，将工件暴露于作为钝化剂的一个或多个氢自由基。
本公开的其他示例方面涉及用于加工工件的系统、方法和装置。
参考以下说明书和所属权利要求，将更好地理解各种实施例的这些和其他特征、方面和优点。并入本说明书并构成本说明书一部分的附图说明了本公开的实施例，并与说明书一起用于解释相关原理。
附图说明
在说明书中参考了附图阐述了针对本领域普通技术人员的实施例的详细讨论，其中：
图1描绘了高纵横比结构上的示例硬掩模去除工艺；
图2描绘了根据本公开示例性实施例的高纵横比结构上的示例硬掩模去除工艺；
图3描绘了根据本公开示例性实施例的示例等离子体处理装置；
图4描绘了根据本公开示例性实施例的示例等离子体处理装置；
图5描绘了根据本公开示例性实施例的示例方法的流程图；
图6描绘了根据本公开示例性实施例的示例等离子体处理装置；
图7描绘了根据本公开示例性实施例的在分离格栅处的示例水蒸气的注入；
图8描绘了根据本公开示例性实施例的示例方法的流程图；
图9描绘了根据本公开示例性实施例的示例等离子体处理装置；以及
图10描绘了根据本公开示例性实施例的示例等离子体处理装置。
具体实施方式
现在将详细参考实施例，实施例的一个或多个示例在附图中示出。每个示例都是通过解释实施例而不是通过限制本公开来提供的。事实上，对于本领域技术人员来说，显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对实施例进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一实施例一起使用，以产生又一实施例。因此，本公开的各个方面旨在涵盖这些修改和变化。
本公开的示例方面涉及用于在半导体加工中从工件去除硬掩模层(如掺硼非晶碳硬掩模(BACL，boron doped amorphous carbon hardmask))的工艺。各种材料，例如硼或金属掺杂非晶碳，能够用作高纵横比介质刻蚀应用中的硬掩模层，以生产先进的半导体器件。等离子体剥离工艺能够用于在进行刻蚀工艺之后去除剩余的硬掩模。随着器件特征尺寸持续缩小，对于后刻蚀硬掩模去除而言，相对于二氧化硅和氮化硅层的硬掩模高度选择性是必需的，特别是在高纵横比结构中，例如竖直NAND结构。
在等离子体剥离工艺中，相对于二氧化硅和氮化硅的硬掩模选择性不足会在工件处理、例如在半导体加工中从高纵横比结构的硬掩模去除中带来挑战。如图1描绘了针对高纵横比结构50的示例性硬掩模去除工艺。高纵横比结构50包括设置在基底55、例如硅基底上的多个氮化硅层54和二氧化硅层56。高纵横比结构50与临界尺寸CD相关联。在刻蚀工艺之后，硬掩模52能够保留在高纵横比结构50上。
等离子体剥离工艺60能够在高纵横比结构50上进行，以去除硬掩模52。等离子体剥离工艺能够将硬掩模52暴露于等离子体腔室中产生的一种或多种物质(如卤素物质)，以去除硬掩模52。如图1所示，如果等离子体剥离工艺相对于氮化硅和二氧化硅的硬掩模52选择性差，则高纵横比结构50能够导致锯齿形侧壁，消极地影响临界尺寸CD要求。
本公开的示例方面涉及具有改善的选择性和更快的灰分速率的等离子体剥离工艺，用于去除硬掩模层，例如从具有一个或多个氮化硅层和一个或多个二氧化硅层的高纵横比结构去除硬掩模层。在一些实施例中，一个或多个氢自由基能够在等离子体剥离工艺期间与含氟的化学组分起用作工艺气体。一个或多个氢自由基(如中性氢自由基)能够作为钝化剂，以减少剥离工艺期间二氧化硅和氮化硅的去除。
氢自由基能够以各种方式暴露在工件上，而不偏离本公开的范围。譬如，在一些实施例中，工艺气体能够包括HF气体(如HF蒸气)。工艺气体能够包括其他气体，包括一种或多种含氟气体和其他气体(如氧气、氢气、稀释气体等)。等离子体源(如感应等离子体源)可以诱导工艺气体中的等离子体，以产生刻蚀剂物质(如氟自由基)和钝化物质(例如，氢自由基)。HF气体能够从HF源直接产生到等离子体腔室中。此外和/或在替代方案中，氢和氟物质能够在等离子体中从包含含氢气体和含氟气体的混合物的工艺气体中产生。作为另一示例，HF气体能够在等离子体之后被输送到位于将等离子体腔室与处理腔室分离的分离格栅下方的处理腔室中。作为另一示例，HF气体能够在等离子体之后，在分离格栅处、例如在分离格栅的格栅板之间被引入。
通过这种方式，由HF气体分解产生的氢自由基能够钝化高纵横比结构中氧化物和氮化物层的表面，并防止其通过氟自由基被去除。硬掩模层(如BACL硬掩模)能够通过氟自由基去除。
在一些实施例中，在将工件暴露于氢自由基和氟自由基以去除硬掩模之前，可以实施氧化步骤以氧化硬掩模。譬如，含氧气体能够在工艺的第一部分中被用在工艺气体中。HF气体能够被用在工艺气体中作为工艺的第二部分。在工艺的第一部分中，含氧气体能够氧化并去除来自BACL层的含碳材料，同时也能够将硼氧化为氧化硼。在工艺的第二部分中，HF气体能够分解为氟自由基和氢自由基。氟自由基能够去除氧化硼，同时氢自由基能够钝化高纵横比结构中的氧化物和氮化物层，以减少通过氟自由基对这些层的去除。在一些实施例中，能够以循环方式执行工艺的第一部分和第二部分。
根据本公开的示例方面的硬掩模去除工艺能够提供许多技术效果和益处。譬如，根据本公开的示例方面的硬掩模去除工艺能够提供相对于工件中的二氧化硅层和氮化硅层的改善的硬掩模层选择性。作为另一示例，根据本公开的示例方面的硬掩模去除工艺能够提供高灰分速率，例如大于约1500埃每分钟。
为了说明和讨论的目的，参考“工件”、“晶片”或半导体晶片讨论本公开的各个方面。本领域普通技术人员使用本文提供的公开内容将理解，本公开的示例方面可以与任何半导体工件或其他合适的工件结合使用。此外，术语“约”与数值结合使用的意图是指所述数值的百分之二十(20％)以内。“基座”是指可用于支撑工件的任何结构。
图2描绘了根据本公开示例性实施例的具有高纵横比结构50的用于工件的示例硬掩模去除工艺70的概况。高纵横比结构50包括设置在基底55、例如硅基底上的多个氮化硅层54和多个二氧化硅层56。高纵横比结构50与临界尺寸CD相关联。在刻蚀工艺之后，硬掩模52会保留在高纵横比结构50上。
根据本公开示例方面的等离子体剥离工艺70能够在高纵横比结构50上进行，以去除硬掩模52。等离子体剥离工艺70能够将硬掩模52暴露于在等离子体腔室中从含氟气体(如HF)产生的一种或多种氟物质，以去除硬掩模52。等离子体剥离工艺70能够将工件暴露于作为用于氮化硅层和二氧化硅层的钝化剂的一个或多个氢自由基中。
氮化硅层和二氧化硅层的钝化促成了等离子体剥离工艺70针对硬掩模层(如掺硼非晶硬掩模层)的相对于氮化硅层和二氧化硅层的选择性的改善。由于改善的等离子体剥离工艺70选择性，高纵横比结构50能够形成平滑的侧壁，从而改善临界尺寸(CD，CriticalDimension)控制。
图3描绘了根据本公开示例性实施例的能够用于执行硬掩模去除工艺的示例等离子体处理装置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分离的等离子体腔室120。处理腔室110包括工件支撑件或基座112，可用于保持待加工工件114，例如半导体晶片。在该示例说明中，等离子体通过感应耦合等离子体源135在等离子体腔室120(即等离子体产生区域)中产生，并且所需物质通过分离格栅组件200从等离子体腔室120被引导至工件114的表面。
为了说明和讨论的目的，参考感应耦合等离子体源讨论了本公开的各个方面。本领域普通技术人员使用本文提供的公开内容将理解，能够在不偏离本公开的范围的情况下使用任何等离子体源(如感应耦合等离子体源、电容耦合等离子体源等)。
等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶部124。介电侧壁122、顶部124和分离格栅200限定等离子体腔室内部125。介电侧壁122能够由介电材料形成，例如石英和/或氧化铝。感应耦合等离子体源135能够包括设置在等离子体腔室120周围的介电侧壁122附近的感应线圈130。感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合到射频功率发生器134。工艺气体(例如，如下所述)能够从气体供应150和环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构被提供到腔室内部。当使用从射频功率发生器134的射频功率激励感应线圈130时，在等离子体腔室120中能够产生等离子体。在特定实施例中，等离子体处理装置100能够包括可选的接地法拉第屏蔽128，以减少感应线圈130与等离子体的电容耦合。
如图3所示，分离格栅200将等离子体腔室120与处理腔室110分离。分离格栅200能够用于从等离子体腔室120中的等离子体产生的混合物中执行离子过滤，以产生过滤后的混合物。过滤后的混合物能够暴露于处理腔室中的工件114上。
在一些实施例中，分离格栅200能够为多板式分离格栅。譬如，分离格栅200能够包括彼此平行间隔的第一格栅板210和第二格栅板220。第一格栅板210和第二格栅板220能够分开一定距离。
第一格栅板210能够具备具有多个孔的第一格栅图案。第二格栅板220能够具备具有多个孔的第二格栅图案。第一格栅图案能够与第二格栅图案相同或不同。带电粒子能够通过分离格栅中每个格栅板210、220的孔在它们的路径中在壁上重新组合。中性物质(如自由基)能够相对自由地通过第一格栅板210和第二格栅板220中的孔。孔的大小和每个格栅板210和220的厚度能够影响带电粒子和中性粒子二者的透过度。
在一些实施例中，第一格栅板210能够由金属(如铝)或其他导电材料制成，和/或第二格栅板220能够由导电材料或介电材料(如石英、陶瓷等)制成。在一些实施例中，第一格栅板210和/或第二格栅板220能够由其他材料制成，例如硅或碳化硅。如果格栅板由金属或其他导电材料制成，则格栅板能够接地。在一些实施例中，格栅组件能够包括具有单个格栅板的单个格栅。
如图3所示，装置100可以包括被配置为将工艺气体输送至等离子体腔室120的气体输送系统150。譬如，通过气体分配通道151或其他分配系统(如喷头)。气体输送系统能够包括多条进气管线159。进气管线159可以使用阀和/或质量流量控制器进行控制，以将所需量的气体作为工艺气体输送到等离子体腔室。如图3所示，气体输送系统150能够包括用于输送HF气体(例如HF蒸气)的进气管线。气体输送系统150能够可选地包括用于输送其他气体的进气管线，例如含氟气体(如CF4、CH2F2、CH3F)。含氧气体(例如O2、H2O蒸气或气体、臭氧气体、N2O等)、稀释气体(例如N2、Ar、He或其他惰性气体)。
根据本公开的示例方面，HF气体能够在等离子体腔室中解离以产生氢自由基和氟自由基。中性氢自由基和中性氟自由基能够通过分离格栅组件200以暴露于工件114。氟自由基能够刻蚀或去除工件114上的BACL硬掩模或其他硬掩模层。在工件114上的BACL硬掩模或其他硬掩模层的去除期间，氢自由基能够钝化工件114上的氧化物层和/或氮化物层。
在一些实施例中，如下文将详细讨论的，含氧气体能够被提供给等离子体腔室和/或处理腔室(如通过分离格栅组件200)。在使用作为钝化剂的氟自由基和氢自由基去除硬掩模层之前，能够使用含氧气体氧化硬掩模层(如BACL硬掩模层)。
图4描绘了类似于图3中描绘的等离子体处理装置100的等离子体处理装置100。然而，气体输送系统150不包括从HF源(如HF瓶)输送HF气体(如HF蒸气)的进气管线。相反，气体输送系统150包括输送含氟气体(如CF4、NF3、CH2F2、CH3F、CFxHy等)的进气管线和输送含氢气体(如H2、CH4、C2H8等)的进气管线。根据本公开的示例性实施例，能够使用等离子体源135产生氢自由基和氟自由基以在硬掩模去除工艺期间暴露至工件。
图5描绘了根据本公开的示例方面的一种示例方法(300)的流程图。将参考图3的等离子体处理装置100作为示例来讨论的方法(300)。方法(300)能够在任何合适的等离子体处理装置中实现。图5描绘了为了说明和讨论的目的以特定顺序执行的步骤。本领域普通技术人员使用本文提供的公开内容将理解，可以省略、扩展、同时执行、重新排列和/或以各种方式修改本文描述的任何方法的各个步骤，而不偏离本公开的范围。此外，可以在不偏离本公开的范围的情况下执行各种步骤(未示出)。
在(302)处，方法能够包括进行刻蚀工艺以刻蚀工件上的层。相对于方法(300)的其余部分，刻蚀工艺能够在单独的处理装置中进行，或者可以使用相同的处理装置进行。刻蚀工艺能够去除工件上的至少一部分层。
在(304)处，方法能够包括将工件放置在等离子体处理装置的处理腔室中。处理腔室能够与等离子体腔室分离(如由分离格栅组件分离)。譬如，该方法能够包括将工件114放置在图3的处理腔室110中的工件支撑件112上。工件能够包括BACL硬掩模或其他硬掩模层。工件能够包括氧化物层和氮化物层(如交替的氧化物层和氮化物层)，作为高纵横比结构的一部分。
在(306)处，方法可以包括执行等离子体剥离工艺。譬如，从工件上去除硬掩模层(如BACL硬掩模)。等离子体剥离工艺能够包括，譬如，从等离子体腔室120中的工艺气体产生等离子体，用分离格栅组件200过滤离子，并允许中性自由基通过分离格栅组件200。中性自由基能够暴露于工件114以至少部分地从工件去除硬掩模。
在(306)处的等离子体剥离工艺期间使用的工艺气体能够包括含氟气体。譬如，工艺气体能够包括HF(例如HF蒸气)。在不偏离本公开的范围的情况下，可以使用其他含氟气体。此外和/或在替代方案中，工艺气体可以包括含氟气体(如CF4、NF3、CH2F2、CH3F、CFxHy等)和含氢气体(如H2、CH4、C2H8等)的混合物。
工艺气体中能够包括其他合适的气体。譬如，工艺气体能够包括含氧气体。工艺气体能够包括稀释气体，例如氮气N2和/或惰性气体，例如He、Ar或其他惰性气体。工艺气体能够包括其他含氟气体(例如，CF4、NF3、CH2F2、CH3F、CFxHy等)。
在(308)处，方法能够包括将工件暴露于作为钝化剂的氢自由基。氢自由基能够通过解离等离子体腔室中的HF气体来产生。氢自由基能够通过解离作为工艺气体的一部分提供的含氢气体来产生，工艺气体包括含氟气体和含氢气体的混合物。氢自由基能够作为钝化剂，改善剥离工艺针对硬掩模层的相对于氮化物层和氧化物层的选择性。下文将详细讨论引入氢自由基作为钝化剂的其他合适方法。
在图5的(310)处，方法能够包括从处理腔室去除工件。譬如，工件114能够从处理腔室110中的工件支撑件112上拆下。然后，能够调节等离子体处理装置，以便将来处理其他工件。
在不偏离本公开的范围的情况下，能够使用引入氢自由基作为钝化剂的其他合适方法。譬如，图6描绘了类似于图3的等离子体处理装置100。然而，图5的装置100包括被布置为将HF输送到处理腔室110中的HF气体(如HF蒸气)供给管线157。更具体地说，HF气体供给管线157能够被耦合到HF分配端口170，HF分配端口被布置为：在分离格栅200下方的位置，例如在分离格栅200和工件114之间的位置，将HF提供到处理腔室110中。控制阀和/或质量流量控制器158能够控制进入处理腔室的HF气体的流速。
图7描绘了根据本公开示例性实施例的将HF气体引入等离子体处理装置的示例。如图所示，图7描绘了根据本公开示例性实施例的用于在等离子体之后注入HF气体的示例性分离格栅200。分离格栅200包括平行布置的第一格栅板210和第二格栅板220。第一格栅板210和第二格栅板220能够提供离子/紫外线过滤。
第一格栅板210能够具备具有多个孔的第一格栅图案。第二格栅板220能够具备具有多个孔的第二格栅图案。第一格栅图案能够与第二个格栅图案相同或不同。来自等离子体的物质215能够暴露于分离格栅200。带电粒子(如离子)能够通过分离格栅中每个格栅板210、220的孔在它们的路径中在壁上重新组合。中性物质能够相对自由地通过第一格栅板210和第二格栅板220中的孔。
继第二格栅板220之后，HF气体注入源230能够被配置为将HF气体232(如HF蒸气)引入通过分离格栅200的物质中。包括由HF气体注入产生的氢自由基的混合物225能够通过第三格栅板235以暴露于处理腔室内的工件。
本示例以具有三个格栅板的分离格栅为例进行讨论。本领域普通技术人员使用本文提供的公开内容将理解，在不偏离本公开内容的范围的情况下，能够使用更多或更少的格栅板。此外，HF气体可以在分离格栅内的任意点和/或在分离格栅之后在处理腔室中的任何点与物质混合。譬如，HF气体注入源230能够位于第一格栅板210和第二格栅板220之间。
图8描绘了根据本公开的示例方面的一种示例方法(400)的流程图。将参考图3的等离子体处理装置100作为示例来讨论方法(400)。方法(400)能够在任何合适的等离子体处理装置中实现。图8描绘了为了说明和讨论的目的以特定顺序执行的步骤。本领域普通技术人员使用本文提供的公开内容将理解，可以省略、扩展、同时执行、重新排列和/或以各种方式修改本文描述的任何方法的各个步骤，而不偏离本公开的范围。此外，可以在不偏离本公开的范围的情况下执行各种步骤(未示出)。
在(402)处，方法能够包括进行刻蚀工艺以刻蚀工件上的层。相对于方法(400)的其余部分，刻蚀工艺能够在单独的处理装置中进行，或者可以使用相同的处理装置进行。刻蚀工艺能够去除工件上的至少一部分层。
在(404)处，方法能够包括将工件放置在等离子体处理装置的处理腔室中。处理腔室能够与等离子体腔室分离(如由分离格栅组件分离)。譬如，该方法能够包括将工件114放置在图3的处理腔室110中的工件支撑件112上。工件能够包括BACL硬掩模或其他硬掩模层。工件能够包括氧化物层和氮化物层(如交替的氧化物层和氮化物层)，作为高纵横比结构的一部分。
在(406)处，方法能够包括执行氧化工艺以氧化硬掩模层(如BACL硬掩模)。氧化工艺能够包括将工件暴露于含氧气体和/或氧自由基(如有或没有从含氧气体中诱导等离子体)。含氧气体能够包括O2、H2O蒸气或气体、臭氧气体、N2O等)。含氧气体能够氧化并去除来自BACL硬掩模或其他硬掩模层的含碳材料，同时也将硼氧化为氧化硼。
在(408)处，方法可以包括执行等离子体剥离工艺。譬如，从工件上去除硬掩模层(如BACL硬掩模)。等离子体剥离工艺能够包括，譬如，从等离子体腔室120中的工艺气体产生等离子体，用分离格栅组件200过滤离子，并允许中性自由基通过分离格栅组件200。中性自由基能够暴露于工件114以至少部分地从工件上去除硬掩模。
在(408)处的等离子体剥离工艺期间使用的工艺气体能够包括含氟气体。譬如，工艺气体能够包括HF(例如HF蒸气)。在不偏离本公开的范围的情况下，可以使用其他含氟气体。此外和/或在替代方案中，工艺气体可以包括含氟气体(如CF4、NF3、CH2F2、CH3F、CFxHy等)和含氢气体(如H2、CH4、C2H8等)的混合物。
工艺气体中能够包括其他合适的气体。譬如，工艺气体能够包括含氧气体。工艺气体能够包括稀释气体，例如氮气N2和/或惰性气体，例如He、Ar或其他惰性气体。工艺气体能够包括其他含氟气体(例如，CF4、NF3、CH2F2、CH3F、CFxHy等)。
在(410)处，方法能够包括将工件暴露于作为钝化剂的氢自由基。氢自由基能够通过解离等离子体腔室中的HF气体来产生。氢自由基能够通过解离作为工艺气体的一部分提供的含氢气体来产生，工艺气体包括含氟气体和含氢气体的混合物。氢自由基能够作为钝化剂，改善剥离工艺针对硬掩模层的相对于氮化物层和氧化物层的选择性。在不偏离本公开的范围的情况下，可以使用引入氢自由基作为钝化剂的其他合适方法。如图8所示，在一些实施例中，(406)、(408)和(410)能够以循环方式重复，直到去除了硬掩模层。
在图8的(412)处，方法能够包括从处理腔室去除工件。譬如，工件114能够从处理腔室110中的工件支撑件112上拆下。然后，能够调节等离子体处理装置，以便将来处理其他工件。
根据本公开的示例方面的等离子体剥离工艺能够使用其他等离子体处理装置实施，而不偏离本公开的范围。
图9描绘了能够用于实施根据本公开示例性实施例的工艺的示例等离子体处理装置500。等离子体处理装置500类似于图3的等离子体处理装置100。
更具体地说，等离子体处理装置500包括处理腔室110和与处理腔室110分离的等离子体腔室120。处理腔室110包括工件支撑件或基座112，可用于保持加工工件114，例如半导体晶片。在该示例说明中，等离子体通过感应耦合等离子体源135在等离子体腔室120(即等离子体产生区域)中产生，并且所需物质通过分离格栅组件200从等离子体腔室120被引导至工件114的表面。
等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶部124。介电侧壁122、顶部124和分离格栅200限定等离子体腔室内部125。介电侧壁122能够由介电材料形成，例如石英和/或氧化铝。感应耦合等离子体源135能够包括设置在等离子体腔室120周围的介电侧壁122附近的感应线圈130。感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合到射频功率发生器134。工艺气体(如惰性气体)能够从气体供应150和环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构被提供到腔室内部。当使用从射频功率发生器134的射频功率激励感应线圈130时，在等离子体腔室120中能够产生等离子体。在特定实施例中，等离子体处理装置100能够包括可选的接地法拉第屏蔽128，以减少感应线圈130与等离子体的电容耦合。
如图9所示，分离格栅200将等离子体腔室120与处理腔室110分离。分离格栅200能够用于从等离子体腔室120中的等离子体产生的混合物中执行离子过滤，以产生过滤后的混合物。过滤后的混合物能够暴露于处理腔室中的工件114上。
在一些实施例中，分离格栅200能够为多板式分离格栅。譬如，分离格栅200能够包括彼此平行间隔的第一格栅板210和第二格栅板220。第一格栅板210和第二格栅板220能够分开一定距离。
第一格栅板210能够具备具有多个孔的第一格栅图案。第二格栅板220能够具备具有多个孔的第二格栅图案。第一格栅图案能够与第二格栅图案相同或不同。带电粒子能够通过分离格栅中每个格栅板210、220的孔在它们的路径中在壁上重新组合。中性物质(如自由基)能够相对自由地通过第一格栅板210和第二格栅板220中的孔。孔的大小和每个格栅板210和220的厚度能够影响带电粒子和中性粒子二者的透过度。
在一些实施例中，第一格栅板210能够由金属(如铝)或其他导电材料制成，和/或第二格栅板220能够由导电材料或介电材料(如石英、陶瓷等)制成。在一些实施例中，第一格栅板210和/或第二格栅板220能够由其他材料制成，例如硅或碳化硅。如果格栅板由金属或其他导电材料制成，则格栅板能够接地。
图7的示例等离子体处理装置500可用于在等离子体腔室120中产生第一等离子体502(如远程等离子体)和在处理腔室110中产生第二等离子体504(如直接等离子体)。如本文所用，“远程等离子体”是指远离工件产生的等离子体，例如在通过分离格栅与工件分离的等离子体腔室中。如本文所用，“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。
更具体地说，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能够经由合适的匹配网络512耦合到射频功率发生器514。当偏置电极510被射频能量激励时，能够从处理腔室110中的混合物产生第二等离子体504，用于直接暴露于工件114。处理腔室110能够包括用于从处理腔室110排出气体的排气口516。
如图9所示，装置100可以包括被配置为将工艺气体输送至等离子体腔室120的气体输送系统150。譬如，通过气体分配通道151或其他分配系统(如喷头)。气体输送系统能够包括多条进气管线159。工艺气体能够通过用作喷头的分离格栅200输送至处理腔室110。
进气管线159可以使用阀和/或质量流量控制器进行控制，以将所需数量的气体作为工艺气体输送到等离子体腔室。如图9所示，气体输送系统150能够包括用于输送HF气体(例如HF蒸气)的进气管线。气体输送系统150能够可选地包括用于输送其他气体的进气管线，例如含氟气体(如CF4、CH2F2、CH3F)。含氧气体(例如O2、H2O蒸气或气体、臭氧气体、N2O等)、稀释气体(例如N2、Ar、He或其他惰性气体)。
根据本公开的示例方面，HF气体能够在等离子体腔室中解离以产生氢自由基和氟自由基。中性氢自由基和中性氟自由基能够通过分离格栅组件200以暴露于工件114。氟自由基能够刻蚀或去除工件114上的BACL硬掩模或其他硬掩模层。在工件114上的BACL硬掩模或其他硬掩模层去除期间，氢自由基能够钝化工件114上的氧化物层和/或氮化物层。
在一些实施例中，含氧气体能够被提供给等离子体腔室和/或处理腔室(如通过分离格栅组件200)。在使用作为钝化剂的氟自由基和氢自由基去除硬掩模层之前，能够使用含氧气体氧化硬掩模层(如BACL硬掩模层)。
图10描绘了类似于图3和图9的处理腔室600。更具体地说，等离子体处理装置600包括处理腔室110和与处理腔室110分离的等离子体腔室120。处理腔室110包括工件支撑件或基座112，可用于保持加工工件114，例如半导体晶片。在该示例说明中，等离子体通过感应耦合等离子体源135在等离子体腔室120(即等离子体产生区域)中产生，并且所需物质通过分离格栅组件200从等离子体腔室120被引导至工件114的表面。
等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶部124。介电侧壁122、顶部124和分离格栅200限定等离子体腔室内部125。介电侧壁122能够由介电材料形成，例如石英和/或氧化铝。感应耦合等离子体源135能够包括设置在等离子体腔室120周围的介电侧壁122附近的感应线圈130。感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合到射频功率发生器134。工艺气体(如惰性气体)能够从气体供应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到腔室内部。当使用从射频功率发生器134的射频功率激励感应线圈130时，在等离子体腔室120中能够产生等离子体。在特定实施例中，等离子体处理装置100能够包括可选的接地法拉第屏蔽128，以减少感应线圈130与等离子体的电容耦合。
如图10所示，分离格栅200将等离子体腔室120与处理腔室110分离。分离格栅200能够用于从等离子体腔室120中的等离子体产生的混合物中执行离子过滤，以产生过滤后的混合物。过滤后的混合物能够暴露于处理腔室中的工件114上。
在一些实施例中，分离格栅200能够为多板分离格栅。譬如，分离格栅200能够包括彼此平行间隔的第一格栅板210和第二格栅板220。第一格栅板210和第二格栅板220能够分开一定距离。
第一格栅板210能够具备具有多个孔的第一格栅图案。第二格栅板220能够具备具有多个孔的第二格栅图案。第一格栅图案能够与第二格栅图案相同或不同。带电粒子能够通过分离格栅中每个格栅板210、220的孔在它们的路径中在壁上重新组合。中性物质(如自由基)能够相对自由地通过第一格栅板210和第二格栅板220中的孔。孔的大小和每个格栅板210和220的厚度能够影响带电粒子和中性粒子二者的透过度。
在一些实施例中，第一格栅板210能够由金属(如铝)或其他导电材料制成，和/或第二格栅板220能够由导电材料或介电材料(如石英、陶瓷等)制成。在一些实施例中，第一格栅板210和/或第二格栅板220能够由其他材料制成，例如硅或碳化硅。如果格栅板由金属或其他导电材料制成，则格栅板能够接地。
图10的示例等离子体处理装置600可用于在等离子体腔室120中产生第一等离子体602(如远程等离子体)和在处理腔室110中产生第二等离子体604(如直接等离子体)。如图所示，等离子体处理装置600能够包括从与远程等离子体腔室120相关联的竖直侧壁122延伸的有角度的介电侧壁622。有角度的介电侧壁622能够形成处理腔室110的一部分。
第二感应等离子体源635能够位于介电侧壁622附近。第二感应等离子体源635能够包括经由合适的匹配网络612耦合到射频产生器614的感应线圈610。感应线圈610在被射频能量激励时，能够从处理腔室110中的混合物中感应直接等离子体604。法拉第屏蔽628能够设置在感应线圈610和侧壁622之间。
基座112能够在竖直方向V上移动。譬如，基座112能够包括能够被配置为调整基座112和分离格栅组件200之间的距离的竖直提升器616。作为一个示例，基座112能够位于第一竖直位置，用于使用远程等离子体602进行处理。基座112能够处于第二竖直位置，用于使用直接等离子体604进行处理。第一竖直位置能够相对于第二竖直位置更靠近分离格栅组件200。
图10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能够经由合适的匹配网络512耦合到射频功率发生器514。处理腔室110能够包括用于从处理腔室110排出气体的排气口516。
如图10所示，装置100可以包括被配置为将工艺气体输送至等离子体腔室120的气体输送系统150。譬如，通过气体分配通道151或其他分配系统(如喷头)。气体输送系统能够包括多条进气管线159。工艺气体能够通过用作喷头的分离格栅200输送至处理腔室110。
进气管线159可以使用阀和/或质量流量控制器进行控制，以将所需数量的气体作为工艺气体输送到等离子体腔室。如图9所示，气体输送系统150能够包括用于输送HF气体(例如HF蒸气)的进气管线。气体输送系统150能够可选地包括用于输送其他气体的进气管线，例如含氟气体(如CF4、CH2F2、CH3F)。含氧气体(例如O2、H2O蒸气或气体、臭氧气体、N2O等)、稀释气体(例如N2、Ar、He或其他惰性气体)。
根据本公开的示例方面，HF气体能够在等离子体腔室中解离以产生氢自由基和氟自由基。中性氢自由基和中性氟自由基能够通过分离格栅组件200以暴露于工件114。氟自由基能够刻蚀或去除工件114上的BACL硬掩模或其他硬掩模层。在工件114上的BACL硬掩模或其他硬掩模层去除期间，氢自由基能够钝化工件114上的氧化物层和/或氮化物层。
在一些实施例中，如下文将详细讨论的，含氧气体能够被提供给等离子体腔室和/或处理腔室(如通过分离格栅组件200)。在使用作为钝化剂的氟自由基和氢自由基去除硬掩模层之前，能够使用含氧气体氧化硬掩模层(如BACL硬掩模层)。
现在将阐述使用氢自由基作为钝化剂的基于等离子体的硬掩模去除工艺的示例工艺参数。
示例1
工艺气体：HF+O2+H2
稀释气体：N2和/或Ar和/或He
工艺压力：约300mTorr至约4000mTorr
感应耦合等离子体源功率：约600W至约5000W
工件温度：约25℃至约400℃工艺周期：约30秒至约1200秒
工艺气体的总气体流速：100sccm至100slm
示例1的示例工艺结果如下所示：
Figure BDA0003775710070000161
Figure BDA0003775710070000171
其他合适的工艺气体混合物如下：HF+O2；HF+O2+N2；HF+CH2F2+O2+N2；HF+CH3F+O2+N2；HF+CF4+O2+N2。
在硬掩模去除工艺之前执行氧化工艺的示例如下所示：
示例2
氧化工艺
工艺气体：O2
工艺压力：约100mTorr至约5000mTorr
感应耦合等离子体源功率：约400W至约6000W
工件温度：约180℃至约400℃工艺周期：约30秒至约1200秒
工艺气体的总气体流速：100sccm至100slm
去除工艺
工艺气体：HF+O2+H2
稀释气体：N2和/或Ar和/或He
工艺压力：约100mTorr至约10000mTorr
感应耦合等离子体源功率：约600W至约5000W
工件温度：约25℃至约400℃
工艺周期：约30秒至约1200秒
工艺气体的总气体流速：100sccm至100slm
示例3
氧化工艺
工艺气体：臭氧气体
工艺压力：约100mTorr至约5000mTorr
臭氧浓度：工艺气体总流量的约1％至约30％
感应耦合等离子体源功率：约400W至约6000W
工件加工温度：约180℃至约400℃
工艺周期：约30秒至约1200秒
工艺气体的总气体流速：100sccm至100slm
去除工艺
工艺气体：HF+O2+H2
稀释气体：N2和/或Ar和/或He
工艺压力：约100mTorr至约10000mTorr
感应耦合等离子体源功率：约600W至约5000W
工件加工温度：约25℃至约400℃工艺周期：约30秒至约1200秒
工艺气体的总气体流速：100sccm至100slm
虽然已经就本公开主题的具体示例实施例详细描述了该主题，但是应当理解，本领域技术人员在理解前述内容后，可以容易地对这些实施例进行修改、变化和等效。因此，本公开的范围是作为示例而非限制，并且本公开不排除对本领域的普通技术人员而言显而易见的对本公开主题的修改、变型和/或添加。

Claims (20)

1.一种用于处理工件的方法，所述方法包括：
将工件支撑在位于处理腔室中的工件支撑件上，所述工件包括硬掩模层；
使用等离子体源由等离子体腔室内的工艺气体产生等离子体，所述工艺气体包括含氟气体；
将所述工件暴露于所述等离子体中产生的一种或多种自由基，以对所述工件执行等离子体剥离工艺，以至少部分地从所述工件去除所述硬掩模层；以及
在所述等离子体剥离工艺期间，将所述工件暴露于作为钝化剂的一个或多个氢自由基。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工件包括一个或多个二氧化硅层以及一个或多个氮化硅层。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体腔室通过分离格栅与所述处理腔室分离。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含氟气体包括HF气体。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工艺气体包括含氟气体以及含氢气体。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工艺气体还包括CF4。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工艺气体还包括CH2F2。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工艺气体还包括CH3F。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工艺气体包括氧气。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工艺气体包括氮气。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述硬掩模是掺硼非晶硬掩模。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体剥离工艺以工艺周期实施，所述工艺周期在约30秒至约1200秒的范围内。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体剥离工艺在所述处理腔室内的工艺压力下进行，所述工艺压力在约300mT至约4000mT的范围内。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体剥离工艺在用于感应耦合等离子体源的源功率下进行，所述源功率在约600W至约5000W的范围内。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体剥离工艺在工艺温度下对所述工件进行，所述工艺温度在约25℃至约400℃的范围内。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述工件暴露于作为钝化剂的一个或多个氢自由基包括：将HF气体引入所述处理腔室。
17.根据权利要求19所述的方法，其中，将所述工件暴露于作为钝化剂的一个或多个氢自由基包括：在位于分离格栅下方的位置将HF气体引入所述处理腔室。
18.根据权利要求19所述的方法，其中，将所述工件暴露于作为钝化剂的一个或多个氢自由基包括：在分离格栅的第一格栅板和第二格栅板之间的位置将HF气体引入。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法在下述步骤之前包括在所述工件上执行氧化工艺：使用等离子体源由等离子体腔室内的工艺气体产生等离子，所述工艺气体包括含氟气体；以及将所述工件暴露于所述等离子体中产生的一种或多种自由基以执行等离子体剥离工艺。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述氧化工艺包括：
将所述工件暴露于含氧气体。
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