TW201306125A - 灰化後側壁修復 - Google Patents

Abstract

本發明描述了降低存在於一積體電路的兩個導電組件之間的有效介電常數的方法。該等方法涉及使用一氣相蝕刻，該氣相蝕刻對於低K電介質層的富氧部分是選擇性的。當該蝕刻工藝穿過相對高K富氧部分到達該低K部分時，蝕刻速率減弱。因為該氣相蝕刻工藝不容易移除該所需的低K部分，所以很容易時間控制該蝕刻工藝。

Description

灰化後側壁修復

本案係關於一種製造半導體電子裝置的方法。

積體電路製造方法已經達到了一般在單個晶片上形成數億個電晶體的程度。每種新一代的製造技術和設備正在實現更小更快速的電晶體的商業性規模化生產，但是亦增加了製造更小更快速的電路元件的難度。電路元件尺寸的縮小(現在完全在50 nm閾值以下)已經致使晶片設計者尋找新的低電阻導電材料和新的低介電常數(即，低K)絕緣材料來提高(或簡單而言，保持)積體電路的電氣性能。

隨著每一區域電晶體數量的增加，寄生電容成為電晶體開關速率的顯著障礙。電容存在於積體電路內所有相鄰的電氣絕緣的導體之間，且不管導電部分是位於製造工藝流程的「前端」還是「後端」，電容都可限制開關速率。

因而，需要新的技術和材料在相鄰導體之間形成低K材料。用於在導體之間提供低K分離的一類材料是氧化的有機矽烷膜，諸如Black Diamond^TM膜，該等Black Diamond^TM膜市場上可從美國加利福尼亞州的Santa Clara市的應用材料公司(Applied Materials,Inc.)獲得。該等膜具有比一般間隔材料(如矽氧化物和氮化物)低的介電常數(例如，大約3.5或更低)。遺憾的是，一些新的工藝涉及將低K膜暴露於可能提高有效介電常數的環境，限制了裝置性能。

因而，需要在低K膜暴露於該等環境之後保持較低的有效介電常數的新工藝。

本發明描述了用於降低存在於積體電路的兩個導電組件之間的有效介電常數的方法。該等方法涉及使用氣相蝕刻，該氣相蝕刻對於低K電介質層的富氧部分是選擇性的。當該蝕刻工藝穿過相對高K富氧部分到達低K部分時，蝕刻速率減弱。因為該氣相蝕刻工藝不容易移除所需的低K部分，所以很容易時間控制該蝕刻工藝。

本發明的實施例包括降低低K電介質材料的有效介電常數的方法，該低K電介質材料在圖案化基底上的兩個溝槽之間，該圖案化基底在基底處理區域中。該低K電介質材料形成該兩個溝槽的壁。該方法包括以下步驟：將該圖案化基底轉移到該基底處理區域中。該方法進一步包括以下步驟：對該圖案化基底進行氣相蝕刻，以藉由從該低K電介質材料移除外部電介質層來降低該低K電介質材料的平均介電常數。

在下文的描述中將部分闡述本發明其他的實施例和特徵，且根據本說明書，部分對於本領域技藝人士而言將變得顯而易見，或者可從所揭示的實施例的實踐領會到。經由本說明書中描述的手段、組合和方法可實現和獲得所揭示實施例的特徵和優點。

本發明描述了用於降低在積體電路的兩個導電組件之間存在的有效介電常數的方法。該等方法涉及使用氣相蝕刻，該氣相蝕刻對於低K電介質層的富氧部分是選擇性的。隨著該蝕刻工藝穿過相對高K富氧部分而到達低K部分，蝕刻速率減弱。因為該氣相蝕刻工藝不容易移除所期望的低K部分，所以很容易時間控制該蝕刻工藝。氣相蝕刻優於液體緩衝氧化物蝕刻，尤其適於處理圖案化基底。與液體蝕刻劑相比，氣相蝕刻劑更容易從狹窄的結構移除。

本發明的實施例針對蝕刻圖案化基底上的低K材料的方法，以增加有效介電常數，由此提高裝置性能。可從本文提供的方法受益的示例性工藝流程涉及將兩個不同的光刻-蝕刻圖案轉移到基底。該等工藝可設計為對基底圖案化兩次，以在通路結構中獲得所期望的臺階，而不是一般的具有相對垂直壁的通路。該等工藝序列可要求用光阻劑塗布圖案化的基底，從而光阻劑穿透低K材料中的通路和其他間隙。移除光阻劑一般涉及灰化，亦即將該結構暴露於氧化前體。在移除填充間隙的光阻劑的同時，灰化步驟亦以增加低K材料的薄外層中的介電常數的方式改變了間隙的側壁。一些灰化涉及暴露於在等離子體中受激發的含氧化合物。在該等情形中，氧處理使低K材料的表面氧化，並且氧處理相對於碳含量增加了氧含量。為了使介電常數回歸到低K材料灰化前的水平，本文提出的方法移除了此層較薄的相對高K的材料。

為了更好地瞭解和理解本發明，現在參看圖1-2，圖1-2是根據所揭示的實施例，在處理過程中間隙的橫截面圖以及用於處理該等間隙的流程圖。圖1A中所示的結構是通過光刻-蝕刻-光刻-蝕刻序列產生的，在該光刻-蝕刻-光刻-蝕刻序列中，第二光刻-蝕刻步驟在低介電常數材料110-1中打開較寬溝槽。第二蝕刻僅穿透到達該溝槽底部的一部分通路，在低K材料110-1中留下臺階。該臺階的上方和下方是由低K材料形成的大致垂直的壁。在所揭示的實施例中，該等壁可能與圖1A-1B中所示的理論垂直線相偏離，但是該等壁可在偏離垂直的10°、5°或2°內。在第二蝕刻之後，一些光阻劑120保留在溝槽的底部，該等光阻劑120需要在間隙填充金屬之前被移除。當將圖案化基底轉移到處理室(操作步驟210)時，移除殘留的光阻劑120的工藝開始。將氧基(oxygen-radical)氣流導入灰化室(操作步驟215)，並從溝槽內移除光阻劑。在圖1A圖示的實例中，包括了氮碳化矽(SiCN)層125-1，以保護低K材料110-1免於來自下層材料的金屬擴散。SiCN層125-1亦可經由氧基改性，從而移除溝槽底部處的部分SiCN，獲得圖案化的SiCN層125-2。示例性的SiCN層是Blok^TM，該Blok^TM可從美國加利福尼亞州的Santa Clara市的應用材料公司獲得。在一些實施例中存在SiCN層，而在其他實施例中不存在SiCN層。氧基氣流亦使低K材料110的壁氧化，此舉非期望地提高了靠近表面(溝槽的壁)的介電常數。示例性的低K材料是碳氧化矽(SiOC)，且示例性的SiOC產品是同樣可從應用材料公司獲得的Black Diamond^TM。忽略富氧(相對高K)表面層的形成並繼續用金屬沉積溝槽進行間隙填充會限制最終裝置的工作區(operational regime)。

使用以下的步驟，介電常數減弱的低K材料110可幾乎恢復到該低K材料110灰化前的水平。將圖案化的基底轉移到處理室的基底蝕刻區域，以進行進一步處理(操作步驟220)。將氨和三氟化氮的氣流引入到與處理區域分離的等離子體區域中(操作步驟222)。該分離的等離子體區域本文可稱作遠端等離子體區域，並且該分離的等離子體區域可以是與處理室不同的模組或者是處理室內的隔室。遠端等離子體流出物(遠端等離子體的產物)流進處理室並與基底表面反應(操作步驟225)。等離子體流出物的氣流與該表面反應，以產生固體殘餘物，該固體殘餘物包含來自等離子流出物的材料和來自起反應的低K材料110的壁的材料。在示例性的設備部分中，將提供有利於理解該工藝的詳細化學反應。然後，藉由將所述圖案化基底加熱至所述固體殘餘物的昇華點以上，來移除該固體殘餘物(操作步驟240)。藉由從該基底蝕刻區域移除該圖案化基底，完成了該工藝(操作步驟245)，圖1B中圖示了最終的結構。

外部電介質層的蝕刻速率大於在該外部電介質層內部的相對較低K的電介質材料的蝕刻速率。在本發明的實施例中，外部電介質層的氣相蝕刻速率比其餘低K電介質材料的蝕刻速率超出大於25、50或100的倍數。在實施例中，外部電介質層的厚度大約為150 或更小、大約為100 或更小，或者大約為50 或更小。

剛剛描述的示例性工藝是SiConi^TM蝕刻系列的一部分，該SiConi^TM蝕刻系列一般涉及同時存在含氟前體和含氫前體的氣流。在不同的實施例中，含氟前體包括三氟化氮、氟化氫、雙原子氟、單原子氟和氟取代的碳氫化合物或者上述材料的組合物。在不同的實施例中，含氫前體包括原子氫、雙原子氫、氨、碳氫化合物、鹵素不完全取代的碳氫化合物或上述材料的組合物。為了簡便起見，本文包含的一些討論可能參照了示例性SiConi^TM蝕刻，該示例性SiConi^TM蝕刻使用氨和三氟化氮組合。可使用任何SiConi^TM蝕刻來代替圖2中描述並圖示的示例性蝕刻。包含氟和氫(但是基本沒有或者根本沒有氧)的所有SiConi^TM蝕刻表現出對蝕刻氧化矽較強的選擇性。該等蝕刻工藝非常慢地移除矽、多晶矽和碳氧化矽。作為結果，即使從低K材料110的壁上消耗了氧化矽之後繼續進行蝕刻，SiConi^TM仍具有基本完美地留下所期望的碳氧化矽低K材料110的額外優點。該選擇性使得該工藝可受到定時控制，而不用使用任何其他形式的終點決定方法。

儘管本文描述的實例係關於低K電介質層的雙圖案化(LELE)，但是需要在低K層內的間隙中沉積光阻劑的其他工藝流程亦是可能的。結果，所提出並主張的該等方法在涉及對任何間隙填充材料進行灰化的任何應用中都有效，該間隙填充材料可經由氧化處理來移除自身。可灰化的間隙填充材料包括底部或頂部抗反射塗層(BARC或TARC)以及各種光阻劑和其他類似的含碳材料。在所揭示的實施例中，可灰化的間隙填充材料實質上缺乏氧。氧化處理移除可灰化的間隙填充材料但非期望地改性了該等壁，提高了改性的表面層中的介電常數。可使用本文所述的方法降低該提高的介電常數。溝槽的外形可包含如圖1A-1B中所示的在溝槽壁上的臺階結構，但在其他所揭示的實施例中實質上不存在臺階。

如前面所述，間隙和溝槽形成在低K材料中。所述的示例性間隙在低K材料中的兩個近似垂直的壁之間具有臺階(見圖1)。在其他實施例中，在低K材料中沒有形成臺階，僅在低K材料中形成單個近似垂直的壁。在所揭示的實施例中，該單個垂直的壁可以在偏離垂直的10°、5°或2°內。在所揭示的實施例中，在灰化之前(或本文提出的處理之後)，低K材料的介電常數可小於3.9、3.7、3.5、3.3或3.1。介電常數很大程度上是由碳氧化矽低K層內的碳的濃度決定的。根據本發明的實施例，在灰化之後，外部電介質層可具有大於3.0、大於3.2或大於3.5的介電常數，而其餘低K電介質材料具有分別小於3.0、小於3.2或小於3.5的介電常數。

在氣相蝕刻之後可使用可選步驟。剛剛描述的氣相蝕刻可留下蝕刻後殘餘物，該蝕刻後殘餘物包含部分氣相蝕刻劑。蝕刻後殘餘物的存在性可能與相鄰導線之間的電洩漏有關。該洩漏例如可由含氟的蝕刻後殘餘物導致。因此，蝕刻後的基底可隨後用等離子體流出物處理，以移除一些蝕刻後殘餘物並緩解可能存在的任何電洩漏，該等離子體流出物來自於包含Ar、N₂、NH₃和H₂中的一或更多種的等離子體。

在操作步驟215期間，使用氧基移除填充間隙的光阻劑120。氧基一般形成在遠端等離子體區域中，並流到基底蝕刻區域。在一些實施例中，氧基包含中性物質，該等中性物質包括原子氧(O)和臭氧(O₃)中的一或更多種。在蝕刻區域中可存在一些離子化物質，然而，離子化物質趨於比未離子化(中性)原子氧和未離子化臭氧更快速地再組合。在一些實施例中，遠端等離子體比蝕刻區域中的等離子體更較佳，以確保離子化物質具有足夠的機會中和。在所揭示的實施例中，較佳選擇從遠端等離子體到蝕刻區域的開口和路徑長度，以使中性原子氧(O)行進到基底蝕刻區域。在一些實施例中，為了使側壁鈍化以減少氧化，SiF₄同時地隨氧基(使用遠端等離子體或蝕刻區域等離子體)一起流動。低K材料的氧化區域可能仍出現並且低K材料的氧化區域可能表現出增加的介電常數。因此，以此種方式形成的結構仍可以受益於本文所揭示的方法。

上文描述了用於灰化和SiConi^TM蝕刻的分離腔室。在一替代實施例中，在同一腔室中按照處理步驟的順序進行該等工藝，不必從處理室移除圖案化基底。

在描述示例性的處理系統過程中揭示額外的氣相蝕刻處理參數和處理細節。

示例性的處理系統

圖3是圖示可進行本發明實施例的說明性處理室300的部分橫截面圖。一般而言，可經由一或更多個開口351將氨和三氟化氮引入遠端等離子體區域361-363中並被等離子體電源346激發。

在一個實施例中，處理室300包括室主體312、蓋組件302和支撐組件310。蓋組件302設置在室主體312的上端，且支撐組件310至少部分設置在室主體312內。處理室300和相關硬體較佳由一或更多種工藝相容材料(例如鋁、不銹鋼等)形成。

室主體312包括狹縫閥開口360，該狹縫閥開口360形成在該室主體312的側壁中，狹縫閥開口360用於提供進入處理室300內部的入口。狹縫閥開口360經由晶圓處理機械手(未圖示)選擇性地打開和關閉，以允許進入室主體312內部。在一個實施例中，晶圓可經由狹縫閥開口360輸送進處理室300或從處理室300輸送出到相鄰的轉移室及/或裝載鎖定室，或群集工具內的其他腔室。圖4中圖示了可包括處理室300的示例性群集工具。

在一或更多個實施例中，室主體312包括室主體通道313，該室主體通道313用於使熱轉移流體流過室主體312。該熱轉移流體可以是加熱流體或冷卻劑，且該熱轉移流體用於在工藝和基底轉移過程中控制室主體312的溫度。室主體312的溫度對於防止在腔室壁上非期望地聚集氣體或副產物非常重要。示例性的熱轉移流體包括水、乙二醇或兩者的混合物。示例性的熱轉移流體亦可包括氮氣。支撐組件310可具有支撐組件通道304，該支撐組件通道304用於使熱轉移流體流過支撐組件310，由此影響基底溫度。

室主體312可進一步包括襯套333，該襯套333包圍支撐組件310。襯套333較佳是可移除的，以用於維修和清洗。襯套333可由諸如鋁之類的金屬、或陶瓷材料製成。然而，襯套333可以是任何工藝相容的材料。襯套333可以經噴砂處理(bead blasted)，以增加沉積在該襯套333上的任何材料的粘著性，由此防止材料的脫落，該材料脫落導致處理室300被污染。在一或更多個實施例中，襯套333包括在襯套333中形成的一或更多個開口335和泵通道329，泵通道329與真空系統進行液體流通。開口335為氣體提供了進入泵通道329的流路，如此給處理室300內的氣體提供了出口。

真空系統可包括真空泵325和節流閥327，以調節通過處理室300的氣體流動。真空泵325與設置在室主體312上的真空埠331耦接，因此與形成在襯套333內的泵通道329進行液體流通。可交換使用術語「氣體」和「多種氣體」，除非另有說明，上述術語是指一或更多種反應物、催化劑、載體、淨化劑、清洗劑、上述物質的組合，以及任何其他引入處理室312內的流體。使用術語「前體」用於指代參與反應以從表面移除或沉積材料的任何工藝氣體。

開口335使泵通道329能夠與室主體312內的處理區域340進行液體流通。處理區域340由蓋組件302的下表面和支撐組件310的上表面限定，且處理區域340被襯套333包圍。開口335可為均勻尺寸且開口335可圍繞襯套333均勻間隔開。然而，可使用任何數量、位置、尺寸或形狀的開口，彼等設計參數的每一個都可以根據氣體在基底接收表面上的期望流動圖案而變化，下文將更加詳細討論。此外，開口335的尺寸、數量和位置配置為達成離開處理室300的氣體的均勻流動。此外，開口尺寸和位置可配置為提供快速或高容量的泵作用，以便於從處理室300快速排出氣體。例如，緊密靠近真空埠331的開口335的數量和尺寸可小於遠離真空埠331設置的開口335的數量和尺寸。

通常使用氣體供給面板(未圖示)，以便經由一或更多個開口351給處理室300提供工藝氣體。所使用的特定的氣體或多種氣體取決於在處理室300內進行的工藝或多種工藝。說明性的氣體可以包括(但並不限於)一或更多種前體、還原劑、催化劑、載體、淨化劑、清洗劑或上述物質的任何混合物或組合物。通常，引入處理室300的一或更多種氣體經由頂板350中的開口351流進等離子體空間361中。可替換或者組合地，工藝氣體可更直接地經由開口352引入處理區域340中。開口352避免了遠端等離子體激發，並且對於涉及不需要等離子體激發的氣體的工藝或不從額外氣體激發受益的工藝而言很有用。遠端等離子體中產生的活性氧可經由開口被引入到處理區域340中，而不穿過區域361、362和363。可使用電操作閥門及/或流動控制機構(未圖示)，以控制從氣體供給源到處理室300的氣體流動。根據該工藝，可向處理室300輸送任意多種氣體，並可在處理室中或在氣體被輸送到處理室300之前混合該等氣體。

蓋組件302可進一步包括電極345，電極345在蓋組件302內產生活性物質的等離子體。在一個實施例中，電極345由頂板350支撐，並且電極345藉由插入電氣絕緣環347與頂板350電氣絕緣，電氣絕緣環347由氧化鋁或任何其他絕緣且工藝相容的材料製成。在一或更多個實施例中，電極345耦接至電源346，而其餘的蓋組件302與地連接。因此，可在遠端等離子體區域中產生一或更多種工藝氣體的等離子體，該遠端等離子體區域由空間361、362及/或363組成，該空間361、362及/或363在電極345與環形安裝凸緣322之間。在實施例中，環形安裝凸緣包括或環形安裝凸緣支撐氣體輸送板320。例如，可在電極345與阻擋器組件330的一個或兩個阻擋器板之間引入和保持等離子體。或者，在不存在阻擋器組件330時，可在電極345與氣體輸送板320之間產生並包含等離子體。在任一實施例中，等離子體被完全限制或包含在蓋組件302內。相應地，因為沒有活性等離子體與基底直接接觸，所以等離子體為「遠端等離子體」，該基底設置在室主體312內。結果，因為等離子體與基底表面分離，所以可避免等離子體對基底的損害。

各種電源346能將氨和三氟化氮氣體激發為活性物質。例如，可使用基於射頻(RF)、直流(DC)或微波(MW)的放電技術。該激發還可經由基於熱的技術、氣體解離技術、高強度光源(例如UV能量)或暴露於x射線源來產生。或者，可使用遠端激發源(諸如遠端等離子體產生器)來產生活性物質的等離子體，該活性物質的等離子體隨後被輸送到處理室300中。示例性的遠端等離子體產生器可從供應商獲得，該等供應商諸如MKS Instruments,Inc.和Advanced Energy Industries,Inc.。在示例性的處理系統中，RF電源耦接到電極345。高功率微波電源346在亦將使用電源346產生活性氧的情況中是有利的。

可藉由使熱轉移介質分別流過室主體通道313和支撐組件通道304，來控制處理室主體312和基底每一者的溫度。可在支撐組件301內形成支撐組件通道304，以便於熱能的轉移。室主體312和支撐組件310可單獨冷卻或加熱。例如，加熱流體可流過室主體312和支撐組件310中的一個，而冷卻流體流過室主體312和支撐組件310中的另一個。

可使用其他方法控制基底溫度。可藉由用電阻加熱器加熱支撐組件310(或支撐組件310的一部分，諸如底座)或經由一些其他方式來加熱基底。在另一個配置中，氣體輸送板320可維持在高於基底溫度的溫度，且基底被抬起，以升高基底溫度。在此情形中，基底被輻射加熱，或藉由使用氣體將熱量從氣體輸送板320傳導到基底而加熱基底。基底可藉由升高支撐組件310或藉由使用提升栓而被抬起。

在本文所述的蝕刻工藝期間，在不同的實施例中，室主體312可維持在近似50℃到80℃之間、55℃到75℃之間，或60℃到70℃之間的溫度範圍內。在暴露於等離子體流出物及/或氧化劑期間，在不同的實施例中，基底可維持在大約100℃以下、大約65℃以下、在大約15℃和大約50℃之間，或者在大約22℃和大約40℃之間。

等離子體流出物包括各種分子、分子片段和離子化物質。當前受歡迎的SiConi^TM蝕刻的理論機制可能或可能不完全正確，但等離子體流出物被認為包括NH₄F和NH₄F.HF，NH₄F和NH₄F.HF易於與本文所述的低溫基底反應。等離子體流出物可與氧化矽表面反應，以形成產物(NH₄)₂SiF₆、NH₃和H₂O。NH₃和H₂O在本文所述的處理條件下為汽化液體，並且可經由真空泵325從處理區域340移除。(NH₄)₂SiF₆固體副產物的連續或不連續薄層留在基底表面上。

在當從低K材料移除相對較高K的薄膜時暴露於等離子體流出物並且固體副產物在溝槽(包括臺階的溝槽)垂直壁上相應地積累之後，可加熱基底以移除副產物。在實施例中，藉由在氣體輸送板320內或靠近氣體輸送板320組合加熱元件370，氣體輸送板320是可加熱的。可藉由減小基底與加熱的氣體輸送板之間的距離來加熱基底。在不同的實施例中，氣體輸送板320可被加熱到大約100℃和150℃之間、大約110℃和140℃之間，或者大約120℃和130℃之間。藉由減小基底與加熱的氣體輸送板之間的間隔距離，在不同的實施例中，基底可被加熱到大約75℃以上、大約90℃以上、大約100℃以上或在大約115℃和大約150℃之間。從氣體輸送板320輻射到基底的熱量應當足夠將基底上的固體(NH₄)₂SiF₆解離或昇華為揮發性產物SiF₄、NH₃和HF，該揮發性產物SiF₄、NH₃和HF可從處理區域340抽出。

在不同的實施例中，氨(或一般而言，含氫的前體)可以以在大約50 sccm和大約300 sccm之間、在大約75 sccm和大約250 sccm之間、在大約100 sccm和大約200 sccm之間或在大約120 sccm和大約170 sccm之間的流量流到遠端等離子體空間361中。在不同的實施例中，三氟化氮(或一般而言，含氟的前體)可以以在大約25 sccm和大約150 sccm之間、在大約40 sccm和大約175 sccm之間、在大約50 sccm和大約100 sccm之間或在大約60 sccm和大約90 sccm之間的流量流到遠端等離子體空間361中。含氫和含氟前體進入遠端等離子體區域的組合流量可以占整體氣體混合體積的0.05%到大約20%，其餘為載體氣體。在一個實施例中，淨化劑或載體氣體在彼等活性氣體之前先被引入到遠端等離子體區域中，以穩定遠端等離子體區域內的壓力。

藉由相對於蓋組件302的其餘部分，給電極345施加等離子體能量，在空間361、362及/或363內產生等離子體流出物的產物。等離子能量可以是各種頻率或多種頻率的組合。在示例性的處理系統中，由輸送給電極345的RF能量來提供等離子體。在不同的實施例中，該RF能量可以在大約1 W和大約1000 W之間、在大約5 W和大約600 W之間、在大約10 W和大約300 W之間或在大約20 W和大約100 W之間。在該示例性的處理系統中應用的RF頻率在不同的實施例中可小於大約200 kHz、小於大約150 kHz、小於大約120 kHz或在大約50 kHz和大約90 kHz之間。

在灰化工藝過程中，可在處理室外部或在相同腔室(361-362)中形成活性氧，該相同腔室(361-362)用於激發蝕刻劑氣體。在實施例中，活性氧可包含隨更穩定的分子氧(O₂)一起流動的原子氧(O)和臭氧(O₃)，該等物質的組合在本文稱作活性氧。活性氧的流量在不同的實施例中可在大約1 slm和大約50 slm之間、在大約2 slm和大約30 slm之間或在大約5 slm和大約10 slm之間。活性氧的氣流可在經由開口352進入處理區域340之前與額外的相關惰性氣體(例如He、Ar)的氣流組合。包含該相關惰性載體具有多種益處，包括增加等離子體密度。

處理區域340可在臭氧、氧、載體氣體及/或等離子體流出物流進處理區域340的過程中維持在各種壓力下。該壓力在不同實施例中可維持在大約500毫托和大約30托之間、在大約1托和大約10托之間或者在大約3托和大約6托之間。還可在處理區域340內使用低壓。該壓力在不同實施例中可維持在大約500毫托或以下、大約250毫托或以下、大約100毫托或以下、大約50毫托或以下，或者大約20毫托或以下。

在一或更多個實施例中，處理室300可整合到各種多處理平臺，該等多處理平臺包括Producer^TM GT、Centura^TM AP和Endura^TM平臺，該Producer^TM GT、Centura^TM AP和Endura^TM平臺可從位於美國加利福尼亞州的Santa Clara市的應用材料公司獲得。此種處理平臺能夠不用破壞真空就可進行多種處理操作。

圖4是說明性多腔室處理系統400的示意性頂視圖。系統400可包括一或更多個裝載鎖定室402、404，該裝載鎖定室402、404用於將基底轉移進系統400或轉移出系統400。通常，因為系統400處於真空，所以裝載鎖定室402、404可對引入系統400中的基底進行「抽吸」(pump down)。第一機械手410可在裝載鎖定室402、404與第一組一或更多個基底處理室412、414、416、418(圖示了四個基底處理室)之間轉移基底。每個處理室412、414、416、418可以被成套裝配以進行多個基底處理操作，該多個基底處理操作除包括循環層沉積(CLD)、原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預清洗、脫氣、定向和其他基底工藝之外，亦包括本文所述的幹蝕刻工藝。

第一機械手410亦可將基底轉移到一或更多個轉移室422、424，或從一或更多個轉移室422、424轉移出基底。轉移室422、424可用於在使基底在系統400內轉移的同時維持超高真空條件。第二機械手430可在轉移室422、424與第二組一或更多個處理室432、434、436、438之間轉移基底。與處理室412、414、416、418類似，處理室432、434、436、438可以被成套裝配以進行各種基底處理操作，該各種基底處理操作例如除了包括循環層沉積(CLD)、原子層沉積(ALD)、化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、蝕刻、預清洗、脫氣和定向之外，亦包括本文所述的幹蝕刻工藝。若對於由系統400進行的特定工藝不是必需的，則可從系統400移除任一基底處理室412、414、416、418、432、434、436、438。在氣體被輸送到示例性的處理室之前，氣體可以由氣體處理系統455提供、沿路徑輸送並混合。

系統控制器457用於控制馬達、閥門、流動控制器、電源和進行本文所述的工藝步驟所需的其他功能。系統控制器457可依靠光學感測器的回饋，以決定並調整可移動機械組件的位置。機械組件可包括機械手、節流閥和基座，上述組件在系統控制器457的控制下由馬達移動。

在一示例性的實施例中，系統控制器457包括硬碟機(記憶體)、USB埠、軟碟機和處理器。系統控制器457包括類比和數位輸入/輸出板、介面板和步進馬達控制器板。包含處理室300的多腔室處理系統400的各個部分由系統控制器457控制。該系統控制器以電腦程式的形式執行系統控制軟體，該電腦程式儲存在電腦可讀取媒體(諸如硬碟、軟碟或快閃記憶體隨身碟)上。亦可使用其他類型的記憶體。電腦程式包括指令組，該等指令組指示計時、氣體混合物、腔室壓力、腔室溫度、RF功率位準、基座位置和特定工藝的其他參數。

可使用由控制器執行的電腦程式產品實施用於在基底上沉積膜的工藝或用於清洗腔室15的工藝。電腦程式代碼可以以任何一般電腦可讀程式設計語言編寫：例如，68000組合語言、C、C++、Pascal、Fortran或其他程式設計語言。使用一般的文字編輯器將適合的程式碼輸入到單個檔案或多個檔案，並將該適合的程式碼儲存或實施在電腦可用媒體中，諸如電腦的記憶體系統中。若輸入的代碼文字是高階語言，則編譯該代碼，然後將最終的編譯代碼與預編譯的Microsoft Windows庫常式的物件代碼相連結。為了執行該連結的編譯的物件代碼，系統使用者調用該物件代碼，使電腦系統將該代碼裝載在記憶體中。然後CPU讀取並執行該代碼，以進行該程式中識別的任務。

使用者與控制器之間的介面可經由觸摸敏感顯示器，使用者與控制器之間的介面亦可包括滑鼠和鍵盤。在一個實施例中，使用了兩個顯示器，一個顯示器安裝在乾淨的房間牆壁中供操作者使用，另一個顯示器位於牆後面供服務技師使用。在僅有一個顯示器被配置為一次性接收輸入的情形中，該兩個顯示器可同時顯示相同的資訊。為了選擇特定的螢幕或功能，操作者用手指或滑鼠觸摸顯示螢幕上的指定區域。觸摸區域改變觸摸區域的高亮顏色，或者顯示新的功能表或螢幕，由此確認操作者的選擇。

本文使用的「基底」可以是在支撐基底上面形成或沒有形成層的支撐基底。支撐基底可以是具有各種摻雜濃度和外形的絕緣體或半導體，並且支撐基底例如可以是半導體基底，該半導體基底具有在積體電路的製造中所使用類型。使用「氧化矽」層作為含矽氧材料的簡略表達並且「氧化矽」層可與含矽氧材料互換使用。因此，氧化矽可包括其他元素組分的濃度，諸如氮、氫、碳等。在一些實施例中，氧化矽實質上由矽和氧組成。「激發態」中的氣體描述了如此一種氣體，在該氣體中，至少一些氣體分子處於振盪激發、解離及/或離子化狀態。氣體可以是兩種或兩種以上氣體的組合。通篇使用術語「溝槽」和「間隙」，並不暗指蝕刻的幾何形狀具有較大的水平方位比率。從表面上方看時，溝槽和間隙可呈現為圓形、橢圓形、多邊形、矩形或各種其他形狀。使用術語「通路」指代較低水平方位比率的溝槽(當從上面看時)，該溝槽可填充或可不填充金屬以形成垂直電連接。

已經揭示了幾個實施例，本領域技藝人士可認識到，在不脫離所揭示的實施例的精神的情況下，可使用各種修改、替換的結構和均等物。此外，為了避免不必要的使本發明難以理解，沒有描述多個熟知的工藝和元件。因此，上文的描述不應認為限制本發明的範圍。

當提供數值範圍時，應當理解亦具體揭示位於該範圍上限和下限之間的每個中間值，一直到下限單位的十分之一，除非文中明確表述了其他方式。包含了在任何規定值或規定範圍內的中間值與任何其他規定值或在該規定範圍內的中間值之間的每個較小的範圍。該等小範圍的上限和下限可獨立包括或不包括在該範圍中，本發明亦包含了其中在該等小範圍中包括界限值之一、不包括界限值或包括全部界限值的每個範圍，不包括在該規定範圍中任何特定排除的界限值。當該規定範圍包括一個或兩個界限值時，亦包括了排除彼等包括的界限值之一者或兩者的範圍。

如本文和所附申請專利範圍中使用的，單數形式「一」(「a」、「an」)和「該」(「the」)包括數個指代物，除非文中清楚表示了其他情形。因而，例如，涉及「一工藝」包括涉及複數個此種工藝，並且涉及「該電介質材料」包括涉及一或更多種電介質材料以及對於本領域技藝人士已知的均等物，等等。

此外，用語「包括」、「包含」和「含有」當在該說明書中和隨後的申請專利範圍中使用時，意指明確說明存在所述的特徵、整體、元件或步驟，但並不排除存在或附加一或更多種其他特徵、整體、元件、步驟、操作或群組。

110．．．低K材料

120．．．光阻劑

125．．．SiCN層

210-245．．．操作步驟

300．．．處理室

302．．．蓋組件

304．．．支撐組件通道

310．．．支撐組件

312．．．室主體

313．．．室主體通道

320．．．氣體輸送板

322．．．環形安裝凸緣

325．．．真空泵

327．．．節流閥

329．．．泵通道

330．．．阻擋器組件

331．．．真空埠

333．．．襯套

335．．．開口

340．．．處理區域

345．．．電極

346．．．電源

347．．．電氣絕緣環

350．．．頂板

351．．．開口

352．．．開口

360．．．狹縫閥開口

361-363．．．區域

370．．．加熱元件

400．．．處理系統

402-404．．．裝載鎖定室

410．．．第一機械手

412-418．．．處理室

422-424．．．轉移室

430．．．第二機械手

432-438．．．處理室

455．．．氣體處理系統

457．．．系統控制器

藉由參照說明書的其餘部分和附圖可實現所揭示實施例的特性和優點的進一步理解。

圖1A-1B是根據該等所揭示實施例的在處理期間間隙的橫截面圖。

圖2是根據該等所揭示實施例的填充間隙的光阻劑移除工藝的流程圖。

圖3是根據該等所揭示實施例的處理室的橫截面圖。

圖4是根據該等所揭示實施例的處理系統。

在附圖中，相同的元件及/或特徵具有相同的元件符號。此外，相同類型的各種元件可經由在元件符號後由破折號和區分該等相同元件的第二符號來區分。若在說明書中僅使用第一元件符號，則該描述適用於具有相同第一元件符號的任意一個相同的元件，而不管第二元件符號如何。

110．．．低K材料

120．．．光阻劑

125．．．SiCN層

Claims (15)

1. 一種降低一低K電介質材料的有效介電常數的方法，該低K電介質材料在一圖案化基底上的兩個溝槽之間，該圖案化基底在一基底處理區域中，其中該低K電介質材料形成該兩個溝槽的壁，該方法包括以下步驟：將該圖案化基底轉移到該基底處理區域中；以及對該圖案化基底進行氣相蝕刻，以藉由從該低K電介質材料移除一外部電介質層，降低該低K電介質材料的平均介電常數。
2. 如請求項1之方法，其中該氣相蝕刻之步驟包括以下步驟：使一含氟前體和一含氫前體流進一第一遠端等離子體區域，該第一遠端等離子體區域與該基底處理區域流動耦接，同時在該第一遠端等離子體區域中形成一等離子體，以產生等離子體流出物；藉由使該等等離子體流出物流進該基底處理區域，蝕刻該圖案化基底，同時在該基底的表面上形成固體副產物；和藉由使該基底的一溫度升高到該等固體副產物的一昇華溫度以上，使該等固體副產物昇華。
3. 如請求項2之方法，其中該含氟前體包括至少一種前體，該至少一種前體選自由下列物質所組成的群組：三氟化氮、氟化氫、雙原子氟、單原子氟和氟取代的碳氫化合物。
4. 如請求項2之方法，其中該含氫前體包括至少一種前體，該至少一種前體選自由下列物質所組成的群組：原子氫、分子氫、氨、一碳氫化合物和一鹵素不完全取代的碳氫化合物。
5. 如請求項2之方法，其中在昇華該等固體副產物之步驟的操作期間，將該基底的一溫度升高到大約100℃或更高。
6. 如請求項1之方法，其中該外部電介質層具有大於3.0的一介電常數，並且其餘的該低K電介質材料具有小於3.0的一介電常數。
7. 如請求項1之方法，其中該外部電介質層的相對高的介電常數由等離子體灰化導致。
8. 如請求項1之方法，進一步包括以下步驟：在該氣相蝕刻之步驟的操作之前對該圖案化基底進行一灰化的操作。
9. 如請求項1之方法，其中從該兩個溝槽的該等壁移除該外部電介質層。
10. 如請求項8之方法，其中在將該圖案化基底轉移到該基底處理區域中的該操作之後，發生對該圖案化基底進行灰化的該操作。
11. 如請求項8之方法，其中在將該圖案化基底轉移到該基底處理區域中的該操作之前，發生對該圖案化基底進行等離子體灰化的該操作。
12. 如請求項1之方法，其中該外部電介質層的厚度大約為150 或更小。
13. 如請求項1之方法，其中在氣相蝕刻過程中，該外部電介質層的蝕刻速率比其餘的該低K電介質材料的蝕刻速率超出大於50倍。
14. 如請求項1之方法，其中對該圖案化基底進行氣相蝕刻的該操作之後，緊接著在一氣氛中對該圖案化基底進行等離子體處理，以移除蝕刻後的殘餘物，該氣氛包含氬氣、氮氣(N₂)、氨(NH₃)或氫氣(H₂)中的至少一種。
15. 如請求項14之方法，其中該蝕刻後的殘餘物包含氟。