用于蝕刻低K及其它介電質(zhì)膜的制程腔室制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)描述用于蝕刻低k及其它介電質(zhì)膜的方法及制程腔室。舉例而言，方法包括以等離子體制程修改低k介電層的部分。在掩模層及低k介電層的未經(jīng)修改的部分上有選擇地蝕刻低k介電層的經(jīng)修改的部分。描述具有用于交替地產(chǎn)生不同等離子體的多個(gè)腔室區(qū)域的蝕刻腔室。在實(shí)施例中，在一個(gè)操作模式中提供第一電荷耦合的等離子體源以產(chǎn)生至工作件的離子流，而在另一操作模式中提供第二等離子體源以提供反應(yīng)性物質(zhì)流而無(wú)至工作件的顯著離子流?？刂破鞑僮饕噪S時(shí)間重復(fù)循環(huán)操作模式以移除期望的介電材料的累積量。

Process chamber for etching low K and other dielectric plasma membranes

Methods and process chambers for etching low k and other dielectric plasma membranes are described. For example, the method includes modifying the portion of the low k dielectric layer by plasma process. A modified portion of the low k dielectric layer is selectively etched on an unmodified portion of the mask layer and the low k dielectric layer. An etch chamber having a plurality of chamber regions for alternately producing different plasmas is described. In an embodiment, provides the first charge coupled plasma source to produce ions to work piece flow in a mode of operation, and provides second significant ion plasma source in another mode of operation to provide reactive material flow and no flow to the work piece. The controller operates to repeat the cyclic operation mode over time to remove the cumulative amount of desired dielectric material.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
用于蝕刻低K及其它介電質(zhì)膜的制程腔室本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為“2012年10月17日”、申請(qǐng)?zhí)枮椤?01280048477.6”、題為“用于蝕刻低K及其它介電質(zhì)膜的制程腔室”的專利技術(shù)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。相關(guān)申請(qǐng)案的交叉引用本申請(qǐng)案主張于2011年10月27日提出申請(qǐng)的標(biāo)題為“ProcessChamberforEtchingLowKandOtherDielectricFilms”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案第61/552,183號(hào)的權(quán)益，該申請(qǐng)案的內(nèi)容在此為所有目的以引用的方式整體并入本文。
本專利技術(shù)的實(shí)施例涉及微電子元件處理領(lǐng)域，且尤其涉及低k介電質(zhì)膜的等離子體蝕刻。
技術(shù)介紹
在半導(dǎo)體制造業(yè)中，低k介電質(zhì)系相對(duì)于二氧化硅具有小介電常數(shù)的材料。低k介電材料實(shí)施系用于允許微電子元件的持續(xù)規(guī)?；娜舾刹呗灾械囊徽?。在數(shù)字電路中，絕緣介電質(zhì)使導(dǎo)電部分(例如，互連電線及晶體管)彼此分隔。隨著組件的規(guī)?；揖w管更加靠近在一起，絕緣介電質(zhì)已薄化至電荷積聚并且串?dāng)_不利地影響元件效能的程度。用相同厚度的低k介電質(zhì)替換二氧化硅降低寄生電容，允許更快的切換速度及更低的熱耗散。然而，因?yàn)橐呀?jīng)發(fā)現(xiàn)此等膜的處理(特別是此等膜的蝕刻)會(huì)損壞材料及/或致使材料不穩(wěn)定或不適于元件制造，所以在低k介電質(zhì)處理技術(shù)的發(fā)展中需要顯著改良。附圖說(shuō)明本專利技術(shù)的實(shí)施例系以舉例方式而非限制地圖示于隨附圖式的諸圖中，其中：圖1系圖示根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例的用于以單個(gè)等離子體蝕刻腔室來(lái)蝕刻低k介電質(zhì)膜的多操作模式蝕刻制程的流程圖；圖2系根據(jù)一實(shí)施例的流程圖，進(jìn)一步說(shuō)明蝕刻腔室如何在由圖1所圖示的蝕刻制程所使用的多個(gè)模式中操作；圖3A、圖3B、圖3C、圖3D、圖3E及圖3F圖示根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施例的橫截面圖，說(shuō)明多操作模式蝕刻制程100的方法對(duì)暴露于制程的示例性工作件的效果；圖4系根據(jù)實(shí)施例的多腔室處理平臺(tái)的平面圖，該多腔室處理平臺(tái)可經(jīng)配置以包括一或多個(gè)蝕刻腔室以執(zhí)行圖1所圖示的多操作模式蝕刻制程；圖5A圖示根據(jù)實(shí)施例的雙區(qū)噴淋頭的切口透視圖，該雙區(qū)噴淋頭可用于蝕刻腔室中以執(zhí)行圖1所圖示的多操作模式蝕刻制程；圖5B圖示根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施例的圖5A的切口透視圖的放大部分；圖6A圖示根據(jù)實(shí)施例的蝕刻腔室的橫截面圖，該蝕刻腔室經(jīng)配置以執(zhí)行圖1所圖示的蝕刻制程的修改操作；圖6B圖示根據(jù)實(shí)施例的蝕刻腔室的橫截面圖，該蝕刻腔室經(jīng)配置以執(zhí)行圖1所圖示的蝕刻制程的蝕刻操作；圖6C圖示根據(jù)實(shí)施例的蝕刻腔室的橫截面圖，該蝕刻腔室經(jīng)配置以執(zhí)行圖1所圖示的蝕刻制程的沉積操作；圖7圖示根據(jù)實(shí)施例的蝕刻腔室的橫截面圖，該蝕刻腔室經(jīng)配置以執(zhí)行圖1所圖示的蝕刻制程的修改操作；圖8A圖示根據(jù)實(shí)施例的蝕刻腔室的橫截面圖，該蝕刻腔室經(jīng)配置以執(zhí)行圖1所圖示的蝕刻制程的修改操作；圖8B圖示根據(jù)實(shí)施例的蝕刻腔室的橫截面圖，該蝕刻腔室經(jīng)配置以執(zhí)行圖1所圖示的蝕刻制程的蝕刻操作；圖8C圖示根據(jù)實(shí)施例的蝕刻腔室的橫截面圖，該蝕刻腔室經(jīng)配置以執(zhí)行圖1所圖示的蝕刻制程的沉積操作；圖9A圖示根據(jù)實(shí)施例的蝕刻腔室的橫截面圖，該蝕刻腔室經(jīng)配置以執(zhí)行圖1所圖示的蝕刻制程的修改操作；圖9B圖示根據(jù)實(shí)施例的蝕刻腔室的橫截面圖，該蝕刻腔室經(jīng)配置以執(zhí)行圖1所圖示的蝕刻制程的蝕刻操作；圖9C圖示根據(jù)實(shí)施例的蝕刻腔室的橫截面圖，該蝕刻腔室經(jīng)配置以執(zhí)行圖1所圖示的蝕刻制程的沉積操作；及圖10圖示根據(jù)實(shí)施例的蝕刻腔室的橫截面圖，該蝕刻腔室經(jīng)配置以執(zhí)行圖1所圖示的各個(gè)操作。具體實(shí)施方式總體而言，此處描述的等離子體蝕刻方法的實(shí)施例使用破壞機(jī)制來(lái)蝕刻低k(及其它介電質(zhì))材料并留下?tīng)顩r良好的剩余的經(jīng)蝕刻膜。此處描述的等離子體蝕刻方法的實(shí)施例循環(huán)地真空(亦即，不破壞真空)執(zhí)行至少二次單獨(dú)的基于等離子體的操作，并優(yōu)選地系在相同腔室中執(zhí)行以獲得最大產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)。在此等操作的一個(gè)操作中，各向異性(定向的)等離子體將介電質(zhì)膜的正被蝕刻的一部分的塊狀結(jié)構(gòu)及/或組成修改成更似二氧化硅(SiO2)或子氧化硅(siliconsub-oxide；SiOx)。此膜修改操作可概念化為可控制地及有選擇地用第一等離子體條件破壞一部分介電質(zhì)膜。在此等操作的第二個(gè)操作中，各向同性(不定向的)條件有選擇地移除在具有塊狀性質(zhì)的下層介電質(zhì)膜上方的經(jīng)修改膜部分(具有經(jīng)修改的結(jié)構(gòu)或組成)?？身樞虻厍抑貜?fù)地執(zhí)行此等操作以實(shí)現(xiàn)膜移除的任一期望的累積量(亦即，實(shí)現(xiàn)期望的蝕刻深度)。通過(guò)將塊狀膜蝕刻分隔成兩個(gè)不同操作或操作模式，等離子體條件的設(shè)計(jì)以及提供那些條件的蝕刻腔室的設(shè)計(jì)具有明顯更高的自由度及/或更大的制程窗。介電質(zhì)膜蝕刻制程區(qū)分成至少這兩個(gè)獨(dú)立操作模式亦提供對(duì)蝕刻參數(shù)的控制程度，此控制程度允許將各向異性剖面(profile)蝕刻成低k或其它介電質(zhì)膜，并有利地極小修改在鄰近于蝕刻特征結(jié)構(gòu)的區(qū)域中的介電質(zhì)膜組成(例如，暴露于等離子體蝕刻并不負(fù)面影響側(cè)壁)。此精確控制的重要來(lái)源來(lái)自本質(zhì)上具高化學(xué)性質(zhì)的各向同性蝕刻條件，且因而在具有偏離SiO2性質(zhì)的塊狀性質(zhì)(例如，在一定程度上結(jié)合碳)的下層介電質(zhì)之間提供非常高的選擇性。盡管在兩種材料組成物之間的高選擇性系經(jīng)常用于在消耗第一材料層后停止蝕刻(例如，在多材料沉積膜堆迭中作為一種終止對(duì)層的蝕刻的方式，該層具有可蝕刻的組成，該層下有下層蝕刻停止層，該下層蝕刻停止層具有不可蝕刻的組成)，此處的技術(shù)采用對(duì)塊狀膜本身為高選擇性的蝕刻制程來(lái)漸進(jìn)地蝕刻穿過(guò)塊狀膜。在實(shí)施例中，多操作模式蝕刻制程完全不含碳氟化合物。盡管習(xí)知介電質(zhì)蝕刻依賴沉積在經(jīng)蝕刻的介電層的側(cè)壁上的CF聚合物來(lái)實(shí)現(xiàn)蝕刻各向異性，但此處的方法經(jīng)由膜修改制程(模式)的各向異性結(jié)合膜蝕刻制程(模式)的高選擇性來(lái)實(shí)現(xiàn)蝕刻各向異性。避免通常基于碳氟化合物(基于CxFy)的蝕刻制程以及伴隨的CF聚合物致使任一鈍化聚合物的經(jīng)蝕刻介電質(zhì)表面相對(duì)較清潔。因而，可避免通過(guò)等離子體或可破壞介電質(zhì)(例如，經(jīng)由膜中的碳物質(zhì)的氧化)的其它構(gòu)件進(jìn)行的后蝕刻處理(post-etchtreatment；PET)。現(xiàn)提供蝕刻方法、如何可在單個(gè)腔室中執(zhí)行此方法以及適于執(zhí)行此蝕刻方法的實(shí)施例的腔室硬件的更詳細(xì)描述。首先描述蝕刻方法，圖1系圖示根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例的以單個(gè)等離子體蝕刻腔室來(lái)蝕刻低k介電質(zhì)膜的多操作模式蝕刻制程100的流程圖。圖3A至圖3F圖示表示根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例的多操作模式蝕刻制程100的方法對(duì)暴露于制程的示例性工作件的效果的橫截面圖。從操作105開(kāi)始，將工作件載入等離子體處理腔室中。盡管工作件大體可采取任何形式，但在第3A圖提供的說(shuō)明性實(shí)施例中，工作件包括基板302，將要蝕刻的介電質(zhì)設(shè)置在該基板302上?；?02可具有適于承受制造制程的任一材料且作為可設(shè)置及/或形成微電子元件(諸如，針對(duì)積體電路、光學(xué)、太陽(yáng)能、微機(jī)電系統(tǒng)，或類似的微/毫微制造元件)層的基礎(chǔ)。根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施例，基板302由基于第IV族的材料組成，該等材料諸如(但不限于)結(jié)晶硅、鍺或硅/鍺。在具體實(shí)施例中，基板302是單晶硅基板。在另一實(shí)施例中，基板302由III-Ⅴ族材料組成。在另一實(shí)施例中，多個(gè)有源元件設(shè)置在標(biāo)定為基板302的區(qū)域內(nèi)。工作件進(jìn)一步包括待蝕刻的暴露的介電質(zhì)。在圖1及圖3A至圖3F所圖示的示例性實(shí)施例中，暴露的介電質(zhì)為低k材料，但更大體而言可為非二氧化本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種蝕刻低K介電質(zhì)膜的方法，所述方法包括：將工作件載入蝕刻腔室中；通過(guò)用具有低能量非反應(yīng)離子流轟擊工作件來(lái)修改置于工作件上的低k介電質(zhì)膜的頂部厚度，所述非反應(yīng)離子流來(lái)自在第一腔室區(qū)域中被激發(fā)的第一源氣體的電容耦合的的等離子體；選擇性地在所述低k介電質(zhì)膜上方蝕刻經(jīng)修改的所述低k介電質(zhì)膜的頂部厚度，將所述低k介電質(zhì)膜通過(guò)將所述工作件暴露于反應(yīng)性物質(zhì)被設(shè)置在所述頂部厚度的下方，所述反應(yīng)性物質(zhì)由第二腔室區(qū)域中被激發(fā)的第二源氣體的等離子體產(chǎn)生；周期性地重復(fù)修改和蝕刻二者直到滿足蝕刻制程終止標(biāo)準(zhǔn)；并且自所述蝕刻腔室卸載所述工作件。

【技術(shù)特征摘要】
2011.10.27 US 61/552,183;2012.10.12 US 13/651,0741.一種蝕刻低K介電質(zhì)膜的方法，所述方法包括：將工作件載入蝕刻腔室中；通過(guò)用具有低能量非反應(yīng)離子流轟擊工作件來(lái)修改置于工作件上的低k介電質(zhì)膜的頂部厚度，所述非反應(yīng)離子流來(lái)自在第一腔室區(qū)域中被激發(fā)的第一源氣體的電容耦合的的等離子體；選擇性地在所述低k介電質(zhì)膜上方蝕刻經(jīng)修改的所述低k介電質(zhì)膜的頂部厚度，將所述低k介電質(zhì)膜通過(guò)將所述工作件暴露于反應(yīng)性物質(zhì)被設(shè)置在所述頂部厚度的下方，所述反應(yīng)性物質(zhì)由第二腔室區(qū)域中被激發(fā)的第二源氣體的等離子體產(chǎn)生；周期性地重復(fù)修改和蝕刻二者直到滿足蝕刻制程終止標(biāo)準(zhǔn)；并且自所述蝕刻腔室卸載所述工作件。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述低k介電質(zhì)包含碳，并且其中所述修改包括降低所述低k介電質(zhì)膜的所述頂部厚度中的碳含量。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一腔室區(qū)域在支撐所述工作件的夾盤和第一噴淋頭之間，并且其中所述...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：D·盧博米爾斯基，S·耐馬尼，E·葉，S·G·別洛斯托茨基，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：應(yīng)用材料公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó),US