專利名稱：減小光阻剝離過程中對(duì)低k材料的損害的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及基于半導(dǎo)體的器件的制造。更特別地，本發(fā)明涉及用于制造具有低k 電介質(zhì)(dielectric)層的基于半導(dǎo)體的器件的改進(jìn)的技術(shù)。在基于半導(dǎo)體的器件(例如，集成電路或平板顯示器)制造中，雙嵌入(dual damascene)結(jié)構(gòu)可以用于與銅導(dǎo)體材料的連接(conjunction)以減少與前代技術(shù)中使用 的基于鋁的材料中的信號(hào)傳播有關(guān)的RC延遲。在雙嵌入中，與蝕刻該導(dǎo)體材料相反，通孔 和溝槽可以被蝕刻到該電介質(zhì)材料中并用銅填充(稱為“金屬化(metallization)”)。多 余的銅可以通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)除去，留下由通孔連接起來的銅連線以進(jìn)行信號(hào)傳 輸。為了進(jìn)一步減少RC延遲，可以使用多孔低k電介質(zhì)常數(shù)材料。在本說明書和權(quán)利要求 書中，低k被限定為k< 3.0。多孔低電介質(zhì)常數(shù)材料可包括有機(jī)硅酸鹽玻璃(OSG)材料，這種材料還被稱為碳 摻雜硅酸鹽。OSG材料可以是用有機(jī)組分(比如甲基)摻雜的二氧化硅。OSG材料具有摻 入二氧化硅晶格中的碳和氫原子，這降低了該材料的電介質(zhì)常數(shù)。然而，OSG材料可能是在 暴露到02、Η2、Ν2和NH3氣體(這些氣體被用于剝離光阻材料)或剝離等離子體中的氟時(shí)容 易受到損害的。人們相信，這樣的損害可能是由從該低k電介質(zhì)中除去碳而引起的，這增加 了電介質(zhì)常數(shù)并且使得該材料更加具有親水性從而它保持潮濕。濕氣的維持產(chǎn)生了金屬阻 擋(barrier)粘著問題或可能導(dǎo)致其它的阻擋問題。與非多孔(致密)材料相比，剝離等離子體的損害作用可以更深地穿透到多孔材 料中。多孔OSG材料(k< 2.5)很容易被暴露于用于剝離掩模和/或側(cè)壁的等離子體 而帶來的機(jī)容納物的除去而損害。例如，光阻(PR)灰化(ashing)或剝離處理是可能對(duì)這 種多孔低k電介質(zhì)層造成最大損害的處理步驟之一，在該步驟中該ra材料在等離子系統(tǒng) 下被剝離下來。該等離子體可能擴(kuò)散到該多孔OSG層的孔中并對(duì)該OSG中造成深達(dá)300nm 損害。部分由該等離子體引起的損害是從被損害區(qū)域除去碳和氫，使得該OSG更類似二氧 化硅，二氧化硅具有更高的電介質(zhì)常數(shù)。損害可以通過根據(jù)FTIR分析而測(cè)量該OSG層的 SiC/SiO的比來量化。對(duì)于典型的溝槽蝕刻應(yīng)用，進(jìn)入該溝槽側(cè)壁內(nèi)超過3-5nm的OSG改變 (modification)是無法接受的。需要減少剝離處理過程中對(duì)低k(k < 3. 0)電介質(zhì)層的損害。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)前述和其它目標(biāo)并響應(yīng)與本發(fā)明的目的，提供一種在置于圖案化有機(jī)掩 模下方的多孔低k電介質(zhì)層中形成特征的方法。將特征穿過該圖案化有機(jī)掩模蝕刻到該多 孔低k電介質(zhì)層中，然后剝離該圖案化有機(jī)掩模。該圖案化有機(jī)掩模的剝離包括提供包含 COS的剝離氣體、從該剝離氣體形成等離子體以及停止該剝離氣體。在本發(fā)明的一個(gè)方面 中，帽層被提供在該多孔低k電介質(zhì)層和該圖案化有機(jī)掩模之間。該圖案化有機(jī)掩模的剝 離在該多孔低k電介質(zhì)層上留下該帽層。在本發(fā)明的另一種表現(xiàn)方式中，提供一種用于在置于圖案化有機(jī)掩模下方的多孔
5低k電介質(zhì)層中形成特征的裝置。該裝置包含等離子體處理室。該等離子體處理室包括形 成等離子體處理室外殼的室壁、用于在該等離子體處理室外殼內(nèi)支撐襯底的襯底支座、用 于調(diào)整該等離子體處理室外殼中的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)器、用于向該等離子體處理室外殼提供 能量以維持等離子體的至少一個(gè)電極、電氣連接于該至少一個(gè)電極的至少一個(gè)射頻電源、 用于向該等離子體處理室外殼內(nèi)提供氣體的進(jìn)氣口以及用于從該等離子體處理室外殼中 排出氣體的出氣口。該裝置進(jìn)一步包含與該進(jìn)氣口流體連通的氣體源。該氣體源包含多孔 低k電介質(zhì)蝕刻氣體源，以及剝離氣體源，其包括COS源和至少一個(gè)另一氣體源。控制器可 控地連接于該氣體源和該至少一個(gè)射頻電源。該控制器包括至少一個(gè)處理器以及計(jì)算機(jī)可 讀介質(zhì)。該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括(a)用于將特征穿過該圖案化有機(jī)掩模蝕刻入該多孔低k 電介質(zhì)層的計(jì)算機(jī)可讀代碼，以及(b)用于剝離該圖案化有機(jī)掩模的計(jì)算機(jī)可讀代碼。該 用于剝離該圖案化有機(jī)掩模的計(jì)算機(jī)可讀代碼包括用于提供包含COS的剝離氣體的計(jì)算 機(jī)可讀代碼、用于從該剝離氣體形成等離子體的計(jì)算機(jī)可讀代碼以及用于停止該剝離氣體 的計(jì)算機(jī)可讀代碼。下面在本發(fā)明的具體實(shí)施方式
部分中，并結(jié)合附圖，更詳細(xì)地描述本申請(qǐng)的這些 和其它特征。


本發(fā)明是以附圖中各圖中的實(shí)施例的方式進(jìn)行描繪的，而不是通過限制的方式， 其中類似的參考標(biāo)號(hào)指示類似的元件，其中圖1A-1B是依照本發(fā)明的一種實(shí)施方式，包括多孔低k電介質(zhì)層的層的堆棧 (stack)的蝕刻處理的流程圖。圖2A-2F是根據(jù)圖1A-1B的處理包括多孔低k電介質(zhì)層的層的堆棧的橫截面示意 圖。圖3是依照本發(fā)明的一種實(shí)施方式的剝離處理的詳細(xì)流程圖。圖4是一種可在本發(fā)明的實(shí)施方式中使用的處理室的示意圖。圖5A-5B是可用作控制器的一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示意圖。圖6A是在傳統(tǒng)的剝離處理后致密區(qū)中的多孔低k電介質(zhì)層的特征的橫截面示意 圖。圖6B是在依照本發(fā)明的一種實(shí)施方式的剝離處理后致密區(qū)中的多孔低k電介質(zhì) 層的特征的橫截面示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考如附圖中所示的本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施方式詳細(xì)地描述本發(fā)明。在下 面的描述中，闡明了許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的徹底理解。然而，顯然，對(duì)于本領(lǐng)域的 技術(shù)人員來說，本發(fā)明沒有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或全部仍可以實(shí)現(xiàn)。在其它情況下，沒有 對(duì)熟知的處理步驟和/或結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述，以免不必要地模糊本發(fā)明。不受理論束縛，人們相信，對(duì)低k電介質(zhì)層的大部分損害發(fā)生在剝離過程中，因?yàn)?剝離除去有機(jī)抗蝕劑(resist)材料，并且這種處理通常還從該低k電介質(zhì)材料中除去碳。 另外，人們相信，溝槽剝離比通孔剝離所帶來的損害更為嚴(yán)重，因?yàn)闇喜坶g距更小并且彼此間具有更大的電容。人們還相信，與大特征的情況相比，在小特征的情況下這種損害是一個(gè) 更大的問題。人們還相信，這種損害在溝槽的側(cè)壁上比在溝槽的底部更成問題。為了便于討論，圖1A-1B是在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中使用的包括多孔低k電介 質(zhì)層的層的堆棧(stack)的蝕刻處理的流程圖。優(yōu)選地，該多孔低k電介質(zhì)層是有機(jī)硅酸 鹽玻璃(OSG)材料。圖2A-2F是根據(jù)圖1A-1B的處理過程的層的堆棧的橫截面示意圖。圖 2A是依照本發(fā)明的一種實(shí)施方式，在半導(dǎo)體襯底202上形成的層的堆棧200的一個(gè)實(shí)施例 的橫截面示意圖。如圖2A中所示，堆棧200包括在防反射涂覆(ARC)層206上形成的圖案 化光阻(PR)掩模204，防反射涂覆層206在氧化物層(比如低溫氧化物(LTO)層)208的 上方，氧化物層208在有機(jī)平坦化層210上方。有機(jī)平坦化層210形成在圖案化的多孔低 k電介質(zhì)層212的上方。圖案化的多孔低k電介質(zhì)層212可具有在其上提供的帽層(cap layer) 214。該多孔低k電介質(zhì)層212形成于襯底202上的蝕刻停止層216上方。襯底202 可具有金屬層218，比如金屬接觸(contact)層或金屬溝槽層。依照本發(fā)明的一種實(shí)施方式，堆棧200可以通過以下處理步驟形成。如圖IA所 示，在半導(dǎo)體襯底202上方形成蝕刻停止層216 (比如碳氮化硅(SiCN))(步驟103)。蝕刻 停止層216可具有約25nm的厚度。襯底202可以是硅晶圓或另一種類型的材料，或者可 以是晶圓上方的層的一部分。該襯底可具有下層金屬層218，該下層金屬層218可以是雙 嵌入互連結(jié)構(gòu)的一部分。將多孔低k電介質(zhì)層212置于蝕刻停止層216上方(步驟105)。 多孔低k電介質(zhì)層212可以是由OSG材料制成的，并具有約270nm的厚度。將可選的帽層 214置于該多孔低k電介質(zhì)層212上方(步驟107)。一般來說，該帽層是該下層電介質(zhì)材 料層的保護(hù)層。帽層214在化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)和其它處理過程中保護(hù)該多孔低k電介質(zhì) 層212。帽層214可以是低k電介質(zhì)，因?yàn)樵撁睂涌梢允亲罱K產(chǎn)品的一部分。優(yōu)選地，該帽 層是由TEOS(正硅酸乙酯)、氧化硅或碳化硅基底材料形成的。帽層214可具有約60nm的 厚度。在其它實(shí)施方式中，可以有一個(gè)以上的帽層或沒有帽層。通過傳統(tǒng)光刻處理使用第一 I^R掩模(未示)將多孔低k電介質(zhì)層212和帽層214 一起圖案化以具有第一特征220，比如通孔。例如，第一 ra掩?？梢酝ㄟ^放置由光阻形成的 層而形成，該由光阻形成的層被暴露于光圖案(light pattern)，然后被蝕刻。在將第一特 征220蝕刻入多孔低k電介質(zhì)層212并剝離剩下的第一 I3R掩模后，將有機(jī)平坦化層210沉 積在圖案化多孔低k電介質(zhì)層212上方的圖案化帽層214的上方以填充該第一特征220并 形成平坦表面(步驟113)。該有機(jī)平坦化層210是由類似光阻的材料(比如從Sunnyvale， California的JSR Micro, Inc.可以得到的NFC)制成的。另外，也可以其它材料，比如可 以從 Marlborough，MA 的 Shipley Co. Inc.、日本的 Τ0Κ、JSRMicro, Inc.公司可以得到的 S0C(旋涂碳(Spin-On Carbon))、SOH(旋涂硬掩模(Spin-On Hardmask))等。有機(jī)平坦化 層210具有約300nm的厚度。將該LTO層208沉積在有機(jī)平坦化層210上(步驟115)，例 如，通過LPCVC處理，其中沉積溫度為約100攝氏度，該溫度比800攝氏度的典型沉積溫度 更低，或比傳統(tǒng)SiO2沉積處理的溫度更高。LTO層208具有約80nm的厚度。LTO層208可 以充當(dāng)下層有機(jī)平坦化層210的硬掩模。在該LTO層208上方沉積ARC層206 (步驟117)， 例如，使用PECVD處理。ARC層206可以是厚度為約80nm的由SiOxNy (例如，SiON)形成的 底部防反射涂覆(BARC)層。使用傳統(tǒng)光刻處理將光阻層形成在ARC層206上方并圖案化 入第二 I3R掩模204(步驟119)，例如，通過放置由光阻形成的層，該層被暴露于光圖案中然
7后被蝕刻?？梢允褂闷渌纬蓤D案化光阻掩膜的方法。第二 I3R掩模204具有約170nm的 厚度并且具有第二掩模特征以蝕刻/圖案化該有機(jī)平坦化層210。圖2A顯示了提供圖案化 第二 I3R掩模204后的堆棧200。如圖IB所示，將具有堆棧200的襯底202放置在蝕刻室中以進(jìn)行電介質(zhì)蝕刻(步 驟121)。首先穿過第二 I3R掩模204打開ARC層206和LTO層208 (步驟123)?？梢允褂?等離子體干法蝕刻來打開ARC層206和LTO層208，例如使用包括CF4和O2的化學(xué)物質(zhì)。圖 2B是ARC/LT0打開以后堆棧200的實(shí)施例的橫截面示意圖。如圖2B中所示，在ARC/LT0打 開過程中，該第二 PR掩模204的一些可能被除去。然后，穿過ARC層206和LTO層208的開口使用第二 I3R掩模204蝕刻/圖案化該 有機(jī)平坦化層210 (步驟125)?？梢允褂没贑O2的化學(xué)物質(zhì)來進(jìn)行有機(jī)平坦化層210的 這種蝕刻/圖案化。圖2C示意性地描繪了該平坦化層蝕刻以后堆棧200的橫截面視圖。如 圖2C中所示，有機(jī)平坦化層210被圖案化為有機(jī)抗蝕劑掩模222以進(jìn)行后續(xù)的低k電介質(zhì) 蝕刻。第二 I3R掩模204和ARC層206在該蝕刻/圖案化步驟125中被除去了，但是LTO (硬 掩模)208仍然留在圖案化有機(jī)掩模222的頂上。帽層214在該蝕刻/圖案化步驟125過 程中保護(hù)下層多孔低k電介質(zhì)層212，并且還可以充當(dāng)蝕刻停止層。然后，穿過打開的LT0(硬掩模)208和圖案化的有機(jī)掩模222將第二特征蝕刻入 該多孔低k電介質(zhì)層212 (步驟127)。這種低k電介質(zhì)蝕刻處理可以使用基于氟的蝕刻劑。 例如，該蝕刻處理可以使用CF4,或源氣體(CF4/N2或C4F8/N2)的混合物。圖2D示意性地描 繪了在多孔低k電介質(zhì)蝕刻步驟127后堆棧200的橫截面視圖。如圖2D中所示，通過該多 孔低k電介質(zhì)蝕刻步驟127除去了 LTO層208。在該多孔低k電介質(zhì)層212的蝕刻完成以后，剝離圖案化的有機(jī)掩模222 (步驟 130)。圖3是該剝離處理130的詳細(xì)流程圖。在剝離處理130中，向蝕刻室中提供包含COS 的剝離氣體(步驟133)。從該包含COS的剝離氣體形成等離子體(步驟135)，其中該等離 子體被用于剝離圖案化的有機(jī)掩模222，并停止該剝離氣體(步驟137)。依照本發(fā)明的一 種實(shí)施方式，該剝離氣體包含C0S、02以及CO ；COS和O2 ；或COS和N2。圖2E示意性地描繪 了在圖案化的有機(jī)掩模222被剝離后堆棧200的橫截面視圖。如圖2E中所示，帽層214留 在該多孔低k電介質(zhì)層212的頂部上。在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，在剝離有機(jī)掩模222以后，可以打開蝕刻停止層216 以暴露金屬層218，如圖2F中所示。圖4是一個(gè)等離子體處理室400的示意圖，該等離子體處理室400可用于打開該 ARC/LT0層，蝕刻/圖案化該有機(jī)平坦化層，將特征蝕刻入該多孔低k電介質(zhì)層，然后原地剝 離該有機(jī)掩模?？蛇x地，該蝕刻停止層的打開也可以原地執(zhí)行。等離子體處理室400包含 約束環(huán)402、上電極404、下電極408、氣體源410和排氣泵420。氣體源410包含用于打開 該ARC/LT0層的打開氣體源412，用于蝕刻/圖案化該有機(jī)平坦化層的蝕刻/圖案化氣體源 414，用于將特征蝕刻入該多孔低k電介質(zhì)層的電介質(zhì)蝕刻氣體源416，以及用于剝離該有 機(jī)掩模的剝離氣體源418。氣體源410可包含額外的氣體源(未示)。在等離子體處理室 400內(nèi)，襯底202被定位在下電極408上。下電極408包括合適的襯底卡固機(jī)構(gòu)(例如，靜 電、機(jī)械卡固等等)以保持襯底202。反應(yīng)器頂部428包括上電極404，該上電極404正對(duì)下 電極408放置。上電極404、下電極408和約束環(huán)402限定受約束等離子體體積440。氣體
8由氣體源410供應(yīng)到該受約束等離子體體積并穿過約束環(huán)402和排氣口由排氣泵420從該 受約束等離子體體積排出。第一射頻電源444電氣連接于上電極404。第二射頻電源448 電氣連接于下電極408。室壁452圍繞約束環(huán)402、上電極404和下電極408。第一射頻電 源444和第二射頻電源448兩者都可包含27MHz電源、60MHz電源和2MHz電源。用于將不 同頻率的RF電力連接到該上下電極的不同組合是可能的?？刂破?35可控地連接到第一 射頻電源444、第二射頻電源448、排氣泵420和氣體源410?？刂破?35能夠控制各種氣體 的流速° 在由 Fremont, California 的 Lam Research Corporation 制造的 Lam Research Corporation的電介質(zhì)蝕刻系統(tǒng)(比如Exelan 系列)的情況下(這些系統(tǒng)可用于本發(fā) 明的優(yōu)選實(shí)施方式中)，該60MHz、27MHz和2MHz電源構(gòu)成了連接到該下電極的第二射頻電 源448，而該上電極接地。圖5A和5B描繪了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)500，其適于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施方式中使用的控制器 435。當(dāng)然，該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可具有多種物理形式，范圍從集成電路、印刷電路板和小型手持裝 置直到大型超級(jí)計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)500包括監(jiān)視器502、顯示器504、外殼506、磁盤驅(qū)動(dòng) 508、鍵盤510和鼠標(biāo)512。磁盤514是計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，用于向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)500傳送數(shù)據(jù)或 從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)500傳輸數(shù)據(jù)。圖5B是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)500的方框圖的一個(gè)實(shí)施例。各種子系統(tǒng)連接于系統(tǒng)總線520。 一個(gè)或多個(gè)處理器522 (也稱為中央處理單元，或CPU)耦合于存儲(chǔ)器件，包括存儲(chǔ)器524。 存儲(chǔ)器524包括隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和只讀存貯器(ROM)。正如本領(lǐng)域中熟知的那樣， ROM能夠向該CPU單向傳送數(shù)據(jù)和指令，而RAM通?？梢杂糜谝噪p向方式傳送數(shù)據(jù)和指令。 這兩種類型的存儲(chǔ)器可以包括下面所述的任何合適的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。固定磁盤526也雙 向耦合于CPU 522 ；它提供額外的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量而且還包括任何下述的任何的計(jì)算機(jī)可讀 介質(zhì)。固定磁盤526可被用來存儲(chǔ)程序、數(shù)據(jù)等等而且通常是比主存儲(chǔ)器更慢的第二級(jí)存 儲(chǔ)介質(zhì)(比如硬盤)。應(yīng)當(dāng)理解，固定磁盤526中保存的信息，在適當(dāng)?shù)那闆r下，可以作為虛 擬存儲(chǔ)器(virtual memory)以標(biāo)準(zhǔn)方式合并在存儲(chǔ)器524中?？梢瞥疟P514可以采取 下述的任何計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的形式CPU 522也耦合于各種輸入/輸出設(shè)備，比如顯示器504、鍵盤510、鼠標(biāo)512和揚(yáng) 聲器530。通常，輸入輸出設(shè)備可能是下述任何一種視頻顯示器、軌跡球、鼠標(biāo)、鍵盤、麥克 風(fēng)、觸摸屏、傳感器讀卡器、磁帶或紙帶閱讀器、書寫板、觸摸筆、語音或筆跡識(shí)別器、生物特 征閱讀器，或其它的電腦?？蛇x地，CPU 522使用網(wǎng)絡(luò)接口 540耦合于另一臺(tái)計(jì)算機(jī)或電信 網(wǎng)絡(luò)。使用這種網(wǎng)絡(luò)接口，可以想象，在執(zhí)行上述方法步驟的過程中，該CPU可以從網(wǎng)絡(luò)接 收信息，或者可以輸出信息到網(wǎng)絡(luò)。而且，本發(fā)明的方法實(shí)施方式可以在CPU 522上單獨(dú)執(zhí) 行或者通過網(wǎng)絡(luò)(比如因特網(wǎng))與共享部分處理的遠(yuǎn)程CPU—起執(zhí)行。另外，本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)一步涉及具有計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器產(chǎn)品， 該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)具有用以執(zhí)行各種由計(jì)算機(jī)完成的操作的計(jì)算機(jī)代碼。該介質(zhì)和計(jì)算機(jī) 代碼可以是為本發(fā)明的目的專門設(shè)計(jì)和制造的，也可以是對(duì)具有計(jì)算機(jī)軟件領(lǐng)域的技術(shù)的 人員來說熟知并可以獲得的。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的實(shí)施例包括但不限于磁介質(zhì)比如硬盤、 軟盤和磁帶；光介質(zhì)比如⑶-ROM和全息器件；磁光(magneto-optical)介質(zhì)，比如光軟盤 (floptical disks)；和被專門配置為存儲(chǔ)和執(zhí)行程序代碼的硬件裝置，比如專用集成電路 (ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)和ROM和RAM器件。計(jì)算機(jī)代碼的實(shí)施例包括比如由編譯器產(chǎn)生的機(jī)器碼和包含由計(jì)算機(jī)使用解釋器執(zhí)行的更高級(jí)別代碼的文件。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì) 還可以是由嵌入載波中的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸并表示由處理器執(zhí)行的指令序列的計(jì)算機(jī) 代碼。不受理論束縛，人們相信，氧化剝離處理與還原剝離處理相比提供了更快且更完 整的剝離。另外，人們普遍相信，氧自由基是OSG損害的唯一來源。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在激勵(lì)的O2 分子和電介質(zhì)損害之間存在關(guān)聯(lián)。該損害對(duì)于k值小于2. 5的低k電介質(zhì)材料特別明顯。 已經(jīng)使用了一些替代氣體，其中提供了 CO2或N2O代替O2作為氧的來源，顯示低k損害有一 定程度的降低。其它的組合，比如02/N2、C0/02或N2/02/C0也相對(duì)于使用O2顯示出一些改 善。然而，那些氣體或它們的組合中沒有一種提供像添加COS那么大的改善。意外發(fā)現(xiàn)，使 用COS氣體作為傳統(tǒng)的包含O2的ra剝離氣體的添加劑明顯減少了剝離處理過程中對(duì)該低 k電介質(zhì)的損害。另外，相信將COS氣體添加到基于N2和/或吐的剝離氣體也減少了該低 k損害。例如，與沒有COS的傳統(tǒng)的剝離氣體相比，當(dāng)向傳統(tǒng)的剝離氣體中添加COS時(shí)該低 k電介質(zhì)損害減少了約40 %到50 %。相信本發(fā)明的處理提供了 一種用于在存在敏感的多孔 低k電介質(zhì)材料的情況下剝離光阻或有機(jī)掩模材料，同時(shí)對(duì)該多孔低k電介質(zhì)材料產(chǎn)生最 小損害的方法。依照本發(fā)明的一種實(shí)施方式，該蝕刻室是Exelan 2300，而該剝離處理是在主低k 電介質(zhì)蝕刻之后執(zhí)行的。這種低k電介質(zhì)蝕刻可以使用包含30毫托壓強(qiáng)下的200SCCS CF4 的蝕刻氣體?？梢蕴峁?0MHz的600瓦電力或2MHz的300瓦電力。作為參考，傳統(tǒng)的剝離 處理可以在該蝕刻室中使用15毫托的低壓下的40SCCm CO和90sCCm O2的剝離氣體。提供 27MHz的400瓦電力。作為參考，圖6A示意性地描繪了在傳統(tǒng)的剝離處理后致密區(qū)230中 的多孔低k電介質(zhì)特征的橫截面視圖(也顯示在了圖2E中)。使用稀釋HF浸泡(bath)處 理測(cè)量對(duì)該多孔低k電介質(zhì)特征的側(cè)壁的損害。該HF浸泡除去了該低k電介質(zhì)的被損害的 部分從而該損害可以作為該低k電介質(zhì)特征的缺口而被測(cè)量。如圖6A所示，對(duì)該側(cè)壁的缺 口可以作為每一側(cè)上帽層214的臨界尺寸(CDl)和低k電介質(zhì)特征212的臨界尺寸(CD2) 的差而被測(cè)量，即，(CDl-CD2)/2。使用像上面討論的那種傳統(tǒng)的C0/02剝離處理，該側(cè)壁的 缺口是約6. 7到8. 5nm(平均值為7. 6nm)。類似地，另一種傳統(tǒng)的O2剝離處理產(chǎn)生了約5. 5 到6. 2nm(平均值為5. 85nm)的側(cè)壁缺口量，其中在60MHz的200瓦和27MHz的200瓦電力 的情況下在10毫托的低壓下使用了 130sCCm O2的剝離氣體。圖6B示意性地描繪了，依照本發(fā)明的一種實(shí)施方式的剝離處理之后，致密區(qū)230 中的該低k電介質(zhì)特征的橫截面視圖。在一個(gè)實(shí)施例中，向傳統(tǒng)的C0/02氣體中加入C0S，在 該蝕刻室中在15毫托的低壓下提供9sccm C0S、40sccm CO和82sccm O2的剝離氣體。提供 27MHz的400瓦的電力。測(cè)量到的對(duì)該側(cè)壁的損害是約4. 2到4. 6nm(平均值4. 4nm)。在 另一個(gè)實(shí)施例中，在該蝕刻室中在15毫托的低壓下提供15sccm C0S、40sccm CO和75sccm O2的剝離氣體。提供27MHz的400瓦電力。測(cè)量到的對(duì)該側(cè)壁的損害是約4. 9到5. Inm (平 均值5nm)。在又一個(gè)實(shí)施例中，將COS添加到傳統(tǒng)的O2氣體中，而在該蝕刻室中在10毫托 的低壓下提供IOsccm COS和IOOsccm O2的剝離氣體。提供60MHz的200瓦電力禾口 27MHz 的200瓦電力。測(cè)量到的對(duì)該側(cè)壁的損害是約2. 8到2. 9nm(平均值2. 85nm)。在任何一 種情況下，在該晶圓的邊緣部分觀察到了更大的改善。
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因此，依照本發(fā)明的實(shí)施方式，與傳統(tǒng)的C0/02剝離相比，通過增加COS減少了約 40%的損害。類似地，與傳統(tǒng)的O2剝離相比，通過增加COS減少了約50%的損害。上面的實(shí)施例是本發(fā)明的一種實(shí)施方式的代表，其中該剝離處理是使用蝕刻結(jié)構(gòu) 執(zhí)行的，從而該晶圓被直接暴露于該等離子體(包括帶電粒子)的作用下。在一些情況下， 偏置射頻電力會(huì)被施加到該晶圓。不受理論束縛，相信這種偏置電力增加了離子轟擊的能 量并因此增加了光阻除去速率和殘留物除去的效率。對(duì)于本發(fā)明的這種實(shí)施方式，處理?xiàng)l 件被限定如下。優(yōu)選的是，該剝離氣體包含COS從而COS的流量比是總流量的約2%到25%，更優(yōu) 選地，COS的流量比是總流量的約5%到15%。替代地，O2和COS的比可以是約5 1到 20 1，優(yōu)選地，是8 1到15 1，更優(yōu)選地，是約13 1。包含COS的剝離氣體混合物的實(shí)施例可以是C0S+02、C0S+02+C02、C0S+02+C0、 COS+O2+n2、COS+O2+N2+co、COS+CO2、COS+N2、COS+H2、COS+N2O 等的組合。還可以添加各種惰性 氣體以與這些混合物組合。優(yōu)選的是，本發(fā)明的剝離處理是在室內(nèi)壓強(qiáng)在1到40毫托之間的情況下執(zhí)行的。 更優(yōu)選的是，本發(fā)明的剝離處理是在室內(nèi)壓強(qiáng)在1到30毫托之間的情況下執(zhí)行的。最優(yōu)選 的是，本發(fā)明的剝離處理是在室內(nèi)壓強(qiáng)在5到20毫托的情況下執(zhí)行的。優(yōu)選的是，本發(fā)明的剝離處理是在每個(gè)電源的輸入功率為10到2000瓦之間的情 況下執(zhí)行的。更優(yōu)選的是，本發(fā)明的剝離處理是在每個(gè)電源的輸入功率為50到1200瓦之間 的情況下執(zhí)行的。最優(yōu)選的是，本發(fā)明的剝離處理是在每個(gè)電源的輸入功率為100到1000 瓦之間的情況下執(zhí)行的。盡管此發(fā)明是依據(jù)幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述的，然而存在落入本發(fā)明的范圍的 變更、置換和各種等同替換。還應(yīng)當(dāng)注意，有許多實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法和裝置的替代方式。因 此，所附權(quán)利要求意在被解讀為包括所有這些變更、置換、修改和各種等同替換，均落入本 發(fā)明的真實(shí)精神和范圍。
1權(quán)利要求
一種在置于圖案化有機(jī)掩模下方的多孔低k電介質(zhì)層中形成特征的方法，包含(a)將特征穿過該圖案化有機(jī)掩模蝕刻入該多孔低k電介質(zhì)層中；以及(b)剝離該圖案化有機(jī)掩模，包含提供包含COS的剝離氣體；從該剝離氣體形成等離子體；以及停止該剝離氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中帽層被提供在該多孔低k電介質(zhì)層和該圖案化有 機(jī)掩模之間，且其中該圖案化有機(jī)掩模的剝離在該多孔低k電介質(zhì)層上留下該帽層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，進(jìn)一步包含，在將該特征蝕刻入該多孔低k電介質(zhì) 層之前在襯底上沉積該多孔低k電介質(zhì)層；在該多孔低k電介質(zhì)層上提供第一圖案化光阻(PR)掩模；穿過該第一圖案化光阻掩模圖案化該多孔低k電介質(zhì)層；在該圖案化多孔低k電介質(zhì)層上提供有機(jī)平坦化層；以及使用第二圖案化光阻掩模將該有機(jī)平坦化層蝕刻為該圖案化有機(jī)掩模。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包含在提供該第一圖案化光阻掩模之前在該多孔低k電介質(zhì)層上形成帽層，該帽層是在圖 案化該多孔低k電介質(zhì)層的步驟中使用該第一圖案化光阻掩模圖案化的， 其中該圖案化有機(jī)掩模的剝離在該多孔低k電介質(zhì)層上的留下該帽層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包含，在提供該有機(jī)平坦化層之后 在該有機(jī)平坦化層上沉積氧化物層；在該氧化物層上沉積防反射涂覆(ARC)層；在該防反射涂覆層上提供該第二圖案化光阻掩模；以及穿過該第二圖案化光阻掩模打開該防反射涂覆層和該氧化物層，其中該有機(jī)平坦化層 是穿過該第二圖案化光阻掩模、打開的防反射涂覆層和打開的氧化物層蝕刻的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中該剝離氣體進(jìn)一步包含如下至少一種02、N2、 H2、CO2 或隊(duì)0。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中該剝離氣體進(jìn)一步包含02。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中該剝離氣體進(jìn)一步包含CO或N2。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中該剝離氣體基本上是由O2和COS組成的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中COS的流量比是該剝離氣體的總流量的約 到 50%。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中COS的流量比是該剝離氣體的總流量的約2% 到 25%。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中COS的流量比是該剝離氣體的總流量的約5% 到 15%。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中O2和COS的比是約5 1到20 1。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中O2和COS的比是約8 1到15 1。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中O2和COS的比是約13 1。
16.一種用于在置于圖案化有機(jī)掩模下方的多孔低k電介質(zhì)層中形成特征的裝置，包含等離子體處理室，包含形成等離子體處理室外殼的室壁；用于在該等離子體處理室外殼內(nèi)支撐襯底的襯底支座；用于調(diào)整該等離子體處理室外殼中的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)器；用于向該等離子體處理室外殼提供能量以維持等離子體的至少一個(gè)電極；電氣連接于該至少一個(gè)電極的至少一個(gè)射頻電源；用于向該等離子體處理室外殼內(nèi)提供氣體的進(jìn)氣口 ；以及用于從該等離子體處理室外殼中排出氣體的出氣口；與該進(jìn)氣口流體連通的氣體源，該氣體源包含多孔低k電介質(zhì)蝕刻氣體源；以及剝離氣體源，包括COS源和至少一個(gè)另一氣體源；可控地連接于該氣體源和該至少一個(gè)射頻電源的控制器，包含至少一個(gè)處理器；以及計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，包含(a)用于將特征穿過該圖案化有機(jī)掩模蝕刻入該多孔低k電介質(zhì)層的計(jì)算機(jī)可讀代 碼；以及(b)用于剝離該圖案化有機(jī)掩模的計(jì)算機(jī)可讀代碼，包含 用于提供包含COS的剝離氣體的計(jì)算機(jī)可讀代碼；用于從該剝離氣體形成等離子體的計(jì)算機(jī)可讀代碼；以及 用于停止該剝離氣體的計(jì)算機(jī)可讀代碼。
17.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，進(jìn)一步包含，在提供該有機(jī)平坦化層之后 在該有機(jī)平坦化層上沉積氧化物層；在該氧化物層上沉積防反射涂覆(ARC)層；在該防反射涂覆層上提供該第二圖案化光阻掩模；以及穿過該第二圖案化光阻掩模打開該防反射涂覆層和該氧化物層，其中該有機(jī)平坦化層 是穿過該第二圖案化光阻掩模、打開的防反射涂覆層和打開的氧化物層蝕刻的。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-4和17中任一項(xiàng)所述的方法，其中該剝離氣體進(jìn)一步包含以下至 少一種02、N2、H2、C02 或隊(duì)0。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-4和17中任一項(xiàng)所述的方法，其中該剝離氣體進(jìn)一步包含02。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中該剝離氣體進(jìn)一步包含CO或N2。
21.根據(jù)權(quán)利要求1-4和17中任一項(xiàng)所述的方法，其中該剝離氣體基本上是由O2和 COS組成的。
22.根據(jù)權(quán)利要求1-4和17-21中任一項(xiàng)所述的方法，其中COS的流量比是該剝離氣體 的總流量的約到50%。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中COS的流量比是該剝離氣體的總流量的約2% 到 25%。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中COS的流量比是該剝離氣體的總流量的約5%到 15%。
25.根據(jù)權(quán)利要求19-21中任一項(xiàng)所述的方法，其中O2和COS的比是約5 1到20 1。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中O2和COS的比是約8 1到15 1。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中O2和COS的比是約13 1。
全文摘要
提供一種在置于圖案化有機(jī)掩模下方的多孔低k電介質(zhì)層中形成特征的方法。將特征穿過該圖案化有機(jī)掩模蝕刻到該多孔低k電介質(zhì)層中，然后剝離該圖案化有機(jī)掩模。該圖案化有機(jī)掩模的剝離包括提供包含COS的剝離氣體、從該剝離氣體形成等離子體以及停止該剝離氣體。帽層被提供在該多孔低k電介質(zhì)層和該圖案化有機(jī)掩模之間。該圖案化有機(jī)掩模的剝離在該多孔低k電介質(zhì)層上留下該帽層。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK101925984SQ200980103460
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日
發(fā)明者托馬斯·S·蔡, 肖恩·S·康, 趙相俊 申請(qǐng)人:朗姆研究公司