專利名稱：用于從襯底去除光刻膠的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從襯底去除光刻膠的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體處理中，(干法)等離子體刻蝕工藝可以被用來去除或者刻蝕沿著圖案化于硅襯底上的精細(xì)線或者圖案化于硅襯底上的過孔或者接觸區(qū)內(nèi)的材料。等離子體刻蝕工藝通常包括將具有例如光刻膠層的上覆圖案化的保護(hù)層的半導(dǎo)體襯底置于處理室中。一旦襯底被置于該室內(nèi)，可離子化可離解的氣體混合物以預(yù)定流率被引入該室內(nèi)，同時(shí)真空泵被節(jié)流以獲得環(huán)境處理壓強(qiáng)。此后，當(dāng)存在的氣體物質(zhì)的一部分被通過射頻(RF)功率電感性或者電容性轉(zhuǎn)移加熱或者通過利用例如電子回旋共振(ECR)的微波功率加熱的電子電離時(shí)，形成等離子體。而且，熱電子用于離解周圍氣體物質(zhì)中的某些，并且生成適于暴露表面刻蝕化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)性物質(zhì)。一旦形成等離子體，襯底的選定表面被等離子體刻蝕。將工藝進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲得合適的條件，包括用于刻蝕襯底的選定區(qū)域中的各種特征(例如溝槽、過孔、接觸區(qū)等)的所期望的反應(yīng)物和總的離子的合適濃度。這樣的需要進(jìn)行刻蝕的襯底材料包括二氧化硅(SiO2)、低介電常數(shù)(即，低k)介電材料、多晶硅、和氮化硅。一旦圖案被從圖案化的光刻膠層轉(zhuǎn)移到下面的介電層，則利用例如干法等離子體刻蝕通過灰化(或者剝離)工藝去除光刻膠的殘留層和刻蝕后的殘余物。例如，在傳統(tǒng)的灰化工藝中，具有殘留光刻膠層的襯底被暴露于氧等離子體，該氧等離子體通過引入雙原子氧(O2)并且對(duì)其進(jìn)行電離/離解來形成。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，一種用于從襯底去除光刻膠的方法包括將所述襯底放置于等離子體處理系統(tǒng)中，所述襯底具有形成于其上的介電層，所述光刻膠上覆于所述介電層，其中所述光刻膠提供用于將特征刻蝕到所述介電層中的掩模；引入包含NxOy的處理氣體，其中x和y是大于或者等于1的整數(shù)；在所述等離子體處理系統(tǒng)中由所述處理氣體形成等離子體；以及利用所述等離子體從所述襯底去除所述光刻膠。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，描述了一種在襯底上的介電層中形成特征的方法，包括在所述襯底上形成所述介電層；在所述介電層上形成光刻膠圖案；通過刻蝕將所述光刻膠圖案轉(zhuǎn)移到所述介電層；以及利用由包含NxOy的處理氣體形成的等離子體從所述介電層去除所述光刻膠，其中x和y是大于或者等于1的整數(shù)。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，描述了一種用于從襯底去除光刻膠的等離子體處理系統(tǒng)，包括等離子體處理室，用于使處理體形成等離子體；和控制器，所述控制器耦合到所述等離子體處理室并且配置來執(zhí)行利用所述工藝氣體形成等離子體以從所述襯底去除所述光刻膠的工藝流程，其中所述處理氣體包含NxOy，且x和y是大于或者等于1的整數(shù)。
本申請(qǐng)基于2003年12月23日遞交的美國非臨時(shí)專利申請(qǐng)No.10/743,275，通過引用將其全部?jī)?nèi)容包含在本文中。


在附圖中圖1A、1B和1C示出了用于圖案刻蝕薄膜的典型工序的另一個(gè)示意性表示；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的等離子體處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的等離子體處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖；圖4示出了示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的等離子體處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖；圖5示出了示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的等離子體處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖；圖6示出了示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的等離子體處理系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意圖；圖7表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在等離子體處理系統(tǒng)中刻蝕襯底上的抗反射涂(ARC)層的方法；和圖8表示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例形成用于刻蝕襯底上的薄層的雙層掩模的方法。
具體實(shí)施例方式
在材料處理方法中，圖案刻蝕包括將諸如光刻膠之類的光敏材料薄層涂覆到襯底的上表面上，該光敏材料薄層隨后被圖案化，以提供用于在刻蝕過程中將此圖案轉(zhuǎn)移到下面的薄膜的掩模。光敏材料的圖案化一般包括利用例如微光刻系統(tǒng)由輻射源通過光罩(和相關(guān)的光學(xué)器件)進(jìn)行曝光，然后利用顯影溶劑去除光敏材料的被輻射區(qū)域(如正型光刻膠的情形)或者未輻射區(qū)域(如負(fù)型光刻膠的情形)。
例如，如圖1A到1C所示，包括具有圖案2的光敏層3(諸如圖案化的光刻膠)的掩模可以被用來將特征圖案轉(zhuǎn)移到襯底5上的薄膜4中。利用例如干法等離子體刻蝕將圖案2轉(zhuǎn)移到薄膜4，以形成特征6，一旦完成刻蝕，就去除掩模3。
在一個(gè)實(shí)施例中，包含NxOy的處理氣體被用于去除掩模3，其中x，y表示大于或者等于1的整數(shù)。包含NxOy的處理氣體可以包括NO、NO2和N2O中的至少一種?；蛘?，處理氣體還可以包括惰性氣體，諸如稀有氣體(即He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn)。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，圖2中所描繪的等離子體處理系統(tǒng)1包括等離子體處理室10、耦合到等離子體處理室10的診斷系統(tǒng)12、以及耦合到診斷系統(tǒng)12和等離子體處理室10的控制器14。控制器14被配置來執(zhí)行包括上述化學(xué)品(即，NxOy等)中的至少一種從襯底去除光刻膠的工藝流程。此外，控制器14被配置來接收來自診斷系統(tǒng)12的至少一個(gè)終點(diǎn)信號(hào)，并且后處理該至少一個(gè)終點(diǎn)信號(hào)，以精確地確定該工藝的終點(diǎn)。在圖示的實(shí)施例中，圖2所示的等離子體處理系統(tǒng)1利用等離子體進(jìn)行材料處理。等離子體處理系統(tǒng)1可以包括刻蝕室，灰化室，或其組合。
根據(jù)圖3所示的實(shí)施例，等離子體處理系統(tǒng)1a可以包括等離子體處理室10、待處理的襯底25被固定到其上的襯底支座20、和真空泵吸系統(tǒng)30。襯底25可以是半導(dǎo)體襯底、晶片或者液晶顯示器。等離子體處理室10可以被配置成有利于在鄰近襯底25表面的處理區(qū)域15中生成等離子體?？呻婋x氣體或者氣體混合物通過氣體注入系統(tǒng)(沒有示出)被引入，并且處理壓強(qiáng)被調(diào)節(jié)。例如，控制機(jī)構(gòu)(沒有示出)可以被用來節(jié)流真空泵吸系統(tǒng)30?？梢岳玫入x子體來生成專用于預(yù)定材料處理的材料，和/或來幫助從襯底25的暴露表面去除材料。等離子體處理系統(tǒng)1a可以被配置來處理任何所期望尺寸的襯底，諸如200mm襯底、300mm襯底或者更大的襯底。
襯底25可以通過靜電夾持系統(tǒng)固定在襯底支座20上。此外，襯底支座20可以例如還包括冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)包括再循環(huán)冷卻流，其接收來自襯底支座20的熱量并將熱量傳送到熱交換系統(tǒng)(未示出)，或者當(dāng)加熱時(shí)傳送來自熱交換系統(tǒng)的熱量。而且，氣體可以經(jīng)由背面氣體系統(tǒng)傳送到襯底25的背面，以提高襯底25和襯底支座20之間的氣體間隙熱導(dǎo)率。這種系統(tǒng)可用在當(dāng)需要控制襯底的溫度以升高和降低溫度時(shí)。例如，背面氣體系統(tǒng)可以包括兩區(qū)域氣體分配系統(tǒng)，其中氦氣間隙壓強(qiáng)可以在襯底25的中心和邊緣之間獨(dú)立變化。在其他實(shí)施例中，諸如電阻加熱元件或熱電加熱器/冷卻器之類的加熱/冷卻元件可以被包括在襯底支座20以及等離子體處理室10的室壁和等離子體處理系統(tǒng)1a內(nèi)的任何其他組件中。
在圖3所示的實(shí)施例中，襯底支座20可以包括電極，其中RF功率通過該電極耦合到處理空間15中的處理等離子體。例如，襯底支座20可以被從RF發(fā)生器40經(jīng)由阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)50發(fā)送到襯底支座20的RF功率電偏置在RF電壓。RF偏置可用來加熱電子以形成并維持等離子體。在這種配置中，系統(tǒng)可操作為反應(yīng)離子刻蝕(RIE)反應(yīng)室，其中室和上部氣體注入電極充當(dāng)?shù)仄矫?。RF偏置的一般頻率范圍可以從0.1MHz到100MHz。用于等離子體處理的RF系統(tǒng)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的。
或者，RF功率被以多個(gè)頻率施加到襯底支座電極上。此外，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)50用來通過減少反射功率來改進(jìn)等離子體處理室10中RF功率向等離子體的功率傳送。匹配網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?例如，L型、π型、T型等)和自動(dòng)控制方法對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的。
真空泵吸系統(tǒng)30可以例如包括能夠達(dá)到5000公升/秒(以及更大)泵吸速度的渦輪分子真空泵(TMP)和用于對(duì)室壓強(qiáng)進(jìn)行節(jié)流的閘門閥。在用于干法等離子體刻蝕的常規(guī)等離子體處理設(shè)備中，通常采用1000-3000公升/秒的TMP。TMP對(duì)于一般小于約50mTorr(毫托)的低壓處理是有用的。對(duì)于高壓處理(即，大于約100mTorr)，可以使用機(jī)械增壓泵和干式低真空泵。此外，用于監(jiān)視室壓強(qiáng)的裝置(未示出)可以耦合到等離子體處理室10。壓強(qiáng)測(cè)量裝置可以例如是628B型Baratron絕對(duì)電容壓力計(jì)，其可從MKS儀器公司(Andover，MA)商業(yè)獲得。
控制器14包括微處理器、存儲(chǔ)器和能夠生成控制電壓的數(shù)字I/O端口，其中該端口足以傳輸并激活到等離子體處理系統(tǒng)1a的輸入，以及監(jiān)視來自等離子體處理系統(tǒng)1a的輸出。而且，控制器14可以耦合到RF發(fā)生器40、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)50、氣體注入系統(tǒng)(未示出)、真空泵吸系統(tǒng)30，以及背面氣體分配系統(tǒng)(沒有示出)、襯底/襯底支座溫度測(cè)量系統(tǒng)(未示出)和/或靜電夾持系統(tǒng)(沒有示出)，并與其交換信息。例如，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序可被用于根據(jù)處理流程激活到等離子體處理系統(tǒng)1a的前述組件的輸入，以執(zhí)行從襯底去除光刻膠的方法。控制器14的一個(gè)示例是Dell Precision Workstation 610TM，其可從Dell公司(Austin，Texas)獲得。
控制器14相對(duì)于等離子體處理系統(tǒng)1a可以位于當(dāng)?shù)?，或者其相?duì)于等離子體處理系統(tǒng)1a可以位于遠(yuǎn)程。例如，控制器14可以利用直接連接、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)中的至少一種與等離子體處理系統(tǒng)1a交換數(shù)據(jù)?？刂破?4可以在例如客戶(即，器件制造商等)處耦合到內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，或者，其可以在銷售商(即，裝置制造商)處耦合到內(nèi)聯(lián)網(wǎng)。此外，例如，控制器14可以被耦合到互聯(lián)網(wǎng)。此外，另一臺(tái)計(jì)算機(jī)(即，控制器，服務(wù)器等)可以例如訪問控制器14，以通過直接連接、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)中的至少一種交換數(shù)據(jù)。
診斷系統(tǒng)12可以包括光學(xué)診斷子系統(tǒng)(未示出)。光學(xué)診斷子系統(tǒng)可以包括諸如(硅)光電二極管或光電倍增管(PMT)之類的檢測(cè)器，其用于測(cè)量從等離子體發(fā)射的光強(qiáng)。診斷系統(tǒng)12還可以包括諸如窄帶干涉濾波器之類的濾光器。在可替換實(shí)施例中，診斷系統(tǒng)12可以包括線性CCD(電荷耦合器件)、CID(電荷注入器件)陣列和諸如光柵或棱鏡之類的光發(fā)散設(shè)備中的至少一種。另外，診斷系統(tǒng)12可以包括用于測(cè)量給定波長的光的單色儀(例如，光柵/檢測(cè)器系統(tǒng))，或者用于測(cè)量光譜的光譜儀(例如具有旋轉(zhuǎn)光柵)，如在美國專利No.5,888,337中描述的裝置。
診斷系統(tǒng)12可以包括高分辨率光發(fā)射譜(OES)傳感器，如來自Peak Sensor Systems或Verity儀器公司等的傳感器。這種OES傳感器有寬的光譜，其跨越了紫外(UV)、可見(VIS)和近紅外(NIR)光譜。分辨率約為1.4埃，即，該傳感器能夠收集從240到1000nm的5550個(gè)波長。OES傳感器可以配備有高靈敏度微型光纖UV-VIS-NIR光譜儀，該光譜儀集成有2048像素的線性CCD陣列。
光譜儀接收從單根成束光纖傳輸?shù)墓猓诖藦墓饫w輸出的光被利用固定光柵發(fā)散到線性CCD陣列。類似于上述配置，通過光真空窗口發(fā)射的光經(jīng)由凸球面透鏡被聚焦到光纖的輸入端上。三個(gè)光譜儀(其中每一個(gè)都特定調(diào)諧用于給定的光譜范圍(UV、VIS和NIR))，構(gòu)成了用于處理室的傳感器。每個(gè)光譜儀包括獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換器。最后，取決于傳感器的應(yīng)用，可以每0.1到1.0秒記錄一次全發(fā)射光譜。
在圖4所示的實(shí)施例中，等離子體處理系統(tǒng)1b可以例如類似于圖2或3的實(shí)施例，并且除了參考圖2和3所述的那些組件外，其還包括固定的、或者機(jī)械或電旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)系統(tǒng)60，以潛在地增大等離子體密度和/或改進(jìn)等離子體處理均勻性。而且，控制器14可以耦合到磁場(chǎng)系統(tǒng)60，以調(diào)控旋轉(zhuǎn)速度和場(chǎng)強(qiáng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方式對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的。
在圖5所示的實(shí)施例中，等離子體處理系統(tǒng)1c可以例如類似于圖2和圖3的實(shí)施例，并且還可以包括上電極70，其中來自RF發(fā)生器72的RF功率可以通過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)74耦合到上電極70。施加RF功率到上電極的頻率范圍可以從約0.1MHz到約200MHz。另外，施加功率到下電極的頻率范圍可以從約0.1MHz到約100MHz。而且，控制器14耦合到RF發(fā)生器72和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)74，以控制向上電極的RF功率施加。上電極的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方式對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的。
在圖6所示的實(shí)施例中，等離子體處理系統(tǒng)1d可以例如類似于圖2和3的實(shí)施例，并且還可以包括感應(yīng)線圈80，其中RF功率經(jīng)由RF發(fā)生器82通過阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)84耦合到該感應(yīng)線圈80。來自感應(yīng)線圈80的RF功率通過介電窗口(未示出)感應(yīng)耦合到等離子體處理區(qū)域15。用于施加RF功率到感應(yīng)線圈80的一般頻率范圍可以從10MHz到100MHz。類似地，施加功率到卡盤電極的一般頻率范圍可以從0.1MHz到100MHz。另外，可以采用槽形的法拉第護(hù)罩(未示出)來減少感應(yīng)線圈80和等離子體之間的容性耦合。而且，控制器14耦合到RF發(fā)生器82和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)84，以控制向感應(yīng)線圈80的功率施加。在可替換實(shí)施例中，感應(yīng)線圈80可以是如同在變壓器耦合等離子體(TCP)反應(yīng)室中那樣從上部與等離子體處理區(qū)域15相關(guān)聯(lián)的“螺旋”線圈或“扁平線圈”。感應(yīng)耦合等離子體(ICP)源或者變壓器耦合等離子體(TCP)源的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方式對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的。
或者，等離子體可以利用電子回旋共振(ECR)來形成。在另一個(gè)實(shí)施例中，等離子體以Helicon波的發(fā)射來形成。在另一個(gè)實(shí)施例中，等離子體以平面波的傳播來形成。上述的每種等離子體源對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的。
在下面的討論中，表述了一種利用等離子體處理裝置從襯底去除光刻膠的方法。等離子體處理裝置可以包括各種元件，諸如在圖2到圖6中所描述的那些，或者其組合。
在一個(gè)實(shí)施例中，去除光刻膠的方法包括基于NxOy的化學(xué)物質(zhì)。例如，工藝參數(shù)區(qū)間可以包括約20～約1000mTorr的室壓強(qiáng)、范圍從約50～約1000sccm的NO處理氣體流率、范圍從約500～約2000W的上電極(例如圖5中的元件70)RF偏置，以及范圍從約10～約500W的下電極(例如圖5中的元件20)RF偏置。并且，上電極偏置頻率的范圍可以從約0.1MHz～約200MHz，例如約60MHz。此外，下電極偏置頻率的范圍可以從約0.1MHz～約100MHz，例如約2MHz。
在替換實(shí)施例中，去除光刻膠的方法包括基于NO2的化學(xué)物質(zhì)。例如，工藝參數(shù)區(qū)間可以包括約20～約1000mTorr的室壓強(qiáng)、范圍從約50～約1000sccm的NO2處理氣體流率、范圍從約500～約2000W的上電極(例如圖5中的元件70)RF偏置，以及范圍從約10～約500W的下電極(例如圖5中的元件20)RF偏置。
在替換實(shí)施例中，去除光刻膠的方法包括基于N2O的化學(xué)物質(zhì)。例如，工藝參數(shù)區(qū)間可以包括約20～約1000mTorr的室壓強(qiáng)、范圍從約50～約1000sccm的N2O處理氣體流率、范圍從約500～約2000W的上電極(例如圖5中的元件70)RF偏置，以及范圍從約10～約500W的下電極(例如圖5中的元件20)RF偏置。
在替換實(shí)施例中，可以使用其任何的混合物。在另一個(gè)替換實(shí)施例中，RF功率被供應(yīng)到上電極而不供應(yīng)到下電極。在另一個(gè)替換實(shí)施例中，RF功率被供應(yīng)到下電極而不供應(yīng)到上電極。
一般來說，去除光刻膠的時(shí)間可以使用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)技術(shù)來確定，但是其也可以使用終點(diǎn)檢測(cè)來確定。終點(diǎn)檢測(cè)的一個(gè)可能的方法是監(jiān)視來自等離子體區(qū)域的發(fā)射光譜中的一部分，其指示由于基本接近完成從襯底去除光刻膠并且與下面的材料膜接觸所導(dǎo)致的等離子體化學(xué)物質(zhì)的變化。例如，光譜的指示這樣的變化的部分包括482.5nm處的波長(CO)，并且可以利用光學(xué)發(fā)射光譜(OES)來測(cè)量。在對(duì)應(yīng)于這些頻率的發(fā)射水平超過規(guī)定的閾值之后(例如下降到基本為零或者增大到高于特定水平)，就可以認(rèn)為達(dá)到了終點(diǎn)。也可以使用提供終點(diǎn)信息的其他波長。此外，刻蝕時(shí)間可以被延長以將過灰化時(shí)間段包括在內(nèi)，其中所述過灰化時(shí)間段構(gòu)成了刻蝕工藝開始和與終點(diǎn)檢測(cè)相關(guān)的時(shí)間之間的時(shí)間中的一部分(即，1～100％)。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例用于在等離子體處理系統(tǒng)中去除襯底上的光刻膠的方法的流程圖。流程400開始與410，其中處理氣體被引入到等離子體處理系統(tǒng)，所述處理氣體包括NxOy，x和y是大于或者等于1的整數(shù)。例如，處理氣體可以包括NO、NO2或者N2O。或者，處理氣體還可以包括惰性氣體，諸如諸如有氣體(即He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn)。
在420，使用在圖2到圖6中所述的系統(tǒng)中的任何一種或其組合，由處理氣體在等離子體處理系統(tǒng)中形成等離子體。
在430，包含光刻膠層或者光刻膠層殘留物的襯底被暴露于在420中所形成的等離子體。在第一時(shí)間段之后，流程400結(jié)束。具有光刻膠層的襯底暴露于等離子體的第一時(shí)間段一般可以由灰化光刻膠層所需的時(shí)間來確定。一般來說，去除光刻膠所需的時(shí)間段是預(yù)定的。或者，可以對(duì)該時(shí)間段進(jìn)一步增加第二時(shí)間段或者過灰化時(shí)間段。如上所述，過灰化時(shí)間可以包括第一時(shí)間段的時(shí)間的一部分，諸如1～100％，并且此過灰化時(shí)間段可以包括超出終點(diǎn)檢測(cè)的延長灰化。
圖8表示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例在等離子體處理系統(tǒng)中在襯底上的介電層中形成特征的方法。該方法被示于流程圖500中，其開始于510，即在襯底上形成介電層。介電層可以包括諸如二氧化硅(SiO2)的氧化物層，并且其可以通過包括化學(xué)氣相沉積(CVD)在內(nèi)的各種工藝來形成。另一方面，介電層具有小于SiO2的介電常數(shù)的名義介電常數(shù)值，其中SiO2的介電常數(shù)為約4(例如，熱二氧化硅的介電常數(shù)的范圍可以從約3.8～約3.9)。更具體地，介電層可以具有小于約3.0的介電常數(shù)，或者從約1.6～約2.7的介電常數(shù)。
或者，介電層可以被表征為低介電常數(shù)(或者低k)介電膜。介電層可以包括有機(jī)、無機(jī)和有機(jī)無機(jī)雜化材料中的至少一種。此外，介電層可以是多孔的或者無孔的。例如，介電層可以包括無機(jī)硅酸鹽基材料，諸如使用CVD技術(shù)所沉積的氧化有機(jī)硅烷(或者有機(jī)硅氧烷)。這樣的膜的示例包括可從Applied Materials，Inc.商購的Black DiamondTMCVD有機(jī)硅酸鹽玻璃(OSG)膜或者可從Novellus Systems商購的CoralTMCVD膜。此外，多孔介電膜可以包括單相材料，諸如具有在固化過程中斷裂以生成小空洞(或者孔)的CH3鍵的硅氧化物基的基體。此外，多孔介電膜可以包括兩相材料，諸如具有在固化工藝過程中被蒸發(fā)掉的有機(jī)材料(例如成孔劑)的孔的硅氧化物基的基體?；蛘撸殡娔た梢园o機(jī)硅酸鹽基材料，諸如使用SOD技術(shù)沉積的氫硅倍半氧烷(HSQ)或者甲基硅倍半氧烷(MSQ)。這樣的膜的示例包括可從Dow Corning商購的FOx HSQ，可從Dow Corning商購的XLK多孔HSQ，和可從JSR Microelectronics商購的JSR LKD-5109?；蛘?，介電膜可以包括使用SOD技術(shù)沉積的有機(jī)材料。這樣的膜的示例包括可從Dow Chemical商購的SiLK-I，SiLK-J，SiLK-H，SiLK-D，和多孔SiLK半導(dǎo)體介電樹脂，以及可從Honeywell商購的FLARETM和納米玻璃。
在520，光刻膠圖案被形成在上覆于介電層的襯底上。光刻膠膜可以利用諸如光刻膠旋涂系統(tǒng)之類的常規(guī)技術(shù)來形成。圖案可以通過使用諸如步進(jìn)微光刻系統(tǒng)之類的常規(guī)技術(shù)和顯影溶劑形成在光刻膠膜內(nèi)。
在530中，光刻膠圖案被轉(zhuǎn)移到介電層，以在介電層中形成特征。圖案轉(zhuǎn)移利用干法刻蝕技術(shù)來完成，其中刻蝕工藝在等離子體處理系統(tǒng)中執(zhí)行。例如，當(dāng)刻蝕諸如氧化硅、二氧化硅等之類的氧化物介電膜時(shí)，或者當(dāng)刻蝕諸如氧化有機(jī)硅烷之類的無機(jī)低k介電膜時(shí)，刻蝕氣體組合物一般包括諸如C4F8、C5F8、C3F6、C4F6、CF4等中的至少一種的氟碳基化學(xué)物質(zhì)，以及惰性氣體、氧和CO中的至少一種。此外，例如，當(dāng)刻蝕有機(jī)低k介電膜時(shí)，刻蝕氣體組合物一般包括含氮?dú)怏w和含氫氣體中的至少一種。用于選擇性刻蝕介電膜(諸如前面所描述的那些)的技術(shù)對(duì)于電介質(zhì)刻蝕工藝領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的。
在540中，光刻膠圖案或者殘留光刻膠或者刻蝕后殘余物等被去除。去除光刻膠通過將襯底暴露于由包含NxOy(其中x和y是大于1的整數(shù))的處理氣體形成的等離子體來執(zhí)行。例如，處理氣體可以包括NO、NO2或者N2O?；蛘?，處理氣體還可以包括惰性氣體，諸如稀有氣體(即He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn)。使用例如圖2到圖6中所描述的系統(tǒng)中的任何一種由處理氣體在等離子體處理系統(tǒng)中形成等離子體，并且包含光刻膠的襯底被暴露于所形成的等離子體。具有光刻膠層的襯底暴露于等離子體的時(shí)間段一般可以由去除光刻膠層所需的時(shí)間來確定。一般來說，去除光刻膠所需的時(shí)間段是預(yù)定的。但是，可以對(duì)該時(shí)間段進(jìn)一步增加第二時(shí)間段或者過灰化時(shí)間段。如上所述，過灰化時(shí)間可以包括所述時(shí)間段的時(shí)間的一部分，諸如1～100％，并且此過灰化時(shí)間段可以包括超出終點(diǎn)檢測(cè)的延長灰化。
在一個(gè)實(shí)施例中，光刻膠圖案到介電層的轉(zhuǎn)移以及光刻膠的去除在同一等離子體處理系統(tǒng)中執(zhí)行。在另一個(gè)實(shí)施例中，光刻膠圖案到介電層的轉(zhuǎn)移以及光刻膠的去除在不同的等離子體處理系統(tǒng)中執(zhí)行。
雖然上面僅僅詳細(xì)描述了本發(fā)明的某些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解在這些實(shí)施例中可以進(jìn)行許多修改，而不會(huì)實(shí)質(zhì)偏離本發(fā)明的新穎教導(dǎo)和優(yōu)點(diǎn)。因此，所有這些修改被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于從襯底去除光刻膠的方法，包括將所述襯底放置于等離子體處理系統(tǒng)中，所述襯底具有形成于其上的介電層，所述光刻膠上覆于所述介電層，其中所述光刻膠提供用于將特征刻蝕到所述介電層中的掩模；引入包含NxOy的處理氣體，其中x和y是大于或者等于1的整數(shù)；在所述等離子體處理系統(tǒng)中由所述處理氣體形成等離子體；以及利用所述等離子體從所述襯底去除所述光刻膠。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述引入所述處理氣體的操作包括引入NO、NO2和N2O中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述引入所述處理氣體的操作還包括引入惰性氣體。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述引入所述惰性氣體的操作包括引入稀有氣體。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述放置具有所述介電層的所述襯底的操作包括放置具有低介電常數(shù)的介電層的襯底。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述放置具有所述介電層的所述襯底的操作包括放置具有多孔介電層和無孔介電層中的至少一種的襯底。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述放置具有所述介電層的所述襯底的操作包括放置具有包含有機(jī)材料和無機(jī)材料中的至少一種的介電層的襯底。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述放置具有所述介電層的所述襯底的操作包括放置具有包含無機(jī)-有機(jī)雜化材料的介電層的襯底。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述放置具有所述介電層的所述襯底的操作包括放置具有包含氧化有機(jī)硅烷的介電層的襯底。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述放置具有所述介電層的所述襯底的操作包括放置具有包含氫硅倍半氧烷和甲基硅倍半氧烷中的至少一種的介電層的襯底。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述放置具有所述介電層的所述襯底的操作包括放置具有包含硅酸鹽基材料的介電層的襯底。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述放置具有所述介電層的所述襯底的操作包括放置具有包含包括硅、碳和氧的聚集膜的介電層的襯底。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述放置具有所述介電層的所述襯底的操作包括將氫置于所述聚集膜中。
14.一種在襯底上的介電層中形成特征的方法，包括在所述襯底上形成所述介電層；在所述介電層上形成光刻膠圖案；通過刻蝕將所述光刻膠圖案轉(zhuǎn)移到所述介電層；以及利用由包含NxOy的處理氣體形成的等離子體從所述介電層去除所述光刻膠，其中x和y是大于或者等于1的整數(shù)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述利用所述處理氣體的操作包括利用NO、NO2和N2O中的至少一種。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述利用所述處理氣體的操作還包括利用惰性氣體。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述利用所述惰性氣體的操作包括利用稀有氣體。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述去除所述光刻膠的操作執(zhí)行第一時(shí)間段。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述去除所述光刻膠持續(xù)所述第一時(shí)間段的操作由終點(diǎn)檢測(cè)確定。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述通過終點(diǎn)檢測(cè)確定所述第一時(shí)間段的操作包括使用光學(xué)發(fā)射光譜。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中在所述去除所述光刻膠持續(xù)第一時(shí)間段的操作之后，將所述光刻膠暴露于所述基于NxOy的等離子體第二時(shí)間段。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述暴露于所述第二時(shí)間段的操作包括將所述光刻膠暴露于所述基于NxOy的等離子體持續(xù)所述第一時(shí)間段的一部分。
23.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述通過刻蝕將所述光刻膠圖案轉(zhuǎn)移到所述介電層的操作在等離子體處理系統(tǒng)中執(zhí)行，并且所述從所述介電層去除所述光刻膠的操作在所述等離子體處理系統(tǒng)中執(zhí)行。
24.如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述通過刻蝕將所述光刻膠圖案轉(zhuǎn)移到所述介電層的操作在等離子體處理系統(tǒng)中執(zhí)行，并且所述從所述介電層去除所述光刻膠的操作在另一個(gè)等離子體處理系統(tǒng)中執(zhí)行。
25.一種用于從襯底去除光刻膠的等離子體處理系統(tǒng)，包括等離子體處理室，用于利用處理氣體形成等離子體；和控制器，所述控制器耦合到所述等離子體處理室并且配置來執(zhí)行利用所述處理氣體形成等離子體以從所述襯底去除所述光刻膠的工藝流程，其中所述處理氣體包含NxOy，且x和y是大于或者等于1的整數(shù)。
26.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，還包括診斷系統(tǒng)，所述診斷系統(tǒng)耦合到所述等離子體處理室并且耦合到所述控制器。
27.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述診斷系統(tǒng)被配置來接收與從所述等離子體發(fā)射的光相關(guān)聯(lián)的信號(hào)。
28.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述處理氣體包含NO、NO2和N2O中的至少一種。
29.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述處理氣體還包含惰性氣體。
30.如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述惰性氣體包含稀有氣體。
31.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述控制器使得所述光刻膠暴露于所述等離子體一段時(shí)間。
32.如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述一段時(shí)間由通過所述診斷系統(tǒng)的確定的終點(diǎn)檢測(cè)確定。
33.如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述診斷系統(tǒng)包括光學(xué)發(fā)射光譜裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于在等離子體處理系統(tǒng)中從襯底去除光刻膠的方法和系統(tǒng)，包括引入包含N
文檔編號(hào)H01L21/02GK1871554SQ200480031340
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2004年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月23日
發(fā)明者瓦迪亞納森·巴拉蘇布拉馬尼恩, 稻沢剛一郎 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社