技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實施例大體上關(guān)于在等離子體處理時的溫度躍升的方法。更特別地，本發(fā)明的實施例大體上關(guān)于用于通過使用來自氣體分配板的用于溫度躍升的熱來蝕刻電介質(zhì)材料的方法。

背景技術(shù)：

集成電路可通過在基板表面上產(chǎn)生錯綜復(fù)雜的圖案化材料層的工藝制得。在基板上產(chǎn)生圖案化材料需要用于去除被暴露材料的受控的方法?；瘜W(xué)蝕刻用于各種目的，包括將光阻劑中的圖案轉(zhuǎn)移到下層，薄化層或薄化已存在于表面上的特征的橫向尺度?；瘜W(xué)蝕刻經(jīng)常導(dǎo)致不期望的副產(chǎn)物或殘余物，所述副產(chǎn)物或殘余物隨后升華而從基板表面去除。盡管升華溫度取決于被去除副的產(chǎn)物而變化，但是一些升華溫度高于化學(xué)蝕刻本身所需的溫度。由此，在化學(xué)蝕刻完成之后，必須增加基板溫度以使副產(chǎn)物從基板升華。

常規(guī)技術(shù)通過增加靜電夾頭的溫度來加熱基板，基板夾持于所述靜電夾頭上。然而，在靜電夾頭中使用的大多數(shù)接合材料阻止以大于約1.5℃/秒的速率來增加(例如，向上躍升)基板溫度。此外，當(dāng)前的靜電夾頭技術(shù)妨礙在高于約110℃的溫度下的安全可靠操作，這使得在高于110℃的溫度下的升華是不明智的，因為升華工藝將要求待操作的靜電夾頭超出它的設(shè)計極限。

因此，需要用于溫度躍升的改進的方法，更特定地，需要不僅依賴于增加靜電夾頭溫度實現(xiàn)溫度躍升的改進的方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文公開了用于蝕刻電介質(zhì)層以及隨后的升華工藝的方法，所述方法允許使用高溫，進而提高基板產(chǎn)量。

在一個實施例中，用于蝕刻設(shè)置在基板上的電介質(zhì)層的方法包括：在蝕刻處理腔室中，將基板從靜電夾頭松開(de-chuck)；以及在將基板從靜電夾頭松開的同時，循環(huán)地蝕刻電介質(zhì)層。循環(huán)蝕刻步驟包括：由供應(yīng)至蝕刻處理腔室中的蝕刻氣體混合物遠(yuǎn)程地生成等離子體，以便在第一溫度下蝕刻設(shè)置在基板上的電介質(zhì)層。蝕刻電介質(zhì)層生成蝕刻副產(chǎn)物。循環(huán)蝕刻的步驟也包括：在蝕刻處理腔室中，豎直地將基板從蝕刻位置向氣體分配板移動到升華位置；以及使升華氣體從氣體分配板流向基板以使蝕刻副產(chǎn)物升華。在第二溫度下執(zhí)行升華，其中第二溫度高于第一溫度。

在另一實施例中，用于蝕刻設(shè)置在基板上的電介質(zhì)層的方法包括：在蝕刻處理腔室中，對基板執(zhí)行處理工藝，其中基板夾持在靜電夾頭上。蝕刻方法進一步包括：將基板從靜電夾頭松開；以及蝕刻被松開的基板上的經(jīng)處理電介質(zhì)層。蝕刻被松開的基板上的經(jīng)處理的電介質(zhì)層的步驟包括：(a)由供應(yīng)至蝕刻處理腔室中的蝕刻氣體混合物遠(yuǎn)程地生成等離子體，以便在第一溫度與第一壓力等級下蝕刻設(shè)置在基板上的電介質(zhì)層。蝕刻處理電介質(zhì)層生成蝕刻副產(chǎn)物。蝕刻被松開的基板上的經(jīng)處理的電介質(zhì)層的步驟也包括：(b)在蝕刻處理腔室中，豎直地向氣體分配板移動基板；以及(c)使升華氣體從氣體分配板流向基板，以便使蝕刻副產(chǎn)物在第二溫度與第二壓力等級下升華。第二溫度高于第一溫度，并且第二壓力等級小于第一壓力大小，且循環(huán)地執(zhí)行步驟(a)-(c)。

在又一實施例中，用于蝕刻設(shè)置在基板上的電介質(zhì)層的方法包括：在蝕刻處理腔室中，對基板執(zhí)行處理工藝，其中基板夾持在靜電夾頭上。處理工藝包括：用離子通量轟擊電介質(zhì)層以改變電介質(zhì)層的表面性質(zhì)。用于蝕刻的方法進一步包括：將基板從靜電夾頭松開；以及蝕刻被松開的基板上的經(jīng)處理的電介質(zhì)層。蝕刻被松開的基板上的經(jīng)處理的電介質(zhì)層的步驟包括：(a)由供應(yīng)至蝕刻處理腔室中的蝕刻氣體混合物遠(yuǎn)程地生成等離子體，以便在第一溫度與第一壓力等級下蝕刻設(shè)置在基板上的電介質(zhì)層。蝕刻處理電介質(zhì)層生成蝕刻副產(chǎn)物。蝕刻被松開的基板上的經(jīng)處理的電介質(zhì)層的步驟也包括：(b)在蝕刻處理腔室中，豎直地向氣體分配板移動基板；以及(c)使升華氣體從氣體分配板流向基板，以便使蝕刻副產(chǎn)物在第二溫度與第二壓力等級下升華。第二溫度高于第一溫度，并且第二壓力等級小于第一壓力大小，并且循環(huán)地執(zhí)行步驟(a)-(c)。

附圖說明

為了可詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述特征的方式，可參考實施例進行對上文簡要概述的本發(fā)明的更特定的描述，在所附附圖中示出實施例中的一些。然而，應(yīng)當(dāng)注意，所附附圖僅說明本發(fā)明的典型實施例，因此不視為限定本發(fā)明的范圍，因為本發(fā)明可接納其他等效實施例。

圖1是可實踐本發(fā)明的實施例的說明性處理腔室的截面圖；以及

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的工藝序列的流程圖。

為了便于理解，在可能的情況下，已使用相同的元件符號來指定各圖中共同的相同元件。應(yīng)理解一個實施例的元件和特征可有益地并入其他實施例而無需進一步的陳述。

然而，應(yīng)當(dāng)注意，所附附圖僅說明本發(fā)明的示例性實施例，因此不視為限定本發(fā)明的范圍，因為本發(fā)明可接納其他等效實施例。

具體實施方式

本文公開了用于蝕刻電介質(zhì)層且隨后為升華工藝的方法。此方法能夠使用高蝕刻溫度，進而增加基板產(chǎn)量。

圖1是示例性處理腔室100的截面圖，腔室100適于執(zhí)行如下文進一步所述的蝕刻工藝。腔室100配置成從設(shè)置在基板101的表面上的材料層去除材料。腔室100對于執(zhí)行等離子體輔助型選擇性干式蝕刻工藝式特別有用的。適于實踐本發(fā)明的處理腔室100是可從位于美國加州圣克拉拉市的應(yīng)用材料公司(Applied Materials,Inc.)獲得的SICONI^TM處理腔室。注意，可從其他制造商獲得的真空處理腔室也適于實踐本發(fā)明。

腔室100在不破真空的情況下既加熱又冷卻基板101表面。在一個實施例中，處理腔室100包括腔室主體112、蓋組件140和支撐組件180。蓋組件140設(shè)置在腔室主體112的上端。支撐組件180至少部分地設(shè)置在腔室主體112內(nèi)。

腔室主體112包括流量閥開口114，形成在腔室主體112的側(cè)壁中。選擇性地打開和關(guān)閉流量閥開口114以允許基板搬運機器人(未示出)進入腔室主體112的內(nèi)部。

在一個或更多個實施例中，腔室主體112包括通道115，所述通道形成在腔室主體112中，用于使熱傳遞流體流過此通道115。熱傳遞流體可以是加熱流體或冷卻劑，并且用于在處理期間控制腔室主體112的溫度?？刂魄皇抑黧w112的溫度有助于防止氣體或副產(chǎn)物在腔室主體112的內(nèi)部的不期望的冷凝。在一個實施例中，熱傳遞流體包括水、乙二醇或水和乙二醇的混合物。在另一實施例中，熱傳遞流體也可包括氮氣。

腔室主體112可進一步包括襯層120，圍繞支撐組件180。襯層120是可移除的，以便進行保養(yǎng)和清潔。襯層120可由金屬(例如，鋁)、陶瓷材料或任何其他工藝相容材料制成。襯層120可經(jīng)珠擊處理以增加表面粗糙度和/或表面積，這增加了沉積在表面上的任何材料的附著性，進而防止材料剝落，材料剝落導(dǎo)致污染腔室100。在一個或更多個實施例中，襯層120包括形成在此襯層120中的一個或更多個口孔125和泵送管道129，所述泵送管道129與真空端口131流體地連通?？诳?25提供流動路徑供氣體進入泵送管道129。泵送管道129提供出口供腔室100內(nèi)的氣體流至真空端口131。

真空系統(tǒng)耦接至真空端口131。真空系統(tǒng)包括真空泵130和節(jié)流閥132。節(jié)流閥132調(diào)節(jié)通過腔室100的氣流。真空泵130耦接至設(shè)置在腔室主體112中的真空端口131。真空泵130與形成在襯層120內(nèi)的泵送通道129流體地連通。除非另行說明，否則術(shù)語“氣體”和“多種氣體”可互換地使用，并且是指一種或更多種前體、反應(yīng)劑、催化劑、載氣、凈化氣、清潔氣、上述各項的組合，以及引入腔室主體112中的任何其他流體。

蓋組件140包括至少兩個堆疊的部件，配置至少兩個堆疊的部件以在至少兩個堆疊的部件之間形成等離子體體積或空腔。在一個或更多個實施例中，蓋組件140包括豎直地設(shè)置在第二電極145(“下電極”)上方的第一電極143(“上電極”)。在上電極143和下電極145之間約束等離子體體積或空腔150。第一電極143連接至電源152(諸如，RF電源)。第二電極145接地，從而在兩個電極143、145之間形成電容。

在一個或更多個實施例中，蓋組件140包括一個或更多個氣體入口154(僅示出一個)。一個或更多個氣體入口134至少部分地形成在第一電極143的上段156內(nèi)。一種或更多種工藝氣體經(jīng)由一個或更多個氣體入口154而進入蓋組件140。在一個或更多個氣體入口154的第一端處與等離子體空腔150流體地連通。在一個或更多個氣體入口154的第二端處耦接至一個或更多個上游氣源和/或其他氣體遞送部件(諸如，氣體混合器)。

在一個或更多個實施例中，第一電極143具有擴展段155，界定等離子體空腔150。在一個或更多個實施例中，擴展段155是具有內(nèi)表面或直徑157的環(huán)形構(gòu)件，所述內(nèi)表面或直徑157從環(huán)形構(gòu)件的上部155A至下部155B逐漸增加。由此，第一電極143與第二電極145之間的距離跨擴展段155是可變的。變化的距離有助于控制在等離子體空腔150內(nèi)生成的等離子體的形成和穩(wěn)定性。

在一個或更多個實施例中，擴展段155像倒截錐或“漏斗”。在一個或更多個實施例中，擴展段155的直徑157從擴展段155的上部155A向下部155B逐漸傾斜。直徑157的斜率或角度可取決于工藝要求和/或工藝限制而改變。擴展段155的長度或高度也可取決于特定的工藝要求和/或限制而改變。

如上所述，第一電極143的擴展段155因第一電極143的逐漸增加的直徑157而改變第一電極143與第二電極145之間的豎直距離?？勺兊木嚯x直接影響等離子體空腔150內(nèi)的功率等級。不希望受理論局限，若非遍及整個等離子體空腔150，兩個電極143、145之間的距離改變能使等離子體找到所需功率等級來將等離子體自身維持在等離子體空腔150的至少某個部分內(nèi)。因此，等離子體空腔150內(nèi)的等離子體較不依賴于壓力，從而允許在更寬的操作窗口內(nèi)生成和維持等離子體。由此，更具再現(xiàn)性且更可靠的等離子體可形成在蓋組件140內(nèi)。由于等離子體空腔150中生成的等離子體在進入支撐組件180上方的處理區(qū)域141之前被界定在蓋組件140中，其中基板101繼續(xù)進行，因此蓋組件140視為遠(yuǎn)程等離子體源，因為等離子體在處理區(qū)域141的遠(yuǎn)程生成。

擴展段155與如上所述的氣體入口154流體地連通。一個或更多個氣體入口154的第一端可在擴展段155的內(nèi)徑157的最上點處敞開到等離子體空腔50中。類似地，這一個或更多個氣體入口154的第一端可在沿擴展段155的直徑157的任何高度間隔處敞開到等離子體空腔150中。雖然未示出，但是兩個氣體入口154可設(shè)置在擴展段155的相對側(cè)處以產(chǎn)生進入擴展區(qū)段155的漩渦流動模式或“渦旋”流，這有助于混合等離子體空腔150內(nèi)的氣體。

蓋組件140也可包括隔離體環(huán)160，隔離體環(huán)160將第一電極143與第二電極145電氣隔離。隔離體環(huán)160可由氧化鋁或任何其他絕緣的工藝相容材料制成。隔離體環(huán)160圍繞或至少基本上圍繞擴展段155。

蓋組件140也可包括鄰近第二電極145的氣體分配板170和區(qū)隔板175。第二電極145、氣體分配板170和區(qū)隔板175可堆疊或設(shè)置在蓋緣178上，蓋緣178連接至腔室主體112。絞鏈組件(未示出)可用于將蓋緣178耦接至腔室主體112。蓋緣178可包括用于使熱傳遞介質(zhì)循環(huán)的嵌入式通道或通路179。取決于工藝要求，熱傳遞介質(zhì)可用于加熱、冷卻或既用于加熱又用于冷卻。

在一個或更多個實施例中，第二電極或頂極板145包括多個氣體通路或口孔165，所述多個氣體通路或口孔165形成在等離子體空腔150下方以允許來自等離子體空腔150的氣體流過所述多個氣體通路或口孔165。氣體分配板170基本上是盤狀的，并且也包括多個口孔172或通路以分配氣體流過所述多個口孔172或通路。氣體分配板170可加熱至約170℃與約190℃之間的溫度，例如，約180℃。可設(shè)定口孔172的尺寸，并且可繞氣體分配板170定位口孔172，以將受控且均勻的流動分配到腔室主體112中待處理的基板101所在的處理區(qū)域141。另外，口孔172可通過減慢及重新引導(dǎo)流動氣體的速度分布以及均勻地分配氣流來防止(多種)氣體直接撞擊在基板101的表面上，從而跨基板101的表面提供均勻的氣體分布。

在一個或更多個實施例中，氣體分配板170包括一個或更多個嵌入式通道或通路174，用于容納加熱器或加熱流體，以提供對蓋組件140的溫度控制。電阻式加熱元件(未示出)可插入在通路174內(nèi)以加熱氣體分配板170。熱電耦(未示出)可連接至氣體分配板170以調(diào)節(jié)氣體分配板170的溫度。熱電耦可用于反饋回路以控制施加至上述加熱元件的電流。

或者，可使熱傳遞介質(zhì)通過通路174。若有需要，一個或更多個通路174可含有冷卻介質(zhì)，以便取決于腔室主體112內(nèi)的工藝要求來更好地控制氣體分配板170的溫度?？墒褂萌魏芜m合的熱傳遞介質(zhì)，諸如，氮、水、乙二醇或上述物質(zhì)的混合物。

在一個或更多個實施例中，使用一個或更多個熱燈(未示出)來加熱蓋組件140。典型地，熱燈在氣體分配板170的上表面附近布置，以便通過輻射來加熱蓋組件140的部件(包括氣體分配板170)。

區(qū)隔板175可任選地設(shè)置在第二電極145與氣體分配板170之間。區(qū)隔板175可拆式地裝設(shè)在第二電極145的下表面。區(qū)隔板175可與第二電極145進行良好的熱接觸和電接觸。在一個或更多個實施例中，區(qū)隔板175可使用螺釘或類似緊固件而耦接至第二電極145。區(qū)隔板175也可螺紋連接至或旋至第二電極145的外徑上。

區(qū)隔板175包括多個口孔176，以將多個氣體通路從第二電極145提供到氣體分配板170。可設(shè)定口孔176的尺寸，，并且繞區(qū)隔板175來定位口孔176，從而將受控且均勻的氣流分布至氣體分配板170。

支撐組件180可包括支撐構(gòu)件185，以便將用于處理的基板101支撐在腔室主體112內(nèi)。支撐構(gòu)件185通過軸桿187而耦接至升降機構(gòu)183，軸桿187延伸穿過形成在腔室主體112的底表面中的狹縫閥開口114。升降機構(gòu)183可通過波紋管188而柔性地密封至腔室主體112，波紋管188防止來自軸桿187周圍的真空泄漏。升降機構(gòu)183允許在腔室主體112內(nèi)的低傳送位置與多個升高的工藝位置之間豎直地移動支撐構(gòu)件185。在一個實施例中，傳送位置略低于形成在腔室主體112的側(cè)壁中的狹縫閥開口114，使得能以機器人方式從基板支撐構(gòu)件185移除基板101。

可在腔室主體112內(nèi)豎直地移動支撐構(gòu)件185，使得可在處理期間控制支撐構(gòu)件185與蓋組件140之間的距離。傳感器(未示出)可提供關(guān)于支撐構(gòu)件185在腔室100內(nèi)的位置的信息。

在操作時，可將支撐構(gòu)件185升高至緊鄰蓋組件140以控制正在處理的基板101的溫度。由此，可經(jīng)由從氣體分配板170發(fā)射出的輻射來加熱基板101?；蛘?，可使用由升降環(huán)195致動的升降銷193而將基板101抬離支撐構(gòu)件185而緊鄰經(jīng)加熱的蓋組件140。

在一個或更多個實施例中，支撐構(gòu)件185具有平坦的圓形表面或基本上平坦的圓形表面以支撐在此表面上的待處理基板101。支撐構(gòu)件185可由鋁構(gòu)成。支撐構(gòu)件185可包括可拆式頂板190以減少基板101的背側(cè)污染，頂板190由一些其他材料制成，諸如，硅或陶瓷材料。

在一個或更多個實施例中，可使用真空夾頭將基板101固定至支撐構(gòu)件185。在一個或更多個實施例中，可使用靜電夾頭將基板101固定至支撐構(gòu)件185。靜電夾頭典型地至少包括圍繞等離子體功率電極181的電介質(zhì)材料和夾持電極103，這兩者可位于支撐構(gòu)件185上或可形成為支撐構(gòu)件185的集成的零件。靜電夾頭的電介質(zhì)部分將等離子體功率電極181和夾持電極103與基板101以及與支撐組件180的其余部分電氣絕緣。

在一個實施例中，等離子體功率電極181耦接至多個RF偏置源184、186。RF偏置功率源184、186將RF功率提供至等離子體功率電極181。等離子體功率電極181激發(fā)并維持由設(shè)置在腔室主體112的處理區(qū)域141中的氣體形成的等離子體放電。

在圖1中所描繪的實施例中，雙RF偏置功率源184、186通過匹配電路189而耦接至設(shè)置在支撐構(gòu)件185中的等離子體功率電極181。由RF偏置功率源184、186生成的信號通過單個饋入被遞送通過匹配電路189而至支撐構(gòu)件185，以便電離在腔室100中提供的氣體混合物。電離氣體混合物提供了執(zhí)行沉積、蝕刻或其他等離子體增強型工藝所需的離子能量。RF偏置功率源184、186一般能夠產(chǎn)生頻率從約50千赫(KHz)至約200兆赫(MHz)、功率從約0瓦至約5000瓦的RF信號。附加的偏置功率源可耦接至等離子體功率電極181，以便依需求來控制等離子體的特性。

在一個實施例中，夾持電極103耦接至RF功率源105。RF功率源105將RF功率提供至夾持電極103。夾持電極103在靜電夾頭與基板101之間生成靜電固持力。RF電源105一般能夠產(chǎn)生頻率從約50千赫至約200兆赫(例如，從約2兆赫至約60兆赫)、功率從約0瓦至約5000瓦的RF信號。

支撐構(gòu)件185可包括鉆孔192形成其中來容納升降銷193，圖1圖示一個。每一個升降銷193都由陶瓷或含陶瓷的材料構(gòu)成，并且用于基板搬運和傳送。當(dāng)嚙合設(shè)置在腔室主體112內(nèi)的環(huán)狀升降環(huán)195時，升降銷193在相應(yīng)的鉆孔192內(nèi)是可移動的。升降環(huán)195是可移動的，使得當(dāng)升降環(huán)195處于上位置時，升降銷193的上表面延伸到支撐構(gòu)件185的基板支撐表面上方。反之，當(dāng)升降環(huán)195處于下位置時，升降銷193的上表面位于支撐構(gòu)件185的基板支撐表面下方。因此，當(dāng)升降環(huán)195在下位置與上位置之間移動時，在支撐構(gòu)件185的相應(yīng)的鉆孔192中移動每一個升降銷193。

支撐組件180可進一步包括邊緣環(huán)196，設(shè)置在支撐構(gòu)件185四周。在一個或更多個實施例中，邊緣環(huán)196是環(huán)狀構(gòu)件，此構(gòu)件適于覆蓋支撐構(gòu)件185外圍并保護支撐構(gòu)件185免受沉積。邊緣環(huán)196可定位在支撐構(gòu)件185上或定位在支撐構(gòu)件185旁，以便在支撐構(gòu)件185的外徑與邊緣環(huán)196的內(nèi)徑之間形成環(huán)狀凈化氣體通道。環(huán)狀凈化氣體通道可與穿過支撐構(gòu)件185和軸桿187而形成的凈化氣體導(dǎo)管197流體地連通。凈化氣體導(dǎo)管197與凈化氣體供應(yīng)器(未示出)流體地連通以將凈化氣體提供至凈化氣體通道?？蓡为毜鼗蚪M合地使用任何適合的凈化氣體，諸如，氮、氬或氦。在操作時，凈化氣體流過凈化氣體導(dǎo)管197，進入凈化氣體通道，并且繞設(shè)置在支撐構(gòu)件185上的基板101的邊緣。因此，配合邊緣環(huán)196作用的凈化氣體防止在基板101的邊緣和/或背側(cè)的沉積。

支撐組件180的溫度可由循環(huán)通過流體通道198的流體控制，流體通道198嵌入在支撐組件180的主體中。在一個或更多個實施例中，流體管道198流體與熱傳遞導(dǎo)管199流體地連通，設(shè)置熱傳遞導(dǎo)管199穿過支撐組件180的軸桿187。流體管道198繞支撐構(gòu)件185而定位以將均勻熱傳遞提供至支撐構(gòu)件185的基板接收表面。流體通道198和熱傳遞導(dǎo)管199可使熱傳遞流體流動，以便加熱或冷卻支撐構(gòu)件185以及設(shè)置在此支撐構(gòu)件185上的基板101?？墒褂萌魏芜m合的熱傳遞流體，諸如，水、氮、乙二醇或上述物質(zhì)的混合物。支撐構(gòu)件185可進一步包括嵌入式熱電耦(未示出)，以監(jiān)測支撐構(gòu)件185的支撐表面的溫度，此溫度指示設(shè)置在此支撐表面上的基板101的溫度。例如，來自熱電耦的信號可用于反饋回路以控制循環(huán)通過流體通道198的流體的溫度或流率。

系統(tǒng)控制器(未示出)可用于調(diào)節(jié)處理腔室100的操作。系統(tǒng)控制器可在存儲在計算機存儲器上的計算機程序的控制下進行操作。計算機程序可包括指令，所述指令使得能夠在處理腔室100中執(zhí)行下文所述的工藝。例如，計算機程序可規(guī)定工藝定序和時序、氣體混合物、腔室壓力、RF功率等級、基座定位、狹縫閥打開和關(guān)閉、基板冷卻和其他特定工藝的參數(shù)。

圖2示出工藝序列200，用于執(zhí)行蝕刻工藝。在一個實施例中，工藝序列200用于以高蝕刻選擇性來蝕刻設(shè)置在基板101上的電介質(zhì)材料，例如，低k材料。如本文中所示用，“低k材料”是指電介質(zhì)常數(shù)小于3.9(即，小于二氧化硅的介電常數(shù))的任何材料。工藝序列200對應(yīng)于圖1中描繪的腔室100，然而，應(yīng)理解工藝序列200可對應(yīng)于任何真空處理腔室。

工藝序列200開始于框202：將基板101傳送到腔室100中。在一個實施例中，基板101可以是諸如，結(jié)晶硅(例如Si<100>或Si<111>)、單晶硅、氧化硅、應(yīng)變硅、硅鍺、摻雜或未摻雜的多晶硅、摻雜或未摻雜的硅晶片與圖案化或未圖案化的晶片、絕緣體上硅晶(SOI)、碳摻雜的氧化硅、氮化硅、摻雜硅、鍺、砷化鎵、玻璃或藍(lán)寶石之類的材料。

基板101上的電介質(zhì)材料經(jīng)掩模以進行通孔或溝槽蝕刻，并且具有暴露的與非暴露的表面。在一個實施例中，電介質(zhì)材料是含碳硅層(SiC)、氮摻雜的含碳硅層(SiCN)等。在另一實施例中，電介質(zhì)材料是低k材料，諸如但不限于，氟摻雜的二氧化硅、碳摻雜二氧化物、多孔二氧化硅、碳摻雜的多孔二氧化硅、旋涂硅酮基聚合物電介質(zhì)或旋涂有機聚合物電介質(zhì)。在一個實施例中，電介質(zhì)材料是多孔SiCOH低k材料，所述多孔SiCOH的體介電常數(shù)小于約2.7。

在框204處，執(zhí)行處理工藝以改變電介質(zhì)材料的表面性質(zhì)并且促進在后續(xù)的化學(xué)蝕刻工藝中對電介質(zhì)材料的去除。在一個實施例中，處理工藝包括用離子通量轟擊電介質(zhì)材料，從而改變電介質(zhì)材料的表面性質(zhì)。處理工藝是各向異向性離子誘發(fā)處理，使得位于暴露的電介質(zhì)材料下方的區(qū)域不暴露于離子通量。離子通量可以是一個或更多種原子或分子物質(zhì)。隨后，經(jīng)處理的電介質(zhì)材料可容易地與后續(xù)在框206處供應(yīng)到處理腔室100中的化學(xué)蝕刻氣體反應(yīng)，從而形成蝕刻副產(chǎn)物，稍后，將使所述蝕刻副產(chǎn)物升華，并將所述蝕刻副產(chǎn)物泵送出處理腔室100。

在框204處執(zhí)行的處理工藝包括：將處理氣體混合物供應(yīng)至腔室100中。在一個實施例中，處理氣體混合物可包括氦、氖、氙、氮、氬或上述物質(zhì)的組合物。隨后，由處理氣體混合物形成等離子體，以便對電介質(zhì)材料的暴露表面進行等離子處理。處理工藝活化等離子體中的離子物質(zhì)以形成氦離子、氖離子、氙離子、氮離子或氬離子，例如Ar⁺。在一個實施例中，離子物質(zhì)具有低電離電位(例如，約2^-4電子伏特(eV))以降低離子通量的能量等級。例如，在一個實施例中，氖和氦可加至氬離子與Ar⁺，以便進一步調(diào)諧離子通量能量。在電介質(zhì)材料是多孔SiCOH低k材料的實施例中，離子物質(zhì)從硅-氧化物基質(zhì)中擊出碳物質(zhì)。

在離子誘發(fā)處理工藝期間，可調(diào)節(jié)若干工藝參數(shù)以控制處理工藝。在一個實施例中，基板101夾持至支撐構(gòu)件185。處理腔室100內(nèi)的工藝壓力調(diào)節(jié)成小于約10毫托(例如，小于約5毫托，例如，約1.5毫托)以控制離子物質(zhì)的方向性。約50瓦至約100瓦的RF功率可施加至蓋組件140以維持處理腔室100內(nèi)的等離子體?；?01的溫度為約65℃至約95℃，例如，約70℃至約90℃。雖然描述了溫度范圍，但應(yīng)注意，離子誘發(fā)處理工藝不是溫度敏感的工藝。

在框204處的離子誘發(fā)處理工藝結(jié)束后，并且在框206處的后續(xù)化學(xué)蝕刻工藝之前，從基板支撐構(gòu)件185的靜電夾頭松開基板101。如本文中所使用，“松開”是指減小或關(guān)閉施加至基板101的靜電力，而不將基板101抬離支撐構(gòu)件185。例如，可降低或關(guān)閉供應(yīng)至夾持電極103的功率以減少或防止基板101與靜電夾頭之間的靜電力。此外，關(guān)閉背側(cè)氣體，諸如，氦(He)。松開基板101有利于地增加蓋組件140與基板101之間的熱傳遞，因為當(dāng)松開基板101時，基板101與靜電夾頭之間的熱傳遞將減少。松開有益地抑制靜電夾頭從基板101散熱的能力。從基板101散熱將導(dǎo)致基板101的溫度比例如通過增加供應(yīng)至流體通道198的冷卻流體來冷卻靜電夾頭上升更快。然而，應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)松開基板101時，從靜電夾頭至加熱元件的功率仍可能正在將熱供應(yīng)至基板101。

在框206處，對已達(dá)到期望溫度的基板101執(zhí)行遠(yuǎn)程等離子體蝕刻工藝，以便選擇性地蝕刻設(shè)置在基板101上的經(jīng)離子處理的電介質(zhì)材料。遠(yuǎn)程等離子體蝕刻工藝是化學(xué)工藝，用于去除基板101上的經(jīng)處理電介質(zhì)材料。遠(yuǎn)程等離子體化學(xué)蝕刻工藝通過以下步驟來執(zhí)行：將蝕刻氣體混合物供應(yīng)至等離子體中150以及至處理腔室100中，以便在使用于蝕刻經(jīng)改質(zhì)的電介質(zhì)材料的處理氣體流動之前，在等離子體空腔150中由處理氣體混合物形成遠(yuǎn)程等離子體。

在一個實施例中，用于去除經(jīng)處理的電介質(zhì)材料的蝕刻氣體混合物是氨(NH₃)與三氟化氮(NF₃)氣體的混合物。可改變并調(diào)整引入到處理腔室中的每一種氣體的量，以便遷就待去除的經(jīng)處理的電介質(zhì)材料的厚度、待處理的基板101的幾何形狀、等離子體空降的體積容量、腔室主體的體積容量以及耦接至腔室主體的真空系統(tǒng)的能力。

由于等離子體在等離子體空腔150的遠(yuǎn)程產(chǎn)生，因此從來自遠(yuǎn)程源等離子體的蝕刻氣體混合物離解的蝕刻劑是相對輕微和溫和的，以便逐漸與經(jīng)處理的電介質(zhì)材料進行化學(xué)反應(yīng)，直到使位于下方的材料暴露為止。在一個實施例中，氨(NH₃)氣與三氟化氮(NF₃)氣體在遠(yuǎn)程等離子體空腔150中離解，從而形成氟化銨(NH₄F)和/或含氟化銨與HF(NH₄F.HF)。當(dāng)氟化銨(NH₄F)以及氟化銨與HF(NH₄F.HF)蝕刻劑被引入到處理腔室100的處理區(qū)域141從而抵達(dá)基板101表面時，氟化銨和氟化銨與HF(蝕刻劑會與電介質(zhì)材料反應(yīng)并形成(NH₄)₂SiF₆(固態(tài)副產(chǎn)物)。稍后，通過使用高溫升華工藝將此副產(chǎn)物從基板101去除，高溫升華工藝將在框208中進一步詳細(xì)地討論。

在一個或更多個實施例中，加入以提供蝕刻氣體混合物的氣體具有至少1：1的氨(NH₃)比三氟化氮(NF₃)的摩爾比。在一個或更多個實施例中，蝕刻氣體混合物的摩爾比為至少約3：1(氨比三氟化氮)。氣體按從約5：1(氨比三氟化氮)至約30：1的摩爾比引入腔室100。在又一實施例中，蝕刻氣體混合物的摩爾比為約5：1(氨比三氟化氮)至約10：1。蝕刻氣體混合物的摩爾比也可落在約10：1(氨比三氟化氮)至約20：1之間。

在一個實施例中，其他類型的氣體(諸如，惰性氣體或載氣)也可供應(yīng)在蝕刻氣體混合物中，以便輔助將蝕刻氣體混合物運載到真空處理腔室100的處理區(qū)域141中。惰性氣體或載氣適合的示例包括Ar、He、N₂、O₂、N₂O、NO₂、NO等中的至少一者。在一個實施例中，供應(yīng)至真空處理腔室100中的惰性氣體或載氣是體積流率在約200sccm(標(biāo)準(zhǔn)毫升每分鐘)至約1500sccm的Ar或He。

當(dāng)供應(yīng)蝕刻氣體混合物以執(zhí)行遠(yuǎn)程等離子體源蝕刻工藝時，基板101的溫度可維持在約65℃至約95℃之間，例如，在約70℃至約90℃之間。咸信，將基板101的溫度維持在上述范圍可輔助提高蝕刻工藝的蝕刻速率。咸信，過高的溫度將遏制氨(NH₃)與三氟化氮(NF₃)之間的化學(xué)反應(yīng)以形成用于蝕刻的期望的蝕刻劑氟化銨(NH₄F)和/或氟化銨與HF(NH₄F.HF)。因此，將基板101的溫度控制在約65℃至約95℃之間(例如，約70℃至約90℃之間)可期望地增強蝕刻工藝期間的蝕刻速率，進而提高整體蝕刻工藝產(chǎn)量。

在蝕刻氣體混合物供應(yīng)至處理腔室中并暴露至基板101之后，隨后可蝕刻經(jīng)處理的電介質(zhì)材料，從而在基板101的表面上形成固體蝕刻副產(chǎn)物(諸如，氟硅酸銨((NH₄)₂SiF₆)。蝕刻副產(chǎn)物將通過升華工藝從基板101移除，這將在下文中在框208處進一步討論?？蛇B續(xù)地執(zhí)行蝕刻工藝，直到已使設(shè)置在基板101上的經(jīng)處理的電介質(zhì)材料反應(yīng)并使所述經(jīng)處理的電介質(zhì)材料轉(zhuǎn)化成蝕刻副產(chǎn)物為止。

在蝕刻工藝期間，可調(diào)節(jié)若干工藝參數(shù)以控制蝕刻工藝。在一個實施例中，腔室壓力可從框202處的離子誘發(fā)處理工藝處的先前的壓力等級增加到大于約1托，例如，大于約1.5托。在例如大于約1.5托的高壓力下，從蓋組件140的氣體分配板170到基板101的熱傳遞增加。因此，即使松開基板101(即，不施加靜電力，并且背側(cè)氣體不流動，在蝕刻工藝期間，高腔室壓力仍允許基板101與支撐構(gòu)件185的靜電夾頭之間的強熱耦合，以便將基板101維持在期望的溫度。

可施加約80千赫的RF源功率，以維持化學(xué)蝕刻氣體混合物中的等離子體。例如，約20瓦至約70瓦的RF源功率可施加至蝕刻氣體混合物。本文中所指的“RF源功率”可以是從電源152供應(yīng)至電極143、145的RF功率。在一個實施例中，RF源功率可具有約80千赫的頻率?？墒刮g刻氣體混合物按約400sccm至約2000sccm之間的流率流入腔室。在一個實施例中，可執(zhí)行蝕刻工藝達(dá)約60秒與約2000秒之間的時間。然而，應(yīng)當(dāng)注意，上述工藝參數(shù)可取決于處理腔室100的尺寸而變化。在一個實施例中，在蝕刻工藝之前，氣體分配板170已預(yù)熱至高于約170℃(例如，高于約180℃)的溫度。

在框208處，在完成了蝕刻工藝且已使經(jīng)處理的電介質(zhì)材料基本上反應(yīng)并使所述經(jīng)處理的電介質(zhì)材料轉(zhuǎn)化成蝕刻副產(chǎn)物之后，執(zhí)行升華工藝以去除蝕刻副產(chǎn)物。在執(zhí)行升華之前，豎直地往上朝氣體分配板170移動支撐構(gòu)件185。如上文所討論，在一個實施例中，在蝕刻工藝之前，氣體分配板170已預(yù)熱至高于約170℃(例如，高于約180℃)的溫度。因此，在蝕刻工藝期間，已經(jīng)以期望的溫度加熱氣體分配板170。在一個實施例中，基板101相距經(jīng)加熱氣體分配板170約0.1英寸至約0.5英寸，例如，約0.25英寸至約0.3英寸。有利的是，與在處理或蝕刻工藝期間相比，氣體分配板170與基板101的近接近度允許至基板101的更快的熱傳遞。

在一個實施例中，升華壓力等級在約100毫托至約900毫托之間，例如，約200毫托、約500毫托或約800毫托。將在下文中進一步討論升華壓力等級的細(xì)節(jié)。在另一實施例中，處理腔室100內(nèi)的壓力從遠(yuǎn)程等離子體蝕刻壓力等級降至約100毫托至約900毫托之間的升華壓力等級(例如，約200毫托、約500毫托或約800毫托)。

升華工藝使蝕刻副產(chǎn)物升華成可被泵送出處理腔室100的揮發(fā)態(tài)。在框208處的升華工藝從基板101去除蝕刻副產(chǎn)物，并且在與執(zhí)行框206處的遠(yuǎn)程等離子體蝕刻工藝相同的腔室(諸如，上文所述的處理腔室100)中執(zhí)行即，原位(in-situ)。

通過在高溫下將升華氣體供應(yīng)至腔室100來執(zhí)行升華工藝以使蝕刻副產(chǎn)物升華。在一個實施例中，升華氣體包括惰性氣體，例如但不限于，氦氣、氬氣或氮氣。例如，升華氣體可以是按約600sccm供應(yīng)的氦氣。基于特定的蝕刻副產(chǎn)物來選擇升華溫度。在一個實施例中，蝕刻副產(chǎn)物(例如，(NH₄)₂SiF₆)需要高于約110℃(例如，高于約120℃或高于約150℃)的升華溫度。在另一實施例中，升華溫度高于蝕刻工藝溫度，諸如，高于110℃，例如，高于約120℃或高于約150℃。在一個實施例中，循環(huán)地執(zhí)行框206和208，直到實現(xiàn)期望的結(jié)果為止。

如上文所討論，隨著腔室壓力等級增加，從氣體分配板170至基板101的熱傳遞增加，反之亦然；隨著腔室壓力等級減小時，從氣體分配板170至基板101的熱傳遞減少。類似地，隨著腔室壓力等級增加，從基板101至靜電夾頭的熱傳遞增加，反之亦然；隨著腔室壓力等級減小，從基板101至靜電夾頭的熱傳遞減少。由于期望增加基板101的溫度以進行升華工藝，因此期望高壓力等級與低壓力等級之間的最佳壓力范圍，使得從氣體分配板至基板101的熱傳遞是最佳的，并且從基板101至靜電夾頭的熱傳遞是最小的。

因此，在約200毫托、約500毫托或約800毫托下，氣體分配板170可使被松開的基板101的溫度從先前的蝕刻溫度范圍快速地增加至高于約110℃，此為蝕刻副產(chǎn)物升華所需。例如，在約200毫托下，經(jīng)過約40秒后，對于距氣體分配板170約0.3英寸而設(shè)置的被松開的基板101達(dá)約110℃。在約500毫托與約800毫托下，經(jīng)過約20秒后，對于距氣體分配板170約0.3英寸而設(shè)置的被松開的基板101達(dá)約110℃。

比起常規(guī)升華技術(shù)(需約60秒至約120秒)，以高于約110℃升華達(dá)約15秒至約65秒(例如，約20秒至約30秒之間或約30秒至約60秒之間)有利地使蝕刻副產(chǎn)物更快升華。此外，由于基板從支撐構(gòu)件185的靜電夾頭松開，因此靜電夾頭不會由基板101高效地加熱。靜電夾頭不被加熱至高于110℃的溫度，進而保護用于制造靜電夾頭的接合材料免于損壞。結(jié)果，有益地增加了靜電夾頭的可靠度。因此，在上述壓力與溫度范圍下控制基板101的溫度可期增加升華速率，進而提高整體升華工藝產(chǎn)量。

雖然已將上述工藝序列200描述為兼具：(i)在升華工藝期間，提高基板101的溫度；以及(ii)在升華工藝期間，降低腔室壓力等級，以達(dá)到期望的升華溫度，但是，應(yīng)當(dāng)注意，執(zhí)行(i)或(ii)將仍可實現(xiàn)期望的升華溫度。

雖然上述內(nèi)容針對本發(fā)明實施例，但是可設(shè)計本發(fā)明的其他和進一步的實施例而不背離本發(fā)明的基本范圍，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書來確定。