本申請要求于2015年6月29日提出的美國臨時申請No.62/186,029的權(quán)益。上述參考申請的整個公開以引用的方式并入本文。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及襯底處理系統(tǒng)和方法，更具體而言涉及用于剝離硼摻雜碳的硬掩膜層的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

本文所提供的背景描述是為了總體上呈現(xiàn)本公開的內(nèi)容。當前所冠名的發(fā)明人的工作(在該背景部分中有所描述的程度上)以及在申請時可能沒有資格作為現(xiàn)有技術(shù)的本說明書的方面，既不明顯地也不隱含地承認當作本公開的現(xiàn)有技術(shù)。

在處理襯底如半導體晶片期間，一個或多個膜層被沉積在襯底上。在沉積之后，該層可被圖案化。在某些圖案化步驟中，硬掩膜層可被用于保護下伏層的選定的部分。在處理完成之后，硬掩膜層被使用剝離工藝去除。

由于特征尺寸縮小，因此更有彈性的硬掩模材料被用于保護下伏層。例如，正在使用硼摻雜碳(BDC)的硬掩模層。隨著在硬掩模層的硼摻雜水平增加，硬掩模層更有效地保護下伏層。然而，硬掩模層也變得越來越難以用典型的等離子體剝離工藝去除。因此，更有彈性的硬掩模層的益處是彌補在彈性硬掩模層被去除時發(fā)生的對襯底的損害。例如，硬掩模層可能需要使用利用氟化學物質(zhì)的激進式的剝離工藝來去除。用于去除硬掩模層的剝離工藝也需要對于在下伏層中使用的材料具有高選擇性，以防止損傷襯底。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

一種用于處理襯底的方法包括在處理室中的襯底支撐件上配置包括膜層的襯底。膜層包括硼摻雜碳的硬掩膜。等離子體氣體混合物被供應且該等離子體氣體混合物包括分子氫氣體、三氟化氮氣體和選自由二氧化碳和一氧化二氮構(gòu)成的組中的氣體。在所述處理室激勵等離子體或供應等離子體到所述處理室持續(xù)預定的剝離時間段。在預定的剝離時間段期間所述等離子體剝離所述膜層。

在其它特征方面，等離子體氣體混合物包括1％至25％的選自由二氧化碳和一氧化二氮構(gòu)成的組中的所述氣體、0.5％至10％的三氟化氮氣體和65％至98.5％的分子氫氣體。等離子體氣體混合物包括2％至8％的選自由二氧化碳和一氧化二氮構(gòu)成的組中的所述氣體、0.833％至3.33％的三氟化氮氣體和88.66％至97.66％的分子氫氣體。在所述預定的剝離時間段期間處理溫度是在100℃至300℃的范圍內(nèi)。在所述預定的剝離時間段期間處理溫度針對殘留物去除是在140℃至160℃的范圍內(nèi)且針對灰化是在235℃至265℃的范圍內(nèi)。

在其它特征方面，所述膜層的硼摻雜是在5％至85％的范圍內(nèi)。在所述預定的剝離時間段期間，在所述處理室的壓強是維持在250毫托至1000毫托的范圍內(nèi)。在所述預定的剝離時間段期間，在所述處理室的壓強是維持在450毫托至550毫托的范圍內(nèi)。

在其它特征方面，射頻(RF)等離子體功率是在1000W至4500W的范圍內(nèi)。射頻(RF)等離子體功率是在2750W至3250W的范圍內(nèi)。

在其它特征方面，所述膜層被配置在第二膜層上且所述膜層的剝離對于所述第二膜層具有大于100:1的選擇比。所述膜層被配置在第二膜層上且所述膜層的剝離對于所述第二膜層具有大于500:1的選擇比。所述膜層被配置在第二膜層上且所述膜層的剝離對于所述第二膜層具有大于1000:1的選擇比。

在其它特征方面，所述第二膜層選自由氧化物膜層和氮化物膜層組成的組中的一種。所述第二膜層包括硼磷硅玻璃(PSG)、磷硅玻璃(PSG)、鎢(W)或硅化鎢(WSi)中的一種。在所述預定的剝離時間段期間的灰化速率是在每分鐘100納米至每分鐘500納米的范圍內(nèi)。

本發(fā)明的進一步的適用范圍將根據(jù)具體實施方式、權(quán)利要求和附圖而變得顯而易見。詳細的描述和具體實施例意在僅用于說明的目的，而并非意在限制本公開的范圍

具體而言，本發(fā)明的一些方面可以描述如下:

1.一種用于處理襯底的方法，其包括：

在處理室的襯底支撐件上配置包括膜層的襯底，其中所述膜層包括硼摻雜碳硬掩膜；

供應包括分子氫氣體、三氟化氮氣體和選自由二氧化碳和一氧化二氮構(gòu)成的組中的氣體的等離子體氣體混合物；以及

在所述處理室激勵等離子體或供應等離子體到所述處理室持續(xù)預定的剝離時間段中的至少一者，其中在所述預定的剝離時間段期間所述等離子體剝離所述膜層。

2.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述等離子體氣體混合物包括1％至25％的選自由二氧化碳和一氧化二氮構(gòu)成的組中的所述氣體、0.5％至10％的三氟化氮和65％至98.5％的分子氫。

3.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述等離子體氣體混合物包括2％至8％的選自由二氧化碳和一氧化二氮構(gòu)成的組中的所述氣體、0.833％至3.33％的三氟化氮氣體和88.66％至97.66％的分子氫氣體。

4.根據(jù)條款1所述的方法，其中在所述預定的剝離時間段期間處理溫度是在100℃至300℃的范圍內(nèi)。

5.根據(jù)條款1所述的方法，其中在所述預定的剝離時間段期間處理溫度在殘留物去除期間是在140℃至160℃的范圍內(nèi)。

6.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述膜層的硼摻雜是在5％至85％的范圍內(nèi)。

7.根據(jù)條款1所述的方法，其中在所述預定的剝離時間段期間在所述處理室的壓強是維持在250毫托至1000毫托的范圍內(nèi)。

8.根據(jù)條款1所述的方法，其中在所述預定的剝離時間段期間在所述處理室的壓強是維持在450毫托至550毫托的范圍內(nèi)。

9.根據(jù)條款1所述的方法，其中射頻(RF)等離子體功率是在1000W至4500W的范圍內(nèi)。

10.根據(jù)條款1所述的方法，其中射頻(RF)等離子體功率是在2750W至3250W的范圍內(nèi)。

11.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述膜層被配置在第二膜層上且所述膜層的剝離對于所述第二膜層具有大于100:1的選擇比。

12.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述膜層被配置在第二膜層上且所述膜層的剝離對于所述第二膜層具有大于500:1的選擇比。

13.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述膜層被配置在第二膜層上且所述膜層的剝離對于所述第二膜層具有大于1000:1的選擇比。

14.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述膜層被配置在第二膜層上且所述第二膜層包括氧化物膜層和氮化物膜層中的一種。

15.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述膜層被配置在第二膜層上且所述第二膜層包括硼磷硅玻璃(PSG)、磷硅玻璃(PSG)、鎢(W)或硅化鎢(WSi)中的一種。

16.根據(jù)條款1所述的方法，其中在所述預定的剝離時間段期間灰化速率是在每分鐘100納米至每分鐘500納米的范圍內(nèi)。

17.根據(jù)條款1所述的方法，其中所述處理室包括：

上室，其由感應線圈圍繞；

下室，其包括所述襯底支撐件；以及

氣體分散裝置，其配置在所述上室和所述下室之間。

18.根據(jù)條款1所述的方法，其中在所述預定的剝離時間段期間的處理溫度在灰化期間是在235℃至265℃的范圍內(nèi)。

附圖說明

根據(jù)詳細描述和附圖將更充分地理解本發(fā)明，其中：

圖1是根據(jù)本公開的襯底處理系統(tǒng)的一個實例的功能框圖；

圖2是包括配置在一個或多個下伏層上的硼摻雜碳(BDC)的硬掩膜層的襯底的側(cè)剖視圖；

圖3是圖2中的襯底在去除了BDC硬掩膜之后的側(cè)剖視圖；以及

圖4是用于從襯底去除BDC硬掩膜層的方法的實例的流程圖。

在這些附圖中，可以使用附圖標記來標記相似和/或相同的元件。

具體實施方式

根據(jù)本公開的襯底處理系統(tǒng)和方法被用于在襯底處理期間從襯底剝離硼摻雜碳(BDC)的硬掩模層。等離子體是使用氣體混合物生成，該氣體混合物包括分子氫(H₂)、三氟化氮(NF₃)和選自由二氧化碳(CO₂)和一氧化二氮(N₂O)構(gòu)成的組中的氣體。等離子體處理以對于下伏膜層的高選擇性來剝離BDC硬掩模層。

現(xiàn)在參考圖1，示出了襯底處理系統(tǒng)10的一個例子。雖然示出了特定的處理腔室，但也可使用其它類型的腔室。襯底處理系統(tǒng)10包括下室12和氣體分配裝置13(如面板)或包括間隔開的通孔的噴頭14。在一些實例中，襯底處理系統(tǒng)10提供遠程或下游等離子體。襯底支撐件16可以被布置在下室12中。在使用過程中，襯底18(如半導體晶片或其它類型的襯底)可以被布置在襯底支撐件16上。

襯底處理系統(tǒng)10包括氣體輸送系統(tǒng)20以供應處理氣體混合物和/或吹掃氣體。在一些實例中，氣體混合物包括H₂、NF₃和選自由CO₂和N₂O構(gòu)成的組中的氣體的預定混合物。僅作為示例，氣體輸送系統(tǒng)20可包括：一個或多個氣體源22-1、22-2、...和22-N(統(tǒng)稱為氣體源22)，其中N是大于零的整數(shù)；閥24-1、24-2、...和24-N(統(tǒng)稱為閥24)和質(zhì)量流量控制器(MFC)26-1、26-2、...和26-N(統(tǒng)稱為MFC 26)。

氣體輸送系統(tǒng)20的輸出可在歧管30中混合并被輸送到布置在氣體分配裝置13上方的上室32。在一些實例中，腔室32為圓頂形。等離子體源包括圍繞上室32布置的感應線圈34。等離子體功率源和匹配網(wǎng)絡38選擇地提供射頻(RF)或微波(MW)等離子體功率到感應線圈34。雖然感應耦合等離子體(ICP)系統(tǒng)被示出，但也可以使用其它類型的等離子體生成。替代地，等離子體可直接在處理室中產(chǎn)生。僅作為示例，可使用電容耦合等離子體(CCP)系統(tǒng)或任何其它合適類型的等離子體系統(tǒng)。

控制器40可以連接到監(jiān)測在處理室12的操作參數(shù)(如溫度、壓力等)的一個或多個傳感器41。加熱器42可以被提供來加熱襯底支撐件16和襯底18到需要的期望處理溫度。加熱器42可以包括電阻加熱器、流體通道、熱電裝置等?？刂蒲b置40控制可選閥50和泵52，以控制壓力并從處理室12抽空氣體。在一些實施例中，泵52是渦輪分子泵?？刂破?0可以用于控制氣體傳送系統(tǒng)20、加熱器42、閥50、泵52和由等離子體源產(chǎn)生的等離子體。

在一些實例中，控制器40被配置為提供具有預定比率的包括H₂、NF₃的氣體和選自由CO₂和N₂O構(gòu)成的組中的氣體的氣體混合物?？刂破?0供應等離子體到處理室或激勵處理室中的等離子體。等離子體被保持持續(xù)預定時間段，以剝離襯底的BDC硬掩模層而幾乎沒有或沒有損壞下伏層。

現(xiàn)在參考圖2和3，示出了襯底120的處理。在圖2中，襯底120包括BDC硬掩模層124、第二層128和一個或多個下伏的襯底層132。第二層128可包括膜，該膜如氧化物(例如但不限于二氧化硅(SiO₂))、氮化物膜(例如但不限于氮化硅(SiN)或硅碳化氮(SiCN))、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)、鎢(W)或硅化鎢(WSi)。在一些實例中，BDC硬掩模層124可以被用于圖案化第二層128。在第二層128(和/或下伏襯底層132)的圖案化完成后，BDC硬掩模層124被剝離。在圖3中，根據(jù)本公開，在剝離后示出BDC硬掩模層124。

現(xiàn)在參考圖4，用于去除BDC硬掩模層的方法150被示出。在154，襯底被裝載到在處理室的襯底支撐件上。襯底包括BDC硬掩模層和一個或多個下伏層。在一些實例中，控制器控制處理溫度和壓力，供給等離子體氣體混合物，激勵等離子體并熄滅等離子體。在156，如溫度和壓力等工藝參數(shù)被設定為預定值。

在160，包括預定比例的H₂、NF₃和選自由CO₂和N₂O構(gòu)成的組中的至少一種氣體的等離子體氣體混合物被供給到處理室中。在164，等離子體被提供到處理室或在處理室激勵并啟動計時器。等離子體維持預定的剝離時間段。在168，如果針對BDC硬掩模層的預定的剝離時間段結(jié)束，則在172熄滅等離子體。襯底可任選地保持在處理室或被從處理室移除，并可執(zhí)行對襯底的進一步處理。

在一些實施例中，等離子體氣體混合物包括1％至25％的CO₂或N₂O、0.5％至10％的NF₃和65％至98.5％的H₂，但也可以使用其他氣體混合物。在其它實例中，等離子體氣體混合物包括2％至8％的CO₂或N₂O、0.833％至3.33％的NF₃和88.66％至97.66％的H₂，但也可以使用其它混合物。在一個實例中，作為總氣體流的百分比的氣體流為94.33％的H₂、4％的CO₂或N₂O和1.67％的NF₃。在一些實例中，在剝離期間，處理溫度是在100℃至300℃的范圍內(nèi)，但也可使用其它處理溫度。在其它實例中，處理溫度是在140℃至160℃的范圍內(nèi)以用于殘留物去除，但也可使用其它處理溫度。在其它實例中，處理溫度為約150℃(例如，145℃至155℃)以用于殘余物的移除。在其它實例中，處理溫度是在235℃至265℃的范圍內(nèi)以用于灰化，但也可使用其它處理溫度。

在一些實施例中，硬掩模層的硼摻雜是在5％到80％的范圍內(nèi)，但也可以使用其它的摻雜水平。在一些實例中，硬掩模層的硼摻雜是在10％至45％的范圍內(nèi)，但也可以使用其它的摻雜水平。在一些實例中，腔室壓強是在250毫托(mTorr)至1000毫托范圍內(nèi)，但也可以使用其他的壓強。在一些實例中，腔室壓強是在450毫托至550毫托的范圍內(nèi)，但也可以使用其他的壓強。在一些實例中，腔室壓強為約500毫托(例如，480毫托至520毫托)。在一些實例中，RF功率是在1000瓦到4500瓦的范圍內(nèi)，但也可以使用其他的RF功率電平。在一些實例中，RF功率是2750W到3250W。

在一些實例中，采用本文所述的襯底處理系統(tǒng)和方法剝離BDC硬掩模層可具有大于或等于100：1的對于下伏的氧化物、氮化物、PSG、BPSG、W或WSi層的選擇率(selectivity)。在一些實例中，使用本文所述系統(tǒng)和方法剝離BDC硬掩模層可具有大于或等于500：1的對于下伏的氧化物、氮化物、PSG、BPSG、W或WSi層的選擇率。在其它實例中，使用本文所述的系統(tǒng)和方法剝離BDC硬掩模層可具有大于或等于1000：1的對于下伏的氧化物、氮化物、PSG、BPSG、W或WSi層的選擇率。在其它實例中，使用本文所述的系統(tǒng)和方法剝離BDC硬掩模層可具有2500：1的對于下伏的氧化物、氮化物、PSG、BPSG、W或WSi層的選擇率。

在一些實施例中，預定的剝離時間段是在1至10分鐘的范圍內(nèi)，但也可以使用其它剝離時間段。處理時間取決于被去除的特定膜并且涉及硼摻雜的比率、膜厚度、沉積溫度等。在一些實例中，灰化率是在100納米/分鐘至500納米/分鐘的范圍內(nèi)。

一般而言，選擇率變化在較大程度上基于在BDC硬掩模中的硼摻雜的比例、NF₃流和H₂流且在較小程度上基于N₂O或CO₂流率。在包括N₂O或CO₂的等離子體氣體混合物用類似的灰分率和選擇率剝離BDC硬掩膜的同時，包括N₂O的等離子體氣體混合物改善了殘留物后蝕刻的灰化率。

前面的描述在本質(zhì)上僅僅是說明性的并且不以任何方式意在限制本公開、其應用或用途。本公開的廣泛教導可以以各種形式來實現(xiàn)。因此，雖然本公開包括特定示例，但本公開的真實范圍不應被如此限制，因為其它的修改將在對附圖、說明書和下面的權(quán)利要求進行研究時變得更加清楚。應當理解的是，方法中的一個或多個步驟可以以不同的順序(或同時)來執(zhí)行而不改變本公開的原理。此外，雖然實施方式中的每一個都在上面描述為具有特定特征，但相對于本公開的任何實施方式所描述的任何一個或多個這些特征可以在任何其它實施方案中執(zhí)行和/或與其任何其它實施方案的特征結(jié)合，即使該結(jié)合未被明確說明也如此。換句話說，所描述的實施方式不是相互排斥的，并且一個或多個實施方式與另一個的排列保持在本公開的范圍內(nèi)。

元件之間(例如，模塊，電路元件，半導體層等之間)的空間和功能關系使用包括“連接”、“接合”、“聯(lián)接”、“相鄰”、“鄰近”、“在...上”、“上方”、“下方”和“設置”之類的各種術(shù)語進行描述。當在上述公開中描述第一和第二元件之間的關系時，除非明確地描述為“直接”，否則這種關系可以是其中沒有其他中間元件存在于所述第一和第二元件之間的直接的關系，但也可以是其中一個或多個中間元件(或者在空間上或功能上)存在于所述第一和第二元件之間的間接的關系。如本文所使用的，短語A、B和C中的至少一個應該被解釋為指使用非排他性的邏輯或(OR)的邏輯(A或B或C)，且不應該被解釋為指“A中的至少一個，B中的至少一個，和C中的至少一個”。

在一些實現(xiàn)方式中，控制器是系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)可以是上述實例的一部分。這種系統(tǒng)可以包括半導體處理設備，其包括一個或多個處理工具、一個或多個室、用于處理的一個或多個平臺和/或具體的處理組件(晶片基座、氣流系統(tǒng)等)。這些系統(tǒng)可以與用于控制它們在處理半導體晶片或襯底之前、期間和之后的操作的電子器件一體化。電子器件可以稱為“控制器”，該控制器可以控制一個或多個系統(tǒng)的各種元件或子部件。根據(jù)處理要求和/或系統(tǒng)的類型，控制器可以被編程以控制本文公開的任何工藝，包括控制工藝氣體輸送、溫度設置(例如，加熱和/或冷卻)、壓強設置、真空設置、功率設置、射頻(RF)發(fā)生器設置、RF匹配電路設置、頻率設置、流速設置、流體輸送設置、位置及操作設置、晶片轉(zhuǎn)移進出工具和其它轉(zhuǎn)移工具和/或與具體系統(tǒng)連接或通過接口連接的裝載鎖。

寬泛地講，控制器可以被定義為接收指令、發(fā)布指令、控制操作、啟用清潔操作、啟用端點測量等等的具有各種集成電路、邏輯、存儲器和/或軟件的電子器件。集成電路可以包括存儲程序指令的固件形式的芯片、數(shù)字信號處理器(DSP)、定義為專用集成電路(ASIC)的芯片和/或一個或多個微處理器或執(zhí)行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指令可以是以各種單獨設置(或程序文件)的形式傳送到控制器的指令，該設置定義用于在半導體晶片或系統(tǒng)上或針對半導體晶片或系統(tǒng)執(zhí)行特定過程的操作參數(shù)。在一些實施方式中，操作參數(shù)可以是由工藝工程師定義的用于在制備晶片的一個或多個(種)層、材料、金屬、氧化物、硅、二氧化硅、表面、電路和/或管芯期間完成一個或多個處理步驟的配方的一部分。

在一些實現(xiàn)方式中，控制器可以是與系統(tǒng)集成、耦合或者說是通過網(wǎng)絡連接系統(tǒng)或它們的組合的計算機的一部分或者與該計算機耦合。例如，控制器可以在“云”中或者是fab主機系統(tǒng)的全部或一部分，其可以允許遠程訪問晶片處理。計算機可以啟用對系統(tǒng)的遠程訪問以監(jiān)測制造操作的當前進程，檢查過去的制造操作的歷史，檢查多個制造操作的趨勢或性能標準，改變當前處理的參數(shù)，設置處理步驟以跟隨當前的處理或者開始新的工藝。在一些實例中，遠程計算機(例如，服務器)可以通過網(wǎng)絡給系統(tǒng)提供工藝配方，網(wǎng)絡可以包括本地網(wǎng)絡或互聯(lián)網(wǎng)。遠程計算機可以包括能夠輸入或編程參數(shù)和/或設置的用戶界面，該參數(shù)和/或設置然后被從遠程計算機傳送到系統(tǒng)。在一些實例中，控制器接收數(shù)據(jù)形式的指令，該指令指明在一個或多個操作期間將要執(zhí)行的每個處理步驟的參數(shù)。應當理解，參數(shù)可以針對將要執(zhí)行的工藝類型以及工具類型，控制器被配置成連接或控制該工具類型。因此，如上所述，控制器可以例如通過包括一個或多個分立的控制器而分布，這些分立的控制器通過網(wǎng)絡連接在一起并且朝著共同的目標(例如，本文所述的工藝和控制)工作。用于這些目的的分布式控制器的實例可以是與結(jié)合以控制室上的工藝的一個或多個遠程集成電路(例如，在平臺水平或作為遠程計算機的一部分)通信的室上的一個或多個集成電路。

在非限制性的條件下，示例的系統(tǒng)可以包括等離子體蝕刻室或模塊、沉積室或模塊、旋轉(zhuǎn)清洗室或模塊、金屬電鍍室或模塊、清潔室或模塊、倒角邊緣蝕刻室或模塊、物理氣相沉積(PVD)室或模塊、化學氣相沉積(CVD)室或模塊、原子層沉積(ALD)室或模塊、原子層蝕刻(ALE)室或模塊、離子注入室或模塊、軌道室或模塊、以及在半導體晶片的制備和/或制造中可以關聯(lián)上或使用的任何其它的半導體處理系統(tǒng)。

如上所述，根據(jù)將要由工具執(zhí)行的一個或多個工藝步驟，控制器可以與一個或多個其它的工具電路或模塊、其它工具組件、群集工具、其它工具界面、相鄰的工具、鄰接工具、位于整個工廠中的工具、主機、另一個控制器、或者在將晶片的容器往來于半導體制造工廠中的工具位置和/或裝載口搬運的材料搬運中使用的工具通信。