[发明专利]改善光刻胶粘附性和重新使用一致性的氢处理方法

说明书

背景技术

灰化是等离子体传播的剥离工艺，通过该工艺，光刻胶、有机上覆层和/或聚合物残余物在暴露于等离子体时被从衬底剥离或去除。通常，在进行了其中光刻胶材料被用作用于将图案刻蚀到衬底中的光掩模的刻蚀工艺之后，进行灰化。灰化工艺也被用于去除诸如抗反射涂层(ARC)之类的其它有机层(如果有的话)。此外，灰化工艺可以用于去除错位的光刻胶图案(″重新使用晶片″)并且可以在剥离(lift-off)工艺中进行。已知的是，在灰化之前进行的工艺步骤可能使得光刻胶和ARC的表面改性和/或可能形成聚合物/残余物。当灰化时非常理想的是，尽可能快地完全去除光刻胶和其它有机上覆层、聚合物/残余物，而不会存在构成下面层的材料的任何损失。

注意到灰化工艺明显不同于刻蚀工艺是重要的。虽然两种工艺都是等离子体传播的，但是刻蚀工艺的明显不同之处在于，所选择的等离子体化学物质通过穿过光刻胶掩模中的开口去除衬底表面的若干部分，将图像永久性地转移到衬底中。等离子体一般包括低温下的高能离子轰击，以去除衬底的若干部分。而且，衬底的暴露于离子的部分通常以等于或大于光刻胶掩模的去除速率的速率被去除。相反，灰化工艺一般涉及选择性去除光刻胶掩模和在刻蚀过程中形成的任何聚合物或残余物。灰化等离子体化学物质的攻击性远远低于刻蚀化学物质，并且通常，所选择的灰化等离子体化学物质以远远大于下方衬底的去除速率的速率去除光刻胶掩模层。而且，大多数灰化工艺将衬底加热到大于200℃的温度，以提高等离子体的反应性。因此，刻蚀工艺和灰化工艺涉及去除明显不同的材料，因此，需要完全不同的等离子体化学物质和工艺。成功的灰化工艺不会用于将图像永久性转移到衬底中。相反，成功的灰化工艺受到光刻胶、聚合物和残余物去除速率的限制，不会影响或去除包括下方衬底的层。

在等离子体灰化处理过程中，重要的是将各种特征的临界尺寸(CD)保持在严格受控的规范内，以及促进适当的下层表面条件，以便在光刻胶和/或聚合物/残余物去除之后的工艺步骤中进行成功的金属填充。在下方层中形成的图案化外形中的小的偏差可以不利地影响器件性能、最终集成电路的成品率和可靠性。传统上，灰化等离子体由含氧气体产生。但是，已经发现，含氧等离子体易于损坏用于先进集成电路制造中使用的某些材料。例如，已知在等离子体处理过程中，含氧等离子体提高低k电介质下方层的介电常数。介电常数的提高影响互连电容等，这直接影响器件性能。而且，使用含氧等离子体通常对于使用铜金属层的先进器件制造是不那么优选的。

为了克服这些问题，已经开发了无氧等离子体化学物质。有限的几种无氧等离子体已经被用于将去除光刻胶、有机上覆层和聚合物/残余物从包含低k电介质材料的衬底去除，而不会物理地损伤低k电介质层。无氧等离子体通常由氢/氮气混合物产生，所述氢/氮气混合物还可以包含氟气。然而，在某些情况下，已经发现使用这样的无氧等离子体将改变和/或影响下方衬底的化学、力学和电性能。例如，将含碳和/或氢的低k电介质材料暴露于由氢、氮和氟气体混合物产生的无氧等离子体会导致明显的损伤。有时，在等离子体处理之后的衬底测量检测过程中，检测不到这样的损伤。但是，在随后的等离子体灰化之后通常可能使用的湿法清洁工艺中，这样的损伤可能容易地被显现出来，其中，含碳和/或氢的低k电介质材料中的一些部分被去除。电介质材料的去除部分成为特征的临界尺寸(CD)变化的来源，而这样的变化常常是不能接受的，并且影响整体的器件成品率。而且，即使不涉及到湿法清洁工艺，电介质材料的电和力学性能可能由于暴露于无氧等离子体而被改变，从而影响工作性能。碳被认为在等离子体暴露过程从电介质材料中耗尽。因为无氧等离子体通常由含有氮的气体混合物产生，所以人们认为氮以如下方式损伤电介质：其在随后的金属填充(metal filling)工艺中产生问题，诸如在沟槽结构的底部生成空洞。

因此，需要改善的无氧等离子体灰化工艺。

发明内容

为了解决这些和其它需要，本发明部分地提供了无氧等离子体灰化方法，其中下方衬底层的表面性能基本不被灰化方法改变。

在第一方面中，提供了一种用于从半导体衬底选择性去除光刻胶、有机上覆层和/或聚合物/残余物而基本不降低下方衬底层的粘附性能的等离子体灰化方法。所述方法一般包括：将衬底置于等离子体反应器中；将氢源气体提供到所述等离子体反应器，并且在能量源的存在下使得所述氢源气体反应以生成基于氢的等离子体；以及将所述衬底在等离子体灰化条件下暴露于所述基于氢的等离子体，所述等离子体灰化条件足以选择性地去除所述光刻胶、有机上覆层和/或聚合物/残余物，从而留下处于经还原的状态的下方电介质层或氧化物层。