CN112424925A - 从氮化钛表面去除氧化物 - Google Patents

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Abstract

提供了用于从氮化钛表面去除氧化物的***和工艺。在一个示例实施中，方法包括将工件放置在处理腔室中的工件支撑件上。工件可具有氮化钛层。方法可包括对氮化钛层进行基于等离子体的氧化物去除工艺。基于等离子体的氧化物去除工艺可包括：使用等离子体源在工艺气体中通过诱导等离子体生成一种或多种物质；和将工件暴露于等离子体中生成的物质。工艺气体可包括第一气体和第二气体的混合物。第一气体可包括含氢气体和含氮气体的一种或多种。第二气体可包括含氟气体。

Description

从氮化钛表面去除氧化物
优先权声明
本申请要求2018年8月31日提交的名称为“Oxide Removal from TitaniumNitride Surfaces(从氮化钛表面去除氧化物)”的美国临时申请系列号62/725,337的优先权权益，其通过引用并入本文。
技术领域
本公开大体上涉及半导体加工，并且更具体地涉及从工件，比如半导体工件去除氧化物。
背景技术
在半导体加工中，在集成电路的制造中氮化钛表面可用作导电性扩散阻挡层。例如，氮化钛可用作半导体材料(例如，Si、SiGe等)和金属(比如铝、铜或钨)之间的导电性扩散阻挡体。作为扩散层，氮化钛可减少金属和其他杂质(其可大幅度地改变设备性能)扩散入半导体材料。作为导电层，氮化钛层可用作金属和半导体层之间的导电性接触层。
发明内容
本公开的实施方式的各方面和优点将部分在以下描述中陈述，或可从描述中得知，或可通过实施方式的实践而得知。
本公开的一个示例方面涉及用于处理等离子体处理装置中的工件的方法。该方法包括将工件放置在处理腔室中的工件支撑件上。工件可具有氮化钛层。方法可包括对氮化钛层进行基于等离子体的氧化物去除工艺。基于等离子体的氧化物去除工艺可包括：通过使用等离子体源在工艺气体中诱导等离子体生成一种或多种物质；和将工件暴露于等离子体中生成的物质。工艺气体可包括第一气体和第二气体的混合物。第一气体可包括含氢气体和含氮气体的一种或多种。第二气体可包括含氟气体。
参考以下描述和所附权利要求，各种实施方式的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图阐释了本公开的实施方式，并且与描述一起用来解释相关的原理。
附图说明
在参考所附附图的说明书中，阐释了针对本领域普通技术人员的实施方式的详细讨论，其中：
图1描绘了根据本公开的示例实施方式的示例等离子体处理装置；
图2描绘了根据本公开的示例实施方式的示例方法的流程图；
图3描绘了根据本公开的示例实施方式的示例方法的流程图；
图4描绘了根据本公开的示例实施方式的与示例氧化物去除工艺相关的示例结果；
图5描绘了根据本公开的示例实施方式的示例等离子体后气体注入；
图6描绘了根据本公开的示例实施方式的示例等离子体处理装置；以及
图7描绘了根据本公开的示例实施方式的示例等离子体处理装置。
详细描述
现在将对在附图中阐释了其一个或多个实施例的实施方式进行详细描述。以解释各实施方式，而非限制本公开的方式提供每个实施例。实际上，对本领域技术人员明显的是，在不偏离本公开的范围或精神的情况下，可对各实施方式进行各种修改和变化。例如，阐释或描述为一个实施方式的一部分的特征可与另一个实施方式一起使用，以产生又一个实施方式。因此，期望本公开的各方面覆盖这种修改和变化。
本公开的示例方面涉及用于处理具有氮化钛层的工件的方法。在半导体加工中，在集成电路的制造中氮化钛层可用作导电性扩散阻挡层。例如，氮化钛可用作半导体材料(例如，Si、SiGe等)和金属(比如铝、铜或钨)之间的导电性扩散阻挡体。作为扩散层，氮化钛可减少金属和其他杂质(其可大幅度地改变器件性能)扩散入半导体材料。作为导电层，氮化钛层可用作金属和半导体层之间的导电性接触层。
在暴露于大气或含氧的环境之下时，氮化钛层会容易氧化。氮化钛层的氧化可导致提高氮化钛的膜电阻率，降低其作为导电层的功效并最终使器件(例如，晶体管)性能劣化的不期望的效果。取决于存储条件和环境，氮化钛层的氧化可在样品与样品间变化。这种可变性可导致集成电路的性能和/或制造的不可预测性。
从氮化钛膜去除氧可导致更可控的和可再现的刻蚀、去胶、表面清洁和修饰工艺。许多刻蚀、去胶、表面清洁和其他修饰工艺为在真空中进行并且可受含氧环境影响的基于等离子体的工艺。在此方面，如果可在与这些基于等离子体的工艺相同的工艺腔室内进行用于氮化钛层的氧化物去除工艺，其可为有利的。在基于等离子体的工艺中，比如钨、二氧化硅、氮化硅的材料和其他材料可与氮化钛层同时暴露。重要的是在工件的处理期间，这些其他材料不会受损。
本公开的示例方面涉及用于从工件上的氮化钛膜选择性去除氧化钛和氮氧化物，同时工件上留下的其他材料不受损伤的基于等离子体的工艺。去除氧化钛和氮氧化物可导致氮化钛膜电阻率下降。在一些实施方式中，根据本公开的示例方面的基于等离子体的工艺可在同一处理腔室内在其他基于等离子体的工艺(例如，去胶、刻蚀、表面清洁、表面修饰等)之前、期间和/或之后原位去除氧化钛和/或氮氧化物。通过氧化物去除后合适的表面处理，氮化钛膜上和氮化钛膜中的氧、氧化物和氮氧化物即使在暴露于空气后仍可保持降低的水平。
根据本公开的示例方面，用于工件上的氮化钛膜的基于等离子体的氧化物去除工艺可使用包含含氢物质、含氮物质和含氟物质的等离子体去除氮化钛膜中的氧化物、氮氧化物和氧。这可导致天然氧化物(和氮氧化物)的去除且膜电阻率降低。另外，根据本公开的示例方面的基于等离子体的氧化物去除工艺可导致甚至在暴露于空气中数天后，氮化钛层中的氧含量仍保持减少。根据本公开的示例方面的基于等离子体的氧化物去除工艺可与一种或多种其他表面修饰工艺(例如，氮化、硫化等)组合以进一步抑制暴露于空气时氮化钛膜的氧化。
在一些示例实施方式中，方法可包括将工件放置在处理腔室中的工件支撑件上。该方法可包括在等离子体腔室中由工艺气体生成等离子体(例如，直接等离子体和/或远程等离子体)。工艺气体可包括氢气(H2)、含氮气体(例如N2)和含氟(F)气体的混合物。在一些实施方式中，工艺气体可包括载气，比如惰性气体，比如氦、氩和/或氙。含氟气体可为，例如，CF4和/或NF3。在一些实施方式中，除了氢气和/或氮气，还可使用NH3，或可使用NH3代替氢气和/或氮气。该方法可包括将具有氮化钛层的工件暴露于等离子体中生成的含氢物质、含氮物质和/或含氟物质。
以下提供了用于本公开的一个示例实施方式的示例工艺参数：
工艺气体：
H2流速：约1000至约8000SCCM
N2流速：约1000至约8000SCCM
CF4流速：约0.1至约220SCCM
总工艺气体流速：约2000SCCM至约15000SCCM
工艺压力：约200mTorr至约1500mTorr
工件温度：约90℃至约400℃。
在一些实施方式中，另外的基于等离子体的表面处理工艺可在氧化物去除后实施。这种基于等离子体的表面处理工艺可包括但不限于等离子体氮化、表面功能化、聚合物沉积、硫钝化。可在与氧化物去除工艺相同的处理腔室中对工件进行该基于等离子体的表面处理工艺。
在一些实施方式中，氧化物去除可使用等离子体后气体注入(post plasma gasinjection)完成。例如，使用等离子体源在等离子体腔室中的工艺气体中可诱导等离子体。工艺气体可包括，例如，氢气和/或惰性气体，比如氦气。等离子体腔室可与容纳有工件的处理腔室隔开。例如，过滤离子并且允许中性物质穿过的隔栅可设置在等离子体腔室和处理腔室之间。含氟气体可注入到等离子体腔室的下游(例如，在隔栅处和/或隔栅下方)的中性物质中。所得的混合物可暴露至工件，用于氮化钛层中的氧化物去除。
为了阐释和讨论的目的，参考“工件”、“晶片”或半导体晶片讨论了本公开的各方面。使用本文提供的公开，本领域普通技术人员将理解，本公开的示例方面可与任何半导体基材或其他合适的工件结合使用。另外，术语“约”与数值的联合使用旨在指在叙述的数值的百分之十(10％)以内。“基座”指可用于支撑工件的任何结构。
图1描绘了根据本公开的示例实施方式可用于进行氧化物去除工艺的示例等离子体处理装置100。图1描绘了根据本公开的示例方面可用于实施氧化物去除工艺的一个示例处理装置。使用本文提供的公开，本领域普通技术人员将理解，在不偏离本公开范围的情况下，可使用其他处理装置。
如阐释的，等离子体处理装置100包括处理腔室110和与处理腔室110隔开的等离子体腔室120。处理腔室110包括可操作地支撑待处理的工件114，比如半导体晶片的工件支撑件或基座112。在该示例阐释中，通过感应耦合的等离子体源135在等离子体腔室120(即，等离子体生成区)中生成等离子体，并且将期望的物质通过隔栅组件200从等离子体腔室120引导至基材114的表面。
为了阐释和讨论的目的，参考感应耦合的等离子体源讨论了本公开的方面。使用本文提供的公开，本领域普通技术人员将理解，在不偏离本公开的范围的情况下，可使用任何等离子体源(例如，感应耦合的等离子体源、电容耦合的等离子体源等)。
等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶棚124。介电侧壁122、顶棚124和隔栅200限定了等离子体腔室内部125。介电侧壁122可由介电材料，比如石英和/或陶瓷(例如，氧化铝)形成。感应耦合的等离子体源135可包括邻近介电侧壁122围绕等离子体腔室120设置的感应线圈130。感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合至RF功率发生器134。工艺气体(例如，氢气和载气)可从气体供应150和环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构提供至腔室内部。当用来自RF功率发生器134的RF功率为感应线圈130供能时，可在等离子体腔室120中生成等离子体。在特别的实施方式中，等离子体处理装置100可包括任选的接地的法拉第笼(Faraday shield)128，以减少感应线圈130与等离子体的电容耦合。
如图1中显示，隔栅200将等离子体腔室120与处理腔室110隔开。隔栅200可用于从在等离子体腔室120中通过等离子体生成的混合物进行离子过滤，以生成过滤的混合物。在处理腔室中，过滤的混合物可暴露至工件114。
在一些实施方式中，隔栅200可为多板隔栅。例如，隔栅200可包括以彼此平行的关系间隔开的第一栅板210和第二栅板220。第一栅板210和第二栅板220可分开一定距离。
第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。第二栅板220可具有具备多个孔的第二栅图案。第一栅图案可与第二栅图案相同或不同。带电粒子可在它们通过隔栅中的每个栅板210、220的孔的路径中的壁上复合。中性物质(例如，自由基)可相对自由地流过第一栅板210和第二栅板220中的孔。每个栅板210和220的孔径和厚度可影响带电粒子和中性粒子二者的透过性。
在一些实施方式中，第一栅板210可由金属(例如，铝)或其他导电材料制成，和/或第二栅板220可由导电材料或介电材料(例如，石英、陶瓷等)制成。在一些实施方式中，第一栅板210和/或第二栅板220可由其他材料，比如硅或碳化硅制成。如果栅板由金属或其他导电材料制成，则栅板可接地。在一些实施方式中，栅组件可包括具有一个栅板的单个栅。
图2描绘了根据本公开的示例方面的一种示例方法(250)的流程图。方法(250)将参考图1的等离子体处理装置100以示例方式讨论。方法(250)可以在任何合适的等离子体处理装置中实施。为了阐释和讨论的目的，图2描绘了以特定的顺序进行的步骤。使用本文提供的公开，本领域普通技术人员将理解，在不偏离本公开的范围的情况下，可以以各种方式省略、扩展、同时进行、重新布置和/或修改本文所述的任何方法的各个步骤。另外，在不偏离本公开的范围的情况下，可进行各种步骤(未阐释)。
在(252)处，方法可包括将工件放置在等离子体处理装置的处理腔室中。例如，方法可包括将工件114放置在处理腔室110中的工件支撑件112上。工件可包括氮化钛层。氮化钛层可为，例如，工件上半导体材料和金属之间的扩散阻挡体。
在(254)处，方法可任选地包括在氧化物去除工艺之前使用等离子体处理装置进行基于等离子体的工艺。基于等离子体的工艺可将工件暴露于使用等离子体源生成的物质。示例的基于等离子体的工艺包括等离子体刻蚀、等离子体去胶、基于等离子体的表面修饰和其他工艺。
在图1的示例等离子体处理装置中，基于等离子体的工艺可包括在等离子体腔室中使用感应耦合的等离子体源135由工艺气体诱导等离子体。隔栅200可用于从混合物进行离子过滤以生成过滤的混合物。在处理腔室中，过滤的混合物可暴露至工件114以进行等离子体刻蚀工艺、光致抗蚀剂去胶工艺、表面修饰工艺或其他工艺。在不偏离本公开的范围的情况下，可实施其他基于等离子体的工艺。
在(256)处，方法可包括在工件上的氮化钛层上进行基于等离子体的氧化物去除工艺。基于等离子体的氧化物去除工艺可为本文公开的任何氧化物去除工艺。例如，氧化物去除工艺可包括一个或多个参考图3-5讨论的氧化物去除工艺。基于等离子体的氧化物去除工艺可使用包含含氢物质、含氮物质和含氟物质的等离子体以去除氮化钛膜中的氧化物、氮氧化物和氧。
在(258)处，方法可任选地包括在氧化物去除工艺后进行基于等离子体的工艺。基于等离子体的工艺可将工件暴露于使用等离子体源生成的物质。示例的基于等离子体的工艺包括等离子体刻蚀、等离子体去胶、等离子体表面处理、基于等离子体的表面修饰和其他工艺。
在图1的示例等离子体处理装置中，基于等离子体的工艺可包括在等离子体腔室中使用感应耦合的等离子体源135由工艺气体诱导等离子体。隔栅200可用于进行从混合物过滤离子以生成过滤的混合物。在处理腔室中，过滤的混合物可暴露至工件114以进行等离子体刻蚀工艺、光致抗蚀剂去胶工艺、表面修饰工艺或其他工艺。在不偏离本公开的范围的情况下，可实施其他基于等离子体的工艺。
在一些实施方式中，在进行根据本公开的示例方面的基于等离子体的氧化物去除工艺后，方法可包括进行基于等离子体的表面处理工艺以进一步降低氮化钛层的氧化。例如，基于等离子体的表面处理工艺可包括，但不限于等离子体氮化、表面功能化、聚合物沉积、硫钝化。基于等离子体的表面处理工艺可与氧化物去除工艺在同一处理腔室中对工件进行。
在一些实施方式中，方法可包括将氮化钛层暴露于处理腔室中的有机自由基(例如，甲基自由基)。有机自由基例如可通过使用等离子体离解烃类气体和/或通过使用等离子体后气体注入将烃类气体(例如CH4)与物质(例如，激发的H自由基，激发的惰性气体分子等)混合生成。甲基自由基可降低氮化钛层中氧化物的形成。
在(210)处，方法可包括从处理腔室中取出工件。例如，工件114可从处理腔室110中的工件支撑件112取出。然后可调整等离子体处理装置，用于将来其他工件的处理。这样，氧化物去除工艺(206)和一种或多种任选的基于等离子体的工艺(204)、(208)可使用同一处理装置进行，而工件在同一处理腔室中，不用取出工件。这可减少由于在不同的处理腔室之间移动工件而导致的处理等待时间，以及使工件暴露于大气。
图3描绘了根据本公开的示例方面的示例氧化物去除工艺(300)的流程图。工艺(300)可使用等离子体处理装置100实施。然而，如以下将详细讨论的，在不偏离本公开的范围的情况下，根据本公开的示例方面的方法可使用其他方式实施。图3描绘了为了阐释和讨论的目的，以特定的顺序进行各步骤。使用本文提供的公开，本领域普通技术人员将理解，在不偏离本公开的范围的情况下，可以以各种方式省略、扩展、同时进行、重新布置和/或修改本文所述的任何方法的各个步骤。另外，在不偏离本公开的范围的情况下，可进行各种另外的步骤(未阐释)。
在(302)处，氧化物去除工艺可包括加热工件。例如，可在工艺腔室中将工件114加热至工艺温度。可使用一种或多种与基座112相关的加热***将工件114加热。在一些实施方式中，工件可被加热至约90℃至约400℃的范围内的工艺温度。
在(304)处，氧化物去除工艺可包括允许工艺气体进入等离子体腔室。例如，可允许工艺气体经环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构从气体源150进入等离子体腔室内部125。
在一些实施方式中，工艺气体可为第一气体和第二气体的混合物。在一些实施方式中，第一气体可为含氢气体和含氮气体的混合物。例如，在一些实施方式中，第一气体可为H2和N2的混合物。在一些实施方式中，第一气体可为NH3。在一些实施方式中，第一气体可为H2、N2和NH3的混合物
在一些实施方式中，第二气体可为含氟气体。例如，第二气体可为CF4。在一些实施方式中，第二气体可为NF3。
在一些实施方式中，工艺气体包括H2气体、N2气体和CF4气体，H2气体的流速在约1000每分钟标准立方体厘米(SCCM)至约8000SCCM的范围内，N2气体的流速在约1000SCCM至约8000SCCM的范围内，CF4气体的流速在约0.1SCCM至约220SCCM的范围内。工艺气体的总流速可在约2000SCCM至约15000SCCM的范围内。
在(306)处，氧化物去除工艺可包括为感应耦合的等离子体源供能以在等离子体腔室中生成等离子体。例如，感应线圈130可用来自RF功率发生器134的RF能供能，以在等离子体腔室内部125生成等离子体。在一些实施方式中，感应耦合的等离子体源可用脉冲功率供能以获得期望的等离子体能降低的自由基。在(308)处，等离子体可用于生成一种或多种物质。
在(310)处，氧化物去除工艺可包括过滤一种或多种由等离子体生成的离子以形成过滤的混合物。过滤的混合物可包括中性自由基。在一些实施方式中，一种或多种离子可使用将等离子体腔室与工件所在的处理腔室隔开的隔栅组件过滤。例如，隔栅组件200可用于过滤由等离子体生成的离子。隔栅200可具有多个孔。带电粒子(例如，离子)可在它们通过多个孔的路径中的壁上复合。中性物质(例如自由基)可穿过这些孔。
在一些实施方式中，隔栅200可被配置为以大于或等于约90％，比如大于或等于约95％的效率过滤离子。对于离子过滤的效率百分数指相对于混合物中离子的总数从混合物去除的离子的量。例如，约90％的效率指示约90％的离子在过滤期间去除。约95％的效率指示约95％的离子在过滤期间去除。
在一些实施方式中，隔栅可为多板隔栅。多板隔栅可具有平行的多个隔栅板。可选择栅板中的孔的布置和排列，以提供期望的用于离子过滤的效率，比如大于或等于约95％。
例如，隔栅200可具有关系为彼此平行的第一栅板210和第二栅板220。第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。第二栅板220可具有具备多个孔的第二栅图案。第一栅图案可与第二栅图案相同或不同。带电粒子(例如，离子)可在它们通过隔栅200中的每个栅板210、220的孔的路径中的壁上复合。中性物质(例如，自由基)可相对自由地流过第一栅板210和第二栅板220中的孔。
在图3的(312)处，氧化物去除工艺可包括将工件暴露于所述物质。更具体地，工件可暴露于等离子体中生成并且穿过隔栅组件的物质。作为示例，含氢物质、含氮物质和含氟物质可穿过隔栅200并且暴露至工件114。将工件暴露于含氟物质可导致从氮化钛层去除氧化物、氮氧化物和氧。
图4描绘了与根据本公开的示例实施方式的示例氧化物去除工艺相关的示例结果。更具体地，图4描绘了在氧化物去除工艺之前和之后，显示氮化钛层中钛的化学键合改变的钛2p峰的X射线光电子能谱(XPS)光谱。曲线410与“对照”样品相关，“对照”样品与作为沉积的氮化钛的样品相关。曲线412和414与两个样品“9”和“10”相关。使用氧化物去除工艺用H2/N2/CF4工艺气体中诱导的等离子体处理样品9和10一分钟。曲线416与样品“8”相关。使用氧化物去除工艺用Ar/H2/CF4工艺气体中诱导的等离子体处理样品8一分钟。在氧化物去除工艺之前和在氧化物去除工艺之后将所有样品暴露于空气。曲线410、412、414和416表明在等离子体氧化物去除工艺后，去除TiO2和TiON。
以下表1提供了从XPS测量的样品的元素组成。表1表明在进行根据本公开的示例方面的基于等离子体的氧化物去除工艺之后氧含量减少。
表1：
样品ID C 1s％ F 1s％ N 1s％ O 1s％ Si 2p％ Ti 2p％
对照 8.4 1.2 30.6 26.7 1.2 31.9
10 6.1 2.2 32.6 24.0 1.8 33.4
9 6.2 2.9 34.2 21.5 1.3 34.0
8 6.2 2.5 34.9 21.1 1.8 33.6
以下表2提供了在氧化物去除工艺之前和在氧化物去除工艺之后与样品10的薄层电阻相关的数据。如图所示，氮化钛层的电阻减小。
表2：
Figure BDA0002880345170000101
Figure BDA0002880345170000111
在一些实施方式中，从工件上的氮化钛层的氧化物去除工艺使用等离子体后气体注入实施。等离子体后气体注入可包含将含氟气体混合入等离子体下游的中性物质。在一些实施方式中，含氟气体在将含有工件的处理腔室和等离子体腔室隔开的隔栅处或在将含有工件的处理腔室和等离子体腔室隔开的隔栅处下游与中性物质混合，在等离子体腔室中，在工艺气体中诱导等离子体。根据本公开的示例实施方式的等离子体后气体注入可导致生成含氟的自由基，用于暴露至工件。含氟的自由基可用于工件上的氮化钛层的氧化物去除。
图5描绘了根据本公开的示例实施方式的使用等离子体后气体注入示例生成含氟的自由基。更具体地，图5描绘了用于根据本公开的示例实施方式的等离子体后含氟气体注入的示例隔栅200。隔栅200包括以平行关系设置的第一栅板210和第二栅板220。可提供第一栅板210和第二栅板220用于离子/UV过滤。
第一栅板210和第二栅板220可为彼此平行的关系。第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。第二栅板220可具有具备多个孔的第二栅图案。第一栅图案可与第二栅图案相同或不同。来自等离子体的物质215可暴露至隔栅200。带电粒子(例如，离子)可在它们通过隔栅200中的每个栅板210、220的孔的路径中的壁上复合。中性物质可相对自由地流过第一栅板210和第二栅板220中的孔。
在第二栅板220之后，可配置气体注入源230将含氟气体232混入穿过隔栅200的物质237中。在一些实施方式中，含氟气体为CF4。在一些实施方式中，含氟气体为NF4。由注入含氟气体产生的包括含氟自由基的混合物225可穿过第三栅板235，用于暴露至处理腔室中的工件。
为了示例目的，参考具有三个栅板的隔栅来讨论本示例。在不偏离本公开的范围的情况下，使用本文提供的公开，本领域普通技术人员将理解，可使用更多或更少的栅板。另外，在处理腔室中的隔栅中和/或隔栅后的任何点，含氟气体可与物质混合。例如，气体注入源230可位于第一栅板210和第二栅板220之间。
在不偏离本公开范围的情况下，可使用其他等离子体处理装置实施氧化物去除工艺和/或等离子体去胶工艺。
图6描绘了根据本公开的示例实施方式的可用于实施工艺的示例等离子体处理装置500。等离子体处理装置500类似于图1的等离子体处理装置100。
更具体地，等离子体处理装置500包括处理腔室110和与处理腔室110隔开的等离子体腔室120。处理腔室110包括可操作地支撑待处理的工件114，比如半导体晶片的基材支架或基座112。在该示例阐释中，通过感应耦合的等离子体源135在等离子体腔室120(即，等离子体生成区)中生成等离子体，并且将期望的物质通过隔栅组件200从等离子体腔室120引导至基材114的表面。
等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶棚124。介电侧壁122、顶棚124和隔栅200限定了等离子体腔室内部125。介电侧壁122可由介电材料，比如石英和/或氧化铝形成。感应耦合的等离子体源135可包括邻近介电侧壁122围绕等离子体腔室120设置的感应线圈130。感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合至RF功率发生器134。工艺气体(例如，惰性气体)可从气体供应150和环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构提供至腔室内部。当用来自RF功率发生器134的RF功率为感应线圈130供能时，可在等离子体腔室120中生成等离子体。在特别的实施方式中，等离子体处理装置100可包括任选的接地的法拉第笼128，以减少感应线圈130与等离子体的电容耦合。
如图6中显示，隔栅200将等离子体腔室120与处理腔室110分开。隔栅200可用于从在等离子体腔室120中通过等离子体生成的混合物进行离子过滤，以生成过滤的混合物。在处理腔室中，过滤的混合物可暴露至工件114。
在一些实施方式中，隔栅200可为多板隔栅。例如，隔栅200可包括以彼此平行的关系间隔开的第一栅板210和第二栅板220。第一栅板210和第二栅板220可分开一定距离。
第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。第二栅板220可具有具备多个孔的第二栅图案。第一栅图案可与第二栅图案相同或不同。带电粒子可在它们通过隔栅中的每个栅板210、220的孔的路径中的壁上复合。中性物质(例如，自由基)可相对自由地流过第一栅板210和第二栅板220中的孔。每个栅板210和220的孔径和厚度可影响带电粒子和中性粒子二者的透过性。
在一些实施方式中，第一栅板210可由金属(例如，铝)或其他导电材料制成和/或第二栅板220可由导电材料或介电材料(例如，石英、陶瓷等)制成。在一些实施方式中，第一栅板210和/或第二栅板220可由其他材料，比如硅或碳化硅制成。如果栅板由金属或其他导电材料制成，则栅板可接地。
图6的示例等离子体处理装置500可操作地在等离子体腔室120中生成第一等离子体502(例如，远程等离子体)并且在处理腔室110中生成第二等离子体504(例如，直接等离子体)。如本文使用的，“远程等离子体”指远离工件，比如在通过隔栅与工件分开的等离子体腔室中生成的等离子体。如本文使用的，“直接等离子体”指直接暴露至工件的等离子体，比如在具有可操作地支撑工件的基座的处理腔室中生成的等离子体。
更具体地，图6的等离子体处理装置500包括基座112中具有偏置电极510的偏置源。偏置电极510可经合适的匹配网络512耦合至RF功率发生器514。当偏置电极510用RF能供能时，第二等离子体504可由处理腔室110中的混合物生成，用于直接暴露至工件114。处理腔室110可包括用于排出来自处理腔室110的气体的排气口516。根据本公开的示例方面的氧化物去除工艺中使用的物质可使用第一等离子体502和/或第二等离子体504生成。
图7描绘了类似于图2和图7的处理腔室的处理腔室600。更具体地，等离子体处理装置600包括处理腔室110和与处理腔室110隔开的等离子体腔室120。处理腔室110包括可操作地支撑待处理工件114，比如半导体晶片的基材支架或基座112。在该示例阐释中，通过感应耦合的等离子体源135在等离子体腔室120(即，等离子体生成区)中生成等离子体，并且将期望的物质通过隔栅组件200从等离子体腔室120引导至基材114的表面。
等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶棚124。介电侧壁122、顶棚124和隔栅200限定了等离子体腔室内部125。介电侧壁122可由介电材料，比如石英和/或氧化铝形成。感应耦合的等离子体源135可包括邻近介电侧壁122围绕等离子体腔室120设置的感应线圈130。感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合至RF功率发生器134。工艺气体(例如，惰性气体)可从气体供应150和环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构提供至腔室内部。当用来自RF功率发生器134的RF功率为感应线圈130供能时，可在等离子体腔室120中生成等离子体。在特别的实施方式中，等离子体处理装置100可包括任选的接地的法拉第笼128，以减少感应线圈130与等离子体的电容耦合。
如图7中显示，隔栅200将等离子体腔室120与处理腔室110分开。隔栅200可用于从在等离子体腔室120中通过等离子体生成的混合物进行离子过滤，以生成过滤的混合物。在处理腔室中，过滤的混合物可暴露至工件114。
在一些实施方式中，隔栅200可为多板隔栅。例如，隔栅200可包括以彼此平行关系间隔开的第一栅板210和第二栅板220。第一栅板210和第二栅板220可分开一定距离。
第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。第二栅板220可具有具备多个孔的第二栅图案。第一栅图案可与第二栅图案相同或不同。带电粒子可在它们通过隔栅中的每个栅板210、220的孔的路径中的壁上复合。中性物质(例如，自由基)可相对自由地流过第一栅板210和第二栅板220中的孔。每个栅板210和220的孔径和厚度可影响带电粒子和中性粒子二者的透过性。
在一些实施方式中，第一栅板210可由金属(例如，铝)或其他导电材料制成和/或第二栅板220可由导电材料或介电材料(例如，石英、陶瓷等)制成。在一些实施方式中，第一栅板210和/或第二栅板220可由其他材料，比如硅或碳化硅制成。如果栅板由金属或其他导电材料制成，则栅板可接地。
图7的示例等离子体处理装置600可操作地在等离子体腔室120中生成第一等离子体602(例如，远程等离子体)并且在处理腔室110中生成第二等离子体604(例如，直接等离子体)。如图所示，等离子体处理装置600可包括从与远程等离子体腔室120相连的竖直侧壁122延伸的有角度的介电侧壁622。有角度的介电侧壁622可形成处理腔室110的一部分。
第二感应等离子体源635可靠近介电侧壁622放置。第二感应等离子体源635可包括经合适的匹配网络612耦合至RF发生器614的感应线圈610。感应线圈610，当用RF能供能时，可由处理腔室110中的混合物诱导出直接等离子体604。法拉第笼628可设置在感应线圈610和侧壁622之间。
基座可112在竖直方向V上移动。例如，基座112可包括可配置为调节基座112和隔栅组件200之间的距离的竖直提升器616。作为一个示例，基座112可放置在第一竖直位置，用于使用远程等离子体602处理。基座112可在第二竖直位置，用于使用直接等离子体604处理。第一竖直位置相对于第二竖直位置可更靠近隔栅组件200。
图7的等离子体处理装置600包括在基座112中具有偏置电极510的偏置源。偏置电极510可经合适的匹配网络512耦合至RF功率发生器514。处理腔室110可包括用于排出来自处理腔室110的气体的排气口516。根据本公开的示例方面的氧化物去除工艺中使用的物质可使用第一等离子体602和/或第二等离子体604生成。
尽管已经结合其特定的示例实施方式详细地描述了本主题，但是应当理解，本领域技术人员在获得前述的理解之后，可容易地为这些实施方式产生改变、变型和等效方案。因此，示例了而不是限制了本公开的范围，并且本公开不排除包括对本领域技术人员是明显的对本主题的这种修改、变型和/或添加。

Claims (20)

1.一种用于处理等离子体处理装置中的工件的方法，所述方法包括：
将工件放置在处理腔室中的工件支撑件上，所述工件具有氮化钛层；
对所述氮化钛层进行基于等离子体的氧化物去除工艺，所述基于等离子体的氧化物去除工艺包括：
通过使用等离子体源在工艺气体中诱导等离子体生成一种或多种物质；
将工件暴露于等离子体中生成的物质；
其中，所述工艺气体包括第一气体和第二气体的混合物，所述第一气体包括含氢气体和含氮气体的一种或多种，所述第二气体包括含氟气体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一气体包括H2气体和N2气体。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一气体包括NH3气体。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一气体包括H2气体、N2气体和NH3气体。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二气体包括CF4气体。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二气体包括NF3气体。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工艺气体包括H2气体、N2气体和CF4气体，H2气体的流速在约1000SCCM至约8000SCCM的范围内，N2气体的流速在约1000SCCM至约8000SCCM的范围内，CF4气体的流速在约0.1SCCM至约220SCCM的范围内。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述工艺气体的总流速在约2000SCCM至约15000SCCM的范围内。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在基于等离子体的氧化物去除工艺期间，所述处理腔室中的压力在约200mTorr至约1500mTorr的范围内。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，在基于等离子体的氧化物去除工艺期间，工件的温度在约90℃至约400℃的范围内。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，等离子体源包括感应耦合的等离子体源。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述等离子体在通过隔栅与处理腔室隔开的等离子体腔室中生成。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括在处理腔室中对工件进行基于等离子体的工艺，不用取出工件。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述基于等离子体的工艺包括等离子体刻蚀工艺、等离子体去胶工艺或等离子体表面处理工艺的一种或多种。
15.一种用于处理工件的方法，包括：
将工件放置在处理腔室中的工件支撑件上，所述工件包括氮化钛层；
通过在等离子体腔室中的工艺气体中诱导等离子体生成一种或多种物质；
使用将等离子体腔室与处理腔室隔开的隔栅从一种或多种物质过滤一种或多种离子；
将等离子体腔室下游的含氟气体注入到一种或多种物质中以生成第二混合物；
将工件暴露于处理腔室中的第二混合物，以从氮化钛层去除氧化物。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述含氟气体包括NF3。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述含氟气体包括CF4。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述工艺气体包括氢气。
19.一种用于处理的方法，所述方法包括：
将工件放置在处理腔室中的工件支撑件上，所述工件具有氮化钛层；
在等离子体腔室中使用用第一工艺气体生成的第一等离子体对氮化钛层进行基于等离子体的氧化物去除工艺，所述基于等离子体的氧化物去除工艺包括：
通过使用等离子体源在工艺气体中诱导等离子体在等离子体腔室中生成一种或多种物质；
通过将等离子体腔室与处理腔室隔开的隔栅过滤使用等离子体生成的离子；和
在处理腔室中，将工件暴露于等离子体中生成的中性物质；
在等离子体腔室中使用用第二工艺气体生成的第二等离子体对所述工件进行基于等离子体的工艺；
从所述处理腔室取出所述工件；
其中，第一工艺气体包括H2气体、N2气体和含氟气体，H2气体的流速在约1000SCCM至约8000SCCM的范围内，N2气体的流速在约1000SCCM至约8000SCCM的范围内，CF4气体的流速在约0.1SCCM至约220SCCM的范围内。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第二工艺气体不同于所述第一工艺气体。
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