CN114664656A - 使用臭氧气体和氢自由基的工件加工 - Google Patents

使用臭氧气体和氢自由基的工件加工 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于加工工件的方法，工件包括铜层和钌层，该方法包括：将工件放置在加工腔室中的工件支撑件上，工件已经使用化学机械抛光CMP工艺被加工以至少部分地去除铜层；在钌层上进行臭氧蚀刻工艺，以至少部分地去除钌层，其中，臭氧蚀刻工艺包括将工件暴露于含有臭氧气体的工艺气体；在工件上进行氢自由基处理工艺，以去除存在于铜层上的氧化物层的至少一部分，其中，氢自由基处理工艺包括通过将含氢气体与等离子体源下游的一种或多种激发的惰性气体分子混合产生一个或多个氢自由基；以及，从加工腔室取出工件。

Description

使用臭氧气体和氢自由基的工件加工
本申请是名称为“使用臭氧气体和氢自由基的工件加工”、申请日为2021年5月21日、申请号为202110555481.2的中国申请的分案申请。
技术领域
本公开总体上涉及半导体加工。
背景技术
化学机械抛光(CMP)可以用于半导体工件的抛光。在典型的CMP工艺中，将工件(例如晶片)放置为与附接到平台上的旋转抛光垫相接触。在该工件的CMP加工期间，将CMP浆料(通常是化学反应性磨料混合物)供应给该垫。在该CMP工艺期间，在该垫和/或工件旋转的同时，抛光头向该工件施加压力。由于该垫平行于该工件的旋转运动的影响，浆料通过与待抛光的该工件膜发生化学和机械相互作用而完成该抛光。以这种方式持续抛光，直到有效地去除该工件上的期望的膜为止。
发明内容
本公开的各个实施方式的各方面和优点将在以下说明中部分阐述，或可从本说明中得知，或可通过各实施方式的实践而得知。
本公开的方面涉及一种用于加工工件的方法，工件包括铜层和钌层，该方法包括：将工件放置在加工腔室中的工件支撑件上，工件已经使用CMP工艺被加工以至少部分地去除铜层；在钌层上进行臭氧蚀刻工艺，以至少部分地去除钌层，其中，臭氧蚀刻工艺包括将工件暴露于含有臭氧气体的工艺气体；在工件上进行氢自由基处理工艺，以去除存在于铜层上的氧化物层的至少一部分，其中，氢自由基处理工艺包括通过将含氢气体与等离子体源下游的一种或多种激发的惰性气体分子混合产生一个或多个氢自由基；以及，从加工腔室取出工件。
该本公开的方面涉及一种用于加工工件的方法，工件包括铜层、钌层和低k介电材料层，该方法包括：将工件放置在加工腔室中的工件支撑件上，工件已经使用CMP工艺被加工以至少部分地去除铜层；将工件暴露于含有臭氧气体的第一工艺气体，使臭氧气体至少部分地蚀刻钌层；容许第二工艺气体进入等离子体腔室；对感应线圈供能，以从第二工艺气体产生含有一种或多种蚀刻物质的远程等离子体；使用隔栅过滤在远程等离子体中生成的一种或多种蚀刻物质，以产生经过滤的混合物；将含氢气体与等离子体腔室下游的经过滤的混合物混合，以形成含有氢自由基的经过滤的混合物；将工件暴露于在加工腔室中的经过滤的混合物，以使经过滤的混合物至少部分地蚀刻在铜层上的氧化物层；以及，从加工腔室取出工件。
参考以下说明和所附权利要求，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。结合入该说明书中并且构成该说明书的一部分的附图阐释了该本公开的实施方式，并且与该说明一起用来解释相关的原理。
附图简要说明
参照附图，在说明书中对本领域技术人员阐述了各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工件加工方法；
图2描绘了根据本公开的示例实施方式的示例等离子体加工装置；
图3描绘了根据本公开的示例实施方式的示例等离子体加工装置；
图4描绘了根据本公开的示例实施方式的示例等离子体加工装置；
图5描绘了根据本公开的示例实施方式的示例工件加工方法的示例流程图；
图6描绘了根据本公开的示例实施方式的使用等离子体后(post-plasma)气体注入的氢自由基的示例生成；
图7描绘了根据本公开的示例实施方式的使用细丝(filament)的氢自由基的示例生成；且
图8描绘了根据本公开的示例实施方式的使用等离子体后注入的含臭氧的气体的示例注入。
具体实施方式
现在将详细参考在附图中阐释了其一个或多个示例的实施方式。通过解释这些实施方式，而非限制本公开的方式来提供每个示例。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，可对这些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，以产生又一实施方式。因此，期望本公开的方面覆盖这种修改和变化。
本公开的示例方面涉及用于加工工件的方法，以从准备用于进一步加工的工件表面去除金属层(诸如铜层和钌层)。更具体地，本公开的示例方面涉及利用臭氧蚀刻工艺去除工件上的钌层。在使用该臭氧蚀刻工艺去除该钌层之前，可以预先经由CMP工艺处理该工件，以从该工件上去除至少一部分该铜层。另外，在一些实施方式中，然后可以将该工件暴露于氢自由基处理工艺中，以去除存在于该工件上的剩余铜层上的氧化物残留物或氧化物层。
在典型的CMP工艺中，将工件(例如，半导体晶片)放置为与附接到平台的旋转抛光垫相接触。在该工件的CMP加工期间，将CMP浆料(通常是有研磨作用的化学反应性混合物)供应给该垫。在该CMP期间，该垫和工件旋转，同时抛光头向该工件施加压力。由于该垫平行于该工件的旋转运动的影响，浆料通过与待抛光的工件膜发生化学和机械相互作用而完成该抛光。以这种方式持续抛光，直到有效地去除该工件上的期望的膜为止。
在半导体制造的不同阶段，通常使用CMP加工来去除和抛光多余的铜金属。例如，在用于形成多层次铜互连(multilevel copper interconnect)的半导体制造工艺中，通过电化学金属沉积及随后的铜CMP加工来形成金属化的铜线或铜通孔。在一些工艺中，通过常规的干法蚀刻工艺对层间介电(ILD)表面进行图案化，以形成用于垂直和水平互连的通孔和沟槽，并连接至子层互连结构。该图案化的ILD表面在ILD表面上并在该蚀刻的沟槽和通孔内涂覆有附着促进层(诸如钛或钽)和/或扩散阻挡层(诸如钌)。然后，例如通过籽铜层及随后的电化学沉积的铜层，在该附着促进层和/或该扩散阻挡层上涂覆有铜。持续电沉积，直到该结构被沉积的金属填充为止。最后，使用CMP加工以去除铜覆层、附着促进层和/或扩散阻挡层(例如钌)，直到获得具有该介电(二氧化硅和/或低k介电)表面露出的抬高部分的平坦化表面。该通孔和沟槽仍然填充有形成电路互连的导电性铜。
当使用CMP工艺以去除铜层和阻挡层(诸如钌层)两者时，通过该CMP工艺可能不能有效地去除大量钌残留物，因此通过CMP加工无法实现所需的钌层的去除。另外，CMP加工可导致残留在工件上的铜层的表面氧化。
CMP加工还可能损坏工件上的其他层，诸如低k介电材料层。多孔和无孔的低k介电材料可以在二氧化硅基质中包含有机成分，诸如甲基基团。这些材料可具有结合进二氧化硅晶格的碳和氢原子，这降低了该材料的介电常数。
因此，本公开的示例方面提供了一种工件加工方法，该方法包括臭氧蚀刻工艺，该臭氧蚀刻工艺用于从该工件上有效去除钌层而不损坏其他低k介电材料层。在完成该臭氧蚀刻工艺之后，可以将该工件暴露于氢自由基处理工艺，以从剩余的铜层中去除任何氧化物残留物，并且还有助于铜层的退火。
本公开的各方面提供了许多技术效果和益处。例如，本文提供的示例工艺允许更坚固地去除钌层，而不会损坏该工件上的其他材料或材料层，诸如低k介电材料层。此外，本文提供的方法允许蚀刻钌层而不损坏该工件上的其他低k介电材料层。另外，本文提供的方法使得来自铜层的氧化物残留物减少，同时进行该铜层的退火。此外，本文提供的臭氧蚀刻工艺和氢自由基表面处理工艺可以在该同一加工腔室中原位进行，从而节省了加工时间和金钱。
为了阐释和讨论的目的，引述“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内容，本领域普通技术人员将理解，本公开的示例方面可以与任何半导体工件或其他合适的工件结合使用。另外，将术语“约”与数值结合使用是指在所陈述的数值的百分之十(10％)之内。“基座”是指可用于支撑工件的任何结构。“远程等离子体”是指诸如在通过隔栅与工件分离的等离子体腔室中，远离工件生成的等离子体。“直接等离子体”是指直接暴露于工件的等离子体，诸如在具有可操作以支撑工件的基座的加工腔室中生成的等离子体。
低介电常数(例如，“低k”)介电材料可以用在先进半导体器件的制造中。如本文所用，低k介电材料可具有小于约3.0，诸如小于约2.5，诸如小于约2.2的介电常数。
图1描绘了根据本公开的示例实施方式对工件10的示例加工方法。该工件10包括低k介电材料层12、钌层14和铜层16。上述低k介电材料层12可以另外包括氧。在一些实施方式中，上述低k介电材料层12可以是碳氧化硅(SiOC)层。在一些实施方式中，上述低k介电材料层12可以是多孔的。例如，上述低k介电膜层可以具有在约1％至约50％范围内的孔隙率。如本文所用，“孔隙率”可以是材料中空隙或空空间的体积相对于该材料的总体积的量度。在一些实施方式中(图1中未示出)，工件10可以进一步包括一个或多个子层(例如，氧化物层)和/或衬底(例如，硅衬底)。可以进行CMP工艺80，以从工件10至少部分地去除铜层16。
可以对工件10进行根据本公开的示例方面的臭氧蚀刻工艺82，以促进对钌层14的至少一部分的选择性去除。钌层14的表面暴露于臭氧气体，以至少部分地去除该钌层14。可以通过控制一个或多个参数(例如，臭氧气体的浓度、暴露时间、工件10的温度、工艺压力以及影响该钌层14去除的任何其他合适的参数)来调节钌层14的去除。另外，将工件10暴露于臭氧气体可导致在铜层16的表面沉积氧化物层18。通过控制一个或多个参数(例如臭氧气体的浓度、暴露时间、工件10的温度、工艺压力以及任何其他合适的参数)，可以调节铜层16上沉积氧化物层18。在一些实施方式中，臭氧蚀刻工艺82允许对该钌层的去除以及对低k介电材料层12的损害降低。
可以在该工件上进行根据该本公开的示例方面的氢自由基处理工艺84，以促进从该铜层16选择性地去除至少一部分该氧化物层18。该氢自由基处理工艺84将该工件10的表面暴露于一种或多种氢自由基，以从该工件10上有效去除氧化物层18。在一些实施方式中，氢自由基可以由远程等离子体源生成。氢自由基处理工艺84可包括使用等离子体腔室中诱导出的等离子体，由工艺气体(例如含氢气体)生成一种或多种物质。该氢自由基处理工艺84可以包括过滤该一种或多种物质，以产生含有一种或多种氢自由基的经过滤的混合物。该氢自由基处理工艺84可包括将该工件10暴露于该含有一种或多种氢自由基的经过滤的混合物中，以至少部分地从该工件10去除该氧化物层18。
图2描绘了可以用于进行根据该本公开的示例实施方式的工艺的示例等离子体加工装置100。如所阐释的，等离子体加工装置100包括加工腔室110和与该加工腔室110隔开的等离子体腔室120。加工腔室110包括可操作以保持待加工的工件114(诸如半导体晶片)的工件支撑件或基座112。在这个示例阐释中，通过感应耦合的等离子体源135在等离子体腔室120(即等离子体生成区域)中生成等离子体，并且通过隔栅组件200将所需物质从该等离子体腔室120引导至工件114的表面。
为了阐释和讨论的目的，引述感应耦合等离子体源来讨论本公开的各方面。使用本文提供的公开，本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开范围的情况下，可以使用任何等离子体源(例如，感应耦合等离子体源，电容耦合等离子体源等)。
等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶棚124。该介电侧壁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可以由介电材料(诸如石英和/或氧化铝)形成。介电侧壁122可以由陶瓷材料形成。该感应耦合等离子体源135可包括感应线圈130，该感应线圈130邻近该介电侧壁122围绕该等离子体腔室120设置。该感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合到RF功率发生器134。工艺气体(例如，含氟气体或含氢气体)可从气体供应源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该腔室内部。当用来自该RF功率发生器134的RF功率为该感应线圈130供能时，可在该等离子体腔室120中生成等离子体。在特别的实施方式中，该等离子体处理装置100可包括任选的接地的法拉第笼(Faraday shield)128，以减少该感应线圈130与该等离子体的电容耦合。
如图2所示，隔栅200将该等离子体腔室120与该加工腔室110隔开。该隔栅200可用于对从在该等离子体腔室120中通过等离子体生成的混合物进行离子过滤，以生成经过滤的混合物。在该加工腔室110中，该经过滤的混合物可暴露于该工件114。
在一些实施方式中，该隔栅200可为多板隔栅。例如，该隔栅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。
该第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。该第二栅板220可具有具备多个孔的第二栅图案。该第一栅图案可与该第二栅图案相同或不同。带电粒子可在它们穿过该隔栅中的每个栅板210、220的该孔的路径中在该壁上重合。中性物质(例如，自由基)可相对自由地流过该第一栅板210和该第二栅板220中的该孔。该孔的尺寸和每个栅板210和220的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，该第一栅板210可由金属(例如，铝)或其他导电材料制成，和/或该第二栅板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，该第一栅板210和/或该第二栅板220可由其他材料(诸如硅或碳化硅)制成。在栅板由金属或其他导电材料制成的情况下，该栅板可为接地的。在一些实施方式中，栅组件可包括具有一个栅板的单个栅。
如图2所示，根据该本公开的示例方面，装置100可以包括气体输送***150，该气体输送***150被配置为例如经由气体分配通道151或其他分配***(例如，喷头)将工艺气体输送到等离子体腔室120。该气体输送***可以包括多个进气管线159。可以使用阀158和/或质量流量控制器来控制该进气管线159，以将所需量的气体输送到等离子体腔室中作为工艺气体。如图2所示，该气体输送***150可包括用于输送含氧气体(例如，O2或O3)的进气管线和用于输送含氢气体(例如，H2或NH3)的进气管线。在一些实施方式中，含氧气体和/或含氢气体可以与可被称为“载气”的惰性气体(诸如He、Ar、Ne、Xe或N2)混合。控制阀158可用于控制每个进气管线的流速，以使工艺气体流入等离子体腔室120。图2的等离子体加工装置150可以使用远程等离子体来实施该臭氧蚀刻工艺和氢自由基处理工艺。
图3描绘了可以用于实施根据本公开的示例实施方式的工艺的示例等离子体加工装置500。该等离子体加工装置500类似于图2的等离子体加工装置100。
更具体地，等离子体加工装置500包括加工腔室110和与该加工腔室110隔开的等离子体腔室120。加工腔室110包括可操作以保持待加工的工件114(诸如半导体晶片)的工件保持器或基座112。在这个示例阐释中，通过感应耦合的等离子体源135在等离子体腔室120(即等离子体生成区域)中生成等离子体，并且通过隔栅组件200将所需物质从该等离子体腔室120引导至该工件114的表面。
该等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶棚124。该介电侧壁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可以由介电材料(诸如石英和/或氧化铝)形成。介电侧壁122可以由陶瓷材料形成。该感应耦合等离子体源135可包括感应线圈130，该感应线圈130邻近该介电侧壁122围绕该等离子体腔室120设置。该感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合到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该腔室内部。当用来自该RF功率发生器134的RF功率为该感应线圈130供能时，可在该等离子体腔室120中生成等离子体。在特别的实施方式中，该等离子体处理装置100可包括任选的接地的法拉第笼(Faraday shield)128，以减少该感应线圈130与该等离子体的电容耦合。
如图3所示，隔栅200将该等离子体腔室120与该加工腔室110分离。该隔栅200可用于对从在该等离子体腔室120中通过等离子体生成的混合物进行离子过滤，以生成经过滤的混合物。在该加工腔室110中，该经过滤的混合物可暴露至工件114。
在一些实施方式中，上述隔栅200可为多板隔栅。例如，上述隔栅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。
上述第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。该第二栅板220可具有具备多个孔的第二栅图案。该第一栅图案可与该第二栅图案相同或不同。带电粒子可在它们穿过上述隔栅中的每个栅板210、220的孔的路径中在壁上复合。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。孔的尺寸和每个栅板210和220的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(诸如硅或碳化硅)制成。在栅板由金属或其他导电材料制成的情况下，上述栅板可为接地的。
图3的示例等离子体加工装置500是可操作的，以在等离子体腔室120中生成第一等离子体502(例如，远程等离子体)和在加工腔室110中生成第二等离子体504(例如，直接等离子体)。
更具体地，图3的等离子体加工装置500包括：在该基座112中的具有偏置电极510的偏置源。该偏置电极510可以经由合适的匹配网络512耦合到RF功率发生器514。当该偏置电极510被RF能量供能时，第二等离子体504可以由加工腔室110中的混合物生成，以直接暴露至工件114。该加工腔室110可以包括用于从该加工腔室110排出气体的排气口516。可以使用第一等离子体502和/或第二等离子体504来生成根据本公开的示例方面的在穿透工艺(breakthrough process)或蚀刻工艺中使用的自由基或物质。
图4描绘了类似于图2和图3的加工腔室600。更具体地说，等离子体加工装置600包括加工腔室110和与该加工腔室110隔开的等离子体腔室120。加工腔室110包括可操作以保持待加工的工件114(诸如半导体晶片)的工件保持器或基座112。在这个示例阐释中，通过感应耦合的等离子体源135在等离子体腔室120(即等离子体生成区域)中生成等离子体，并且通过隔栅组件200将所需物质从该等离子体腔室120引导至工件114的表面。
上述等离子体腔室120包括介电侧壁122和顶棚124。该介电侧壁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可以由介电材料(诸如石英和/或氧化铝)形成。介电侧壁122可以由陶瓷材料形成。该感应耦合的等离子体源135可包括感应线圈130，该感应线圈130邻近该介电侧壁122围绕等离子体腔室120设置。该感应线圈130通过合适的匹配网络132耦合到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该腔室内部。当用来自RF功率发生器134的RF功率为该感应线圈130供能时，可在该等离子体腔室120中生成等离子体。在具体实施方式中，该等离子体加工装置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4所示，隔栅200将等离子体腔室120与加工腔室110隔开。隔栅200可用于对从在该等离子体腔室120中通过等离子体生成的混合物进行离子过滤，以生成经过滤的混合物。该经过滤的混合物可暴露于至在加工腔室中的工件114。
在一些实施方式中，隔栅200可为多板隔栅。例如，该隔栅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。
上述第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。上述第二栅板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。带电粒子可在它们穿过该隔栅中的每个栅板210、220的孔的路径中在该壁上重合。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。孔的尺寸和每个栅板210和220的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(诸如硅或碳化硅)制成。在栅板由金属或其他导电材料制成的情况下，该栅板可为接地的。
图4的示例等离子体加工装置600是可操作的，以在等离子体腔室120中生成第一等离子体602(例如，远程等离子体)和在加工腔室110中生成第二等离子体604(例如，直接等离子体)。如图所示，等离子体加工装置600可包括从延伸自与远程等离子体腔室120相连的垂直侧壁122的成角度的介电侧壁622。成角度的介电侧壁622可以形成加工腔室110的一部分。
第二感应等离子体源635可位于介电侧壁622附近。第二感应等离子体源635可包括经由合适的匹配网络612耦合到RF发生器614的感应线圈610。当用RF能量充能时，感应线圈610可以由加工腔室110中的混合物中诱导出直接等离子体604。法拉第笼628可以设置在感应线圈610和侧壁622之间。
该基座112可以在竖直方向V上移动。例如，该基座112可以包括竖直提升器616，该竖直提升器可被配置为调节基座112和隔栅组件200之间的距离。作为一个实例，该基座112可以位于用于使用该远程等离子体602以进行加工的第一竖直位置。该基座112可以位于用于使用该直接等离子体604以进行加工的第二竖直位置。该第一竖直位置可以相对于第二垂直位置更靠近该隔栅组件200。
该图5的等离子体加工装置600包括：在该基座112中的具有偏置电极510的偏置源。该偏置电极510可以经由合适的匹配网络512耦合到RF功率发生器514。该加工腔室110可以包括用于从该加工腔室110中排出气体的排气口516。可以使用第一等离子体602和/或第二等离子体604生成根据本公开的示例方面的在光刻胶蚀刻工艺中使用的氢自由基。
图5描绘了根据本公开的示例方面的一种示例方法(700)的流程图。将参考图2的等离子体加工装置100以示例的方式来讨论该方法(700)。该方法(700)可以在任何合适的等离子体加工装置中实施。为了阐释和讨论的目的，图5描绘了以特定顺序进行的步骤。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，可进行各种另外的步骤(未阐释)。
在(702)处，该方法可以包括将工件114放置在等离子体加工装置100的加工腔室110中。该加工腔室110可以与等离子体腔室120隔开(例如，通过隔栅组件隔开)。例如，该方法可以包括将工件114放置在加工腔室110中的工件支撑件112上。已经使用CMP工艺对该工件114进行了加工，以从该工件上至少部分地去除铜层。
在(704)处，该方法可以包括进行臭氧蚀刻工艺，以至少部分地去除该工件114上的钌层。可以执行该臭氧蚀刻工艺，以促进该工件上相对于其他层(诸如该铜层或低k介电材料层)的该钌层的选择性蚀刻。臭氧气体可以被输送到等离子体腔室120。例如，臭氧气体可以通过进气管线被输送到上述等离子体腔室120，并且可以穿过隔栅200到达工件114。在一些实施方式中，臭氧气体可以经由该隔栅200或在该隔栅200下方被输送到该加工腔室110中，从而将该臭氧气体注入到等离子体源的下游。工件114可以包括钌层、铜层和/或低k介电材料层。该臭氧气体可以与工件的表面反应，以去除该工件上的该钌层的至少一部分。该臭氧气体还可以与该工件的该铜层反应，并在该工件的铜层上沉积氧化物残留物或氧化物层。在某些实施方式中，该臭氧气体能够从该工件上去除钌，而不会损坏存在于该工件上的其他低k介电材料层。在一些实施方式中，可以通过调节一个或多个参数(例如，该臭氧气体的浓度、工件温度、工艺压力、工艺时间和/或影响去除钌层的任何其他合适的参数)来控制钌层的去除。在某些实施方式中，可以通过调节一个或多个参数(例如，臭氧气体的浓度、工件温度、工艺压力、工艺时间和/或影响氧化物层的任何其他合适的参数)来控制铜层上的氧化物层的厚度和质量。在一些实施方式中，该臭氧蚀刻工艺在约20℃至约300℃的工艺温度下执行。在一些实施方式中，该臭氧蚀刻工艺在约100mT至约100T的工艺压力下执行。
在一些实施方式中，上述臭氧气体可被容许穿过隔栅中的一个或多个气体注入口。在其他实施方式中，在加工腔室和等离子体腔室由隔栅隔开的情况下，上述臭氧气体可被容许进入等离子体腔室并且可以流过隔栅进入加工腔室。例如，工艺气体可以经由环形气体分配通道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，上述工艺气体可以包括臭氧气体和氧气。例如，在某些实施方式中，该工艺气体可以包括以体积计从约1％至约50％的臭氧气体。另外，在某些实施方式中，该臭氧工艺气体可被容许穿过加工腔室中的一个或多个注入口。
在(706)处，该方法(700)可以包括进行氢自由基处理工艺，以从该工件114上的该铜层中至少部分去除氧化物残留物或氧化物层。该氢自由基处理工艺可以包括容许工艺气体进入等离子体腔室120。例如，可以容许工艺气体从气体源150经由环形气体分配通道151或其他合适的气体引入机构进入等离子体腔室内部125。在一些实施方式中，该工艺气体可包括含氢气体。在一些实施方式中，该工艺气体可包括含氢气体，诸如氢(H2)、氨(NH3)及其组合。在一些实施方式中，工艺气体可以包括氧气(O2)。
经由感应耦合等离子体源向该工艺气体供能，以在等离子体腔室120中生成等离子体。例如，可以利用来自RF功率发生器134的RF能量向感应线圈130供能，以在该等离子体腔室内部125生成等离子体。在一些实施方式中，可以利用脉冲功率对感应耦合等离子体源进行供能，以获得具有降低的等离子体能量的所需自由基。该等离子体可用于由工艺气体生成一种或多种自由基。
该氢自由基处理工艺(706)可以包括过滤由该等离子体生成的一种或多种离子，以产生经过滤的混合物。该经过滤的混合物可包括中性氢自由基。在一些实施方式中，可使用隔栅组件200过滤一种或多种离子，该隔栅组件200将该等离子体腔室120与该工件所处的加工腔室110隔开。在一些实施方式中，氢自由基处理工艺(706)可包括使用隔栅过滤在该远程等离子体中生成的一种或多种物质，以产生包含一种或多种氢自由基的经过滤的混合物。
例如，隔栅组件200可用于过滤由该等离子体生成的离子。该隔栅200可具有多个孔。带电粒子(例如离子)可以在其穿过该多个孔的路径中在壁上重合。中性物质(例如自由基)可以穿过这些孔。
在一些实施方式中，该隔栅200可以被配置为以大于或等于约90％(诸如大于或等于约95％)的效率过滤离子。离子过滤的效率百分比是指相对于该混合物中的离子总数，从该混合物中去除的离子量。例如，约90％的效率表示在过滤期间去除了约90％的该离子。约95％的效率表示在过滤期间去除了约95％的该离子。
在一些实施方式中，该隔栅200可以是多板隔栅。该多板隔栅可以具有平行的多个隔栅板。可以选择该栅板上的孔的布置和对准，以提供所需离子过滤效率，诸如大于或等于约95％。
例如，该隔栅200可具有彼此平行关系的第一栅板210和第二栅板220。该第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。该第二栅板220可具有具备多个孔的第二栅图案。该第一栅图案可与该第二栅图案相同或不同。带电粒子(例如离子)可在它们穿过隔栅中的每个栅板210、220的孔的路径中在壁上重合。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。
该氢自由基处理工艺(706)可以包括将该工件暴露于上述经过滤的混合物。该经过滤的混合物可含有氢自由基。将工件暴露于经过滤的混合物可导致存在于工件114上的铜层上的至少一部分氧化物残留物或氧化物层的去除。此外，将工件暴露于经过滤的混合物可促进工件114上的铜层的退火。该氢自由基处理工艺可以在约20℃至约500℃的工艺温度下执行。该氢自由基处理工艺在约10mT至约10T的工艺压力下执行。
在一些实施方式中，可以使用钨丝来生成一种或多种氢自由基。在某些其他实施方式中，可通过将含氢气体与等离子体源下游的一种或多种已激发的惰性气体分子混合来生成一种或多种氢自由基。
在(708)处，该方法可以包括从加工腔室取出工件。例如，可以将该工件114从加工腔室110中的工件支撑件112上取出。然后可以对等离子体加工装置进行调制，以用于将来对其它工件的加工。
图6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的氢自由基的示例生成。更具体地，图6描绘了根据本公开的示例实施方式的用于在等离子体后氢的注入的示例隔栅200。更具体地，该隔栅200包括以平行关系设置的第一栅板210和第二栅板220。可设置第一栅板210和第二栅板220用于离子/UV过滤。
该第一栅板210和第二栅板220可以是彼此平行的关系。该第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。该第二栅板220可具有具备多个孔的第二栅图案。该第一栅图案可与该第二栅图案相同或不同。可以将来自该等离子体的物质(例如，已激发的惰性气体分子，诸如已激发的氦气分子)215暴露至隔栅200。带电粒子(例如，离子)可在它们穿过该隔栅200中的每个栅板210、220的孔的路径中在该壁上重合。中性物质可相对自由地流过该第一栅板210和该第二栅板220中的孔。
在该第二栅板220之后，气体注入源230可被配置为将氢232混合到通过隔栅200的物质中。包括由氢气注入而产生的氢自由基的混合物225可以穿过第三栅板235，以暴露至在该加工腔室中的工件。
为了示例的目的，参考具有三个栅板的隔栅来讨论本实例。使用本文提供的公开，本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用更多或更少的栅板。另外，氢可以在隔栅中的任何点处和/或在该加工腔室中的该隔栅之后与上述物质混合。例如，上述气体注入源230可以位于第一栅板210和第二栅板220之间。
在一些实施方式中，该氢自由基可通过使氢气穿过加热的细丝(例如钨丝)上方而生成。例如，如图7所示，氢气H2 240可以穿过加热的细丝245(例如钨丝)上方，以在第一腔室中生成包含氢自由基的混合物225。该氢自由基225可以穿过隔栅200。
该隔栅200包括以平行关系设置的第一栅板210和第二栅板220。该第一栅板210可具有具备多个孔的第一栅图案。该第二栅板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。
在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用其他等离子体加工装置来实施该氢自由基处理工艺。
图8描绘了根据本公开的示例实施方式的在隔栅处的示例的臭氧气体注入。该隔栅400包括以平行关系设置的第一栅板410和第二栅板420。可提供第一栅板410和第二栅板420用于离子/UV过滤。该隔栅400可以是上述隔栅200的一个实施方式。
该第一栅板410可具有具备多个孔的第一栅图案。该第二栅板420可具有具备多个孔的第二栅图案。该第一栅图案可与该第二栅图案相同或不同。可以将来自等离子体的物质暴露至该隔栅400。带电粒子(例如，离子)可在它们穿过该隔栅中的每个栅板410、420的孔的路径中在壁上重合。中性物质可相对自由地流过该第一栅板410和该第二栅板420中的孔。
在该第二栅板420之后，气体注入源430可被配置为将臭氧气体引入穿过该隔栅400的物质中。混合物可以穿过第三栅板435，以暴露至在该加工腔室中的工件。
出于示例目的，参考具有三个栅板的隔栅来讨论本示例。使用本文提供的本公开，本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用更多或更少的栅板。另外，该臭氧气体可以在该隔栅中的任何点处和/或在该加工腔室中的隔栅之后与这些物质混合。例如，气体源430可以位于第一栅板410和第二栅板420之间。
现在将阐述用于该蚀刻工艺的示例工艺参数。
实施例1：
工艺气体：O3，浓度13％
稀释气体：O2
工艺压力：2000mT
感应耦合等离子体源功率：无功率
工件温度：125℃
工艺周期(时间)：5min
工艺气体的气体流速：
气体1+稀释气体＝1000sccm。气体1(O3)～13％
现在将阐述该氢自由基处理工艺的示例工艺参数。
实施例2：
工艺气体：H2，O2
稀释气体：无
工艺压力：200mT
源功率：3500W
偏置功率：无
工件温度：300℃
工艺周期(时间)：5min
工艺气体的气体流速：
气体1：1900sccm H2
气体2：100sccm O2
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容易明显的对本主题的这种修改、变型和/或添加。

Claims (20)

1.一种用于加工工件的方法，所述工件包括铜层和钌层，所述方法包括：
将工件放置在加工腔室中的工件支撑件上，所述工件已经使用CMP工艺被加工以至少部分地去除所述铜层；
在所述钌层上进行臭氧蚀刻工艺，以至少部分地去除所述钌层，其中，所述臭氧蚀刻工艺包括将所述工件暴露于含有臭氧气体的工艺气体；
在所述工件上进行氢自由基处理工艺，以去除存在于所述铜层上的氧化物层的至少一部分，其中，所述氢自由基处理工艺包括通过将含氢气体与等离子体源下游的一种或多种激发的惰性气体分子混合产生一个或多个氢自由基；以及
从所述加工腔室取出所述工件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述臭氧蚀刻工艺包括：
容许所述含有臭氧气体的工艺气体进入所述加工腔室；以及
将所述工件暴露于所述臭氧气体中，以去除所述钌层的至少一部分。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述工艺气体包括臭氧气体和氧气。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述工艺气体包括以体积计从约1％至约50％的臭氧气体。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述臭氧蚀刻工艺在从约20℃至约300℃的工艺温度下被执行。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述臭氧蚀刻工艺在从约100mT至约100T的工艺压力下被执行。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述加工腔室和等离子体腔室被隔栅隔开，进一步地，其中，容许所述臭氧工艺气体穿过所述隔栅中的一个或多个气体注入口。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，所述加工腔室和等离子体腔室被隔栅隔开，进一步地，其中，容许臭氧工艺气体进入所述加工腔室包括：容许所述臭氧工艺气体进入所述等离子体腔室并且允许所述臭氧工艺气体穿过所述隔栅流向所述加工腔室。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，容许臭氧工艺气体穿过所述加工腔室中的一个或多个气体注入口。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氢自由基处理工艺包括：
容许工艺气体进入等离子体腔室；
对感应线圈供能，以从所述工艺气体生成远程等离子体；
使用隔栅过滤在所述远程等离子体中生成的一种或多种物质，以产生含有一种或多种氢自由基的经过滤的混合物，所述隔栅将所述等离子体腔室与所述加工腔室隔开；以及
将所述工件暴露于在所述加工腔室中的所述经过滤的混合物，以使所述经过滤的混合物从所述铜层至少部分地蚀刻氧化物残留物或氧化物层。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含氢气体包括氢H2、氨NH3，或它们的组合。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述工件上进行氢自由基处理工艺包括使用钨丝生成一种或多种氢自由基。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述工艺气体包括含氧气体。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氢自由基处理工艺在从约20℃至约500℃的工艺温度下被执行。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氢自由基处理工艺在从约10mT至约10T的工艺压力下被执行。
16.一种用于加工工件的方法，所述工件包括铜层、钌层和低k介电材料层，所述方法包括：
将工件放置在加工腔室中的工件支撑件上，所述工件已经使用CMP工艺被加工以至少部分地去除所述铜层；
将所述工件暴露于含有臭氧气体的第一工艺气体，使所述臭氧气体至少部分地蚀刻所述钌层；
容许第二工艺气体进入等离子体腔室；
对感应线圈供能，以从所述第二工艺气体产生含有一种或多种蚀刻物质的远程等离子体；
使用隔栅过滤在所述远程等离子体中生成的所述一种或多种蚀刻物质，以产生经过滤的混合物；
将含氢气体与所述等离子体腔室下游的所述经过滤的混合物混合，以形成含有氢自由基的经过滤的混合物；
将所述工件暴露于在所述加工腔室中的所述经过滤的混合物，以使所述经过滤的混合物至少部分地蚀刻在所述铜层上的氧化物层；以及
从所述加工腔室取出所述工件。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，容许所述臭氧气体穿过所述加工腔室中的一个或多个气体注入口。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，容许所述臭氧气体穿过所述隔栅中的一个或多个气体注入口。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，容许所述臭氧气体进入所述等离子体腔室并穿过所述隔栅流向所述加工腔室。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，将含氢气体与所述等离子体腔室下游的所述经过滤的混合物混合包括：容许所述含氢气体穿过所述隔栅中的一个或多个气体注入口。
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