用有机前体通过远程等离子体表面处理含硅和碳的膜制造技术

提供用于处理低k介电材料的表面处理工艺。一个示例性实施可包括用于处理工件的方法。工件可包括含硅和碳的膜材料。方法可包括用表面处理工艺处理工件。表面处理工艺可包括在第一腔室中生成一种或多种核素；将一种或多种烃分子与核素混合以形成包括一种或多种有机自由基的混合物；和在第二腔室中将在工件上的含硅和碳的层暴露于混合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用有机前体通过远程等离子体表面处理含硅和碳的膜优先权声明本申请要求2018年4月20日提交的名称为“SurfaceTreatmentOfSiliconAndCarbonContainingFilmsByRemotePlasmaWithOrganicPrecursors(用有机前体通过远程等离子体表面处理含硅和碳的膜)”的美国申请序列号15/958,635的优先权，其要求2017年10月3日提交的名称为“SurfaceTreatmentofSiliconandCarbonContainingFilmsbyRemotePlasmawithOrganicPrecursors(用有机前体通过远程等离子体表面处理含硅和碳的膜)”的美国临时申请序列号62/567,295的优先权，其为了所有目的通过引用并入本文。
本公开总体上涉及表面处理如半导体工件的基材。
技术介绍
含碳低介电常数(k)的介电材料正越来越多地用于半导体器件的制造中。例如，SiOCN可用作高级半导体器件的生产线前道工序(front-end-of-line)(FEOL)应用中的隔离物材料。SiOC可用作生产线后道工序(back-end-of-line)(BEOL)应用中的互连电介质。含碳低k介电材料如多孔的低k介电材料可容易受到半导体制造工艺步骤(例如，含氧等离子体干法刻蚀、等离子体干灰、湿法清洗、化学机械抛光(CMP)等等)的损坏。这种损坏可包括，例如与碳膜暴露的表面区域(例如，顶表面、侧壁等等)的消耗和用Si-OH(羟基)键置换Si-CH3(甲基)键相关的介电常数(k)的增加。
技术实现思路
本公开的实施方式的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可以从描述中得知，或可以通过实施方式的实践得知。本公开的一个示例性方面涉及用于处理工件的方法。工件可包括含硅和碳的膜材料。方法可包括在含硅和碳的膜材料上进行基于有机自由基的表面处理工艺。表面处理工艺可包括在第一腔室中生成一种或多种核素(species)；将一种或多种烃分子与核素混合以形成包括一种或多种有机自由基的混合物；和在第二腔室中将在工件上的含硅和碳的层暴露于混合物。本公开的其他示例性方面涉及用于工件的表面处理的系统、方法和仪器。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。并入在该说明书中并构成该说明书的部分的附图阐明了本公开的实施方式，并且与描述一起用来解释相关原理。附图说明针对本领域技术人员的实施方式的详细讨论参照了所附附图的说明书中陈述，其中：图1描述了示例性生产线前道工序(FEOL)隔离物(spacer)结构；图2描述了示例性生产线后道工序(BEOL)互连结构；图3描述了根据本公开的示例性实施方式的示例性等离子处理仪器；图4描述了根据本公开的示例性实施方式的示例性方法的流程图；图5描述了根据本公开的示例性实施方式的示例性表面处理工艺的流程图；图6描述了根据本公开的示例性实施方式的示例性表面处理工艺的流程图；图7描述了根据本公开的示例性实施方式在表面处理工艺期间在离子过滤后示例性气体注入；图8描述了根据本公开的示例性实施方式的示例性方法的流程图；以及图9描述了根据本公开的示例性实施方式的有机自由基的示例性生成。具体实施方式现在将详细参考实施方式，在附图中阐明了其一个或多个实例。通过实施方式(非限制本公开)的说明提供每个实例。实际上，对本领域技术人员是显而易见的，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对实施方式进行各种修改和变化。例如，作为一个实施方式的部分阐明或描述的特征可以与另一个实施方式一起使用以产生仍进一步的实施方式。因此，意欲本公开的各方面覆盖这样的修改和变化。本公开的示例性方面涉及在如半导体晶片的工件上用于处理含硅和碳的低k介电膜材料的表面处理工艺。低介电常数(例如，“低k”)介电材料可在高级半导体器件的制造中使用。低k介电材料可具有小于约3.0，如小于约2.5，如小于约2.2的介电常数。如本文使用的，术语“约”与数值联合的使用可指的是所述数值的20％之内。低k介电材料可用在例如生产线前道工序(FEOL)应用中，作为栅极和源极之间和/或栅极和漏极之间的隔离物。图1描述了具有示例性低k隔离物结构的工件50。更具体地，工件50包括具有晶体管结构54(例如，栅极)的半导体基材52(例如，硅)。介电层55可配置在晶体管结构54与半导体基材52之间。隔离物结构(例如，栅极侧壁隔离物结构)可至少部分地围绕晶体管结构54。隔离物结构可包括含硅和碳的薄膜57。在一些实施方式中，膜57可另外包括氮。在一些实施方式中，膜57可另外包括氧。在一些实施方式中，膜57可以为碳氮化硅(SiCN)膜。在一些实施方式中，膜57可以为氧碳氮化硅(SiOCN)膜。如含氧等离子体干法刻蚀、等离子体干灰、湿法清洗等等的半导体制造工艺可导致对用作FEOL应用中的隔离物结构的部分的膜57的损坏(例如，增加k值)。低k电介质也可用在生产线后道工序(BEOL)应用中，如互连结构(例如Cu互连结构)的部分。例如，图2描述了用于制造BEOL中的铜互连结构的示例性工艺流程。如示出，工件60包括抗蚀剂层(resistlayer)62和在具有铜部分67的层65上形成的含硅和碳的低k介电膜层64。在一些实施方式中，低k介电膜层64可另外包括氧。在一些实施方式中，低k介电膜层64可以为氧碳化硅(SiOC)层。在一些实施方式中，低k介电膜层64可为多孔的。例如，低k介电膜层可具有约1％至约50％的范围内的孔隙率。如本文使用的，“孔隙率”可以为相对于材料的总体积的材料中的空隙或空的空间的体积的度量。工件60可进行等离子蚀刻工艺以在低k介电膜层64中生成沟槽66和/或通路结构(viastructure)。等离子蚀刻工艺可以为含氧干法刻蚀工艺。等离子蚀刻工艺后面可以是超薄Cu层的沉积，其在Cu种子沉积和整体电镀(bulkplating)(没有示出)之前。等离子蚀刻工艺可导致损坏和/或增加低k介电膜层64的介电常数。例如，低k介电膜层64可通过暴露的表面区域(例如，侧墙等等)中的甲基(CH3基团)消耗和用Si-O(氧)键(例如Si-OH键)置换Si-C(碳)键(例如Si-CH3键)被损坏。损坏可导致低k介电膜64的介电常数的增加。可以进行表面处理工艺以恢复低k介电材料(例如，隔离物结构55中的层57、用作互连结构60的部分的低k介电膜层64等等)。此外，在BEOL互连应用中的Cu沉积之前，进行表面处理工艺(例如，BEOL互连结构制造)以密封低k介电材料的孔。可在低k介电材料上在BEOL等离子刻蚀后进行的示例性表面处理工艺：紫外线(UV)辅助热固化；烃等离子体处理和仅气体或基于等离子体的甲硅烷基化工艺。UV热固化可去除在低k介电材料的等离子蚀刻期间形成的羟基基团。然而，在示例性实例中，这种热固化可仅在高温(例如，600℃至1000本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于加工工件的方法，所述工件包括含硅和碳的膜材料，所述方法包括在含硅和碳的膜材料上进行基于有机自由基的表面处理工艺，所述基于有机自由基的表面处理工艺包括：/n在第一腔室中生成一种或多种核素；/n将一种或多种烃分子与所述核素混合以形成包括一种或多种有机自由基的混合物；以及/n在第二腔室中将在所述工件上的含硅和碳的层暴露于所述混合物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171003 US 62/567,295;20180420 US 15/958,6351.一种用于加工工件的方法，所述工件包括含硅和碳的膜材料，所述方法包括在含硅和碳的膜材料上进行基于有机自由基的表面处理工艺，所述基于有机自由基的表面处理工艺包括：
在第一腔室中生成一种或多种核素；
将一种或多种烃分子与所述核素混合以形成包括一种或多种有机自由基的混合物；以及
在第二腔室中将在所述工件上的含硅和碳的层暴露于所述混合物。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述基于有机自由基的表面处理工艺导致在所述含硅和碳的膜材料的至少一部分上的甲基化。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述含硅和碳的膜材料包括氧。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述膜材料具有约1％至约50％的孔隙率。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述含硅和碳的膜材料包括氮。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述含硅和碳的膜材料用作生产线前道工序应用中形成的隔离物结构的至少部分。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述含硅和碳的膜材料作用生产线后道工序应用中形成的互连结构的至少部分。


8.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种烃分子具有CnH2n+2的化学式，其中n为大于或等于1和小于或等于10。


9.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种烃分子具有CnH2n的化学式，其中n为大于或等于2并且n小于或等于10。


10.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种烃分子与第一腔室中的核素混合。


11.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一腔室中所述一种或多种烃分子与所述核素混合。


12.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括在进行表面处理工艺后在所述第一腔室中生成等离子体并且从所述第二腔室中移出所述工件。


13.根据权利要求12所述的方法，其中在进行表面处理工艺后在所述第一腔室中生成等离子体包括生成一种或多种氧自由基。


14.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种有机自由基包括CH3自由基。


15.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括使用从第一腔室中的等离子体生成的一种或多种自由基进行干式剥离工...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓晅，仲華，吕新亮，
申请(专利权)人：马特森技术有限公司，北京屹唐半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US