具有原位背侧聚合物去除的等离子体蚀刻工艺，开始于具有多孔掺杂碳二氧化硅电介质层和在工件表面上的光刻胶掩模的工件。工件在蚀刻反应室被夹紧到静电卡盘上。所述工艺包括引入氟碳基工艺气体，并在光刻胶掩模上沉积保护氟碳聚合物时，把ＲＦ偏压功率施加到静电卡盘和／或把ＲＦ源功率施加到高架电极来蚀刻电介质层的暴露部分。所述工艺还包括去除氟碳基工艺气体并引入氢基工艺气体，而且把ＲＦ源功率施加到高架电极。伸长静电卡盘中的提升销来把工件升高在静电卡盘上，并在反应室中把工件的背侧暴露给等离子体，以便去除之前沉积在背侧的聚合物，直到已经从背侧去除了聚合物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种等离子体电介质蚀刻工艺。
技术介绍
通过提高元件切换速度、增大互联密度和减小相邻导体之间的串扰， 集成电路的性能得到不断提高。通过采用具有低电介质常数的新电介质薄 膜材料，例如多孔掺杂碳的二氧化硅，提高了切换速度而减小了串扰。通 过提高互联导电层的数量和减小特征尺寸(例如，线宽、孔直径)，增加 了互联。这些较深层之间的连接需要高深宽比(深而窄)的导体开口或 "过孔"。这些细微特征需要适应性与更短波长的光刻胶(用于光刻)来 减小波长。在电介质蚀刻工艺过程中，所述光刻胶倾向于更薄和更容易形 成诸如针孔和条纹等缺陷。为了在光刻胶上沉积保护性氟碳聚合物，在电 介质层间绝缘薄膜的等离子体蚀刻过程中，通过采用氟碳化学物质来解决 这个问题。为了避免污染必需在晶片上实施的后续工艺步骤，在蚀刻工艺 之后必需从晶片上去除聚合物。因此，进行一个蚀刻后聚合物去除步骤。 然而，在蚀刻后聚合物去除步骤中，去除所有的沉积聚合物是困难的。这 是因为某些聚合物穿透在晶片基座外围的环形卡圈工艺套件和晶片边缘沿 之间的间隙，堆积在周围晶片背侧上。需要这样的间隙来避免干涉静电卡盘(ESC)，所述静电卡盘把晶片强力夹紧到冷却的表面来满足等离子体 蚀刻工艺的温度控制需要。晶片边缘到环形卡圈的间隙对于等离子体来说 太窄，而不能在蚀刻后聚合物去除步骤过程中穿透并从晶片背侧去除聚合 物。因此，解决这个问题的常规方法是在蚀刻后聚合物去除步骤中采用氧 等离子体，来氧化含碳材料(例如聚合物和光刻胶)，接着把晶片浸入氢 氟酸液体。这个步骤可以采用单独的相对低廉的灰化室，所述灰化室的加热的晶片支撑在用单一远程等离子体体源在能够具有相对高的晶片温度(例如，300度或以上)。这个步骤不会损害诸如二氧化硅的传统电介质材料，所述二氧化硅是高强度材料。但是，这样的氧化过程对较新的低电 介质常数绝缘材料造成严重损害，如多孔掺杂碳二氧化硅。蚀刻后清洗步 骤的氧化剂从掺碳二氧化硅电介质材料去除了碳，环境中的碳最终被水取 代。这极大的增大了绝缘体的电介质常数，消除了它的主要优点。如此损 害明显就像在轮廓图像中看到的电介质层侧壁的底切。所述底切是在蚀刻 后清洗步骤之后把晶片浸入稀酸溶液时显示出来的。另一个问题是，根据我们的研究，即使60秒之后，这样的氧化步骤不能完全去除背侧聚合 物。因此，需要一种完全快速从晶片背侧去除聚合物的方法，这种方法不 损害绝缘材料的低电介质常数并不需要任何额外处理时间
技术实现思路
具有原位背侧聚合物去除的等离子体蚀刻工艺，开始于具有多孔掺杂 碳二氧化硅电介质层和在工件表面上的光刻胶掩模的工件。工件在蚀刻反 应室被夹紧到静电卡盘上。所述工艺包括引入氟碳基工艺气体，并在光刻 胶掩模上沉积保护氟碳聚合物时，把RF偏压功率施加到静电卡盘和/或把 RF源功率施加到高架电极来蚀刻电介质层的暴露部分。所述工艺还包括 去除氟碳基工艺气体并引入氢基工艺气体，而且把RF源功率施加到高架 电极。伸长静电卡盘中的提升销来把工件升高在静电卡盘上，并在反应室 中把工件的背侧暴露给等离子体，以便去除之前沉积在背侧的聚合物，直 到已经从背侧去除了聚合物。附图说明图1是描述实施本专利技术的工艺的模块流程图。图2描述了通过图1的工艺形成的装置。图3描述了用于实施本专利技术的优选等离子体蚀刻反应器。图4是描述在本专利技术(平坦线)中和聚合物去除步骤(曲线)之前获得的聚合物厚度的径向分布。 具体实施例方式本专利技术基于我们用于低电介质常数材料的蚀刻工艺的探索，所述工艺 包括蚀刻后聚合物去除步骤，这个步骤彻底去除背侧聚合物而对低电介质 常数绝缘层无损害，并在60秒之内完成。在图1中描述了实施本专利技术的蚀刻工艺，而图2描述了一个可以利用图1的工艺形成的薄膜结构的实 例。图2所描述的光刻胶掩模10沉积在电介质层12上，掩模10具有与在 电介质层12将被蚀刻的特征18相对应的孔10a。这与图1中模块70的步 骤相对应。特征可以是窄过孔18。过孔18贯穿电介质层12并穿过暴露出 铜线22顶面的阻挡层20。电介质层是低电介质常数材料，例如多孔掺杂 碳二氧化硅或多孔有机硅材料。阻挡层20可以是低电介质常数材料，例 如能够阻止金属(铜)原子的扩散穿过薄膜结构的掺氮碳化硅。在图1中 模块72的步骤，图2的过孔18是通过使用含氟碳工艺气体的等离子体蚀 刻掉远位于光刻胶层10的开口下的电介质材料12的部分而形成。这个步 骤在等离子体蚀刻反应器中实现，例如图3中描述类型的用于处理晶片28 的电容性耦合等离子体蚀刻反应器。图3的蚀刻反应器具有侧壁30;悬挂 的电极/气体喷头32，所述喷头32由气体显示板32a供给并由RF等离子 体源功率发生器33a通过阻抗匹配器33b来RF驱动；具有内电极36的静 电卡盘34，内电极36由直流夹紧电压控制器36a控制并由RF偏压发生器 37a通过阻抗匹配器37b驱动；和环形卡圈38或位于延伸到卡盘34之外 的晶片28的周围部分下的工艺套件。晶片28可以通过常规提升销58被举 起(图3的短划线晶片28)和放下(图3的实线晶片28)到静电卡盘34 上。当晶片28夹紧到静电卡盘34时，卡圈38和晶片28的背侧之间的间 隙39在直流压紧电流施加到电极36上时防止卡圈38干涉静电卡盘34的 晶片夹紧功能。在图1模块72的蚀刻步骤中，氟碳工艺气体离解成单一 氟碳蚀刻原子团和更重的或在图2的光刻胶IO上形成保护层11的富碳聚 合物形成原子团。聚合物形成原子团穿过晶片-卡圈间隙在晶片28的背侧 形成环状的背侧聚合物层40。在下一个步骤，图1的模块74，从蚀刻反应室去除氟碳工艺气体并用 具有小比例水蒸气的氢工艺气体代替。等离子体源功率(例如，162MHz RF功率)施加到顶电极32 (图1的模块76)。在施加源功率之前，伸长 提升销58，以在静电卡盘34上举起晶片28而暴露出晶片背侧(图1的模 块78)。(或者，模块76和78步骤的顺序可以颠倒)。结果，在室内产 生还原等离子体体，该室在背侧聚合物膜40减少碳来去除聚合物膜。还 原剂是氢。最好在氢工艺气体中包括水蒸气，因为发现，在加水情况F， 游离^的密度加氳情况F大。我们已经利用发射光谱法观察这个现象，其 显示出，氢谱线的大小随着添加水蒸气而不成比例的增加。蚀刻反应室中 氢的增加提高了去除聚合物的比率。通过提升销58把晶片28保持还原等离子体中的升高位置经过一段非 常低短的时间(例如，60s)，在这个过程中，所有背侧聚合物膜40完全 被去除。本专利技术发现，还原化学物质(例如，氢工艺气体)可以用来在60秒 内完全去除背侧聚合物。显然，工艺气体中的氢通过形成氢碳化合物在聚 合物中减少碳，但是在多孔掺杂碳二氧化硅电介质材料(图2的绝缘层 12)中减少非常少的碳或没有减少碳。图4的陡降曲线对应于晶片背侧的初始状态并显示出大量的背侧聚合 物。图4的平坦曲线是在聚合物去除步骤之后获得的，其中还原化学物质 用于图3的蚀刻反应器，并显示出完全去除所有背侧聚合物不需要从蚀刻 反应器移动晶片28。因此， 一个惊人的结果是还原化学物质有效地起作用 而无需外部热源(像加热后的衬底)。另一个惊人的结果是还原化学物质 没有导致可观察到的对低电介质常数绝缘材料12的损害(本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有原位背侧聚合物去除的等离子体蚀刻工艺，包括： 提供具有掺碳二氧化硅电介质层的工件； 在所述工件表面上限定光刻胶掩模； 在蚀刻反应室中把所述工件夹紧到静电卡盘； 在所述光刻胶掩模上沉积保护氟碳聚合物时，引入氟碳 基工艺气体，把ＲＦ偏压功率施加到所述静电卡盘和把ＲＦ源功率施加到顶电极来蚀刻电介质层的暴露部分； 去除所述氟碳基工艺气体并引入氢基工艺气体，伸长在所述静电卡盘中的提升销来把工件升高在所述静电卡盘的上方，在所述反应室中把所述工件的背侧暴 露给等离子体，并把ＲＦ源功率施加到所述顶电极，以便去除之前沉积在所述背侧的聚合物，直到从所述背侧去除了聚合物。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：格拉多A戴戈迪诺，理查德汉格伯格，道格拉斯A小布什伯格，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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