[发明专利]用于低k刻蚀后的无损灰化工艺和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请与以下美国申请有关：2003年12月17日提交的题为“Methodand apparatus for bilayer photoresist dry development”的美国申请No.10/736,782；以及2003年8月14日提交的题为“Method and apparatus formultilayer photoresist dry development”的美国申请No.10/640,577。所有这些申请的全部内容通过引用而整体结合于此。本申请基于并要求2005年8月3日提交的美国专利申请No.11/195,854的优先权。

技术领域

本发明涉及用于利用干法等离子体工艺去除衬底上的刻蚀后残留物(post-etch residue)的方法和系统，更具体而言涉及用于执行低介电常数(低k)层上的刻蚀后残留物的无损去除的方法和系统，其中低k层的介电常数小于SiO₂的介电常数。

背景技术

在半导体领域中已知的是，互连延迟是提高集成电路(IC)的速度和性能方面的一个主要限制因素。一种最小化互连延迟的方式是在IC的生产期间使用低介电常数(低k)材料来减小互连电容。因而，近年来，低k材料已被开发用来替代相对较高介电常数的绝缘材料，例如二氧化硅。具体而言，低k膜被用于半导体器件的金属层之间的层间和层内介电层。另外，为了进一步减小绝缘材料的介电常数，材料膜形成有孔，即，多孔低k介电膜。这种低k膜可通过类似于施加光刻胶的旋涂电介质(SOD)方法沉积，或者通过化学气相沉积(CVD)来沉积。因而，低k材料的使用很容易适应于现有的半导体制造工艺。尽管低k材料有希望用于制作半导体电路，但是本发明的发明人已认识到，这些膜也提供了许多挑战。首先，低k膜往往比更传统的介电层坚固性低，并且可能在晶片处理期间受到损伤，例如被一般用在对介电层进行图案化的刻蚀和等离子体灰化工艺损伤。此外，某些低k膜往往在受损时是高度反应性的，尤其是在图案化之后，从而允许低k材料吸附水汽和/或与其他蒸汽和/或可能改变介电层的电属性的工艺污染物反应。结果，原本具有低介电常数的低k材料受到损伤，导致其介电常数增大并且其最初具有的优势丢失。目前，从具有低k层的先进半导体器件去除刻蚀后残留物的操作是通过将这些层暴露于干法等离子体灰化工艺来进行的。具体而言，干法等离子体采用了基于氧气的化学过程；但是，已经观察到，传统的氧气等离子体如上所述对低k层有损伤。作为替换，已研究了基于氮气、氢气和氨气的化学过程，但是这些化学过程已被证明对低k层下层的刻蚀停止层具有很差的刻蚀选择性。在等离子体灰化期间去除刻蚀停止层可能导致潜在的半导体器件损伤。

发明内容

本发明涉及一种用于利用干法等离子体工艺去除衬底上的刻蚀后残留物的方法。具体而言，本发明涉及一种用于执行低介电常数(低k)层上的刻蚀后残留物的无损去除的方法，其中低k层的介电常数小于SiO₂的介电常数。

根据一个实施例，描述了一种从衬底去除刻蚀后残留物的方法。将具有介电层的衬底置于等离子体处理系统中，其中介电层具有小于SiO₂的介电常数的介电常数值，介电层具有利用刻蚀工艺形成在其中的特征，并且该特征具有通过刻蚀工艺形成在其上的刻蚀后残留物。引入包括含氮气体、含氢气体和含氧气体的处理气体，其中含氧气体包括氧气(O₂)、CO、或CO₂或其任意组合。在等离子体处理系统中由处理气体形成等离子体。将衬底暴露于等离子体以去除刻蚀后残留物，

根据另一个实施例，描述了一种从衬底去除刻蚀后残留物的方法。将具有介电层的衬底置于等离子体处理系统中，其中介电层具有利用刻蚀工艺形成在其中的特征，并且该特征具有通过刻蚀工艺形成在其上的刻蚀后残留物，并且介电层具有小于SiO₂的介电常数的介电常数值。引入包括含氮气体、含氢气体和含氧气体的处理气体，其中含氧气体包括CO、或CO₂或其任意组合。在等离子体处理系统中由处理气体形成等离子体。将衬底暴露于等离子体以去除刻蚀后残留物，同时不引起介电层的介电常数值发生实质性变化。