鈷深蝕刻的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鈷深蝕刻。提供了蝕刻襯底上的鈷的方法。一些方法包括將所述襯底暴露于含硼鹵化物氣體和添加劑，以及將所述襯底暴露于活化氣體和等離子體。相比于在金屬的表面上沉積的含硼鹵化物材料層，添加劑促使在掩模的表面上選擇性地沉積較厚的含硼鹵化物材料層。添加劑包括H2、CH4、CF4、NF3、以及Cl2。含硼鹵化物氣體包括BCl3、BBr3、BF3、和BI3。暴露可以執(zhí)行兩個(gè)或多個(gè)循環(huán)，在該兩個(gè)或多個(gè)循環(huán)中，每一暴露的持續(xù)時(shí)間和偏置功率是可變的。
【專利說(shuō)明】
鈷深蝕刻
技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明總體上涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地涉及鈷深蝕刻(etch back)。
【背景技術(shù)】
[0001] 半導(dǎo)體制造工藝包括制造互連件以形成電路。互連件可以用銅形成、通過(guò)諸如鉭 和/或氮化鉭之類的襯層覆蓋，或者可以用鎢形成。然而，銅互連件可能導(dǎo)致電迀移，這可能 會(huì)導(dǎo)致空隙形成和設(shè)備故障，而鎢互連件可以具有更高的電阻率。其結(jié)果是，使用其它金屬 形成互連件是有價(jià)值的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002] 本發(fā)明提供了處理襯底的方法。一個(gè)方面涉及一種在室內(nèi)處理襯底的方法，該方 法包括：（a)將所述襯底暴露于含硼鹵化物氣體和選自由含氫氣體和含鹵素氣體組成的組 的添加劑保持足以選擇性地沉積在所述襯底上的掩模的表面上的含硼鹵化物材料第一層 和金屬的表面上的含硼鹵化物材料第二層的持續(xù)時(shí)間，由此所述第一層比所述第二層厚， 以及(b)將所述襯底暴露于活化氣體和活化源。（a)的持續(xù)時(shí)間可以介于約5秒和約60秒之 間。
[0003] 所述方法還可以包括:在第一組循環(huán)中重復(fù)(a)和(b)以在所述襯底上沉積所述含 硼鹵化物層。在一些實(shí)施方式中，所述方法還可以包括:在第二組循環(huán)中重復(fù)(a)和(b)以蝕 刻金屬?？梢晕g刻所述襯底以形成觸點(diǎn)（contact)。在一些實(shí)施方式中，所述襯底通過(guò)在金 屬的毯覆式(blanket)層上的遞減式(subtractive)蝕刻進(jìn)行蝕刻。
[0004] 在所述第二組循環(huán)期間（a)的持續(xù)時(shí)間可以比在所述第一組循環(huán)期間（a)的持續(xù) 時(shí)間短。在一些實(shí)施方式中，在所述第二組循環(huán)期間(b)的持續(xù)時(shí)間比在所述第一組循環(huán)期 間(b)的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。所述第二組中的循環(huán)的數(shù)量與所述第一組中的循環(huán)的數(shù)量可以不同。
[0005] 在多種實(shí)施方式中，在(b)期間施加偏置。在一些實(shí)施方式中，在(b)期間在所述第 一組循環(huán)期間以第一偏置以及在所述第二組循環(huán)期間以第二偏置施加偏置。在一些實(shí)施方 式中，所述第一偏置可以介于約20Vb和約IOOVb之間。在一些實(shí)施方式中，所述第二偏置可 以介于約30Vb和約150Vb之間。所述第一偏置可以大于所述第二偏置。在一些實(shí)施方式中， 所述第一偏置小于所述第二偏置。
[0006] 所述添加劑可以是出、〇14、0?4 4?3、(：12以及它們的組合中的任一種。在多種實(shí)施方 式中，所述活化氣體包括氬。在一些實(shí)施方式中，所述活化氣體可以是Ar、H2、CH4、CF4、He、 Ne、Xe、NF3以及它們的組合中的任一種。
[0007] 所述含硼鹵化物氣體可以是隊(duì)13、88乃、8?3、和81 3中的任一種。在多種實(shí)施方式 中，所述金屬可以是鈷、鐵、錳、鎳、鉑、鈀、釕以及它們的組合中的任一種。
[0008] 在一些實(shí)施方式中，所述金屬表面相對(duì)于所述掩模表面凹陷。在多種實(shí)施方式中， 所述方法還包括在執(zhí)行(a)或(b)之前，濕法蝕刻所述襯底以使所述金屬部分地凹陷。
[0009] 在多種實(shí)施方式中，所述活化源是等離子體。在多種實(shí)施方式中，所述等離子體功 率介于約IOOW和約1500W之間。在一些實(shí)施方式中，將所述襯底圖案化。所述室壓強(qiáng)可以介 于約2mT和約90mT之間。在多種實(shí)施方式中，所述方法包括在各種暴露之間清掃所述室。
[0010] 在一些實(shí)施方式中，基本上沒(méi)有化合物被重新沉積到所述襯底上的特征的側(cè)壁 上。在多種實(shí)施方式中，所述金屬的所述表面的粗糙度小于約5nm RMS。
[0011] 在一些實(shí)施方式中，在(b)期間，將所述襯底暴露于所述活化源可以包括離子束蝕 刻或反應(yīng)性離子蝕刻。在多種實(shí)施方式中，（a)和(b)在不破壞真空的情況下進(jìn)行。在一些實(shí) 施方式中，（a)和(b)在相同的室中進(jìn)行。在一些實(shí)施方式中，（a)和(b)在相同裝置的不同模 塊中執(zhí)行。
[0012] 在多種實(shí)施方式中，（a)和(b)中的至少一個(gè)包括自限反應(yīng)。在多種實(shí)施方式中，所 述掩模包括非金屬。在一些實(shí)施方式中，所述掩模包括與所述金屬的組分不同的另一種金 屬。
[0013] 另一方面涉及一種用于處理襯底的裝置，該裝置包含：（a)-個(gè)或多個(gè)處理室，每 個(gè)處理室包含卡盤(pán)；（b)通向所述處理室和相關(guān)的流動(dòng)控制硬件內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)氣體入口； 以及（c)具有至少一個(gè)處理器和存儲(chǔ)器的控制器，由此所述至少一個(gè)處理器和所述存儲(chǔ)器 彼此通信地連接，所述至少一個(gè)處理器與所述流動(dòng)控制硬件至少能操作地連接，并且所述 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令用于控制所述至少一個(gè)處理器以通 過(guò)下述方式至少控制所述流動(dòng)控制硬件：（i)使含硼鹵化物氣體和添加劑流至所述一個(gè)或 多個(gè)處理室中的一個(gè)持續(xù)足以選擇性地沉積在所述襯底上的在掩模的表面上的含硼鹵化 物材料第一層和金屬的表面上的含硼鹵化物材料第二層的持續(xù)時(shí)間，其中所述添加劑可以 是含氫氣體和含鹵素氣體中的任一種，由此所述第一層比所述第二層厚；以及（ii)使活化 氣體流向所述一個(gè)或多個(gè)處理室中的一個(gè)并點(diǎn)燃活化源。在多種實(shí)施方式中，所述含硼鹵 化物氣體、所述添加劑和所述活化氣體在不破壞真空的情況下流動(dòng)。在多種實(shí)施方式中，所 述裝置包括等離子體產(chǎn)生器。在一些實(shí)施方式中，所述裝置產(chǎn)生感應(yīng)耦合等離子體。在一些 實(shí)施方式中，所述裝置產(chǎn)生電容耦合等離子體。在多種實(shí)施方式中，所述活化源是等離子 體。
[0014] 具體而言，本發(fā)明的一些方面可以描述如下： 1. 一種處理在室內(nèi)的襯底的方法，該方法包括： (a) 將所述襯底暴露于含硼鹵化物氣體和選自由含氫氣體和含鹵素氣體組成的組的添 加劑保持足以選擇性地沉積在所述襯底上的掩模的表面上的含硼鹵化物材料第一層和金 屬的表面上的含硼鹵化物材料第二層的持續(xù)時(shí)間，其中所述第一層比所述第二層厚，以及 (b) 將所述襯底暴露于活化氣體和活化源。 2. 根據(jù)條款1所述的方法，其中(a)的所述持續(xù)時(shí)間介于約5秒和約60秒之間。 3. 根據(jù)條款1所述的方法，其還包括:在第一組循環(huán)中重復(fù)(a)和(b)以在所述襯底上沉 積所述含硼鹵化物層。 4. 根據(jù)條款3所述的方法，其還包括:在第二組循環(huán)中重復(fù)(a)和(b)以蝕刻所述金屬。 5. 根據(jù)條款4所述的方法，其中在所述第二組循環(huán)期間(a)的所述持續(xù)時(shí)間比在所述第 一組循環(huán)期間(a)的所述持續(xù)時(shí)間短。 6. 根據(jù)條款4所述的方法，其中在所述第二組循環(huán)期間(b)的所述持續(xù)時(shí)間比在所述第 一組循環(huán)期間(b)的所述持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。 7. 根據(jù)條款4所述的方法，其中所述第二組中的循環(huán)的數(shù)量與所述第一組中的循環(huán)的 數(shù)量不同。 8. 根據(jù)條款1所述的方法，其中在(b)期間施加偏置。 9. 根據(jù)條款4所述的方法，其中在所述第一組循環(huán)期間以第一偏置在(b)期間施加偏置 以及在所述第二組循環(huán)期間以第二偏置在(b)期間施加偏置。 10. 根據(jù)條款9所述的方法，其中所述第一偏置大于所述第二偏置。 11. 根據(jù)條款9所述的方法，其中所述第一偏置小于所述第二偏置。 12. 根據(jù)條款9所述的方法，其中所述第一偏置介于約20Vb和約IOOVb之間。 13. 根據(jù)條款9所述的方法，其中所述第二偏置介于約30Vb和約150Vb之間。 14. 根據(jù)條款1所述的方法，其中所述添加劑選自由H2、CH4、CF4、NF 3、Cl 2以及它們的組 合組成的組。 15. 根據(jù)條款1所述的方法，其中所述活化氣體選自由Ar、H2、CH4、CF4、He、Ne、Xe、NF 3以 及它們的組合組成的組。 16. 根據(jù)條款1所述的方法，其中所述含硼鹵化物氣體選自由BCl3、BBr3、BF3、和BI 3組成 的組。 17. 根據(jù)條款1所述的方法，其中所述金屬選自由鈷、鐵、錳、鎳、鉑、鈀和釕組成的組。 18. 根據(jù)條款1所述的方法，其中所述活化源是等離子體。 19. 根據(jù)條款18所述的方法，其中所述等離子體功率介于約100W與約1500W之間。 20. 根據(jù)條款1所述的方法，其中所述室壓強(qiáng)為介于約2mT和約90mT之間。 21. 根據(jù)條款1-20中任一項(xiàng)所述的方法，其中將所述襯底圖案化。 22. 根據(jù)條款1-20中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述金屬表面相對(duì)于所述掩模表面凹陷。 23. 根據(jù)條款1-20中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括在暴露之間清掃所述室。 24. 根據(jù)條款1-20中任一項(xiàng)所述的方法，其中基本上沒(méi)有化合物被重新沉積到所述襯 底上的特征的側(cè)壁上。 25. 根據(jù)條款1-20中任一項(xiàng)所述的方法，其中蝕刻所述襯底以形成觸點(diǎn)。 26. 根據(jù)條款1-20中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述襯底通過(guò)在所述金屬的毯覆式層上 的遞減式蝕刻進(jìn)行蝕刻。 27. 根據(jù)條款1-20中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述金屬的所述表面的粗糙度小于約5nm RMS0 28. 根據(jù)條款1-20中任一項(xiàng)所述的方法，其中在(b)期間，將所述襯底暴露于所述活化 源包括離子束蝕刻或反應(yīng)性離子蝕刻。 29. 根據(jù)條款1-20中任一項(xiàng)所述的方法，其中(a)和(b)在不破壞真空的情況下進(jìn)行。 30. 根據(jù)條款29所述的方法，其中(a)和(b)在相同的室中進(jìn)行。 31. 根據(jù)條款29所述的方法，其中(a)和(b)在相同裝置的不同模塊中執(zhí)行。 32. 根據(jù)條款1-20中任一項(xiàng)所述的方法，其中(a)和(b)中的至少一個(gè)包括自限反應(yīng)。 33. 根據(jù)條款1-20中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述掩模包括非金屬。 34. 根據(jù)條款1所述的方法，其中所述掩模包括與所述金屬的組分不同的另一種金屬。 35. 根據(jù)條款22所述的方法，其進(jìn)一步包含在執(zhí)行(a)或(b)前，濕法蝕刻所述襯底以部 分地使所述金屬凹陷。 36. -種用于處理襯底的裝置，該裝置包含： (a) -個(gè)或多個(gè)處理室，每個(gè)處理室包含卡盤(pán)； (b) 通向所述處理室和相關(guān)的流動(dòng)控制硬件內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)氣體入口；以及 (c) 具有至少一個(gè)處理器和存儲(chǔ)器的控制器，其中 所述至少一個(gè)處理器和所述存儲(chǔ)器彼此通信地連接， 所述至少一個(gè)處理器與所述流動(dòng)控制硬件至少能操作地連接，并且 所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令用于控制所述至少一個(gè)處 理器以通過(guò)下述方式至少控制所述流動(dòng)控制硬件： (i) 使含硼鹵化物氣體和添加劑流至所述一個(gè)或多個(gè)處理室中的一個(gè)保持足以選擇性 地沉積在所述襯底上的掩模的表面上的含硼鹵化物材料第一層和金屬的表面上的含硼鹵 化物材料第二層的持續(xù)時(shí)間，其中所述第一層比所述第二層厚，并且其中所述添加劑選自 由含氫氣體和含鹵素氣體組成的組；以及 (ii) 使活化氣體流向所述一個(gè)或多個(gè)處理室中的一個(gè)并點(diǎn)燃活化源。 37. 根據(jù)條款36所述的裝置，其中使所述含硼鹵化物氣體、所述添加劑和所述活化氣體 在不破壞真空的情況下流動(dòng)。 38. 根據(jù)條款36所述的裝置，其中所述活化源是等離子體。
[0015] 下面參照附圖進(jìn)一步描述這些和其它方面。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是描繪根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式執(zhí)行的方法的操作的工藝流程圖。
[0017]圖2A-2D是根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式處理的柵極結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的示意圖。
[0018] 圖3A-3D是根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式的遞減式蝕刻的實(shí)施例的示意圖。
[0019] 圖4是適于執(zhí)行所公開(kāi)的實(shí)施方式的室的實(shí)施例的示意圖。
[0020]圖5是適于執(zhí)行所公開(kāi)的實(shí)施方式的工具的實(shí)施例的示意圖。
[0021 ]圖6A和圖6B是在實(shí)驗(yàn)中使用的襯底的圖像。
[0022]圖7是描繪在一實(shí)驗(yàn)中用于執(zhí)行所公開(kāi)的實(shí)施方式的蝕刻速率的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]在下面的描述中，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)所呈現(xiàn)的實(shí)施方式的透徹理解。 在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)中的一些或所有的情形下可以實(shí)施所公開(kāi)的實(shí)施方式。在其它情形 下，未詳細(xì)描述眾所周知的處理操作，以避免不必要地使所公開(kāi)的實(shí)施方式難以理解。雖然 將結(jié)合具體的實(shí)施方式描述所公開(kāi)的實(shí)施方式，但是應(yīng)理解的是其并不意在限制所公開(kāi)的 實(shí)施方式。
[0024]在半導(dǎo)體制造中，后端線(BEOL)的主要作用是要形成互連件以連接分立器件來(lái)創(chuàng) 建功能電路。隨著器件特征尺寸并因此互連件繼續(xù)縮小，在防止至少部分地由于電阻電容 (RC)延遲的增加而導(dǎo)致的互連件性能下降的方面存在越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。
[0025] 典型地，互連件采用雙鑲嵌處理技術(shù)由銅形成，而銅互連件由例如鉭和/或氮化鉭 襯里之類的襯里覆蓋。利用銅互連件結(jié)構(gòu)的主要問(wèn)題之一是，它們對(duì)于電迀移是高度敏感 的，從而可能導(dǎo)致空隙形成和設(shè)備故障。一些工藝涉及利用鎢的高k金屬柵極填充，而鎢也 可用于形成至源極/漏極觸點(diǎn)的金屬觸點(diǎn)。然而，相比于金屬（如鈷），鎢具有高的方塊電阻 (sheet resistance)，特別是在小的特征中。小的特征可具有小于約IOnm的技術(shù)節(jié)點(diǎn)。這個(gè) 以及其它問(wèn)題已經(jīng)導(dǎo)致使用其它金屬作為互連件是有價(jià)值的。
[0026]本發(fā)明提供了使用鈷(Co)作為互連件材料的方法。鈷填充物可以減少特征中的空 隙的形成，并且尤其可以減少電迀移的問(wèn)題。
[0027] 用Co替換銅帶來(lái)其自身的處理問(wèn)題，其中包括，例如，Co的蝕刻。目前鈷可以使用 濕法工藝深蝕刻。但是，濕法蝕刻速率可以是能隨著特征尺寸的變化而變化的。此外，濕法 工藝會(huì)使襯底的表面非常粗糙，例如，比用干法工藝蝕刻的表面粗糙。使用各向異性等離子 體蝕刻深蝕刻Co已證明是非常困難的，因?yàn)樵撐g刻產(chǎn)品幾乎都不揮發(fā)或通常是非揮發(fā)性 的。非揮發(fā)性蝕刻產(chǎn)品會(huì)導(dǎo)致蝕刻產(chǎn)品在襯底的其它暴露部件上的重新沉積或缺陷。這些 重新沉積的缺陷含有金屬，并且是難以（如果不是不能的話)除去的。其結(jié)果是，該金屬的等 離子體蝕刻按慣例常常利用物理濺射來(lái)實(shí)現(xiàn)，其不幸的是導(dǎo)致蝕刻選擇性很差，以致該工 藝不能在生產(chǎn)中使用。
[0028] 本公開(kāi)內(nèi)容提供了 Co的選擇性等離子體蝕刻。圖1提供了根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式 執(zhí)行操作的工藝流程圖。在操作102中，提供襯底或晶片。襯底可以是硅晶片，例如，200mm的 晶片，300mm的晶片或450mm的晶片，包括具有沉積在其上面的一個(gè)或更多個(gè)材料層的晶片， 該材料如介電材料、導(dǎo)電材料或半導(dǎo)電材料。在本發(fā)明提供的一些實(shí)施例中，襯底可以包含 Co層。
[0029] 在多種實(shí)施方式中，將襯底圖案化。在一些實(shí)施方式中，圖案化的襯底可包含在整 個(gè)襯底上的多種形貌。在一些實(shí)施方式中，部分制造的柵極可以存在于襯底上。例如，襯底 可以包括Co層，在該Co層上沉積有硬掩模。在一些實(shí)施方式中，硬掩?？梢允且呀?jīng)被圖案化 的。該襯底也可以通過(guò)以下方式制備：部分地濕法蝕刻Co以形成圖案，從而使Co部分地凹 陷。
[0030] 圖案化的襯底可以具有"特征"，例如通孔或接觸孔，其可表征為一個(gè)或更多個(gè)狹 窄的和/或內(nèi)凹的(re-entrant)開(kāi)口、特征內(nèi)的收縮部和高深寬比。所述特征可以在上述層 的一個(gè)或更多個(gè)中形成。特征的一個(gè)示例是半導(dǎo)體襯底或該襯底上的層中的孔或通孔。另 一個(gè)示例是襯底或?qū)又械臏喜邸Ｔ诙鄠€(gè)實(shí)施方式中，所述特征可以具有下層，例如阻擋層或 粘合層。下層的非限制性示例包括介電層和導(dǎo)電層，例如，硅氧化物、硅氮化物、硅碳化物、 金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物和金屬層。
[0031] 在多種實(shí)施方式中，根據(jù)執(zhí)行所公開(kāi)的實(shí)施方式所制造的襯底類型取決于在執(zhí)行 所公開(kāi)的實(shí)施方式之前在襯底上的各種特征的深寬比。在一些實(shí)施方式中，在操作102提供 的襯底上的特征可以具有至少約2:1、至少約4:1、至少約6:1、至少約10:1或更高的深寬比。 特征還可以具有介于約IOnm至500nm之間（例如介于約25nm與約300nm之間）的在開(kāi)口附近 的尺寸，例如開(kāi)口直徑或線寬度。所公開(kāi)的方法可以在具有開(kāi)口小于約150nm的特征的襯底 上進(jìn)行。通孔、溝槽或其它凹陷特征可以被稱為未填充特征或特征。根據(jù)各種實(shí)施方式，特 征輪廓可以逐步縮小和/或包括在特征開(kāi)口處的突出部。內(nèi)凹輪廓是一種從特征的底部、封 閉端或從特征內(nèi)部向特征開(kāi)口變窄的輪廓。內(nèi)凹輪廓可通過(guò)在圖案化期間的不對(duì)稱蝕刻動(dòng) 力學(xué)(kinetics)和/或在之前的膜沉積(例如擴(kuò)散阻擋層沉積）中的非保形膜臺(tái)階覆蓋所導(dǎo) 致的突出部而產(chǎn)生。在多種實(shí)施例中，特征在特征頂部處的開(kāi)口中可以具有與在特征底部 的寬度相比的較小的寬度。本文所述的特征可以是在將根據(jù)例如本文相對(duì)于圖1所描述的 所公開(kāi)的實(shí)施方式進(jìn)行蝕刻的襯底上。
[0032] 在操作104中，將襯底暴露于含硼鹵化物氣體以在襯底上選擇性地沉積含硼鹵化 物層，使得在一些金屬或非金屬表面上，如在硬掩?；蚱渌愋偷难谀Ｉ?，相比于在其它金 屬表面上沉積較多的材料。含有硼鹵化物層在本文中也會(huì)稱為含硼鹵化物材料或聚合物。 如本文所用的術(shù)語(yǔ)"鹵化物"也可以被稱為"含鹵素"。在多種實(shí)施方式中，含硼鹵化物層是 含硼含鹵素層?？梢猿练e有較薄的含硼鹵化物層的金屬可包括非揮發(fā)性金屬，例如鈷(Co)、 鐵(Fe)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鈀(Pd)和釕(Ru)。
[0033] 在操作期間104中，襯底也可被暴露于添加劑。該添加劑可有助于在掩模上的含硼 鹵化物層的材料積聚，或者也可以增加如本文所述的金屬蝕刻。在一些實(shí)施方式中，添加劑 可以例如通過(guò)增大Co的蝕刻速率改善Co金屬凹陷。示例性的添加劑包括H 2、CH4、CF4、NF3# Cl2。添加劑流量(f Iow)與含硼鹵化物氣體流量的比率可以介于約5 %與約50 %之間，具體 取決于所使用的氣體化學(xué)物質(zhì)。
[0034] 不受具體理論的約束，相信硼會(huì)有助于實(shí)現(xiàn)如本文所述的金屬與柵極掩模的蝕刻 選擇性。例如，使用含硼鹵化物可以改善蝕刻Co與柵極掩模的選擇性。含硼鹵化物氣體沉積 含硼鹵化物材料，其更容易通過(guò)脫膜(stripping)或使用濕法蝕刻工藝去除。
[0035] 在多種實(shí)施方式中，材料選擇性地在掩模材料上比在金屬材料(例如Co)上沉積較 厚。例如，掩?？梢园ǖ⒀?、碳和鈦原子。在一些實(shí)施例中，掩模是主要由碳材料制造的 可灰化硬掩模。在一些實(shí)施方式中，掩模是TiN層。在多種實(shí)施方式中，在該操作中的沉積是 非保形的。在一些實(shí)施方式中，選擇性沉積取決于特征的深寬比。例如，各種公開(kāi)的實(shí)施方 式可適于在具有介于約1:1與約10:1之間的深寬比的襯底上選擇性地沉積含硼鹵化物材 料。
[0036] 操作104進(jìn)行介于約5秒與約60秒之間的持續(xù)時(shí)間。在多種實(shí)施方式中，操作104的 持續(xù)時(shí)間可以被控制以選擇性地沉積含硼鹵化物層。在一些實(shí)施方式中，暴露于含硼鹵化 物氣體太長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間可能導(dǎo)致非選擇性沉積。持續(xù)時(shí)間可取決于深寬比和/或其中金屬 (例如Co)將被蝕刻的開(kāi)口的大小。例如，對(duì)于具有一定深寬比的某些襯底，太長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間 可能導(dǎo)致在掩模表面上沉積的膜的厚度大致等于待被蝕刻的金屬的表面上沉積的膜的厚 度。
[0037]在一些實(shí)施方式中，在硬掩模材料上的含硼鹵化物層沉積至介于約Inm與約20nm 之間的厚度。在一些實(shí)施方式中，在鈷上的含硼鹵化物層沉積至介于約2nm與約IOnm之間的 厚度。
[0038]在操作106中，將襯底暴露于活化氣體和活化源，例如等離子體?；罨瘹怏w可以包 括一種或多種反應(yīng)性或非反應(yīng)性氣體，如氬(Ar)、氫氣(?)、甲燒(CH4)、四氟化碳(CF4)、三 氟化氮(NF3)、氦(He)、氖(Ne)、或氙(Xe)。如下面進(jìn)一步描述的，被等離子體活化的活化氣 體的組合可以與在襯底的表面上的含硼鹵化物層反應(yīng)以形成蝕刻產(chǎn)品。使用一種或多種活 化氣體可以促進(jìn)在BX x化學(xué)吸附層（其中X可以是鹵化物，如氯、溴、或碘，且X可以是整數(shù)或 描繪化學(xué)吸附層的化學(xué)計(jì)量的其它數(shù)）的形成過(guò)程中的均勻性和選擇性。在一些實(shí)施方式 中，在操作104中流動(dòng)的添加劑可在操作106期間流動(dòng)。添加劑可以改善所沉積的含硼鹵化 物層的去除，提高金屬蝕刻速率，和/或使金屬的表面平滑。例如，添加劑可在操作106期間 流動(dòng)以使Co層平滑或如本文所述進(jìn)一步蝕刻Co層。添加劑流量與含硼鹵化物氣體流量的比 率可以介于約5 %和約50 %之間，具體取決于所使用的氣體化學(xué)物質(zhì)。
[0039] 所述等離子體可以是原位等離子體或遠(yuǎn)程等離子體。等離子體可使用介于約100W 與約1500W之間的功率產(chǎn)生。在一些實(shí)施方式中，還在操作106期間施加低偏置。例如偏置可 設(shè)定在約50Vb，但可被調(diào)制以實(shí)現(xiàn)各種蝕刻速率和蝕刻程度。在一些實(shí)施方式中，可以使用 不同于等離子體的其它替代活化源。在一些實(shí)施方式中，反應(yīng)性離子蝕刻或離子束蝕刻可 以用來(lái)代替等離子體。活化源，例如等離子體、反應(yīng)性離子蝕刻和離子束蝕刻，可電離活化 氣體以形成活化的活化氣體，從而與襯底反應(yīng)。操作106可以執(zhí)行介于約10秒和約60秒之間 的持續(xù)時(shí)間。
[0040] 在操作108中，將操作104和106任選重復(fù)多個(gè)循環(huán)。例如，操作104和106可以重復(fù) 以提供在襯底上的含硼鹵化物層的凈沉積。在一些實(shí)施方式中，重復(fù)操作104和106,以提供 在襯底上的含硼鹵化物層和金屬的凈蝕刻。因?yàn)槌练e在掩模表面上的含硼鹵化物層比在金 屬表面上的厚，所以在金屬上的含硼鹵化物材料被完全蝕刻之后才蝕刻沉積在掩模表面上 的含硼鹵化物材料。結(jié)果是，當(dāng)蝕刻在多個(gè)循環(huán)中繼續(xù)時(shí)，含硼鹵化物層可以防止硬掩模降 解，同時(shí)蝕刻暴露的金屬層。
[0041] -些公開(kāi)的實(shí)施方式可包括整合原子層沉積(ALD)和原子層蝕刻(ALE)工藝，其可 以在不破壞真空的情況下進(jìn)行。例如，在圖1的一些實(shí)施方式中，在操作104期間的沉積是保 形的。操作104可以以自限反應(yīng)來(lái)進(jìn)行。例如，在一些實(shí)施方式中，操作104是使用ALD進(jìn)行沉 積。ALD是一種使用連續(xù)的自限反應(yīng)沉積材料薄層的技術(shù)。ALD可使用任何合適的技術(shù)來(lái)執(zhí) 行。在多種實(shí)施方式中，ALD可以用等離子體來(lái)執(zhí)行，或者可以用熱的方法(thermally)進(jìn) 行。操作104可以循環(huán)進(jìn)行。
[0042] "ALD循環(huán)"的構(gòu)思與本文的各種實(shí)施方式的討論相關(guān)。通常，ALD循環(huán)是用來(lái)執(zhí)行 一次表面沉積反應(yīng)的最小的一組操作。一個(gè)循環(huán)的結(jié)果是在襯底表面上產(chǎn)生至少部分含硅 膜層。通常，ALD循環(huán)包括多個(gè)操作以提供和吸附至少一種反應(yīng)物到襯底表面上，然后使被 吸附的反應(yīng)物與一種或多種反應(yīng)物反應(yīng)，以形成膜的部分層。所述循環(huán)可包含若干輔助操 作，如掃除反應(yīng)物或副產(chǎn)品中的一種和/或處理所沉積的部分膜。通常，循環(huán)中包含單一序 列操作的一個(gè)實(shí)例。例如，ALD循環(huán)可包含以下的操作：（i)輸送/吸附前體或第一反應(yīng)物到 室內(nèi)，（ii)從室清掃前體，（iii)輸送第二反應(yīng)物和可選的等離子體，和（iv)從室清掃等離 子體和副廣品。
[0043] 在一些實(shí)施方式中，操作106啟動(dòng)襯底的自限性蝕刻。例如，活化的活化氣體、等離 子體和來(lái)自襯底表面的在操作104中沉積的活化的鹵化物的組合可以執(zhí)行原子層蝕刻。 "ALE循環(huán)"的構(gòu)思與本文的多個(gè)實(shí)施方式的討論相關(guān)。通常，ALE循環(huán)是用于執(zhí)行一次蝕刻 工藝(例如蝕刻單層)的最小的一組操作。一個(gè)循環(huán)的結(jié)果是蝕刻在襯底表面上的至少一些 膜層。通常，ALE循環(huán)包含形成改性層的改性操作，隨后是去除操作以僅去除或蝕刻該改性 層。該循環(huán)可包含某些輔助操作，例如掃除反應(yīng)物或副產(chǎn)品中的一種。通常，循環(huán)包含單一 序列操作的一個(gè)實(shí)例。舉例而言，ALE循環(huán)可包含以下操作：（i)向室輸送反應(yīng)物氣體，（ii) 從室清掃反應(yīng)物氣體，（iii)輸送去除氣體和可選的等離子體，以及（iv)清掃室。在一些實(shí) 施方式中，蝕刻可以非保形地執(zhí)行。
[0044]下面參照?qǐng)D2A-2D描述一示例的工藝，圖2A-2D示出了柵極結(jié)構(gòu)200內(nèi)的Co互連件 201a。參照?qǐng)D2A，在該實(shí)施方式中，在鈷填充和平坦化(例如，通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP))后， 結(jié)構(gòu)200包括覆蓋在柵極材料203的兩個(gè)區(qū)域上的硬掩模205的兩個(gè)區(qū)域，Co互連件201a位 于襯底210上的柵極材料203的兩個(gè)區(qū)域之間。在多種實(shí)施方式中，硬掩模205的材料可以是 非金屬的。在多種實(shí)施方式中，硬掩模205的材料可以包括金屬。硬掩模材料可以是與Co互 連件201a的金屬不同的金屬。在一些實(shí)施方式中，硬掩模205的材料可以是氮化鈦或氮化 鉭。硬掩模205和柵極材料203也可通常由介電間隔物隔開(kāi)，在該圖中未示出，以便不影響對(duì) 本發(fā)明的工藝的簡(jiǎn)要說(shuō)明。如圖2A所示，Co互連件201a通過(guò)濕法工藝部分地深凹陷以使鈷 互連件201a的頂部被蝕刻較多且低于硬掩模205和柵極材料203之間的界面的頂部。
[0045]在圖2B中，具有使用含硼鹵化物化學(xué)品的沉積和使用反應(yīng)性或非反應(yīng)性氣體的活 化的循環(huán)步驟的等離子體蝕刻被執(zhí)行以進(jìn)一步使Co互連件201a凹陷。參照?qǐng)D2B，可使用 BCl3沉積來(lái)在襯底200上形成BClx層207。如附圖中所示，207a是指BCl x層207的沉積在硬掩 模205的頂部上的部分，而207b是指BClx層207的沉積在鈷互連件201a的頂部上的部分。 [0046]注意，在沉積步驟期間BClx層的形成在硬掩模205的頂部上的部分207a比BClx層的 形成在鈷互連件201a的頂部上的部分207b厚。BCl x層207a的組分與在與Co互連件201a的交 界處的BClx層207b中的組分可以不同，并且這樣的組分差異會(huì)有助于選擇性，如下所述。
[0047]在本發(fā)明不受任何具體的操作理論限制的條件下，組分和厚度的差異被認(rèn)為是由 于化學(xué)和機(jī)械因素的組合導(dǎo)致的。化學(xué)沉積物BCl3和添加劑如出、〇14、0?4、即3、和(：12至少部 分地由于硼與硬掩模205材料中的N、0或C的反應(yīng)/附連而優(yōu)先沉積在硬掩模205上。在沉積 化學(xué)品中的氯與Co互連件201a的表面反應(yīng)/附著到Co互連件201a的表面上，并且硼也可以 在隨后的暴露中附連到氯上，但反應(yīng)在Co互連件201a的表面上通常比在硬掩模205的表面 處進(jìn)展得較慢，并Co互連件201a的表面的凹陷方面進(jìn)一步減慢膜的生長(zhǎng)，從而導(dǎo)致所沉積 的BCl x層207的厚度方面的分化。因此，BClx層的形成在硬掩模205的頂部上的部分207a比 BClx層的形成在Co互連件201a的頂部上的部分207b厚。這種沉積厚度的分化在沉積的早期 循環(huán)中是最明顯的，特別是在界面處。沉積、活化和/或蝕刻策略可以相應(yīng)地調(diào)整，如相對(duì)于 參照?qǐng)D1在下面和上面所描述的各種操作的循環(huán)所討論的。在其它實(shí)施方式中，在此工藝中 使用的BCl 3可以用其它可以提供類似的沉積和活化功能的鹵化物化學(xué)品（諸如BBr3或BI3或 BF3)替換。注意，在各種實(shí)施方式中，Co互連件20Ia被蝕刻后，BClx層207的側(cè)壁在蝕刻后保 留在襯底上；也就是說(shuō)，BCl x層207的一部分保留在硬掩模205的側(cè)壁上并且部分在柵極材 料203的側(cè)壁上。
[0048] BClx層207既用作保護(hù)性阻擋層，又用作形成蝕刻產(chǎn)品的反應(yīng)物質(zhì)源。參看圖2C， 在活化期間，BClx層的在Co互連件201a上的部分207b用離子能量活化并與Co反應(yīng)以形成蝕 亥Ij產(chǎn)品?；罨瘹怏w(如氬氣)任選地與其它氣體(如H 2、CH4、CF4、Cl2、或NF3)組合促進(jìn)在BClx化 學(xué)吸附層217的形成過(guò)程中的均勻性和選擇性。替代性的活化氣體可以包括其它惰性氣體， 如氦、氖、和氙。所公開(kāi)的實(shí)施方式還減少了蝕刻產(chǎn)品的重新沉積(例如，使得可以在活化過(guò) 程中使用的濺射物質(zhì)不沉積）。請(qǐng)注意，由于較厚的層沉積在硬掩模205上，因此，一些BCl x 化學(xué)吸附層217保持在這些表面上，而如圖2C所示，BClx層的在Co互連件201a的表面上的部 分207b的整體被完全蝕刻，由此暴露Co互連件201a的表面。
[0049]沉積（圖2B)和活化（圖2C)步驟以使得Co互連件201a被蝕刻而不會(huì)造成對(duì)硬掩模 205的損壞直到由圖2D所表示的所需的鈷蝕刻深度實(shí)現(xiàn)為止這樣的方式重復(fù)多個(gè)循環(huán)。例 如，通常，循環(huán)過(guò)程會(huì)涉及： a. (沉積時(shí)間1+活化時(shí)間2)*X循環(huán)，開(kāi)始的幾個(gè)循環(huán)更專注于在硬掩模上的沉積物積 聚； 接著 b. (沉積時(shí)間3+活化時(shí)間4)*Y循環(huán)，一旦在掩模上的沉積物積聚的一定程度的分化實(shí) 現(xiàn)，隨后的循環(huán)就可以更專注于Co的去除。
[0050] 對(duì)于上述式，X可為介于約1個(gè)與約10個(gè)循環(huán)之間，或介于約1個(gè)與約6個(gè)循環(huán)之間， 而Y可以是介于約20個(gè)與約30個(gè)循環(huán)之間。與進(jìn)行凈沉積工藝相關(guān)聯(lián)的沉積時(shí)間1可以為介 于約5秒與約60秒之間。與進(jìn)行凈沉積工藝相關(guān)聯(lián)的活化時(shí)間2可以為介于約10秒與約60秒 之間。與進(jìn)行凈蝕刻工藝相關(guān)聯(lián)的沉積時(shí)間3可為介于約5秒與約60秒之間。與進(jìn)行凈蝕刻 工藝相關(guān)聯(lián)的活化時(shí)間4可為介于約10秒與約60秒之間。
[0051] 沉積過(guò)程中的偏置電壓通常是零，但也可使用低偏置，只要它不妨礙BClx層的形 成即可。在活化步驟中的合適偏置為約50Vb，但它可以被改變以實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果。
[0052]活化能和偏置電壓也可以從循環(huán)到循環(huán)變化。例如，根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式執(zhí)行 的循環(huán)過(guò)程可以包括： a. (沉積+活化，在偏置電壓1)*X個(gè)循環(huán)，開(kāi)始的幾個(gè)循環(huán)更專注于在硬掩模上的沉積 物積聚； 接著 b. (沉積+活化，在偏置電壓2)*Y循環(huán)，一旦在掩模上的沉積物積聚的一定程度的分化 實(shí)現(xiàn)，則隨后的循環(huán)可以更專注于Co的除去。
[0053] 對(duì)于上述式，X可為介于約1個(gè)與約10個(gè)循環(huán)之間，或介于約1個(gè)與約6個(gè)循環(huán)之間， 而Y可以是介于約20個(gè)與約30個(gè)循環(huán)之間。偏置電壓1可以是介于約20Vb和約IOOVb之間，而 偏置電壓2之間可以是介于約30Vb和約150Vb之間。
[0054] 沉積操作和活化操作兩者的壓強(qiáng)都可為約2mT至約90mT。等離子體源功率可以是 從約 100W 到 1500W。
[0055] 為了減少對(duì)硬掩模的損壞和實(shí)現(xiàn)所需的選擇性，一旦Co蝕刻在活化步驟結(jié)束時(shí)完 成，一些殘余的BClx會(huì)保留在硬掩模上，如上所述。以這種方式，Co蝕刻可以在不損壞硬掩 模的情況下進(jìn)行。這個(gè)結(jié)果可以通過(guò)調(diào)整活化/蝕刻化學(xué)品和條件來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)，使得BCl x 層的在硬掩模上的部分不比在BClx層的在Co互連件上的部分蝕刻得快，例如蝕刻得慢。
[0056] 該技術(shù)顯著改善了Co蝕刻的選擇性和所得Co表面粗糙度兩者。例如，所公開(kāi)的實(shí) 施方式可使表面粗糙度減小到小于5nm RMS，并且相對(duì)于濕法蝕刻或?yàn)R射的表面在平滑度 方面可以產(chǎn)生至少50%的改善。不受特定理論的限制，相信，由于在濕法蝕刻之后形成的在 金屬的表面上的突起和丘陵?duì)钗锏奈g刻，因而在濕法蝕刻之后的金屬的粗糙表面通過(guò)所公 開(kāi)的實(shí)施方式而變平滑。
[0057]在一些實(shí)施方式中，循環(huán)的沉積和活化操作可在不破壞真空的情況下進(jìn)行，包括 在相同的室、或在工具的不同的室模塊中進(jìn)行。在多種實(shí)施方式中，所公開(kāi)的實(shí)施方式也可 以與諸如離子束蝕刻和反應(yīng)性離子蝕刻之類的其它工藝結(jié)合。
[0058]所公開(kāi)的實(shí)施方式不限于蝕刻Co互連件，也可以適用于毯覆式(遞減式)Co蝕刻。 圖3A-3D提供了一種遞減式蝕刻的一種示例性蝕刻方案。遞減式蝕刻可在毯覆式Co層上執(zhí) 行。圖3A示出了具有在蝕刻停止層310上的毯覆式Co層303的示例性襯底300的示意圖。硬掩 模305被沉積在毯覆式Co層303并被圖案化。硬掩模305可以包括非金屬或金屬。在多種實(shí)施 方式中，硬掩模305是與毯覆式Co層303的金屬不同的金屬。
[0059] 在圖3B中，將襯底300暴露于含硼鹵化物氣體（如BCl3)和添加劑，如以上參照?qǐng)D1 中的操作104所描述的。BClx層307被選擇性地沉積，使得BClx層的沉積在硬掩模305上的部 分307a比BCl x層的沉積在毯覆式Co層303上的部分307b厚。
[0060] 圖3C示出了在圖3B中的襯底300被暴露于活化氣體并且BClx層307被蝕刻以形成 部分經(jīng)蝕刻的BCl x層317之后的部分經(jīng)蝕刻的Co層313,該部分經(jīng)蝕刻的Co層313具有在硬 掩模305和部分經(jīng)蝕刻的BCl x層317的側(cè)壁之間的中心的凹部。注意，雖然以一定的蝕刻速 率蝕刻BClx層307,但是在圖3B中，由于BCl x層的在硬掩模305上的部分307a的量比BClx層的 沉積在毯覆式Co層303上的部分307b的量厚，因此蝕刻可繼續(xù)到毯覆式Co層313內(nèi)，同時(shí)繼 續(xù)蝕刻部分經(jīng)蝕刻的BCl x層317,從而保護(hù)硬掩模305不被剝蝕和損壞。注意，在多種實(shí)施方 式中，將圖3C中的襯底300暴露于活化氣體(如氬氣)和等離子體以蝕刻襯底300。
[0061] 如上參照?qǐng)D1所述，可重復(fù)操作104和106以沉積含硼鹵化物材料和添加劑，并在循 環(huán)中將襯底暴露于活化氣體和等離子體。在一些實(shí)施方式中，沉積的持續(xù)時(shí)間可以比活化 氣體暴露的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)以沉積較多的含硼鹵化物材料。在一些實(shí)施方式中，活化氣體暴露 的持續(xù)時(shí)間可以比沉積的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)以使得能將襯底蝕刻得較多。
[0062]圖3D示出了執(zhí)行操作104和106的足夠的循環(huán)后的完全遞減式蝕刻的Co 313。
[0063] 盡管在本文描述了所公開(kāi)的實(shí)施方式的應(yīng)用的具體實(shí)例，應(yīng)當(dāng)理解的是，用于蝕 刻任何非揮發(fā)性的金屬的其它應(yīng)用可使用所公開(kāi)的實(shí)施方式來(lái)執(zhí)行。 裝置
[0064] 現(xiàn)在描述在某些實(shí)施方式中可適用于循環(huán)的沉積和活化工藝（包括原子層蝕刻 (ALE)操作和原子層沉積(ALD)操作）的感應(yīng)耦合等離子體(ICP)反應(yīng)器。這樣的ICP反應(yīng)器 還描述在2013年12月10日提交的并且名稱為"MAGE REVERSAL WITH AHM GAP FILL FOR MULTIPLE PATTERNING"的美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)No. 2014/0170853中，其在此通過(guò)引用整體并 入本文并用于所有目的。盡管本文描述了 ICP反應(yīng)器，但是應(yīng)該理解的是，在一些實(shí)施方式 中也可以使用電容耦合等離子體反應(yīng)器。
[0065] 圖4示意性地示出了適于實(shí)施本文的某些實(shí)施方式的感應(yīng)耦合等離子體集成蝕刻 和沉積裝置400的橫截面圖，其示例是Kiy〇?.反應(yīng)器，由加利福尼亞州弗里蒙特的Lam Research Corp.生產(chǎn)。所述感應(yīng)親合等離子體裝置400包括由室壁401和窗411結(jié)構(gòu)上限定 的總處理室424。室壁401可以由不銹鋼或鋁制成。窗411可以由石英或其它介電材料制成。 任選的內(nèi)部等離子體柵格450將總處理室分為上副室402和下副室403。在大多數(shù)實(shí)施方式 中，等離子體柵格450可以被移除，從而利用由副室402和403構(gòu)成的室空間。卡盤(pán)417定位在 下副室403中在底部?jī)?nèi)表面附近。卡盤(pán)417被配置成接收和保持在其上執(zhí)行蝕刻和沉積工藝 的半導(dǎo)體晶片419。卡盤(pán)417可以是當(dāng)晶片419存在時(shí)用于支撐晶片419的靜電卡盤(pán)。在一些 實(shí)施方式中，邊緣環(huán)(未示出）圍繞卡盤(pán)417,并具有大致與晶片419(當(dāng)晶片存在于卡盤(pán)417 上方時(shí)）的頂面在同一平面的上表面?？ūP(pán)417還包括能夾緊和放松晶片419的靜電電極。可 設(shè)置過(guò)濾器和DC鉗位功率源(未示出）用于此目的。也可以提供其它的控制系統(tǒng)用于提升晶 片419使其離開(kāi)卡盤(pán)417?？ūP(pán)417可以用RF功率源423充電。RF功率源423通過(guò)連接件427被 連接到匹配電路421。匹配電路421通過(guò)連接件425連接到卡盤(pán)417。以這種方式，RF功率源 423被連接到卡盤(pán)417上。在多種實(shí)施方式中，靜電卡盤(pán)的偏置可以設(shè)置在約50Vb，或者可以 設(shè)置在不同的偏置，具體取決于根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式執(zhí)行的工藝。例如，所述偏置可以設(shè) 置在約20Vb和約IOOVb之間，或在約30Vb和約150Vb之間。
[0066]用于等離子體產(chǎn)生的元件包括位于窗411上方的線圈433。在一些實(shí)施方式中，所 公開(kāi)的實(shí)施方式中未使用線圈。線圈433由導(dǎo)電材料制成，并包括至少一整匝。在圖4中所示 的線圈433的例子包括三匝。線圈433的橫截面用符號(hào)示出，且具有符號(hào)"X"的線圈433表示 線圈433旋轉(zhuǎn)地延伸到頁(yè)面內(nèi)，而具有符號(hào)"·"的線圈433表示旋轉(zhuǎn)地延伸出頁(yè)面。用于等 離子體產(chǎn)生的元件還包括被配置為提供RF功率至線圈433的RF功率源441。一般地，RF功率 源441通過(guò)連接件445被連接到匹配電路439。匹配電路439通過(guò)連接件443連接到線圈433。 以這種方式，RF功率源441被連接到線圈433?？蛇x的法拉第屏蔽件449a被定位在線圈433和 窗411之間。法拉第屏蔽件449a可以以相對(duì)于線圈433成隔開(kāi)的關(guān)系被保持。在一些實(shí)施方 式中，法拉第屏蔽件449a被設(shè)置在窗411的正上方。在一些實(shí)施方式中，法拉第屏蔽件449b 被設(shè)置在窗411和卡盤(pán)417之間。在一些實(shí)施方式中，法拉第屏蔽件449b沒(méi)有以相對(duì)于線圈 433成隔開(kāi)的關(guān)系被保持。例如法拉第屏蔽件449b可以沒(méi)有間隙地位于窗411正下方。線圈 433、法拉第屏蔽件449a和窗411各自被配置為基本上彼此平行。法拉第屏蔽件449a可以防 止金屬或其它物質(zhì)沉積在處理室424的窗411上。
[0067] 工藝氣體(例如含硼鹵化物氣體、8(：13、(：12^匕014工?4、即3等)可以通過(guò)位于上副 室402的一個(gè)或更多個(gè)主氣體流入口 460和/或通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)側(cè)氣體流入口 470流入處 理室。同樣，雖然未明確示出，但是類似的氣體流入口可用于向電容耦合等離子體處理室供 應(yīng)工藝氣體。真空栗，例如，一級(jí)或兩級(jí)干式機(jī)械栗和/或渦輪分子栗440,可用于將工藝氣 體從處理室424抽出并維持處理室424內(nèi)的壓強(qiáng)。例如，真空栗可用于在ALD清掃操作過(guò)程中 排空下副室403。閥控制的導(dǎo)管可用于使真空栗流體連接在處理室424上，以便選擇性地控 制由真空栗提供的真空環(huán)境的應(yīng)用。在操作等離子體處理過(guò)程中，這可以使用封閉環(huán)控制 的流量限制裝置例如節(jié)流閥（未示出）或鐘擺閥（未示出）進(jìn)行。同樣，也可以使用受控地流 體連接在電容耦合等離子體處理室上的真空栗和閥。
[0068]在裝置400的操作過(guò)程中，一種或多種工藝氣體(如含硼鹵化物氣體、添加劑、或活 化氣體)可通過(guò)氣體流入口460和/或470供給。在某些實(shí)施方式中，工藝氣體可以僅通過(guò)主 氣體流入口 460供給，或者僅通過(guò)側(cè)氣體流入口 470供給。在一些情況下，在圖中所示的氣體 流入口可以由較復(fù)雜的氣體流入口替代，例如，由一個(gè)或多個(gè)噴頭替代。法拉第屏蔽件449a 和/或任選的柵格450可以包括能使工藝氣體輸送至處理室424的內(nèi)部通道和孔。法拉第屏 蔽件449a和任選的柵格450中的一者或兩者可以作為用于輸送工藝氣體的噴頭。在一些實(shí) 施方式中，液體蒸發(fā)和輸送系統(tǒng)可位于處理室424的上游，使得一旦液體反應(yīng)物或前體被蒸 發(fā)，那么蒸發(fā)的反應(yīng)物或前體通過(guò)氣體流入口 460和/或470引入到處理室424中。
[0069]射頻功率從RF功率源441供給到線圈43 3以使RF電流流過(guò)線圈433。流過(guò)線圈433的 RF電流產(chǎn)生圍繞線圈433的電磁場(chǎng)。電磁場(chǎng)產(chǎn)生在上副室402內(nèi)的感應(yīng)電流。所生成的各離 子和自由基與晶片419的物理和化學(xué)相互作用蝕刻晶片419上的特征和在晶片419上選擇性 地沉積層。
[0070]如果使用等離子體柵格450使得存在上副室402和下副室403二者，則感應(yīng)電流作 用于存在于上副室402中的氣體上以在上副室402中產(chǎn)生電子-離子等離子體。任選的內(nèi)部 等離子體柵格450限制下副室403中的熱電子的量。在一些實(shí)施方式中，設(shè)計(jì)和操作所述裝 置400使得存在于下副室403中的等離子體是離子-離子等離子體。
[0071] 上部的電子-離子等離子體和下部的離子-離子等離子體二者可包含陽(yáng)離子和陰 離子，盡管離子-離子等離子體將具有更大的陰離子：陽(yáng)離子的比率。揮發(fā)性的蝕刻和/或沉 積的副產(chǎn)物可通過(guò)端口 422從下副室403去除。本文所公開(kāi)的卡盤(pán)417可在約10°C與約250°C 之間的升高的溫度范圍內(nèi)操作。該溫度將取決于工藝操作和具體配方。
[0072] 裝置400當(dāng)安裝在干凈的房間或制造廠中時(shí)可耦合在設(shè)施（未示出）上。設(shè)施包括 管道，管道提供處理氣體、真空、溫度控制和環(huán)境微粒控制。這些設(shè)施當(dāng)安裝在目標(biāo)制造廠 時(shí)連接在裝置400上。此外，裝置400可耦合在傳送室上，該傳送室允許使用典型的自動(dòng)化由 機(jī)器手傳送半導(dǎo)體晶片進(jìn)出裝置400。
[0073]在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)控制器430(其可包括一個(gè)或更多個(gè)物理或邏輯控制器） 控制處理室424的一些或所有操作。系統(tǒng)控制器430可包括一個(gè)或更多個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備和一個(gè) 或更多個(gè)處理器。在一些實(shí)施方式中，所述裝置400包括當(dāng)進(jìn)行所公開(kāi)的實(shí)施方式時(shí)用于控 制流速和持續(xù)時(shí)間的開(kāi)關(guān)系統(tǒng)。在一些實(shí)施方式中，所述裝置400可具有高達(dá)約500ms或高 達(dá)約750ms的切換時(shí)間。切換時(shí)間可取決于流動(dòng)化學(xué)品、配方選擇、反應(yīng)器的體系結(jié)構(gòu)和其 它因素。
[0074]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，系統(tǒng)控制器430是系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)可以是上述實(shí)例的一 部分。這種系統(tǒng)可以包括半導(dǎo)體處理設(shè)備，其包括一個(gè)或多個(gè)處理工具、一個(gè)或多個(gè)室、用 于處理的一個(gè)或多個(gè)平臺(tái)和/或具體的處理組件（晶片基座、氣流系統(tǒng)等）。這些系統(tǒng)可以與 用于控制它們?cè)谔幚戆雽?dǎo)體晶片或襯底之前、期間和之后的操作的電子器件一體化。電子 器件可以整合到系統(tǒng)控制器430中，該系統(tǒng)控制器430可以控制一個(gè)或多個(gè)系統(tǒng)的各種元件 或子部件。根據(jù)處理參數(shù)和/或系統(tǒng)的類型，系統(tǒng)控制器430可以被編程以控制本文公開(kāi)的 任何工藝，包括控制工藝氣體輸送、溫度設(shè)置(例如，加熱和/或冷卻）、壓強(qiáng)設(shè)置、真空設(shè)置、 功率設(shè)置、射頻(RF)發(fā)生器設(shè)置、RF匹配電路設(shè)置、頻率設(shè)置、流速設(shè)置、流體輸送設(shè)置、位 置及操作設(shè)置、晶片轉(zhuǎn)移進(jìn)出工具和其它轉(zhuǎn)移工具和/或與具體系統(tǒng)連接或通過(guò)接口連接 的裝載鎖。
[0075]寬泛地講，系統(tǒng)控制器430可以被定義為接收指令、發(fā)布指令、控制操作、啟用清潔 操作、啟用端點(diǎn)測(cè)量等等的具有各種集成電路、邏輯、存儲(chǔ)器和/或軟件的電子器件。集成電 路可以包括存儲(chǔ)程序指令的固件形式的芯片、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、定義為專用集成電路 (ASIC)的芯片和/或一個(gè)或多個(gè)微處理器或執(zhí)行程序指令(例如，軟件)的微控制器。程序指 令可以是以各種單獨(dú)設(shè)置(或程序文件)的形式通信到控制器的指令，該設(shè)置定義用于在半 導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)上或針對(duì)半導(dǎo)體晶片或系統(tǒng)執(zhí)行特定過(guò)程的操作參數(shù)。在一些實(shí)施方式 中，操作參數(shù)可以是由工藝工程師定義的用于在制備或者去除晶片的一個(gè)或多個(gè)(種)層、 材料、金屬、氧化物、硅、二氧化硅、表面、電路和/或管芯期間完成一個(gè)或多個(gè)處理步驟的配 方(recipe)的一部分。
[0076]在一些實(shí)現(xiàn)方式中，系統(tǒng)控制器430可以是與系統(tǒng)集成、耦合或者說(shuō)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連 接系統(tǒng)或它們的組合的計(jì)算機(jī)的一部分或者與該計(jì)算機(jī)耦合。例如，控制器可以在"云"中 或者是fab主機(jī)系統(tǒng)的全部或一部分，其可以允許遠(yuǎn)程訪問(wèn)晶片處理。計(jì)算機(jī)可以啟用對(duì)系 統(tǒng)的遠(yuǎn)程訪問(wèn)以監(jiān)測(cè)制造操作的當(dāng)前進(jìn)程，檢查過(guò)去的制造操作的歷史，檢查多個(gè)制造操 作的趨勢(shì)或性能標(biāo)準(zhǔn)，改變當(dāng)前處理的參數(shù)，設(shè)置處理步驟以跟隨當(dāng)前的處理或者開(kāi)始新 的工藝。在一些實(shí)例中，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)(例如，服務(wù)器)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)給系統(tǒng)提供工藝配方，網(wǎng) 絡(luò)可以包括本地網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)可以包括能夠輸入或編程參數(shù)和/或設(shè)置的用 戶界面，該參數(shù)和/或設(shè)置然后從遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信到系統(tǒng)。在一些實(shí)例中，系統(tǒng)控制器430接 收數(shù)據(jù)形式的指令，該指令指明在一個(gè)或多個(gè)操作期間將要執(zhí)行的每個(gè)處理步驟的參數(shù)。 應(yīng)當(dāng)理解，參數(shù)可以針對(duì)將要執(zhí)行的工藝類型以及工具類型，控制器被配置成連接或控制 該工具類型。因此，如上所述，系統(tǒng)控制器430可以例如通過(guò)包括一個(gè)或多個(gè)分立的控制器 而分布，這些分立的控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接在一起并且朝著共同的目標(biāo)(例如，本文所述的工 藝和控制）工作。用于這些目的的分布式控制器的實(shí)例可以是與結(jié)合以控制室上的工藝的 一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程集成電路(例如，在平臺(tái)水平或作為遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的一部分)通信的室上的一 個(gè)或多個(gè)集成電路。
[0077] 在非限制性的條件下，示例的系統(tǒng)可以包括等離子體蝕刻室或模塊、沉積室或模 塊、旋轉(zhuǎn)清洗室或模塊、金屬電鍍室或模塊、清潔室或模塊、倒角邊緣蝕刻室或模塊、物理氣 相沉積(PVD)室或模塊、化學(xué)氣相沉積(CVD)室或模塊、ALD室或模塊、ALE室或模塊、離子注 入室或模塊、軌道室或模塊、以及在半導(dǎo)體晶片的制備和/或制造中可以關(guān)聯(lián)上或使用的任 何其它的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)。
[0078] 如上所述，根據(jù)工具將要執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)工藝步驟，控制器可以與一個(gè)或多個(gè) 其它的工具電路或模塊、其它工具組件、群集工具、其它工具界面、相鄰的工具、鄰接工具、 位于整個(gè)工廠中的工具、主機(jī)、另一個(gè)控制器、或者在將晶片的容器往來(lái)于半導(dǎo)體制造工廠 中的工具位置和/或裝載口搬運(yùn)的材料搬運(yùn)中使用的工具通信。
[0079]圖5描述了半導(dǎo)體工藝集群結(jié)構(gòu)，其中各個(gè)模塊與真空傳送模塊538(VTM)接口。在 多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備和處理模塊之間"傳送"晶片的各種模塊的配置可以被稱為"集群工具架構(gòu)" 系統(tǒng)。氣密室530(也被稱為裝載鎖或傳送模塊)與VTM 538連接，VTM 538進(jìn)而與四個(gè)處理模 塊520a-520d連接，四個(gè)處理模塊520a-520d可以被單獨(dú)優(yōu)化以執(zhí)行各種制造工藝。例如，處 理模塊520a-520d可以被實(shí)現(xiàn)以執(zhí)行襯底蝕刻、沉積、離子注入、晶片清潔、濺射和/或其它 半導(dǎo)體工藝。在一些實(shí)施方式中，ALD和ALE在相同的模塊中進(jìn)行。在一些實(shí)施方式中，ALD和 ALE在相同工具中的不同模塊中進(jìn)行。襯底蝕刻處理模塊中的一個(gè)或多個(gè)(520a-520d中的 任意一個(gè))可以如本文所公開(kāi)的被實(shí)施，即，用于沉積保形膜，選擇性地通過(guò)ALD沉積膜，蝕 刻圖案，蝕刻金屬，以及根據(jù)所公開(kāi)的實(shí)施方式所述的其它合適的功能。氣密室530和處理 模塊520a-520d可以被稱為"站"。每個(gè)站具有將站與VTM 538連接的小面536(facet 536)。 在每個(gè)小面內(nèi)部，傳感器1-18被用于在晶片526在各站之間移動(dòng)時(shí)檢測(cè)晶片526的通過(guò)。 [00 80]機(jī)械手522將晶片526在站之間傳輸。在一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)械手522具有一個(gè)臂， 而在另一實(shí)施方式中，機(jī)械手522具有兩個(gè)臂，其中每個(gè)臂具有端部執(zhí)行器524以拾取晶片 (例如晶片526)以供運(yùn)輸。在大氣傳送模塊(ATM)540中，前端機(jī)械手532用于從在負(fù)載端口 模塊(LPM)542中的晶片盒或前開(kāi)式晶片盒(F0UP)534傳送晶片526到氣密室530。處理模塊 520a-520d內(nèi)的模塊中心528是用于放置晶片526的一個(gè)位置。在ATM 540中的對(duì)準(zhǔn)器544用 于對(duì)齊晶片。
[0081 ] 在一示例性的處理方法中，晶片被放置在LPM 542中的多個(gè)FOUP 534中的一個(gè)中。 前端機(jī)械手532將晶片從FOUP 534傳送到對(duì)準(zhǔn)器544,其允許晶片526在被蝕刻或處理之前 適當(dāng)?shù)鼐又小?duì)準(zhǔn)后，晶片526由前端機(jī)械手532移動(dòng)到氣密室530中。由于氣密室530具有匹 配ATM540和VTM538之間的環(huán)境的能力，因此晶片526能夠在兩種壓強(qiáng)環(huán)境之間移動(dòng)而不被 破壞。從氣密室530,晶片通過(guò)機(jī)械手522移動(dòng)通過(guò)VTM 538并進(jìn)入處理模塊520a-520d中的 一個(gè)。為了實(shí)現(xiàn)這種晶片移動(dòng)，機(jī)械手522在其每一個(gè)臂上使用端部執(zhí)行器524。一旦晶片 526已被處理，則通過(guò)機(jī)械手522將其從處理模塊520a-520d移動(dòng)到氣密室530中。晶片526可 以從這里通過(guò)前端機(jī)械手532移動(dòng)到多個(gè)FOUP 534中的一個(gè)中或移動(dòng)到對(duì)準(zhǔn)器544。
[0082] 應(yīng)當(dāng)注意的是，控制晶片運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)對(duì)于集群架構(gòu)可以是本地的，或者它可以 位于在制造工廠中的集群架構(gòu)的外部，或在遠(yuǎn)程位置并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到集群架構(gòu)。如上參 照?qǐng)D4所述的控制器可以用圖5中的工具實(shí)施。 實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)1
[0083] 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并評(píng)價(jià)襯底的平滑性。在蝕刻之前評(píng)價(jià)硅襯底上的毯覆式膜堆棧（a blanket film stack)，該毯覆式膜堆棧包括氧化物、作為粘附層的氮化鈦、和100納米的 鈷。拍攝圖像，如圖6A所示，其顯示整個(gè)襯底的表面上以及在不同的層之間的界面處的各種 團(tuán)塊和顆粒，這表明粗糙度高。獲取測(cè)量結(jié)果，如圖所示，其顯示110nm、113nm、112nmdP lllnm的厚度。襯底然后使用所公開(kāi)的實(shí)施方式進(jìn)行蝕刻。將包括先前凹陷的鈷層(通過(guò)濕 法蝕刻凹陷）與在它上面沉積并被圖案化的硬掩模的襯底暴露于BCl 3和添加劑，以在襯底 上沉積BClx層，然后將襯底暴露于活化氣體并激活等離子體。將襯底暴露于BCl 3和添加劑與 活化氣體和等離子體交替脈沖，進(jìn)行20個(gè)循環(huán)。然后評(píng)估經(jīng)蝕刻的襯底的粗糙度。拍攝所得 到的襯底的圖像，如圖6B所示，并且測(cè)得的厚度為80.2nm。襯底顯示小于5nm RMS的光滑表 面，并且平滑度改善至少50%。 實(shí)驗(yàn)2
[0084] 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并測(cè)定所公開(kāi)的實(shí)施方式的蝕刻速度。將具有待被蝕刻的毯覆式鈷層和 在鈷層上沉積并被圖案化的硬掩模的襯底暴露于BCl 3和添加劑。然后將襯底暴露于活化氣 體和等離子體。將襯底暴露于BCl3和添加劑與活化氣體和等離子體的循環(huán)，進(jìn)行超過(guò)20個(gè) 的循環(huán)。這些循環(huán)以基本上線性的圖案以約1.4422nm/循環(huán)的蝕刻速率蝕刻鈷。數(shù)據(jù)點(diǎn)以及 鈷去除量與循環(huán)數(shù)的線性模型如圖7中描繪。 結(jié)論
[0085]雖然為了清楚理解的目的已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地描述了前述的實(shí)施方式，但是顯而易見(jiàn) 的是，可在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)實(shí)施某些變化和修改。應(yīng)當(dāng)注意的是，具有實(shí)施本發(fā)明 實(shí)施方式的工藝、系統(tǒng)和裝置的許多替代方式。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式應(yīng)被視為是說(shuō)明性 的而不是限制性的，并且所述實(shí)施方式并不限于本文所給出的細(xì)節(jié)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種處理在室內(nèi)的襯底的方法，該方法包括： (a) 將所述襯底暴露于含硼鹵化物氣體和選自由含氫氣體和含鹵素氣體組成的組的添 加劑保持足以選擇性地沉積在所述襯底上的掩模的表面上的含硼鹵化物材料第一層和金 屬的表面上的含硼鹵化物材料第二層的持續(xù)時(shí)間，其中所述第一層比所述第二層厚，以及 (b) 將所述襯底暴露于活化氣體和活化源。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中(a)的所述持續(xù)時(shí)間介于約5秒和約60秒之間。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括:在第一組循環(huán)中重復(fù)(a)和(b)以在所述襯底 上沉積所述含硼鹵化物層。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其還包括:在第二組循環(huán)中重復(fù)(a)和(b)以蝕刻所述金 屬。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在(b)期間施加偏置。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在所述第一組循環(huán)期間以第一偏置在(b)期間施加 偏置以及在所述第二組循環(huán)期間以第二偏置在(b)期間施加偏置。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述活化源是等離子體。8. -種用于處理襯底的裝置，該裝置包含： (a) -個(gè)或多個(gè)處理室，每個(gè)處理室包含卡盤(pán)； (b) 通向所述處理室和相關(guān)的流動(dòng)控制硬件內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)氣體入口；以及 (c) 具有至少一個(gè)處理器和存儲(chǔ)器的控制器，其中 所述至少一個(gè)處理器和所述存儲(chǔ)器彼此通信地連接， 所述至少一個(gè)處理器與所述流動(dòng)控制硬件至少能操作地連接，并且 所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令用于控制所述至少一個(gè)處 理器以通過(guò)下述方式至少控制所述流動(dòng)控制硬件： (i) 使含硼鹵化物氣體和添加劑流至所述一個(gè)或多個(gè)處理室中的一個(gè)保持足以選擇性 地沉積在所述襯底上的掩模的表面上的含硼鹵化物材料第一層和金屬的表面上的含硼鹵 化物材料第二層的持續(xù)時(shí)間，其中所述第一層比所述第二層厚，并且其中所述添加劑選自 由含氫氣體和含鹵素氣體組成的組；以及 (ii) 使活化氣體流向所述一個(gè)或多個(gè)處理室中的一個(gè)并點(diǎn)燃活化源。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中使所述含硼鹵化物氣體、所述添加劑和所述活化氣 體在不破壞真空的情況下流動(dòng)。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述活化源是等離子體。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK106067442SQ201610255293
【公開(kāi)日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日 公開(kāi)號(hào)201610255293.7, CN 106067442 A, CN 106067442A, CN 201610255293, CN-A-106067442, CN106067442 A, CN106067442A, CN201610255293, CN201610255293.7
【發(fā)明人】楊嘉玲, 周寶所, 沈美華, 索斯藤·利爾, 約翰·霍昂
【申請(qǐng)人】朗姆研究公司