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用于选择性金属化合物移除的系统及方法与流程

用于选择性金属化合物移除的系统及方法
相关申请的交叉引用
1.本技术要求2020年9月11日提交的题为“systems and methods for selective metal compound removal(用于选择性金属化合物移除的系统及方法)”的美国非临时申请第17/018,206号的权益及优先权，其以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
2.本技术涉及半导体工艺及设备。更具体而言，本技术涉及相对于其他材料选择性蚀刻含金属结构。

背景技术：

3.集成电路可以通过在基板表面上产生复杂图案化材料层的工艺制得。在基板上产生图案化材料需要可控的用于移除暴露材料的方法。化学蚀刻被用于多种目的，包括将光刻胶中的图案转移至下置层上、薄化层或薄化已存在于表面上的特征的侧向尺寸。常常期望有一种蚀刻工艺，其蚀刻一种材料快于蚀刻另一材料，便于(例如)图案转移工艺。这样的蚀刻工艺被认为对第一材料具有选择性。由于材料、电路及工艺的多样性，因此已开发对多种材料具有选择性的蚀刻工艺。
4.根据工艺中使用的材料，可将蚀刻工艺称为湿式工艺或干式工艺。例如，湿式蚀刻可相对于其他电介质及材料优先移除一些氧化物电介质。然而，湿式工艺可能难以穿透一些受约束的沟槽，且有时也可能使剩余的材料变形。基板处理区域中形成的局部等离子体中产生的干式蚀刻可穿透更受约束的沟槽，并展现精细的剩余结构的较少变形。然而，局部等离子体可经由在其放电时产生电弧而损坏基板。
5.由此，需要能用于产生高质量器件及结构的改进的系统及方法。本技术满足这些及其他需要。

技术实现要素：

6.示例性的蚀刻方法可包括使含氟前驱物及含氢前驱物流至半导体处理腔室的远程等离子体区域中。可使含氢前驱物以相对于含氟前驱物的流动速率至少2:1的流动速率流动。方法可包括形成含氟前驱物及含氢前驱物的等离子体以产生等离子体流出物。方法可包括使等离子体流出物流至容纳基板的基板处理区域中。基板可包括钽或钛材料的暴露区域及含硅材料或金属的暴露区域。方法可包括用等离子体流出物接触基板。方法可包括相对于含硅材料或金属选择性移除钽或钛材料。
7.在一些实施例中，钽或钛材料可以是或包括钽或钛金属或钽或钛的氧化物或氮化物。金属可以是钨、钴或铜。可将等离子体功率维持在小于或约1,000w。可在高于或约150℃的温度下执行蚀刻方法。可在低于或约10torr的压力下执行蚀刻方法。方法可包括在使含氟前驱物流动之前执行预处理。预处理可包括用包含氧、氢、水蒸汽或氮中的一者或多者的等离子体接触基板。方法可包括在蚀刻方法之后执行后处理，其中后处理包含用包含氢、
氮、氧或水蒸汽中的一者或多者的等离子体接触基板。方法可包括自半导体处理腔室移除基板。方法可包括自半导体处理腔室的腔室壁移除残留物。移除残留物可包括提供含氯前驱物或等离子体流出物，或含溴前驱物或等离子体流出物。
8.本技术的一些实施例可包含蚀刻方法。方法可包括形成包括氧、氢或氮中的一者或多者的处理前驱物的等离子体，以产生处理等离子体流出物。方法可包括使处理等离子体流出物流至半导体处理腔室的基板处理区域中。方法可包括用处理等离子体流出物接触基板处理区域中容纳的基板。基板可界定钽或钛材料的暴露区域及钨、钴或铜的暴露区域。方法可包括自钽或钛材料的表面移除含碳材料。方法可包括形成含氟前驱物及含氢前驱物的等离子体。方法可包括用等离子体流出物接触基板。方法可包括移除钽或钛材料。
9.在一些实施例中，可使含氢前驱物以相对于含氟前驱物大于或约2:1的速率流动。可将形成含氟前驱物的等离子体期间的等离子体功率维持在小于或约1,000w。可在大于或约300℃的温度下执行蚀刻方法。可在小于或约10torr的压力下执行蚀刻方法。方法可包括在蚀刻方法之后执行后处理。后处理可包括用包含氢的等离子体接触基板。方法可包括自半导体处理腔室移除基板。方法可包括自半导体处理腔室的腔室壁移除残留物。
10.本技术的一些实施例可包含蚀刻方法。方法可包括使含氟前驱物及含氢前驱物流至半导体处理腔室的远程等离子体区域中。可使含氢前驱物以相对于含氟前驱物的流动速率至少2:1的流动速率流动。方法可包括形成含氟前驱物及含氢前驱物的等离子体以产生等离子体流出物。方法可包括使等离子体流出物流至容纳基板的基板处理区域中。基板可包括钽或钛材料的暴露区域及含硅材料或金属的暴露区域。方法可包括用等离子体流出物接触基板。方法可包括相对于含硅材料或金属选择性移除钽或钛材料。方法可包括形成包括氢的处理前驱物的等离子体，以产生处理等离子体流出物。方法可包括用处理等离子体流出物接触基板。
11.在一些实施例中，处理等离子体流出物可经配置以自基板或半导体处理腔室中的一者或多者移除残留的氟。方法可包括自半导体处理腔室移除基板。方法可包括用含氯前驱物自半导体处理腔室的腔室壁移除残留物。
12.相比于常规的系统及技术，此技术可提供许多好处。例如，工艺可允许执行干式蚀刻，其可保护基板的特征。另外，工艺可相对于基板上的其他暴露材料选择性移除钽及钛材料。结合以下描述和所附附图更详细地描述这些及其他实施例以及其优点和特征中的许多者。
附图说明
13.可参考说明书的剩余部分及附图进一步理解所揭示技术的性质和优点。
14.图1展示根据本技术的一些实施例的示例性处理系统的一实施例的俯视平面图。
15.图2a展示根据本技术的一些实施例的示例性处理腔室的示意性横截面图。
16.图2b展示根据本技术的一些实施例的图2a所示处理腔室的一部分的详细视图。
17.图3展示根据本技术的一些实施例的示例性喷淋头的底视平面图。
18.图4展示根据本技术的一些实施例的方法的示例性操作。
19.图5a至图5b展示根据本技术的实施例的所处理基板的横截面图。
20.附图中的若干者为示意图。应理解附图用于说明的目的，且除非明确指出为按比
例的，否则不应认为其为按比例的。另外，提供作为示意图的附图以帮助理解，且附图可能不包括与实际表示相比的所有方面或信息，且可以是了说明性目的而包括额外或夸大的材料。
21.在附图中，相同的部件和/或特征可具有相同的附图标记。另外，可通过在附图标记后添加区分相似部件的字母来区分同一类型的各个部件。如果说明书中仅使用第一附图标记，那么描述适用于具有同一第一附图标记的相似部件中的任一者而不管字母。
具体实施方式
22.许多不同的半导体工艺可使用稀酸，以用于清洗基板和自那些基板移除材料。例如，稀可以是氧化硅、氧化钛及其他材料的有效的蚀刻剂，可用于自基板表面移除这些材料。在蚀刻或清洗操作完成之后，可自晶片或基板表面干燥酸。使用稀(“dhf”)可称为“湿”式蚀刻，且稀释剂常常为水。可使用其他蚀刻工艺，其使用输送至基板的前驱物。例如，等离子体增强工艺也可通过经由等离子体增强前驱物以执行干式蚀刻(包括反应离子蚀刻)来选择性蚀刻材料。
23.虽然使用水溶液或水基工艺的湿式蚀刻剂对于某些基板结构可有效地操作，但水可能在多种条件下构成挑战。例如，当设置在包括金属材料的基板上时，在蚀刻工艺期间使用水可能造成问题。例如，在基板上已形成一定量金属化之后，可执行诸如凹陷间隙、移除氧化物电介质的某些后制造工艺或其他工艺，以移除含氧材料。如果在蚀刻期间以某一方式使用水，则可产生电解质，当接触金属材料时，电介质可使不同金属之间发生电流腐蚀，且可在各种工艺中腐蚀或置换金属。另外，由于水稀释剂的表面张力，微小的结构可发生图案变形及崩坏。由于表面张力效应，水基材料也不能渗透一些高深宽比特征，且由于可能形成的离子溶液的电双层而减小小空间中的蚀刻速率，这可减缓在特征内的输送。这可延长暴露时间，且影响相对于其他材料的蚀刻。
24.等离子体蚀刻可解决与水基蚀刻相关的问题，但可能出现其他问题。例如，反应离子蚀刻工艺可使金属暴露于离子活性，其经由撞击可损坏结构，影响电特性。本技术执行可限制对表面的碰撞的干式蚀刻工艺，同时执行可促进靶材料移除的反应，以此解决这些问题。另外，相比于常规的技术，所使用的材料及条件可改进蚀刻。
25.虽然余下的公开内容将例行地说明使用所公开技术的具体蚀刻工艺，但将容易地理解，系统及方法等效地应用于可在所描述的腔室中发生的沉积及清洗工艺，以及包括中段工艺及后段工艺处理的其他蚀刻技术，以及可用多种暴露材料(可经维持或基本上维持)执行的其他蚀刻。因此，不应将本技术视为限制于仅使用示例性的蚀刻工艺或腔室。此外，虽然将示例性腔室描述为提供本技术的基础，但应理解本技术可应用于可允许所描述的操作进行的几乎任何半导体处理腔室。
26.图1展示根据实施例的具有沉积、蚀刻、烘烤及固化腔室的处理系统100的一个实施例的俯视平面图。在图中，一对前开式标准舱(foup)102提供具有多种尺寸的基板，这些基板为机械手臂104所接收，且放置于低压保持区域106中，然后放置于基板处理腔室108a至108f中的一者中，这些基板处理腔室安置于串行区段109a至109c中。第二机械手臂110可用于将基板晶片自保持区域106输送至基板处理腔室108a至108f并返回。每一基板处理腔室108a至108f可经配置以执行多个基板处理操作，基板处理操作包括本文描述的干式蚀刻
工艺，以及周期性层沉积(cld)、原子层沉积(ald)、化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)、蚀刻、预清洗、除气、定向及其他基板工艺。
27.基板处理腔室108a至108f可包括一个或多个系统部件，其用于沉积、退火、固化和/或蚀刻基板晶片上的介电膜。在一个配置中，可使用两对处理腔室(例如108c至108d及108e至108f)在基板上沉积介电材料，并且可使用第三对处理腔室(例如108a至108b)蚀刻所沉积电介质。在另一配置中，所有三对腔室(例如108a至108f)可经配置以蚀刻基板上的介电膜。所描述的工艺中的任何一者或多者可在与不同实施例中展示的制造系统分离的腔室中进行。将理解系统100涵盖用于介电膜的沉积、蚀刻、退火及固化腔室的其他配置。
28.图2a展示示例性处理系统200的横截面图，处理腔室内有分隔等离子体产生区域。在膜蚀刻期间，例如氮化钛、氮化钽、钨、硅、多晶硅、氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅等，工艺气体可经由气体入口组件205流至第一等离子体区域215中。系统中可视情况包括远程等离子体系统(rps)201，且该远程等离子体系统201可处理第一气体，第一气体随后行进穿过气体入口组件205。入口组件205可包括两个或多于两个的不同的气体供应通道，其中第二通道(未示出)可绕过rps 201(如果有)。
29.图示了冷却板203、面板217、离子抑制器223、喷淋头225及其上安置基板255的底座265或基板支撑件，且上述部件根据实施例可包括每一部件。底座265可具有热交换通道，热交换流体流过该热交换通道以控制基板的温度，可操作该热交换流体以在处理操作期间加热和/或冷却基板或晶片。也可使用嵌入式电阻式加热器组件电阻式加热底座265的晶片支撑盘(其可包括铝、陶瓷或其组合)，从而达到相对高的温度，例如自高达或约100℃至高于或约1100℃。
30.面板217可以是棱锥形、圆锥形或另一类似的结构，由窄的顶部延展至宽的底部。面板217可另外如图所示为平坦的，包括用于分配工艺气体的多个贯穿通道。取决于rps 201的使用，等离子体产生气体和/或等离子体激发物种可通过面板217中的多个孔(如图2b所示)，以更均匀地输送至第一等离子体区域215中。
31.示例性配置可包括使气体入口组件205开至气体供应区域258中，气体供应区域258通过面板217与第一等离子体区域215分隔，使得气体/物种流过面板217中的孔流至第一等离子体区域215中。可选择结构及操作特征以防止等离子体自第一等离子体区域215显著回流至供应区域258、气体入口组件205及流体供应系统210中。面板217或腔室的导电顶部及喷淋头225被示出为绝缘环220位于这些特征之间，相对于喷淋头225和/或离子抑制器223，向面板217施加ac电位。绝缘环220可位于面板217与喷淋头225和/或离子抑制器223之间，使第一等离子体区域中形成电容耦合等离子体(ccp)。挡板(未示出)可另外位于第一等离子体区域215中，或以其他方式与气体入口组件205耦接，影响流体经由气体入口组件205流至区域中。
32.离子抑制器223可包含一板或其他几何形状，其界定穿过结构的多个孔口，这些孔口经配置以抑制离子带电物种迁移出第一等离子体区域215，同时允许不带电的中性或自由基物种通过离子抑制器223到达抑制器与喷淋头之间的活化气体输送区域中。在实施例中，离子抑制器223可包含具有多个孔口配置的多孔板。这些不带电物种可包括高反应性物种，其与低反应性载体气体经由孔口一起输送。如上文所指出，可减少离子物种穿过孔的迁移，在一些情况下，可完全抑制离子物种穿过孔的迁移。控制通过离子抑制器223的离子物
种量可有利地提供对接触下置晶片基板的气体混合物的加大控制，从而又可加大对气体混合物的沉积和/或蚀刻特性的控制。例如，调整气体混合物的离子浓度可显著改变其蚀刻选择性，例如sinx:siox蚀刻比、si:siox蚀刻比等。在执行沉积的替代实施例中，也可调整介电材料的保形与流动式沉积的平衡。
33.离子抑制器223中的多个孔口可经配置以控制活化气体，即离子、自由基和/或中性物种通过离子抑制器223。例如，可控制孔的深宽比或孔直径与长度的比和/或孔的几何形状，使得减少活化气体中离子带电物种通过离子抑制器223的流动。离子抑制器223中的孔可包括面向等离子体激发区域215的锥形部分及面向喷淋头225的圆柱形部分。可调整圆柱形部分的形状及尺寸，控制离子物种向喷淋头225的流动。也可对离子抑制器223施加可调整的电偏压，作为额外的手段以控制离子物种穿过抑制器的流动。
34.离子抑制器223可用于减少或消除自等离子体产生区域向基板行进的离子带电物种的量。不带电的中性及自由基物种仍可通过离子抑制器中的开口以与基板反应。应指出在实施例中可能不执行完全消除围绕基板的反应区域中的离子带电物种。在某些情况下，预期离子物种到达基板，从而执行蚀刻和/或沉积工艺。在这些情况下，离子抑制器可有助于将反应区域中的离子物种浓度控制于有助于工艺的位准。
35.结合喷淋头225及离子抑制器223可使第一等离子体区域215中存在的等离子体避免直接激发基板处理区域233中的气体，同时仍允许激发物种自腔室等离子体区域215行进至基板处理区域233中。以此方式，腔室可经配置以阻止等离子体接触正蚀刻的基板255。这可有利地保护基板上图案化的多个复杂的结构及膜，如果直接接触所产生的等离子体，这些结构及膜可能损坏、脱位或以其他方式翘曲。另外，当允许等离子体接触基板或接近基板位准时，氧化物物种蚀刻的速率可提高。因此，如果材料的暴露区域为氧化物，则可通过将等离子体维持于基板远程来进一步保护此材料。
36.处理系统可进一步包括与处理腔室电耦接的电源240，其向面板217、离子抑制器223、喷淋头225和/或底座265提供电源以在第一等离子体区域215或处理区域233中产生等离子体。电源可经配置以取决于所执行的工艺向腔室输送可调整的电量。此配置可允许在所执行的工艺中使用可调的等离子体。与常常具有开或关功能的远程等离子体单元不同，可配置可调等离子体以向等离子体区域215输送特定的电量。这继而可允许发展特定的等离子体特性，使得以特定的方式解离前驱物来增强由这些前驱物产生的蚀刻剖面。
37.可在高于喷淋头225的腔室等离子体区域215中或在低于喷淋头225的基板处理区域233中点燃等离子体。等离子体可存在于腔室等离子体区域215中以自流入的(例如)含氟前驱物或其他前驱物产生自由基前驱物。可在处理腔室的导电顶部(例如面板217)与喷淋头225和/或离子抑制器223之间施加通常位于射频(rf)范围中的ac电压，以在沉积期间点燃腔室等离子体区域215中的等离子体。rf电源可产生13.56mhz的高rf频率，但也可独立或与13.56mhz频率结合产生其他频率。
38.图2b展示影响穿过面板217的处理气体分配的特征的详细视图253。如图2a及图2b所示，面板217、冷却板203及气体入口组件205相交，以界定气体供应区域258，可将工艺气体自气体入口205输送至该气体供应区域258中。气体可填充气体供应区域258，且穿过面板217中的孔口259流至第一等离子体区域215。孔口259可经配置以引导以基本上单向的方式流动，使得工艺气体可流至处理区域233中，但在横越面板217后，可部分地或完全阻止工艺
气体回流至气体供应区域258中。
39.用于处理系统200中的气体分配组件(例如喷淋头225)可称为双通道喷淋头(dcsh)，且图3所描述的实施例对此详细地描述。双通道喷淋头可提供蚀刻工艺，其允许分离处理区域233之外的蚀刻剂以在将蚀刻剂输送至处理区域中之前提供与腔室部件及彼此的有限相互作用。
40.喷淋头225可包含上板214及下板216。可使这些板彼此耦接以界定板之间的容积218。板的耦接可由此提供穿过上板及下板的第一流体通道219及穿过下板216的第二流体通道221。所形成的通道可经配置以使流体仅经由第二流体通道221穿过下板216自容积218进入，且第一流体通道219可同板与第二流体通道221之间的容积218流体地隔离。可穿过喷淋头225的一侧流体地进入容积218。
41.图3是根据实施例的与处理腔室一起使用的喷淋头325的底视图。喷淋头325可对应于图2a所示的喷淋头225。贯穿孔365展示第一流体通道219的视图，其可具有多个形状及配置，从而控制且影响前驱物穿过喷淋头225的流动。小孔375展示第二流体通道221的视图，其可基本上均匀地分布于喷淋头的表面上方，甚至分布于贯穿孔365中，且其相比于其他配置有助于在前驱物离开喷淋头时更均匀地混合前驱物。
42.可使用前文所讨论的腔室执行包括蚀刻方法的示例性方法。参照图4，其展示根据本技术的实施例的方法400中的示例性操作。方法400在方法起始之前包括一个或多个操作，包括前端处理、沉积、栅极形成、蚀刻、抛光、清洗或可在所描述操作之前执行的任何其他操作。方法可包括多个可选的操作，这些操作可与根据本技术的方法的一些实施例具体相关或不相关。例如，描述许多操作从而提供所执行工艺的更广泛范围，但这并非技术的关键，或可通过将容易地理解的替代方法执行这些操作。方法400可描述图5a至图5b所示意性展示的操作，将结合方法400的操作描述这些附图。应理解附图仅说明部分示意图，且基板可包含任何数量的其他材料及特征，其具有图中所说明的各种特性及方面。
43.方法400可能涉及或不涉及可选的操作以使半导体结构发展至特定的制造操作。应理解可在任何数量的半导体结构上执行方法400，这些半导体结构包括示例性结构，可在其上执行金属材料移除操作。如图5a所示的示例性结构500所示，示例性半导体结构可包括沟槽、通孔或可包括一或多种暴露材料的其他凹陷特征。结构可包括基板505，一或多种材料可位于其上。例如，示例性基板505可含有硅或某一其他半导体基板材料以及层间介电材料，可穿过层间介电材料形成凹部、沟槽、通孔或隔离结构，且该基板505也可包括一或多种上覆材料。所暴露的材料可以是或包括金属材料，例如栅极、介电材料、接触材料、晶体管材料或可用于半导体工艺的任何其他材料。在一些实施例中，示例性基板可包括金属510，沟槽可穿过上覆材料515在其中形成。金属510可以是或包括钨、钴、铜或基板内的某一其他材料或金属。上覆材料515可以是或包括介电材料(包括层间电介质)，其可以是或包括含硅材料，例如氧化硅、碳氧化硅、碳氮氧化硅及碳氮化硅。在一些实施例中，材料可以是氧化硅，其特征可在于大于或约3.0或高达或约4.0的介电常数，这可提高蚀刻工艺相对于氧化硅的选择性。另外，上覆材料515上可包括钛或钽材料520，且这些材料可以是用于移除的靶材。例如，材料可以是氧化钛、氮化钛、氧化钽、氮化钽或可包括钛或钽的任何其他材料。可相对于一或多种其他材料暴露钽和/或钛材料，该一或多种其他材料包括金属510及上覆材料515或多种其他半导体材料(欲相对于其移除钽和/或钛材料)中的任一者。
44.应理解所指出的结构不意欲具有限制性，且类似地包含多种其他半导体结构(包括钽和/或钛材料)中的任一者。其他示例性结构可包括半导体生产中常见的二维及三维结构，且其中或其上相对于一或多种其他材料移除含钛材料和/或含钽材料，因为本技术可相对于任何数量的其他材料(包括上文指出的每一材料)选择性移除钽或钛材料。另外，虽然高深宽比结构可自本技术受益，但本技术可等效地应用于低深宽比及任何其他结构。
45.例如，根据本技术的结构层的特征可在于结构的任何深宽比或高度宽度比，但在一些实施例中，材料的特征可在于更大的深宽比，使用常规的技术或方法这可能不允许充分的蚀刻。例如，在一些实施例中，示例性结构的任何层的深宽比可大于或约为10:1，大于或约为20:1，大于或约为30:1，大于或约为40:1，大于或约为50:1或更大。另外，每一层的特征可在于较小的宽度或厚度，其小于或约为100nm，小于或约为80nm，小于或约为60nm，小于或约为50nm，小于或约为40nm，小于或约为30nm，小于或约为20nm，小于或约为10nm，小于或约为50nm，小于或约为1nm或更小，包括任何所述数字的任何分数，例如20.5nm、1.5nm等。这种高深宽比及最小厚度的组合对于许多常规的蚀刻操作可具有挑战性，或沿垂直或水平距离穿过有限的宽度需要非常长的蚀刻时间来移除层。此外，常规的技术也可能发生损坏或移除其他暴露层。
46.在实施例中可执行方法400以移除暴露的含钽或钛的材料，但在本技术的实施例中，可在任何数量的结构中移除任何数量的材料。方法可包括用于移除钛及钽材料的具体操作，且可包括用于制备或处理待蚀刻或维持的材料的一个或多个可选的操作。例如，示例性基板结构在待移除的膜上可具有先前的处理残留物，例如钛或钽材料。例如，先前处理的残留光刻胶或副产物可留在钛或钽层上。这些材料可阻止接近待移除的材料，或与清洁的表面相比可与蚀刻剂发生不同的相互作用，这可使蚀刻的一个或多个方面受阻。因此，在一些实施例中，可选的操作405中可视情况发生钛或钽材料膜或材料的预处理。示例性预处理操作可包括热处理、湿处理、或等离子体处理，例如可在腔室200以及上文所描述的系统100上可包括的任何数量的腔室中执行这些处理。
47.在一示例性等离子体处理中，可自期望以一或多种方式与残留物相互作用的前驱物中产生远程或局部等离子体。例如，使用诸如上文所描述的腔室200的腔室，可自一或多种前驱物产生远程或局部等离子体。例如，可使含氧前驱物、含氢前驱物、含氮前驱物、含氦前驱物和/或某一其他前驱物流至远程等离子体区域或处理区域中，此处等离子体可能会被击中。等离子体流出物可流至基板，且可接触残留材料，例如碳材料或其他掩模或抗蚀材料残留物。取决于将移除以暴露钛或钽材料的材料，等离子体工艺可以是物理工艺或化学工艺。例如，等离子体流出物可流动以接触并物理地移除残留物(例如通过溅射操作)，或前驱物可流动以与残留物相互作用以产生挥发性副产物，可自腔室移除挥发性副产物。
48.预处理中使用的示例性前驱物可以是或包括氢、烃、水蒸汽、醇、过氧化氢或本领域技术人员将理解的包括氢的任何材料。示例性含氧前驱物可包括分子氧、臭氧、一氧化二氮、一氧化氮或其他含氧材料。也可使用氮气，或可使用具有氢、氧和/或氮中的一者或多者的组合前驱物来移除特定的残留物。在一些实施例中，前驱物可不包括双原子氧，其更可能氧化所暴露的金属。一旦移除残留物或副产物，则可暴露清洁的钛或钽表面以用于蚀刻。
49.方法400可包括在操作410中使含氟前驱物及含氢前驱物流至半导体处理腔室的远程等离子体区域中。可使远程等离子体区域与处理区域流体地耦接，但可物理地分隔远
程等离子体区域以在基板位准限制等离子体，这可损坏结构500上暴露的结构或材料。在一些实施例中，远程等离子体区域可包括流体地耦接至半导体处理腔室的入口的远程等离子体系统(“rps”)单元，例如上文所讨论的rps 201。在一些实施例中，远程等离子体区域可包括电容耦合等离子体(“ccp”)区域，例如通过电容耦合面板217及喷淋头225和/或离子抑制器223而形成的第一等离子体区域215，且ccp区域可通过其电极(例如喷淋头225和/或离子抑制器223)中的一者与处理区域物理地分隔。方法400可进一步包括形成含氟前驱物及含氢前驱物的等离子体以产生等离子体流出物，及使等离子体流出物流至处理区域中以在操作415中接触基板。在操作420中，如图5b所示，可自基板移除钛或钽材料520。在实施例中，可相对于基板、金属510及上覆材料515选择性移除钛或钽材料。
50.通过使用特定的工艺条件，可将等离子体移除执行为选择性增强的干式蚀刻。因此，可执行根据本技术的各方面的技术以自窄特征和高深宽比特征以及可在其他情况下不适合湿式蚀刻或可损坏其他暴露材料的其他等离子体蚀刻的薄尺寸移除钽及钛材料。可执行可选的操作以清除基板或腔室的残留物，且可选的操作425中可包括后处理。后处理可包括与预处理类似的操作，且可包括上文关于预处理所讨论的前驱物或操作中的任一者。在一些实施例中，后处理可自基板或腔室清除残留的氟，且可包括氢等离子体。
51.在一些实施例中，在可选的操作430中，可执行额外的后处理以进一步自处理腔室(例如自腔室壁或腔室部件)移除残留的钛或钽材料。例如，先前的操作一旦完成，在一些实施例中可自处理腔室移除基板。在移除基板的情况下，可自含氯前驱物产生可在远程形成的等离子体，其可使得与残留的氟化钛或钽材料发生相互作用。作为一个非限制性示例，可使用三氯化硼，其可有益地解离以产生多种挥发性材料。继续此示例，对于钛蚀刻工艺，流出的材料可包括四氟化钛，这不意欲限制本技术并且理解到钽可能发生同样的情况。在工艺期间，此材料的一部分可沉积于腔室侧壁上。通过形成含氯等离子体，可产生比四氟化物更具挥发性的两种挥发性副产物。例如，氯可转移至钛或钽，同时硼接受氟。四氟化钛及可以是更具挥发性的产物，且均可自腔室排出。另外，在足够的处理温度(包括上文讨论的任何温度)下，可在不碰撞等离子体的情况下执行工艺，且替代地工艺可包括使处理前驱物流至可执行热反应的处理区域中。
52.含氟前驱物可包括选自原子氟、双原子氟、三氟化氮、四氟化碳、氟化氢、二氟化氙及半导体处理中使用或有用的各种其他含氟前驱物的组的至少一种前驱物。方法600中使用的示例性含氟前驱物可包括三氟化氮(nf3)。其他来源的氟可与三氟化氮一起使用或替代三氟化氮。含氢前驱物可包括氢、烃、水、过氧化氢或包括氢的其他材料，但在一些实施例中，蚀刻操作使用的前驱物可以是无氧的。前驱物也可包括任何数量的载体气体，其可包括氮、氦、氩，或其他稀有、惰性或有效前驱物。
53.作为非限制性示例，虽然三氟化氮在等离子体中可容易地解离，且蚀刻包括所暴露材料中的任一者的多种材料，但在一些实施例中通过并入含氢前驱物，在工艺条件下，可调整蚀刻机制。例如，在一些实施例中，钛或钽材料可以是钛或钽的氧化物或氮化物，其可用三氟化氮蚀刻。例如，氟可与钛或钽相互作用，且产生挥发性的钛或钽副产物，且可排出残留的氮或氧。在许多工艺中，含硅材料或上文指出的金属可发生类似的工艺。然而，本技术可通过并入含氢前驱物来抑制这些材料的蚀刻。
54.不限于任何特定理论，当等离子体流出物中包括提高增加的氢浓度时，氢与硅及
金属材料的相互作用可超过与钛或钽材料的相互作用，且可终止于这些材料的表面。例如，氢可与氮化硅键结，作为一个非限制性示例，且可形成氢饱和膜。类似地，当暴露于有效量的氢自由基时，先前提到的金属中的任一者(例如钨)可具有表面键终止。此效应可限制或阻止氟渗入材料结构，限制或阻止材料的蚀刻，钛或钽材料不发生此情况，不会与过量氢发生相同的相互作用。
55.换言之，在一些实施例中，氢可抑制硅及金属蚀刻，同时维持钛和/或钽蚀刻。随后这样可增加相对于其他任何暴露材料蚀刻钛或钽材料的选择性。因此，在一些实施例中，可将氢前驱物与氟前驱物的流动速率比维持在大于或约1.0:1，维持在大于或约1.5:1、大于或约2.0:1、大于或约2.5:1、大于或约3.0:1、大于或约3.5:1、大于或约4.0:1、大于或约4.5:1、大于或约5.0:1、大于或约10:1或更高。
56.处理条件可影响且促进根据本技术的蚀刻。例如，在一些实施例中，可在较低的等离子体功率下产生蚀刻等离子体，这样可降低氟解离，且控制蚀刻速率。在一些实施例中，可在小于或约1,000w的等离子体功率下产生等离子体，且可在小于或约900w、小于或约800w、小于或约700w、小于或约600w、小于或约500w、小于或约400w、小于或约300w、小于或约200w或更低的功率下产生等离子体。另外，当处理温度高于或约为200℃，相对于钝化的材料，钛或钽材料的蚀刻速率可提高，这可表示前驱物的解离和/或活化与钛或钽材料的反应。当温度继续增加，可进一步促进解离，与钛或钽材料的反应亦如此。
57.因此，在本技术的一些实施例中，可在高于或约150℃的基板、底座和/或腔室温度下执行蚀刻方法，且可在高于或约250℃、高于或约250℃、高于或约300℃、高于或约350℃、高于或约400℃、高于或约450℃、高于或约500℃或更高的温度下执行蚀刻方法。也可将温度维持在这些范围、这些范围包含的更小范围或这些范围中的任一者之间内的任何温度。在一些实施例中，可对具有多个所产生特征的基板执行方法，这可产生热预算。因此，在一些实施例中，可在低于或约为800℃的温度下执行方法，且可在低于或约为750℃、低于或约为700℃、低于或约为650℃、低于或约为600℃、低于或约为550℃、低于或约为500℃或更低的温度下执行方法。
58.腔室内的温度也可影响所执行的操作，以及影响卤素自过渡金属中解离的温度。因此，在一些实施例中，可将压力保持为低于约50torr、低于或约40torr、低于或约30torr、低于或约25torr、低于或约20torr、低于或约15torr、低于或约10torr、低于或约9torr、低于或约8torr、低于或约7torr、低于或约6torr、低于或约5torr、低于或约4torr、低于或约3torr、低于或约2torr、低于或约1torr、低于或约0.1torr或更低。也可将压力维持在这些范围、这些范围包含的更小范围或这些范围中的任一者之间内的任何压力。在一些实施例中，可将处理压力维持在约1torr与约10torr之间，这可促进蚀刻的开始，且可促进钛或钽材料的蚀刻。另外，当压力继续增加，蚀刻可升高至一点，随后开始减少，且最终当压力继续增加时停止，当压力继续增加时可抑制与钛或钽材料的相互作用，或可将副产物氟重新引入至所蚀刻的膜，从而进一步限制移除。因此，在一些实施例中，可在一些实施例中将处理腔室内的压力维持在低于或约10torr。
59.进一步加大对蚀刻工艺的控制，在一些实施例中含氟前驱物可以是脉冲输送的，且可在蚀刻工艺中连续地或以一系列脉冲输送含氟前驱物，这些脉冲可以是持续的或随时间变化。脉冲输送的特征可在于含氟前驱物流动的第一时间段，及含氟前驱物暂停或停止
的第二时间段。任何脉冲操作的时间段可彼此相同或彼此不同，任一时间段都可以更长。在实施例中，可进行时间段或前驱物连续流动达大于或约为1秒，大于或约为2秒，大于或约为3秒，大于或约为4秒，大于或约为5秒，大于或约为6秒，大于或约为7秒，大于或约为8秒，大于或约为9秒，大于或约为10秒，大于或约为11秒，大于或约为12秒，大于或约为13秒，大于或约为14秒，大于或约为15秒，大于或约为20秒，大于或约为30秒，大于或约为45秒，大于或约为60秒或更长的时间段。时间也可以是这些范围中的任一者所包含的任何更小的范围。在一些实施例中，当输送前驱物发生更长的时间段，蚀刻速率可增加。在这些脉冲期间，在一些实施例中，氢前驱物可持续流动。
60.通过执行根据本技术的实施例的操作，可相对于包括先前所描述的材料中的任一者的其他材料而选择性蚀刻含钛材料或含钽材料。例如，本技术可相对于金属的暴露区域选择性蚀刻钛或钽材料，这些金属包括钨、钴或铜或包括前文提到的含硅材料的电介质。本技术的实施例可按至少约20:1的速率相对于金属或含硅材料中的任一者而蚀刻含钛材料和/或含钽材料，且可按大于或约25:1、大于或约30:1、大于或约50:1、大于或约100:1、大于或约150:1、大于或约200:1、大于或约250:1、大于或约300:1、大于或约350:1、大于或约400:1、大于或约450:1、大于或约500:1或更高的选择性相对于所指出的其他暴露材料而蚀刻钛或钽材料。例如，根据本技术的一些实施例而执行的蚀刻可蚀刻钛和/或钽材料，同时大体上或基本上维持上文所描述的金属或含硅材料中的任一者。
61.在前文的描述中，出于解释的目的，已阐述许多细节，以便理解本技术的各个实施例。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可在无这些细节中的一些者或存在其他细节的情况下实践某些实施例。
62.虽然已揭示若干实施例，但本领域技术人员应了解可在不背离实施例精神的情况下使用修改、替代构造或等效物。另外，未描述许多已知的工艺及要素，以便避免不必要地使本技术难以理解。因此，不应认为以上描述限制本技术的范围。另外，本文按顺序或按步骤描述方法或工艺，但应理解可同时执行操作或按与所列出的次序不同的次序执行操作。
63.在提供数值范围的情况下，应理解除非上下文另有明确规定，还具体地揭示该范围的上限及下限之间的小至下限单位最小分数的每一中介值。涵盖所说明范围中的任何所说明值或未说明中介值与任何其他所说明或中介值之间的任何较窄的范围。那些较小范围的上限及下限可独立地包括于范围或自范围中排除，并且本技术也涵盖每一范围(上限及下限均不包括于较小的范围中，或其中一者或两者均包括于较小的范围中)，其中每一范围受到所说明范围中的具体排除的限值的限制。在所说明范围包括限值中的一者或两者，还包括排除那些所包括限值中的一者或两者的范围。
64.如本文及所附权利要求书中所使用，除非上下文另有明确指出，单数形式的“一”(“a”)、“一”(“an”)及“该”包括复数的引用。由此，例如，提及“前驱物”包括多个此类前驱物，提及“该层”包括提及本领域技术人员已知的一个或多个层及其等效物，诸如此类。
65.此外，当用于本说明书及以下权利要求中时，词语“包含”(“comprise(s)”)、“包含”(“comprising”)、“含有”(“contain(s)”)、“含有”(“containing”)、“包括”(“include(s)”)及“包括”(“include(s)”)指明所说明特征、整数、部件或操作的存在，但其不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、部件、操作、行为或组。

技术特征：

1.一种蚀刻方法，其包含以下步骤：使含氟前驱物及含氢前驱物流至半导体处理腔室的远程等离子体区域中，其中使所述含氢前驱物以相对于所述含氟前驱物的流动速率至少2:1的流动速率流动；形成所述含氟前驱物及所述含氢前驱物的等离子体以产生等离子体流出物；使所述等离子体流出物流至容纳基板的基板处理区域中，其中所述基板包含钽或钛材料的暴露区域及含硅材料或金属的暴露区域；用所述等离子体流出物接触所述基板；及相对于所述含硅材料或所述金属选择性移除所述钽或钛材料。2.如权利要求1所述的蚀刻方法，其中所述钽或钛材料包含钽或钛金属或钽或钛的氧化物或氮化物。3.如权利要求1所述的蚀刻方法，其中所述金属包含钨、钴或铜。4.如权利要求1所述的蚀刻方法，其中将等离子体功率维持在小于或约1,000w。5.如权利要求1所述的蚀刻方法，其中在高于或约150℃的温度下执行所述蚀刻方法。6.如权利要求1所述的蚀刻方法，其中在低于或约10torr的压力下执行所述蚀刻方法。7.如权利要求1所述的蚀刻方法，进一步包含：在使所述含氟前驱物流动之前执行的预处理，其中所述预处理包含：用包含氧、氢、水蒸汽或氮中的一者或多者的等离子体接触所述基板。8.如权利要求1所述的蚀刻方法，进一步包含：在所述蚀刻方法之后执行的后处理，其中所述后处理包含：用包含氢、氮、氧或水蒸汽中的一者或多者的等离子体接触所述基板。9.如权利要求1所述的蚀刻方法，进一步包含：自所述半导体处理腔室移除所述基板，且自所述半导体处理腔室的腔室壁移除残留物。10.如权利要求9所述的蚀刻方法，其中移除所述残留物包含：提供含氯前驱物或等离子体流出物或者含溴前驱物或等离子体流出物。11.一种蚀刻方法，其包含以下步骤：形成包含氧、氢或氮中的一者或多者的处理前驱物的等离子体，以产生处理等离子体流出物；使所述处理等离子体流出物流至半导体处理腔室的基板处理区域中；用所述处理等离子体流出物接触所述基板处理区域中容纳的基板，其中所述基板界定钽或钛材料的暴露区域及钨、钴或铜的暴露区域；自所述钽或钛材料的表面移除含碳材料；形成含氟前驱物及含氢前驱物的等离子体；用等离子体流出物接触所述基板；及移除所述钽或钛材料。12.如权利要求11所述的蚀刻方法，其中使所述含氢前驱物相对于所述含氟前驱物以大于或约2:1的速率流动。13.如权利要求11所述的蚀刻方法，其中将形成所述含氟前驱物的等离子体期间的等离子体功率维持在小于或约1,000w。
14.如权利要求11所述的蚀刻方法，其中在高于或约300℃的温度下执行所述蚀刻方法。15.如权利要求11所述的蚀刻方法，其中在低于或约10torr的压力下执行所述蚀刻方法。16.如权利要求11所述的蚀刻方法，进一步包含：在所述蚀刻方法之后执行的后处理，其中所述后处理包含：用包含氢的等离子体接触所述基板。17.如权利要求11所述的蚀刻方法，进一步包含：自所述半导体处理腔室移除所述基板，及自所述半导体处理腔室的腔室壁移除残留物。18.一种蚀刻方法，其包含以下步骤：使含氟前驱物及含氢前驱物流至半导体处理腔室的远程等离子体区域中，其中使所述含氢前驱物以相对于所述含氟前驱物的流动速率至少2:1的流动速率流动；形成所述含氟前驱物及所述含氢前驱物的等离子体以产生等离子体流出物；使所述等离子体流出物流至容纳基板的基板处理区域中，其中所述基板包含钽或钛材料的暴露区域及含硅材料或金属的暴露区域；用所述等离子体流出物接触所述基板；相对于所述含硅材料或所述金属选择性移除所述钽或钛材料；形成包含氢的处理前驱物的等离子体，以产生处理等离子体流出物；及用所述处理等离子体流出物接触所述基板。19.如权利要求18所述的蚀刻方法，其中所述处理等离子体流出物经配置以自所述基板或所述半导体处理腔室中的一者或多者移除残留的氟。20.如权利要求18所述的蚀刻方法，进一步包含：自所述半导体处理腔室移除所述基板，及用含氯前驱物自所述半导体处理腔室的腔室壁移除残留物。

技术总结

示例性的蚀刻方法可包括使含氟前驱物及含氢前驱物流至半导体处理腔室的远程等离子体区域中。可使含氢前驱物以相对于含氟前驱物的流动速率至少2:1的流动速率流动。方法可包括形成含氟前驱物及含氢前驱物的等离子体以产生等离子体流出物。方法可包括使等离子体流出物流至容纳基板的基板处理区域中。基板可包括钽或钛材料的暴露区域及含硅材料或金属的暴露区域。方法可包括用等离子体流出物接触基板。方法可包括相对于含硅材料或金属选择性移除钽或钛材料。除钽或钛材料。除钽或钛材料。