| 摘要：本文论述了下游式等离子体在多种Cu／低k材料上去胶及去残留物的工艺应用，主要有3类低k材料的实验数据--有机类、掺氮氧化物和多孔性低k材料，同时论述了在这些对应低k材料上新的等离子体气氛：(1)中性等离子体；(2)无氧和还原性等离子体；(3)无氧和无氮等离子体。 简介
当设计规则在0．18]xm以下时，需要引入Cu和低介电常数(10w-k)材料，但对去胶及去残留物的工艺应用具有挑战性。传统的O：等离子体工艺将会导致铜的氧化并且会导致低k材料发生不期望的性质改变因而不再适用。新的等离子体必须能成功的实现去胶及去残留物的工艺应用。Axcelis已成功地开发出后段在低k材料上的清洗工艺，其中包括无氧工艺，无氮工艺，低氧高氢，还有中性等离子体去胶工艺。
工艺气体及工艺菜单的选择有赖于所用的低k材料，以及相关的刻蚀工艺。一般情况下的中性等离子体中活性H及O粒子在数量上是保持平衡的。对于许多低k材料来讲具有很高的选择比，对去聚合物及残留物的去除是非常有效的，特别在去除有机低k的聚合物材料时具有优势。无机低k膜象掺碳氧化物(CDO)，如SICOH材料，氧化性等离子体就不适用而需要还原性等离子体。对于较敏感的CDO及多孑L性低k材料就需要无氧无氮等离子体，从而避免低k材料的退化。无氧无氮等离子体不光能减少等离子体对CDO及多孑L性低k材料的损伤，同时能消除潜在的胶中毒，这可认为是因暴露在N：等离子体中产生的。
本文论述了在不同种低k材料上的去胶及去残留物工艺，其中包括了3个种类的低k材料： 低k掺杂性氧化物、低k多孑L性材料及低k有机材料。重点是在不同的低k材料上选择不同的工艺气体及工艺条件，特别是由含氮及无氮实验对比的结果来阐明无氧等离子体工艺。等离子体系统描iS_
Axcelis的下游式等离子体去胶机提供(1)远端等离子体源产生等离子体，可极大减少离子密度，从而减少或消除由等离子体导致的对低k材料的损伤。(2)辐射式加热系统可提供均匀的非接触式的快速升温及多温区工艺步，对实现低k材料上工艺有效性是必需的。(3)强健的感应藕合等离子体允许大范围的可在工艺菜单中改变的工艺气体，这提供了在特定低k材料应用上的工艺灵活性。
这些硬件特性对所有及多种低k材料的工艺开发有帮助，对Cu／低k的工艺菜单已开发完成。例如双大马士革，通孔腐蚀后，沟槽腐蚀后的去胶及去残留物工艺。 数据及讨论
本文论述了选定的低k材料去胶及去残留物的实例，实验数据主要针对3类材料：有机低k材料，掺杂性氧化物及多孑L性低k材料。数据采集来自低k材料的光片和带胶光片及Cu／低k材料的图形片，分析手段采用膜厚、拆射率等FTIR及SEM检查。 掺杂型氧化物低k材料
掺杂型氧化物低k材料包括掺H氧化物如FOX，掺氟氧化物如FSG(氟硅玻璃>和最常用的掺碳氧化低k材料像CORALTM，BlackDiamondTM或AURORATM，对氧化性等离子体较敏感，因此氧化性等离子体在这些型氧化物低k材料上不适用，特别是像CDO这类材料。一种在此类材料上的去胶及去侧壁聚合物的无氧等离子体工艺已开发成功并得到证实是有效的。这种无氧工艺由N／H：混合气体组成也可混入少量的含氟性气体，如CF4,图1给出了在BlackDiamondTM低k材料上的应用实例，可看出残留物及侧壁聚合物已去除干净而未对掺碳低k材料造成损伤。 典型的工艺参数包括温度变化200-350℃，压力在1Torr附近，CF4与N2／H2混合气体比为0~0．5％。这种工艺的强健性还可从CORAL低k材料的实例上看到，如图2，图片显示的沟槽刻蚀工艺加了很大的过腐蚀量，这可从右边的扫描电镜看到。
经无氧等离子体去胶后所有侧壁的聚合物及胶被去除干净，但并未对CORALTM 低k材料产生损伤。
以N／H：为基础的等离子体去胶对去除光刻胶及聚合物非常有效，同时对低k材料并未产生物理性损伤，但在多数情况下，的确会对CDO低k材料中的有机成分造成化学损害，这种损害主要是会影响到低k材料的特性，而材料成分的改变在扫描电镜下是不易被检测到的，等离子体损伤层可由低浓度HF清洗得到揭示。它能选择性的去除碳耗尽层。我们对无氟无氧等离子体工艺作了更进一步的开发。这种工艺气体采用He／H：，其中H：含量为3％～5％，通常He／H2等离子体应用采用高温，低压工艺，这样可使工艺时间变得很短。
He／H2等离子体工艺对CDO低k材料具有非常优越的保护作用，同时又能有效的去除光刻胶。图3显示了沟槽结构经He／H2去胶及稀HF清洗前后的对比结果。
工艺前(左)后(右经稀HF漂洗)SEM对比图可以看出光刻胶已被全部去净又无残留物存在同时条宽保持得非常好。
在许多工艺应用中, 在刻沟槽后的残留物或"stringer"常难于去除。在去胶后仍保留在沟槽顶部。在以上这些工艺应用中，Axcelis去胶机具有多重温度去胶的灵活性，可在去光刻胶前将残留物去除掉，多步无氧工艺菜单结合低温工艺可使腐蚀硬壳层软化，随即采用慢升温工艺使硬壳去掉，接下来使用高温去胶将残留光刻胶去净，采用这一思路及其对应的在FSG上沟槽腐蚀后的工艺结果实例分别如图4、5所示。 多孔性低k材料
多孔性低k材料通常对活性氮粒子更敏感，这样N2／H2：工艺气体等离子体就不再适用，基于N：的等离子体会对多孑L低k材料会造成严重损伤而且在大多数情况下会造成光刻胶中毒，因此一种较好的选择是采用无氮、无氧工艺。最常用的是He／H2。图6给出了在
LKDTM多孑L性低k材料沟槽结构上分别经He／H2，N／H：去胶及稀HF清洗后的对比结果。
从图中可明显看出用N／H：去胶后低k材料被损伤，而相反，用He／H：去胶的低k材料保留得非常好。
等离子体工艺气体对低k材料的影响也可用FTIR光谱分析来检测。图7比较了3种未经处理的LKD低k材料的对比光谱，一种是暴露在N／H：等离子体中，一种是在He／H2等离子体中，另一种未经任何处理，从图中可看出暴露在N／H：中的其峰值降至3000cm-'(CH键)和接近1280cm-'(Si-CH3键)而且其Si-O峰产生了漂移(1050～1100cm-')，而且在1200-3500cm-，范围内的背景也发生了变化。所有这些都显示膜的化学成分发生了改变(特别是C的含量减少了)。相反在He／H2中的硅片和未经任何处理的硅片谱线重合得非常好，说明材料未发生变化。
基于He／H2工艺气体的去胶速率及其与温度的关系如图8，所以对于多孔性低k材料去胶工艺通常可采用高温以提高选择比。 有机低k材料 有机低k材料成分类似于光刻胶，因此很难实现很高的蚀刻选择比。但是对侧壁聚合物、残留物和碳化层同低k材料具有非常不同的化学成分，可以采用选择性去除或用对低k材料具有高选择比的工艺气体来突现。这可用中性等离子体工艺气体，平衡活性H及0粒子，通常会加入一些含F气体。图9显示了采用中性等离子体工艺气体在SilkTM低k材料上的应用实例，表现出具有相当大的去除光刻胶及残留物能力。其目的是软化及部分去除由刻蚀所导致的硬壳，同时保留Silk低k材料。用传统的湿法工艺去除光刻胶，不能去除由刻蚀所导致的硬壳。在湿法清洗之前先采用中性等离子体进行处理可以在随后的湿法清洗中比较容易去除从而不损伤Silk低k材料。 结论
开发完成了多种在Cu／低k材料上的去胶及去残留物的工艺应用。表1总结了不同低k材料及应用，同时列出了相对应的去胶策略和相应的工艺气体。
无氧等离子体和还原性等离子体工艺气体H：对掺杂性低k材料的去胶及去残留物的工艺已开发出来。N／H：于对掺杂性低k材料的去胶及去残留物非常有效，但对大多数多孔低k材料却不适用，会造成意想不到的损伤。在此情况下，一种无氮及无氧的等离子体He／H2(H：少量)对多孑L性低k材料去胶及去残留物非常有效。我们还采用平衡的活性H和O粒子成功的应用于有机低k材料的去聚合物上。
总体而言，对于所有低k材料上的去胶及去残留物的挑战由于成功的提供了成功及有效的方式而得于减小。图10显示了用低k材料单层铜大马士革结构采用无氧等离子体方法清洗工艺后沟槽填得很好的实例。
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