專(zhuān)利名稱(chēng)：工藝腔的清洗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明廣泛的涉及半導(dǎo)體制造過(guò)程中產(chǎn)生的殘余物的清洗領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在集成電路的制造中，淀積或者形成在襯底上的材料，比如二氧化硅，氮化硅，多晶硅，金屬，金屬硅化物和單晶硅以預(yù)定好的圖形刻蝕，形成柵，通路，接觸孔，溝道和/或互連線(xiàn)。在5步刻蝕工藝中，通過(guò)傳統(tǒng)的光刻方法將由氧化硅或者氮化硅(硬掩模)或者光阻聚合物組成的圖形掩模成型在襯底上。通過(guò)刻蝕氣體的電容或者電感耦合等離子體，將處于圖形掩模部件之間的下面的材料的暴露出的部分刻蝕掉。
在刻蝕工藝中，刻蝕劑的剩余物(經(jīng)常指聚合物，這里也稱(chēng)為“殘余物”)會(huì)淀積在刻蝕腔內(nèi)的腔壁和其它部件的表面上?？涛g劑剩余物(由刻蝕工藝產(chǎn)生的剩余物)的組成依賴(lài)于蒸發(fā)的刻蝕氣體的類(lèi)型，被刻蝕的材料，以及襯底上掩模層的化學(xué)組成。例如，當(dāng)被刻蝕的是鎢的硅化物，多晶硅或者其它含硅層時(shí)，當(dāng)上述這些薄膜暴露在含活性氣體的等離子體中時(shí)，所形成的含硅的氣體物質(zhì)會(huì)從襯底上蒸發(fā)或者濺射出來(lái)；相似的，對(duì)金屬層的刻蝕會(huì)導(dǎo)致金屬物質(zhì)的蒸發(fā)。另外，襯底上的掩模層也會(huì)部分的被刻蝕氣體蒸發(fā)出來(lái)形成氣態(tài)的烴，氟代烴，氯代烴或者含氧物質(zhì)。這些蒸發(fā)的氣態(tài)物質(zhì)冷凝下來(lái)，形成包括聚合副產(chǎn)物的刻蝕劑剩余物，聚合副產(chǎn)物由來(lái)自保護(hù)層；氣態(tài)元素，比如硅氟化物，金屬氯化物，氧氣，或者氮?dú)?；以及依?lài)于被刻蝕的襯底組分的元素硅或者金屬物質(zhì)的高度氟代和/或氯代的烴組成。這些聚合副產(chǎn)物在腔室內(nèi)的器壁和部件上淀積成刻蝕劑剩余物的薄層。刻蝕劑剩余物的組成一般依賴(lài)于局部氣態(tài)環(huán)境的組成，氣體的輸入和輸出口的位置，以及腔室的幾何形狀，在整個(gè)腔室表面的變化相當(dāng)大。這種形成在刻蝕腔表面上的組成不同，不均勻的刻蝕劑剩余物必須周期性的清洗掉，以防止對(duì)襯底的污染。一般的，在處理了大約25個(gè)晶片之后，就要在空的刻蝕腔中進(jìn)行原位等離子體“干法清洗”工藝，以清潔腔室。
如果不完全將腔室其它部位的化學(xué)軟性剩余物去除，并且侵蝕下面的腔室表面，很難將淀積在腔室表面部分的化學(xué)硬性剩余物去除。例如，相對(duì)于在襯底附近形成的一般包含較高的保護(hù)物，硬掩?；蛘弑豢涛g材料濃度的剩余物來(lái)講，在腔室進(jìn)氣口和出氣口形成的刻蝕劑剩余物，通常具有較高的刻蝕氣體物質(zhì)濃度。
形成一種可以均勻的將組成不同的刻蝕劑剩余物刻蝕掉的清洗等離子體是困難的。因此，在清洗了大約1000-3000個(gè)晶片后，將刻蝕腔打開(kāi)，與大氣相通，用“濕法清洗”工藝清洗，其中操作員用一種酸或者溶劑來(lái)洗擦和溶解在腔室壁上聚集的刻蝕劑剩余物。一般的，在濕法清洗步驟之后，通過(guò)將腔室抽真空一段時(shí)間來(lái)將腔室和它的內(nèi)表面“干燥處理(seasoned)”，之后，在空的晶片上進(jìn)行多批次的刻蝕工藝。內(nèi)部的腔室表面應(yīng)該呈現(xiàn)出一致的化學(xué)表面，即在表面上，表面化學(xué)基團(tuán)的濃度，類(lèi)型或者功能有較小的，或者沒(méi)有變化；否則，對(duì)于一個(gè)襯底與另一個(gè)襯底，在腔室中進(jìn)行的刻蝕工藝會(huì)產(chǎn)生不同的刻蝕結(jié)果。在抽真空過(guò)程中，腔室被抽真空到高真空的環(huán)境下保持2-3小時(shí)，以除去在濕法清洗工藝中殘留在腔室中濕氣和其它的揮發(fā)性物質(zhì)。之后，將在腔室中進(jìn)行的刻蝕工藝，在一系列空的晶片上運(yùn)行10-15分鐘，直到腔室可以提供一致的可重復(fù)生產(chǎn)的刻蝕性能。這些步驟消耗昂貴的生產(chǎn)時(shí)間。
在競(jìng)爭(zhēng)性的半導(dǎo)體工業(yè)中，因刻蝕腔在干法或者濕法清洗和干燥處理工藝步驟中的關(guān)機(jī)時(shí)間而造成的每個(gè)襯底成本的增加是不想要的。每次干法清洗工藝步驟，一般需要5-10分鐘，完成濕法清洗工藝，要8-10小時(shí)。并且，濕法清洗和干燥經(jīng)常帶來(lái)不一致的變化的刻蝕性能。尤其的，由于濕法清洗工藝有操作員手工完成，每次之間經(jīng)常變化，導(dǎo)致腔室表面性能的變化和刻蝕工藝低的可重復(fù)生產(chǎn)性。所以，希望有這樣一種刻蝕和清洗工藝，其能去除或者根除淀積在腔室表面上的刻蝕劑剩余物，或者提高在需要濕法清洗之前可處理的晶片數(shù)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種新穎的金屬刻蝕工藝和后續(xù)的清洗工藝，其設(shè)計(jì)有助于去除襯底上形成的側(cè)壁聚合物和形成在等離子體刻蝕腔中的剩余物。術(shù)語(yǔ)刻蝕劑的剩余物，聚合物殘余物以及殘余物這里可以互換使用。本方法去除了清洗腔室所浪費(fèi)的生產(chǎn)時(shí)間，因?yàn)楸痉椒ㄔ诒仨氁C(jī)進(jìn)行濕法清洗之前，可進(jìn)行更多的重復(fù)次數(shù)。本發(fā)明還提供一種更加清潔的襯底，因而在后續(xù)的清洗工藝中可更好的去除來(lái)自襯底的側(cè)壁聚合物。
依據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，本發(fā)明包括在晶片的分離過(guò)程中，將含有晶片的等離子體腔用含氧氣體，比如氧氣(O2)，臭氧(O3)，NO或者NO2處理。本領(lǐng)域中所用的分離一詞指的是在刻蝕工藝之后，往刻蝕腔中引入氣體，以影響襯底從支撐或者卡盤(pán)上的釋放。優(yōu)選的，在晶片上進(jìn)行金屬刻蝕的過(guò)程中，或者之后立即進(jìn)行該含氧氣體的引入。金屬刻蝕步驟可以包括，將其上包括含金屬層的襯底用受激氣體，比如Cl2，BCl3或者CHF3或者它們的混和物處理。這種在刻蝕步驟之后引入含氧氣體的方法可以改善對(duì)襯底聚合物的清洗，因?yàn)樗鼈兛梢栽谠摼酆衔镆驇钋皇抑械母邷禺a(chǎn)生額外的交連而變硬之前，在較低的溫度(例如25℃相對(duì)于240℃)下將聚合物剩余物清洗掉。而且，相對(duì)于傳統(tǒng)觀念，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)用前述的金屬刻蝕氣體，之后再使用或者一同使用含氧氣體不會(huì)腐蝕襯底上的金屬。已經(jīng)表明，在金屬刻蝕步驟中，當(dāng)在活性氣體混和物中用N2代替CHF3時(shí)，使用含氧氣體會(huì)產(chǎn)生腐蝕。
本發(fā)明還可以改善對(duì)等離子體刻蝕腔，特別是接近襯底的等離子體刻蝕表面，例如等離子體聚焦環(huán)的清洗。通過(guò)使用本發(fā)明提出的O2分離步驟，結(jié)合原位無(wú)產(chǎn)物晶片等離子體清洗，可以將等離子體腔的壽命(濕法清洗之間的時(shí)間)提高10-20％，而不損失任何的生產(chǎn)時(shí)間。這通過(guò)靠控制腔室的壓力來(lái)優(yōu)化原位無(wú)晶片等離子體清洗，以清洗遠(yuǎn)離襯底的等離子體腔表面(腔的上頂部)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一般的無(wú)產(chǎn)物晶片原位等離子體清洗中，有兩個(gè)主要步驟一個(gè)目的是清洗遠(yuǎn)離產(chǎn)品晶片的等離子體腔區(qū)域，另一個(gè)目的是清洗靠近產(chǎn)品晶片的等離子體腔區(qū)域。本發(fā)明已經(jīng)提供了清洗靠近產(chǎn)品晶片的等離子體腔區(qū)域的方法，因此無(wú)產(chǎn)物晶片原位等離子體清洗后面的部分就沒(méi)有必要了。
前述描繪了本發(fā)明的一些主要的相關(guān)目的。這些目的應(yīng)該理解為僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的一些主要特征和應(yīng)用。按照將要描述的，以不同的方式對(duì)本公開(kāi)的發(fā)明進(jìn)行改良應(yīng)用，可以得到許多其它有益的結(jié)果。
必須明白，前面的一般描述和下面的詳細(xì)描述僅僅是例子和說(shuō)明，不能看成是對(duì)本發(fā)明的限制。在閱讀了下面的對(duì)公開(kāi)的實(shí)施方案的詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求之后，本發(fā)明的這些和其它的目的，特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)方法實(shí)施方案的步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供刻蝕劑剩余物的清洗方法，其中源自金屬工藝的剩余物被軟化，燃燒并最終清除。這樣，減少了為提供相一致的產(chǎn)物的處理時(shí)間。依據(jù)一個(gè)示例實(shí)施方案，本方法在采用Cl2，BCl3和CHF3作刻蝕氣體的金屬刻蝕工藝過(guò)程之中或者之后使用。金屬刻蝕腔中含有包括含金屬層的襯底，將刻蝕氣體混和物引入到金屬刻蝕腔中以產(chǎn)生進(jìn)行刻蝕工藝所需的等離子體。這種含金屬層中可以包括鋁或者銅，或者兩者同時(shí)包括，以及/或者其它涂層在襯底上的金屬。優(yōu)選的，腔室裝備有一個(gè)靜電鉗以在工藝過(guò)程中將襯底固定。在金屬刻蝕工藝中，或者多數(shù)情況下，在金屬刻蝕工藝之后，將含氧氣體引入到腔室中并將其激發(fā)形成氧等離子體。氧等離子體與聚合物殘余物反應(yīng)，因而軟化并除去殘余物。另外，當(dāng)襯底靜電固定在電極(靜電鉗)上時(shí)，氧等離子體的加入可除去腔室中的剩余電荷以將襯底分離下來(lái)。
圖1所示是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，進(jìn)行金屬刻蝕襯底并將襯底分離下來(lái)的工藝步驟流程圖。可以將本發(fā)明的清洗聚合殘余物的方法應(yīng)用到刻蝕金屬層的刻蝕工藝中。本優(yōu)選實(shí)施方案所用的優(yōu)選類(lèi)型的刻蝕劑是Applied Materials，Inc.制造的Metal Etch DPSTool。
如圖1中所示，將包括含金屬層的襯底放在金屬刻蝕腔中100。該含金屬層優(yōu)選的是純鋁層或者鋁合金，但也可以包括其它金屬。將襯底用腔室中的靜電鉗固定102。將刻蝕氣體引入腔室中，用由刻蝕氣體產(chǎn)生的等離子體刻蝕襯底104。在傳統(tǒng)的刻蝕工藝中采用的反應(yīng)氣體包括含Cl2，BCl3和N2的混和氣體。本方法中所用的刻蝕氣體包括Cl2，BCl3或者CHF3或者它們的混和物。
將含氧氣體引入到腔室中進(jìn)行分離步驟106。該含氧氣體與在金屬刻蝕步驟中生成的剩余物反應(yīng)，并由此使剩余物軟化并最終清除。這種含氧氣體用來(lái)代替一般用作分離氣體的氬氣。這種含氧氣體的使用降低了在刻蝕最后落下來(lái)的顆粒的數(shù)量和大小，因?yàn)檠豕鬋HF3聚合物副產(chǎn)物，將它們打碎并蒸發(fā)掉。這用氬氣是不能完成的，因?yàn)槠涫且环N惰性氣體。任何用該含氧氣體未清洗的剩余物被軟化了，因而更容易用標(biāo)準(zhǔn)清洗工藝去除。
在本領(lǐng)域中熟知的刻蝕工藝和清洗工藝的例子包括，例如在US2003/0022513和WO 01/08209中所公開(kāi)的那些工藝，這里并入它們的內(nèi)容。
依據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，采用Metal Etch DPS Tool的分離步驟106的工藝參數(shù)在表1中列出。
表1

應(yīng)該明白，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)講，可以進(jìn)行各種修正和改變，并且包括在本申請(qǐng)書(shū)的主旨和范圍以及所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。將所有引用的參考文獻(xiàn)的內(nèi)容完全并入，只要他們與這里的內(nèi)容不存在不一致。
權(quán)利要求
1.在分離步驟中清洗金屬刻蝕腔的方法，包括將其上具有金屬材料層的襯底放入腔室中；將包括Cl2，BCl3或者CHF3或者它們的混和物的工藝氣體引入到腔室中；由工藝氣體在腔室中產(chǎn)生等離子體，從而生成從襯底上刻蝕金屬的刻蝕氣體；以及通過(guò)向腔室中引入含氧氣體來(lái)進(jìn)行分離步驟。
2.權(quán)利要求1中的方法，其中該含氧氣體與由刻蝕工藝生成的聚合物反應(yīng)，形成排出產(chǎn)物。
3.權(quán)利要求1中的方法，其中該含氧氣體是O2，O3，NO或者NO2或者它們的混和物。
4.權(quán)利要求1中的方法，其中該含氧氣體基本上包括O2。
5.在腔室中刻蝕襯底的過(guò)程中，從刻蝕腔清洗聚合物剩余物的方法，其中所述襯底在其上包括含金屬層，并且該聚合物剩余物形成在腔室中的表面上，該方法包括步驟將襯底放入腔室中；在第一步中，在腔室中提供包括Cl2，BCl3和CHF3或者它們的混和物的刻蝕氣體；在第二步中，在腔室中提供包括O2，O3，NO或者NO2或者它們的混和物的分離氣體。
6.權(quán)利要求5中的方法，其中該分離氣體基本上由O2構(gòu)成。
7.權(quán)利要求5中的方法，其中所述的含金屬層包括鋁。
8.在含有固定于靜電鉗的襯底的腔室中，清洗刻蝕殘余物的方法，包括在所述襯底上進(jìn)行金屬刻蝕工藝之后或者同時(shí)，向所述腔室中引入清洗氣體，其中所述清洗氣體包括含氧氣體。
9.權(quán)利要求8中的方法，其中引入所述清洗氣體用以去除所述腔室中的剩余電荷，因而有助于將所述襯底從靜電鉗上分離下來(lái)。
10.權(quán)利要求8中的方法，其中腔室壓力保持在從大約1mTorr到大約100mTorr。
11.權(quán)利要求8中的方法，其中腔室壓力保持在從大約1mTorr到大約15mTorr。
12.權(quán)利要求8中的方法，其中腔室壓力保持在大約5mTorr。
13.權(quán)利要求8中的方法，其中所述清洗氣體處于等離子體中，該等離子體維持在源功率大約200瓦到大約1300瓦。
14.權(quán)利要求8中的方法，其中所述清洗氣體處于等離子體中，該等離子體維持在源功率在大約900瓦。
15.權(quán)利要求8中的方法，其中所述清洗氣體包括100sccm的O2。
16.權(quán)利要求1中的方法，其中所述工藝氣體包括Cl2，BCl3和CHF3。
全文摘要
這里公開(kāi)了在IC制造中金屬刻蝕襯底的方法，以及清洗工藝腔和襯底的方法。所公開(kāi)的方法減少了必須要周期性進(jìn)行的清洗積聚在工藝腔壁上的刻蝕剩余物的傳統(tǒng)濕法清洗工藝的頻率。在一個(gè)示例實(shí)施方案中，本發(fā)明方法在分離過(guò)程中利用含氧氣體，與在腔室壁和襯底上存在的刻蝕剩余物發(fā)生反應(yīng)，并將其軟化，燃燒和/或清除。
文檔編號(hào)B08B7/00GK1607651SQ20041001207
公開(kāi)日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2004年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者P·J·拜爾斯, M·皮塔, K·P·考弗曼, W·J·考弗曼, T·C·埃斯里 申請(qǐng)人:艾格瑞系統(tǒng)有限公司