專利名稱：采用二氧化碳清潔處理來(lái)去除旋涂材料的邊緣珠粒的制作方法
背景1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及集成電路的生產(chǎn)。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及到如何從用于集成電路制造的襯底去除旋涂材料的邊緣珠粒。
2.相關(guān)技術(shù)的描述在集成電路制造中，已開(kāi)發(fā)了幾種將材料淀積到襯底上的方法。一種普通方法是旋轉(zhuǎn)涂覆。旋轉(zhuǎn)涂覆是把一種液體混合物淀積到一個(gè)旋轉(zhuǎn)的襯底上，從而均勻地將襯底表面涂覆。旋轉(zhuǎn)涂覆已廣泛用于集成電路制造中，將有機(jī)和無(wú)機(jī)介質(zhì)材料薄膜淀積在襯底上，例如用作光抗蝕劑，抗反射層，金屬間的介質(zhì)層，犧牲層，和鈍化層等。
在旋轉(zhuǎn)涂覆過(guò)程中，作用在液體上的力可能使一定量的液體集結(jié)在襯底的邊緣部分而形成邊緣珠粒。部分邊緣珠?？赡芘c襯底中分離，從而成為以后的工藝步驟中一種微粒污染源。因此，一般在旋轉(zhuǎn)涂覆過(guò)程中或之后都要將包含邊緣珠粒的襯底邊緣區(qū)域的涂覆材料去除。
在傳統(tǒng)的邊緣珠粒去除過(guò)程中(如美國(guó)專利4,732,785中描述的那種過(guò)程)，是在襯底旋轉(zhuǎn)時(shí)將一股溶劑噴到襯底上。這種溶劑流使一部分包括邊緣珠粒的旋涂薄膜溶解并被去除掉。
傳統(tǒng)的邊緣珠粒去除工藝有幾個(gè)缺點(diǎn)。例如，當(dāng)襯底是半導(dǎo)體晶片時(shí)，傳統(tǒng)的邊緣珠粒去除工藝對(duì)每個(gè)晶片需要5秒至20秒左右的時(shí)間。處理時(shí)間短一些將會(huì)更好。另外，傳統(tǒng)邊緣珠粒去除工藝所用的溶劑會(huì)增添集成電路制造過(guò)程中產(chǎn)生的廢物量。
此外，若旋涂材料包含低揮發(fā)性的溶劑，則傳統(tǒng)邊緣珠粒去除工藝的效果就不滿意。一般來(lái)說(shuō)，含低揮發(fā)性溶劑的旋涂材料(如用于低介電常數(shù)納米孔隙硅薄膜的先質(zhì)(precursor)混合物)在旋涂過(guò)程結(jié)束時(shí)仍為液態(tài)。在傳統(tǒng)邊緣珠粒去除工藝中，用來(lái)去除邊緣珠粒的溶劑后來(lái)在襯底旋轉(zhuǎn)時(shí)將會(huì)干燥。在干燥過(guò)程中，含低揮發(fā)性溶劑的旋涂薄膜將擴(kuò)散回到原來(lái)邊緣珠粒被去除的區(qū)域。因此，旋涂材料被去除的區(qū)域必須足夠?qū)?，以補(bǔ)償旋涂薄膜的擴(kuò)散。這將減小襯底的可用表面積。
因而需要有一種用于含低揮發(fā)性溶劑的旋涂材料的快速、環(huán)保的邊緣珠粒去除工藝。
概要本發(fā)明提供了幾種去除旋涂薄膜的邊緣珠粒的方法。通過(guò)旋轉(zhuǎn)已經(jīng)旋轉(zhuǎn)涂覆的襯底，使流體膨脹通過(guò)一個(gè)噴嘴形成低溫氣霧流，并在襯底旋轉(zhuǎn)中使低溫氣霧流指向邊緣區(qū)域的旋涂薄膜，就可把旋涂薄膜從鄰近表面邊緣的旋轉(zhuǎn)涂覆襯底表面區(qū)域分離出來(lái)。此薄膜可包含一種烷氧基硅烷和一種低揮發(fā)性溶劑。
在本發(fā)明的另一方面，通過(guò)將一種液體混合物散布在表面上，旋轉(zhuǎn)襯底將液體成分散在表面上形成一層基本上均勻的薄膜，使流體膨脹通過(guò)一個(gè)噴嘴形成低溫氣霧流，并在襯底旋轉(zhuǎn)中使低溫氣霧流指向鄰近表面邊緣的表面區(qū)域的薄膜，從而在襯底表面上形成一層薄膜。這種液體混合物包含至少一種烷氧基硅烷和至少一種沸點(diǎn)高于175℃左右的溶劑。
在一個(gè)實(shí)施例中，流體主要包括液態(tài)二氧化碳，并且低溫氣霧流包括氣體二氧化碳和基本上為固體的二氧化碳顆粒。
其好處是在邊緣珠粒去除過(guò)程中不需要有高速的溶劑旋轉(zhuǎn)-干燥步驟。因而含低揮發(fā)性溶劑的旋涂薄膜不會(huì)往回生長(zhǎng)到原來(lái)薄膜被去除的區(qū)域。另外，邊緣珠粒去除過(guò)程的時(shí)間可降至10秒以下，因而可達(dá)到高生產(chǎn)率。再者，廢棄溶劑的量減少了，所以集成電路制造過(guò)程變得更為環(huán)保。
附圖簡(jiǎn)介

圖1A示出一個(gè)經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)涂覆的襯底的橫截面示意圖；圖1B示出一個(gè)經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)涂覆的襯底的頂示圖；圖2A示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例將一部分薄膜從旋轉(zhuǎn)涂覆襯底上去除掉的低溫氣霧流的橫截面示意圖；圖2B是按照本發(fā)明另一個(gè)具體實(shí)施例將一部分薄膜從旋轉(zhuǎn)涂覆襯底去除掉的低溫氣霧流橫截面示意圖。
詳細(xì)描述參看圖1A和1B，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施裝置，薄膜1被旋轉(zhuǎn)涂覆在襯底3的表面2上。應(yīng)該說(shuō)明，圖1A和1B中的尺寸不是按比例的。通常襯底3比薄膜1要厚得多。
襯底3一般是一個(gè)適于加工成集成電路或其它微電子器件的襯底。合適的襯底包括但不限于半導(dǎo)體材料(如砷化鎵，硅，結(jié)晶硅，多晶硅，非晶體硅，外延硅，以及它們的混合物)晶片。在一種實(shí)施裝置中，襯底3的表面2包括一個(gè)集成電路中的金屬互連層。一般地說(shuō)，金屬互連層包含導(dǎo)線，導(dǎo)電引線，和介質(zhì)材料。適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料包括但不限于鋁，銅，鎢，以及它們的混合物。在一種實(shí)施裝置中，襯底3的表面2包括一個(gè)集成電路中的介質(zhì)層。合適的介質(zhì)層包括但不限于普通的介質(zhì)材料(如氧化硅，氮氧化硅，氮化硅，以及它們的混合物)和低介電常數(shù)(低K)材料(如下面所列舉的那些)。
在一個(gè)實(shí)施例中，薄膜1是一種納米多孔硅先質(zhì)烷氧基硅烷混合物薄膜，在以后要聚合或凝膠化并經(jīng)干燥產(chǎn)生一個(gè)低介電常數(shù)納米多孔硅薄膜。本發(fā)明與用于形成薄膜1的納米多孔硅先質(zhì)混合物的類型無(wú)關(guān)。美國(guó)專利6,042,994公布一種納米多孔硅先質(zhì)烷氧基硅烷混合物的例子，它包含一種烷氧基硅烷，一種低揮發(fā)性溶劑，和一種高揮發(fā)性溶劑。該專利已與本申請(qǐng)共同轉(zhuǎn)讓，并被引用作為參考。用于此例的烷氧基硅烷先質(zhì)混合物包括那些分子式為SiR4的混合物，其中R組中至少2個(gè)是獨(dú)立的C1至C4烷氧基組，其余的(如果有的話)是從下列組中獨(dú)立選出的氫，烷基，苯基，鹵素，和替代苯基。
高揮發(fā)性溶劑通常的沸點(diǎn)低于約160℃。合適的高揮發(fā)性溶劑包括但不限于苯甲醚等醚類；酯類，例如乳酸乙酯，乙酸丁酯，丙二醇乙醚乙酸酯，丙二醇甲醚乙酸酯，乙酸丙酯；酮類，例如丙酮，環(huán)己酮，2-庚酮，3-戊醇；醇類，例如甲醇，乙醇，n-丙醇，異丙醇，n-丁醇，以及它們的混合物。低揮發(fā)性溶劑通常的沸點(diǎn)高于約175℃。合適的低揮發(fā)性溶劑包括但不限于乙醇和多元醇(包括乙二醇，1，4-丁二醇，1，5-戊二醇，1，2，4-丁三醇，1，2，3-丁三醇，2-甲基-戊三醇，2-(羥甲基)-1，3-丙二醇，1，4-丁二醇，2-甲基-1，3-戊二醇，四甘醇，三甘醇一甲基醚，甘油，以及它們的混合物。
納米多孔硅先質(zhì)混合物在旋轉(zhuǎn)涂覆過(guò)程中按下面的方法淀積。一定量的液態(tài)納米多孔硅先質(zhì)混合物在分散周期內(nèi)在或接近于它們中心分配到表面2上。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底3在分配周期內(nèi)保持靜止，而在另一些實(shí)施例中，襯底3以比較低的速度旋轉(zhuǎn)，一般對(duì)于6～8英寸直徑的晶片為約100轉(zhuǎn)/分(rpm)至約1000rpm。分配周期之后可以是一個(gè)短暫的靜止周期，接著是附加旋轉(zhuǎn)(以后稱為厚度旋轉(zhuǎn))，其轉(zhuǎn)速一般大致在1000至5000rpm之間，雖然合適的話也可以采用其它的轉(zhuǎn)速。液態(tài)先質(zhì)混合物在厚度旋轉(zhuǎn)過(guò)程中被分散開(kāi)來(lái)，以在表面2上形成基本均勻的薄膜1。一般而言，較高揮發(fā)性的溶劑在分散過(guò)程及厚度旋轉(zhuǎn)過(guò)程中蒸發(fā)掉，而較低揮發(fā)性溶劑在厚度旋轉(zhuǎn)過(guò)程中及以后仍然存在于薄膜1內(nèi)。
在另一實(shí)施例中，薄膜1是一種納米多孔硅凝膠，如上所述，它是通過(guò)將一種納米多孔硅先質(zhì)混合物薄膜旋轉(zhuǎn)涂覆到表面2上，然后再將先質(zhì)混合物薄膜用酸或堿催化水解反應(yīng)進(jìn)行聚合而形成的。
在另外一些實(shí)施例中，薄膜1是通過(guò)將一種含有溶劑和一種或多種低K絕緣材料的涂覆溶液經(jīng)旋轉(zhuǎn)涂覆到表面2上而形成的，這些絕緣材料包括但不限于甲基硅氧烷，苯基硅氧烷，甲基苯基硅氧烷，methylsilsesquioxanes，methylphenylsilsesquioxanes，硅酸酯，perhydrosilazanes，氫硅氧烷，有機(jī)氫硅氧烷，其一般分子式為(H0.4-1.0SiO1.5-1.8)n(R0.4-1.0SiO1.5-1.8)m，其中n和m之和為8至5000左右，聚酰亞胺，聚對(duì)二甲苯，氟化或非氟化聚(芳撐醚)，由苯基-炔化芳香族單聚物和齊聚物得到的聚合材料，以及它們的混合物。另外，可通過(guò)將低揮發(fā)性聚合物液體(如聚碳酸酯)經(jīng)旋轉(zhuǎn)涂覆到表面2上來(lái)形成薄膜1。在后一例中不需要使用溶劑。
在旋轉(zhuǎn)過(guò)程(通過(guò)該過(guò)程薄膜1已形成在表面2上)的最后部分或該部分之后，對(duì)一個(gè)典型寬度為2-4mm且與表面2的邊緣5相鄰的區(qū)域4，利用低溫氣霧，通過(guò)邊緣珠粒去除工藝對(duì)旋涂材料進(jìn)行去除。如本領(lǐng)域所公知的，低溫氣霧可通過(guò)使流體(氣體，液體，或氣體和液體的混合物)迅速通過(guò)一個(gè)噴嘴形成包含基本為固體顆粒和/或液體微粒的氣體流而產(chǎn)生。一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生低溫氣霧的材料在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下為液態(tài)或氣態(tài)。
參看圖2A和2B，在一實(shí)施裝例中，貯存在液體貯存器6內(nèi)的液態(tài)二氧化碳通過(guò)管道7，閥8，和管道9并膨脹通過(guò)噴嘴10。形成一個(gè)快速運(yùn)動(dòng)的低溫氣霧流11，它基本上是固態(tài)二氧化碳顆粒(以后把它稱為“二氧化碳雪”)和氣態(tài)二氧化碳。在一個(gè)實(shí)施例中，氣流11還包含液態(tài)二氧化碳。當(dāng)襯底3旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣流11指向至少一部分區(qū)域4，并將那里的旋涂材料去除。若薄膜1是由含低揮發(fā)性溶劑的旋涂材料形成的。襯底3一般要以低于100rpm的速度旋轉(zhuǎn)，才能防止薄膜1再次在區(qū)域4內(nèi)生長(zhǎng)。氣流11被表面2偏折形成偏轉(zhuǎn)流12，其中包含被去除的材料。不受理論的束縛，發(fā)明者認(rèn)為是氣流11中的二氧化碳雪顆粒的沖擊將旋涂材料從表面2的區(qū)域4去除掉。被去除的材料然后由氣流11和12掃走。
這種方法的好處是，去除區(qū)域4的旋涂材料不需要溶劑。此外，二氧化碳雪蒸發(fā)很快，而且不留下液態(tài)溶劑殘跡。所以，在邊緣珠粒去除過(guò)程中，不需要高速溶劑旋轉(zhuǎn)-干燥步驟，而且低揮發(fā)性液體旋涂薄膜或含低揮發(fā)性溶劑的旋涂薄膜(如上面描述過(guò)的納米多孔硅先質(zhì)混合物薄膜)，不會(huì)向區(qū)域4生長(zhǎng)回去。此外，廢棄溶劑的量減少了，同時(shí)集成電路制造過(guò)程變得更為環(huán)保。除此之外，由于消除了邊緣珠粒去除過(guò)程中的旋轉(zhuǎn)-干燥步驟，這種邊緣珠粒去除過(guò)程的時(shí)間可減至約10秒以下，因此可以獲得較高的生產(chǎn)率。
在圖2A所示的實(shí)施裝置中，氣流11在表面2上的寬度至少與旋涂材料被去除的區(qū)域4一樣寬，而且噴嘴10的位置相對(duì)于襯底3的邊緣5是固定的，以使氣流11指向復(fù)蓋區(qū)域4的寬度那部分區(qū)域4。當(dāng)襯底3旋轉(zhuǎn)時(shí)，區(qū)域4的全部都曝露在氣流11下面，并將旋涂材料去除掉。其好處是不需要將噴嘴10相對(duì)襯底3的邊緣挪動(dòng)，就可把區(qū)域4的旋涂材料去除掉。也可以只讓襯底3轉(zhuǎn)一下來(lái)將旋涂材料去除掉。
在圖2B所示的實(shí)施裝置中，表面2上的氣流11比區(qū)域4要去除的旋涂材料要窄。當(dāng)襯底3旋轉(zhuǎn)時(shí)，噴嘴10和襯底3彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得氣流11指向區(qū)域4離邊緣5具有變化距離的部分，這樣區(qū)域4全部曝露在氣流11下面而將旋涂材料去除掉。例如，襯底3和噴嘴10可以通過(guò)一個(gè)裝在襯底3下面的移動(dòng)臺(tái)等來(lái)彼此移動(dòng)。它的好處是，形成區(qū)域4內(nèi)邊界的薄膜1的邊緣13可由窄氣流11清晰地確定。
在另一些實(shí)施例中，低溫氣霧流11是由一種或幾種材料產(chǎn)生的，它們包括但不限于二氧化碳，一氧化二氮，氨氣，氪氣，氬氣，甲烷，乙烷，丙烷，丁烷，戊烷，己烷，丙烯，四氟甲烷，氯二氟甲烷，六氟化硫，全氟丙烷，以及它們的混合物。
在低溫氣霧邊緣珠粒去除過(guò)程中，由于低溫氣霧流11與區(qū)域4的相互作用引起的熱量損耗可以冷卻襯底3和區(qū)域4外面的那部分薄膜。這種冷卻可以造成潮氣凝結(jié)在薄膜1上并可能毀壞薄膜1。在一種實(shí)施裝置中，提供了一個(gè)局部熱源來(lái)保持襯底3和區(qū)域4外面那部分薄膜1有足夠的溫度，以防止在邊緣珠粒去除過(guò)程中有大量潮氣凝結(jié)在薄膜1上。局部熱源可以是一個(gè)輻射熱源(如燈或加熱絲)或一個(gè)熱氣流(如干燥的空氣或氮?dú)?。采用局部熱源不會(huì)影響從區(qū)域4將薄膜1去除。也可以通過(guò)控制周圍的濕度(如采用環(huán)境控制系統(tǒng))來(lái)防止大量濕氣凝結(jié)到薄膜1上。
雖然本發(fā)明是用一些具體的實(shí)施裝置來(lái)說(shuō)明的，但它要涵蓋包含落在下面的權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)的所有改型和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種從已涂覆襯底的表面的一區(qū)域去除薄膜的方法，所述區(qū)域鄰近所述表面的邊緣，該方法包括使所述已涂覆的襯底旋轉(zhuǎn)；使一流體膨脹通過(guò)一噴嘴，以形成一低溫氣霧流；使該低溫氣霧流在所述襯底旋轉(zhuǎn)時(shí)從噴嘴指向鄰近所述邊緣的所述區(qū)域中的薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述低溫氣霧流包含一種氣體和一些基本上為固體的顆粒。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述流體包含一種從下列組選擇的材料，所述組包括二氧化碳，一氧化二氮，氨氣，氪氣，氬氣，甲烷，乙烷，丙烷，丁烷，戊烷，己烷，丙烯，四氟甲烷，氯二氟甲烷，六氟化硫，全氟丙烷，以及它們的混合物。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述流體主要包括液態(tài)二氧化碳，所述低溫氣霧流包含氣態(tài)二氧化碳和基本上為固態(tài)的二氧化碳顆粒。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述低溫氣霧流在所述表面上的寬度大于或等于該區(qū)域的寬度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述低溫氣霧流在表面上的寬度小于該區(qū)域的寬度，且將所述低溫氣霧流定向包括讓噴嘴和襯底彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使該區(qū)域的與所述邊緣具有變化的距離的部分暴露于所述低溫氣霧流。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述區(qū)域包含所述薄膜的邊緣珠粒。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述區(qū)域的寬度約為2至4mm。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底包含一種半導(dǎo)體材料。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將襯底和所述區(qū)域外的薄膜加熱至一個(gè)足以防止大量潮氣凝結(jié)到薄膜上的溫度。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述薄膜包含一種低揮發(fā)性液體。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述薄膜包含一種沸點(diǎn)在約175℃以上的溶劑。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述薄膜包含一種烷氧基硅烷和一種低揮發(fā)性溶劑。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述烷氧基硅烷的通式為SiR4，其中R組中的至少兩個(gè)是獨(dú)立的C1至C4烷氧基組，如果有其余組成的話，它們獨(dú)立地從包括氫，烷基，苯基，鹵素，和替代苯基的組中選出的。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中低揮發(fā)性溶劑是從包括下列組成的組中選出的乙二醇，1，4-丁二醇，1，5-戊二醇，1，2，4-丁三醇，1，2，3-丁三醇，2-甲基-戊三醇，2-(羥甲基)-1，3-丙二醇，1，4-丁二醇，2-甲基-1，3-戊二醇，四甘醇，三甘醇一甲醚，甘油，以及它們的混合物。
16.一種在襯底表面上形成薄膜的方法，所述方法包括將一種液體混合物分配得到所述表面上，使該襯底旋轉(zhuǎn)，由此將該液體混合物散開(kāi)，以在所述表面上形成一基本均勻的薄膜；使流體膨脹通過(guò)噴嘴以形成低溫氣霧流；使該低溫氣霧流在襯底旋轉(zhuǎn)時(shí)從噴嘴指向與所述表面的邊緣相鄰的所述表面的區(qū)域內(nèi)的所述薄膜。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述液態(tài)混合物包含一種低揮發(fā)性液體。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述液態(tài)混合物包含至少一種烷氧基硅烷和至少一種沸點(diǎn)高于約175℃的溶劑。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述流體主要包含液態(tài)二氧化碳，且其中所述低溫氣霧流包含氣態(tài)二氧化碳和基本為固態(tài)的二氧化碳顆粒。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述表面上的所述低溫氣霧流的寬度大于或等于該區(qū)域的寬度。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述表面上的所述低溫氣霧流的寬度小于該區(qū)域的寬度，且使低溫氣霧流定向包括讓所述噴嘴和襯底彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使所述區(qū)域的與所述邊緣具有變化的距離的部分暴露于低溫氣霧流。
22.如權(quán)利要求16所述的方法，其中還包括將所述襯底和所述區(qū)域外面的薄膜加熱至一個(gè)足以防止大量潮氣凝結(jié)到所述薄膜上的溫度。
23.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括保持環(huán)境溫度，并將所述襯底和所述區(qū)域外的薄膜的溫度保持為足以防止大量潮氣凝結(jié)到該薄膜上。
全文摘要
本發(fā)明提供了從旋涂薄膜去除邊緣珠粒的方法。通過(guò)旋轉(zhuǎn)一旋轉(zhuǎn)涂覆的襯底(3)，使流體膨脹通過(guò)一個(gè)噴嘴(10)形成低溫氣霧流(11)，并在襯底(3)旋轉(zhuǎn)時(shí)，使低溫氣霧流(11)對(duì)準(zhǔn)區(qū)域(4)中的旋涂薄膜(1)，則可從與表面(2)的邊緣(5)鄰近的旋轉(zhuǎn)涂覆襯底(3)的表面(2)的區(qū)域(4)除去旋涂薄膜(1)。此薄膜可能包含一種烷氧基硅烷和一種低揮發(fā)性溶劑。所述流體可以主要包括液態(tài)二氧化碳。含低揮發(fā)性溶劑的旋涂薄膜(1)不會(huì)往回生長(zhǎng)到原來(lái)薄膜被去除的區(qū)域(4)，這種邊緣珠粒去除過(guò)程的時(shí)間可以降至約10秒以下，并且廢棄溶劑的量也減少了。
文檔編號(hào)H01L21/304GK1501846SQ01813839
公開(kāi)日2004年6月2日 申請(qǐng)日期2001年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月8日
發(fā)明者D·恩迪施, D 恩迪施 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司