專利名稱：蝕刻后聚合物殘留除去方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體設(shè)計(jì)半導(dǎo)體襯底處理，特別涉及通過干式和濕式處理的仔細(xì)的處理優(yōu) 化從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的改進(jìn)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)進(jìn)步進(jìn)入深亞微米量級(jí)，集成電路(IC)芯片中的器件數(shù)量達(dá)到數(shù)千萬。 半導(dǎo)體器件的小型化中的這種量級(jí)帶來了隨之而來的一系列技術(shù)上的復(fù)雜性。其中之一 是，與金屬互連有關(guān)的電阻和寄生電容開始顯著地影響IC的線路速度。為了改進(jìn)IC的性 能，半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)從鋁金屬轉(zhuǎn)變到銅金屬來用作互連，并在各金屬互連線之間使用低k 電介質(zhì)材料代替二氧化硅。銅減少了電阻，因?yàn)榕c鋁相比它是一種更好的導(dǎo)體并且更耐電 遷移(electromigrationresistant)。對(duì)互連使用銅金屬還能夠帶來更小的和更薄的導(dǎo)線 從而可以在單塊芯片中封裝更多的器件。低k電介質(zhì)材料減少了各金屬線之間的寄生電 容，從而提高了 IC芯片的性能。銅互連是使用被稱為“雙嵌入(dual damascene)”的處理制造的。雙嵌入制造處 理是當(dāng)今最流行和最廣泛實(shí)現(xiàn)的電介質(zhì)蝕刻方法。嵌入指的是一種處理，通過該處理將由 金屬導(dǎo)線圖案嵌入非導(dǎo)電(電介質(zhì))材料中，然后沉積金屬以填充產(chǎn)生的溝槽并最終利用 化學(xué)機(jī)械拋光將多余的金屬除去。在雙嵌入中，該處理連續(xù)產(chǎn)生被嵌入的通孔和溝槽，其中 通孔形成從線路的一層(溝槽)到下一層的豎直連接。通孔和溝槽的嵌入蝕刻處理要求碳 氟化合物、氫氟碳化合物、氧和氮?dú)獾幕旌衔?。這些蝕刻混合物可以在蝕刻過的結(jié)構(gòu)的電介 質(zhì)側(cè)壁和底部上留下聚合物殘留。使用雙嵌入處理的蝕刻操作可以使用不同的方案完成， 比如光刻膠(PR)掩模方案或硬掩模方案。在冊(cè)方案中，沉積蝕刻停止層以允許下面的觸點(diǎn)與互聯(lián)的自我對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)保持該 特征的結(jié)構(gòu)完整性。PR掩模用于蝕刻電介質(zhì)膜層，然后將該I3R層和該蝕刻停止層剝離。用 于剝離該I3R層和該蝕刻停止層的剝離化學(xué)物質(zhì)有可能損害該低-k電介質(zhì)膜層。而且，來 自該I3R掩模方案中使用的蝕刻化學(xué)物質(zhì)的聚合物殘留沿著狹窄的溝槽和通孔的壁沉積起 來，使得該殘留物難以除去。在硬掩模方案中，使用電介質(zhì)或金屬硬掩模代替ra掩模。使用該硬掩模執(zhí)行蝕 亥IJ。因?yàn)樵谶@個(gè)方案中使用硬掩模，所以避免了剝離ra掩模的操作，由此使得ra剝離處理 帶來的損害最小化。然而，必須小心除去硬掩模以最小化對(duì)下面的電介質(zhì)膜層和對(duì)其中形 成的結(jié)構(gòu)的損害。傳統(tǒng)上，蝕刻后殘留已經(jīng)使用濕式清潔化學(xué)物質(zhì)用濕式化學(xué)處理除去。 這些濕式 化學(xué)物質(zhì)適于除去具有金屬成份的殘留物，比如在不同氧化狀態(tài)的銅的氧化物。然而，狹窄 的通孔和溝槽中含碳的有機(jī)殘留物帶來了很大的挑戰(zhàn)，因?yàn)楹茈y除去這些殘留物而不破壞 蝕刻的電介質(zhì)結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，只用濕式化學(xué)物質(zhì)對(duì)于基本上除去這些有機(jī)殘留物不是非常 有效的。鑒于上文，需要一種更加有效的除去蝕刻后聚合物殘留而不破壞蝕刻的結(jié)構(gòu)和圍繞的電介質(zhì)材料的方法。還需要減少使用的化學(xué)物質(zhì)的復(fù)雜度以便降低清潔的成本同時(shí)提供更有效的清潔。還需要提供一種能夠清潔良性條件下的襯底表面的替代方案。

發(fā)明內(nèi)容
通過提供用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的改進(jìn)方法和裝置，本發(fā)明滿足了這些需要。應(yīng)當(dāng)看出，本發(fā)明可以用多種方式實(shí)現(xiàn)，包括裝置和方法。下面描述本發(fā)明的一些創(chuàng)新性的實(shí)施方式。在一個(gè)實(shí)施方式中，公開一種用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的方法。該方法包含確定用于從該襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的干式快速化學(xué)物質(zhì)。該干式快速化學(xué)物質(zhì)被配置為選擇性地除去一區(qū)域中蝕刻操作留下的蝕刻后聚合物殘留，其中在該區(qū)域中穿過低k電介質(zhì)膜層形成特征。使用很短的快速處理施用該確定的干式快速化學(xué)物質(zhì)以除去該蝕刻后聚合物殘留的至少一部分同時(shí)最小化對(duì)該電介質(zhì)膜層的損害。然后向該襯底表面施用濕式清潔化學(xué)物質(zhì)。該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)的施用有助于基本上除去該短快速處理留下的蝕刻后聚合物殘留。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，公開一種用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含在環(huán)境可控室中接收并支撐該襯底的襯底支撐裝置。該襯底支撐裝置被配置為在該環(huán)境可控室(殼室)中接收并沿著一個(gè)平面移動(dòng)該襯底。使用在環(huán)境可控室中配置的快速化學(xué)物質(zhì)施用器以向該襯底表面施用干式快速化學(xué)物質(zhì)。在短快速處理中將該干式快速化學(xué)物質(zhì)引入該殼室，從而干式快速化學(xué)物質(zhì)的短施用能夠基本上除去一區(qū)域中蝕刻操作留下的該聚合物殘留，特征是在該區(qū)域中在該襯底表面上形成的。該快速化學(xué)物質(zhì)施用器具有控制器以控制該干式快速化學(xué)物質(zhì)在該環(huán)境可控室中的流動(dòng)。使用的該干式快速化學(xué)物質(zhì)包括清潔化學(xué)物質(zhì)以有效地從該襯底表面上除去該聚合物殘留的至少一部分。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括濕式清潔施用器以引入濕式清潔化學(xué)物質(zhì)，該濕式清潔施用器具有控制器以控制該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)的施用從而能夠基本上除去該短快速處理留下的聚合物殘留。通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得更加顯而易見，其中附圖是用本發(fā)明的示例的方式進(jìn)行描繪的。


參考下面的描述，并結(jié)合附圖，可以最好的理解本發(fā)明。這些圖不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是將本發(fā)明限制于這些優(yōu)選實(shí)施方式，而只是為了說明和理解。圖1描繪了在低k電介質(zhì)膜層中形成的特征中和特征周圍的聚合物殘留的橫截面。圖2A描繪了，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，用于施用干式快速和濕式化學(xué)物質(zhì)的系統(tǒng)的橫截面視圖。圖2B描繪了，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，圖2A中描繪的系統(tǒng)的替代實(shí)施方式。圖3描繪了，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，涉及有效地除去干式快速和濕式化學(xué)物質(zhì)的操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將描述有效從襯底的低_k電介質(zhì)膜層中形成的特征周圍去除蝕刻后聚合物 殘留的幾個(gè)實(shí)施例。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，顯然，本發(fā)明可不利用這些具體細(xì)節(jié)的一 些或者全部而實(shí)施。在有的情況下，公知的處理步驟和/或結(jié)構(gòu)沒有說明，以避免不必要的 混淆本發(fā)明。在蝕刻操作(如雙嵌入蝕刻處理)中留下的有機(jī)成分的蝕刻后聚合物殘留構(gòu)成半 導(dǎo)體制造處理中的真正挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@些聚合物殘留難以去除。使用濕式清潔化學(xué)物質(zhì)的傳 統(tǒng)的清潔操作實(shí)質(zhì)上對(duì)去除聚合物殘留并不是非常有效。此外，利用傳統(tǒng)的清潔操作，襯底 的表面暴露于該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)持續(xù)很長(zhǎng)的時(shí)間以便這些濕式清潔化學(xué)物質(zhì)作用于該 聚合物殘留并將這些殘留從該襯底表面脫開。長(zhǎng)時(shí)間暴露于這些濕式清潔化學(xué)物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致 該電介質(zhì)膜層s和下面的結(jié)構(gòu)及特征損壞，如銅觸點(diǎn)。為了有效去除該聚合物殘留同時(shí)保 持該電介質(zhì)膜層和該下面的結(jié)構(gòu)的特性，要利用干式和濕式清潔化學(xué)物質(zhì)仔細(xì)地處理該襯 底表面。利用干式和濕式清潔化學(xué)物質(zhì)仔細(xì)處理該襯底表面能夠有效從該表面去除有機(jī) 聚合物殘留同時(shí)保持在該襯底上形成的特征以及做得到的半導(dǎo)體器件的質(zhì)量，例如微芯 片。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，確定一種干式快速化學(xué)物質(zhì)(dry flash chemistry)用以 去除該蝕刻后聚合物殘留。該干式快速化學(xué)物質(zhì)選擇為該干式快速化學(xué)物質(zhì)能夠從該襯底 的表面至少去除一部分該蝕刻后聚合物殘留。該確定干式快速化學(xué)物質(zhì)從該襯底100的表 面有效去除該蝕刻后聚合物殘留。優(yōu)化該快速處理(flash process)以便對(duì)周圍的低_k 電介質(zhì)膜層和該下面的結(jié)構(gòu)的損害最小，通常通過限制較短施用時(shí)間。使用該干式快速化 學(xué)物質(zhì)的較短快速處理之后是濕式清潔操作，其中確定一種濕式清潔化學(xué)物質(zhì)并施用到該 襯底表面，從而將該短快速處理之后留下的該聚合物殘留的剩余物基本上去除。正如在該 快速處理中，優(yōu)化該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)的施用從而使得對(duì)周圍電介質(zhì)膜層的損壞最小。使 用干式和濕式清潔化學(xué)物質(zhì)組合的好處有許多。例如，該短快速處理，使用干式快速化學(xué)物 質(zhì)，使得可使用復(fù)雜度更低并因此更便宜的濕式清潔化學(xué)物質(zhì)來從該襯底的表面有效去除 該有機(jī)聚合物殘留。進(jìn)而，該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)的施用時(shí)間大大降低，因?yàn)榇蟛糠衷摼酆衔?殘留已經(jīng)由該短快速處理去除。較少的將該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)施用到該襯底表面的時(shí)間導(dǎo) 致對(duì)該低_k電介質(zhì)膜層的損壞更小以及更高的產(chǎn)量。 圖1說明襯底100的部分100-5的簡(jiǎn)化示意圖，其中聚合物殘留沿低_k電介質(zhì) 膜層中蝕刻的特征的壁和底部形成。如所示，該襯底100的部分100-5包括形成在該襯底 100上的低-k電介質(zhì)膜層110。該低-k電介質(zhì)膜層110使用旋涂、浸涂之一形成，或通過 化學(xué)氣相沉積技術(shù)形成。形成該低-k電介質(zhì)膜層110的材料可以是SiCOH、多孔SiCOH等 之一。該低_k電介質(zhì)材料摻雜有碳，并將許多亞微米孔引入該低_k電介質(zhì)材料以進(jìn)一步 降低介電常數(shù)?？墒褂霉募夹g(shù)引入孔，所以在本申請(qǐng)中不再詳細(xì)討論。該低_k電介質(zhì) 膜層110可直接形成在襯底表面上方、在先前制造的層(如蝕刻停止層)上方或在多個(gè)已 經(jīng)制造的層之間。該低-k電介質(zhì)膜層110提供于通過該低-k電介質(zhì)膜層110形成的一個(gè) 或多個(gè)特征的隔離或與該下面的結(jié)構(gòu)的特例，如銅連線150，其向下連接形成在該襯底100 上的晶體管。使用低_k電介質(zhì)膜層隔離形成在該襯底上的特征幫助降低特征之間的耦合電容，由此降低導(dǎo)線延遲。蝕刻停止層120形成在該低-k電介質(zhì)膜層110上以允許下面的觸點(diǎn)與該銅連線150自對(duì)準(zhǔn)，以及保持所形成的特征的結(jié)構(gòu)整體性。使用雙嵌入處理在該 低_k電介質(zhì)膜中蝕刻特征105。硬掩模層或覆蓋層130形成在所蝕刻的特征頂部以暴露下 面的特征不會(huì)產(chǎn)生任何形貌畸變。在剝除操作期間，用于剝除該蝕刻停止層120和該硬掩 模層/覆蓋層130的化學(xué)物質(zhì)導(dǎo)致聚合物殘留140沉積在該雙嵌入處理期間形成的通孔溝 槽中。所以，實(shí)質(zhì)上是要去除這些聚合物殘留140從而保持該特征105的功能性以及和該 低_k電介質(zhì)膜層110的特性。圖2A說明用于使用干式快速化學(xué)物質(zhì)去除該聚合物殘留系統(tǒng)，在本發(fā)明一個(gè)實(shí) 施例中。圖2A的實(shí)施例說明示范性的等離子蝕刻反應(yīng)室，其具有射頻(RF)源和變換耦合 等離子(TCP)或電容耦合等離子。本發(fā)明的實(shí)施例并不限于RF等離子蝕刻反應(yīng)器，而是可 采用任何其他的傳統(tǒng)的蝕刻系統(tǒng)。襯底100通過入口開口(未示)容納于第一環(huán)境可控等 離子蝕刻反應(yīng)室(第一殼室)152。圖2A僅說明容納于該環(huán)境可控室的該襯底100的一部 分100-5。這只是為了舉例說明該干式快速化學(xué)物質(zhì)如何在清潔操作期間輔助去除該聚合 物殘留。該襯底100容納于該第一殼室152并且設(shè)在襯底支撐裝置上，如卡盤125-A。該 卡盤125-A由耦接于匹配網(wǎng)絡(luò)(未示)的射頻發(fā)生器(RF)供電以在平面上接收和夾持該 襯底100，從而該襯底100基本上暴露于施用在該第一殼室152中的一種或多種化學(xué)物質(zhì)。 盡管本發(fā)明的實(shí)施例描述為使用卡盤125-A來接收和夾持該襯底100的表面，但是也可使 用其他類型的襯底夾持裝置。在圖2A所示的實(shí)施例中，通過噴頭160將蝕刻劑引入該第一殼室152，該噴頭包括 多個(gè)孔用以將氣體蝕刻劑釋放進(jìn)該第一殼室152內(nèi)該噴頭160和該襯底100的表面之間的 RF引起的等離子區(qū)域內(nèi)。該噴頭160連接到貯存器，其構(gòu)造為保存并提供蝕刻劑化學(xué)物質(zhì) 至該第一殼室152。射頻(RF)發(fā)生器通過匹配網(wǎng)絡(luò)(未示)耦接于該噴頭160并激勵(lì)該噴 頭。該蝕刻劑化學(xué)物質(zhì)用于使用雙嵌入處理在該襯底100的表面上蝕刻一個(gè)或多個(gè)特征。 該等離子蝕刻反應(yīng)室是本行業(yè)公知的，所以不再具體描述。蝕刻劑入口控制器將該蝕刻劑以可控方式引入該第一殼室152。用于該襯底100 上蝕刻特征105的蝕刻劑通常包含氟化碳、水-氟化碳、氧氣和氮?dú)獾幕旌衔铮鋾?huì)在所蝕 刻的結(jié)構(gòu)和特征105的電介質(zhì)側(cè)壁和底部上留下聚合物殘留。在該剝除操作期間，其中剝 除該蝕刻停止層，來自該剝除化學(xué)物質(zhì)的殘留也會(huì)作為聚合物殘留沿著形成在該襯底100 的低_k電介質(zhì)膜層110中的該特征105的底部和側(cè)壁沉積。該第一殼室152包括出口，其 在運(yùn)行中連接到真空開口以在執(zhí)行該蝕刻和剝除操作之后收集和去除該蝕刻劑和剝除化 學(xué)物質(zhì)。該蝕刻和剝除操作之后，該襯底100從該第一殼室152移至第二殼室154從而可 清潔沉積在特征105中和周圍的該聚合物殘留。設(shè)在該第二殼室154中的快速化學(xué)物質(zhì)施用器使用短快速處理將干式快速化學(xué) 物質(zhì)引入該第二殼室154。本申請(qǐng)中使用的短快速處理定義為這樣的化學(xué)處理，其中以持續(xù) 非常短暫時(shí)間的快速短脈沖將該干式快速化學(xué)物質(zhì)施用于該襯底100的表面。在一個(gè)實(shí)施 例中，該短暫的時(shí)間可持續(xù)大約5到7秒。如參照該第一殼室152所描述的，將該襯底100 接收并設(shè)在該第二殼室154內(nèi)的卡盤125-B上。連接于該卡盤125-B的RF發(fā)生器激發(fā)該 第二殼室154中的該卡盤125-B。該第二殼室154中，該襯底100的表面處理為該短快速 處理。該干式快速化學(xué)物質(zhì)基于沉積在該襯底的表面上的聚合物殘留類型而選擇。分析一個(gè)或多個(gè)與該聚合物殘留相關(guān)的參數(shù)，并且基于該分析選擇恰當(dāng)干式快速化學(xué)物質(zhì)。圖2A 中說明的本發(fā)明的實(shí)施例中，該快速化學(xué)物質(zhì)施用器是設(shè)在該第二殼室154中的噴頭165。 該噴頭165結(jié)構(gòu)上類似于該第一殼室152中的該噴頭160，并包括多個(gè)孔用以將干式快速化 學(xué)物質(zhì)釋放進(jìn)該第二殼室152內(nèi)該噴頭165和該襯底100的表面之間的RF引起的等離子 區(qū)域。RF發(fā)生器通過匹配網(wǎng)絡(luò)(未示)耦接于該噴頭165并激勵(lì)該噴頭165。如關(guān)于蝕刻 中提到的，該噴頭165連接貯存器，其接收并通過該噴頭165提供該干式快速化學(xué)物質(zhì)至該 第二殼室154。為了有效去除有機(jī)聚合物殘留，該干式快速化學(xué)物質(zhì)包括低壓氣體，如二氧 化碳、氧氣、氨氣、氮?dú)?、氫氣、甲烷、一氧化碳、氬氣或這些低壓氣體的任何組合。
該干式快速化學(xué)物質(zhì)的暴露本質(zhì)上是各向同性的(所有方向一致)，這使得該干 式快速化學(xué)物質(zhì)能夠均勻施用于該襯底100的表面的部分從而基本上去除該干式快速化 學(xué)物質(zhì)的該聚合物殘留。該快速化學(xué)物質(zhì)施用器包括控制器以控制該干式快速化學(xué)物質(zhì)流進(jìn)該第二殼室 154，從而該干式快速化學(xué)物質(zhì)以可控的方式施用到該襯底100的表面。粘附于該電介質(zhì)膜 層的壁以及該特征底部的大部分該聚合物殘留容易由該干式快速化學(xué)物質(zhì)在該短快速處 理期間剝除。所剝除的聚合物殘留與該干式快速化學(xué)物質(zhì)一起通過運(yùn)行時(shí)連接到真空開口 的出口迅速去除。該快速處理保持較短，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間暴露于該干式快速化學(xué)物質(zhì)會(huì)大大損 害電介質(zhì)壁和下面的特征。這個(gè)損傷可歸因于下面的原因，即該低_k電介質(zhì)膜層110中存 在的碳原子可與等離子字中的自由基反應(yīng)。在將該襯底100用該短快速處理處理之后，該 襯底100通過第三殼室156中的進(jìn)入口(未示)傳送進(jìn)該第三殼室156。該襯底100通過該第三殼室156中的入口開口(未示)容納在襯底支撐裝置上， 如托架125。該托架125包括銷/滾軸以在平面上容納和夾持該襯底100，并且運(yùn)載以沿移 動(dòng)軸傳輸該襯底通過該第三殼室156，以及傳送該襯底通過該第三殼室156的出口開口(未 示)。該托架125還配置成沿轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)該襯底100，從而該襯底100基本上暴露于施用在 該第三殼室156中的該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)。該托架125包括嵌入物以在傳輸通過該第三殼 室156時(shí)容納并將該襯底100保持在適當(dāng)位置。盡管本發(fā)明的實(shí)施例描述為使用托架125 使用銷/滾軸來容納和夾持該襯底100的表面，但是可使用其他類型的襯底。該第三殼室156包括濕式清潔施用器170以隨著該襯底100傳輸通過該第三殼室 156將濕式清潔化學(xué)物質(zhì)引到該襯底100的表面。該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)基于沉積在該襯底 100的表面上的聚合物殘留的類型以及所使用的該干式快速化學(xué)物質(zhì)而選擇。因而，分析與 該聚合物殘留和該干式快速化學(xué)物質(zhì)有關(guān)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，并且基于該分析選擇該濕式 清潔化學(xué)物質(zhì)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用于施用該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)的該濕式清潔施用器 170是設(shè)在該第三殼室156內(nèi)的臨近頭，以及該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)施用為液體彎液面。這里 所使用的、關(guān)于液體化學(xué)物質(zhì)的術(shù)語“彎液面”指的是該相對(duì)的臨近頭表面和該襯底100的 表面之間，部分由液體化學(xué)物質(zhì)的表面張力約束和控制的一定容積的液體化學(xué)物質(zhì)。由此 形成的彎液面也是可控的，并且可以所控制的形狀在表面上方移動(dòng)，以及可用來該襯底100 的表面去除污染物。在具體的實(shí)施例中，彎液面形狀可由精確地液體化學(xué)物質(zhì)傳送和去除 系統(tǒng)控制，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括計(jì)算系統(tǒng)。關(guān)于彎液面的形成以及施用到襯底表面的更多信息，可參見(1)美國(guó)專利 No. 6，616，772，公告于 2003 年9 月 9 日，主題為 “METHODS FOR WAFER PROXIMITY CLEANING和DRYING” ；(2)美國(guó)專利申請(qǐng)No. 10/330, 843，遞交于2002年12月24日，主 題為 “MENISCUS，VACUUM, IPA VAPOR, DRYINGMANIFOLD” (3)美國(guó)專利 No. 6，988，327，公 告于 2005 年 1 月 24 日，主題為 “METHODS AND SYSTEMS FOR PROCESSING ASUBSTRATE USING A DYNAMIC LIQUID MENISCUS” (4)美國(guó)專利 No. 6，988，326，公告于 2005 年 1 月 24 日，主題為 “PHOBICBARRIER MENISCUS SEPARATION 和 CONTAINMENT” ；以及(5)美國(guó)專利 No. 6，488，040，公告于2002年 12 月 3 日，主題為“CAPILLARY PROXIMITY HEADS FOR SINGLE WAFERCLEANING AND DRYING”。每個(gè)都轉(zhuǎn)讓給 Lam ResearchCorporation，本申請(qǐng)的受讓 人，并且每個(gè)都通過引用結(jié)合在這里。頂部和底部彎液面的額外信息，可參見該示范性的 彎液面，如美國(guó)專利申請(qǐng)No. 10/330, 843中所揭示的，遞交于2002年12月24日，主題為 "MENISCUS, VACUUM, IPA VAPOR，DRYINGMANIFOLD”。通過引用將美國(guó)專利申請(qǐng)結(jié)合在這里， 其轉(zhuǎn)讓給LamResearch Corporation，本申請(qǐng)的受讓人。如此處所述，鄰近頭是當(dāng)設(shè)置在靠近該襯底100的表面時(shí)，能將精確體積的化學(xué)物質(zhì)傳遞至待處理的襯底100的表面，并從該表面去除該化學(xué)物質(zhì)的襯底處理裝置。在一 個(gè)實(shí)施方式中，該鄰近頭具有相對(duì)頭表面(相對(duì)表面)，且該相對(duì)表面設(shè)置為基本平行于該 襯底100的表面。在該相對(duì)表面和該襯底100的表面之間形成彎月面。該鄰近頭還可配置 為傳遞多種化學(xué)物質(zhì)，并配備了用于去除所傳遞的多種化學(xué)物質(zhì)的真空口。通過控制該化學(xué)物質(zhì)向該彎月面的傳遞和去除，該彎月面可被控制并在該襯底 100的表面上移動(dòng)。在處理過程中，在部分實(shí)施方式中，該襯底100可被移動(dòng)，而該鄰近頭保 持靜止，在其它實(shí)施方式中，該鄰近頭移動(dòng)而該襯底100保持靜止。此外，為了徹底處理，可 以理解該處理可在任意方向發(fā)生，這樣，該彎月面可被應(yīng)用至非水平的表面(例如，垂直襯 底或具有一定角度的襯底)。有關(guān)鄰近頭的額外信息可參見2003年9月9日頒發(fā)的題為“METHODS FOR WAFER PROXIMITY CLEANING ANDDRYING. ”的美國(guó)專利6，616，772中所述的示范性鄰近頭。該美國(guó) 專利申請(qǐng)(已轉(zhuǎn)讓至Lam Research Corporation)在此引入作為參考。有關(guān)鄰近蒸汽清潔 和干燥系統(tǒng)的額外信息可參見2002年12月3日頒發(fā)的題為“CAPILLARY PROXIMITY HEADS FOR SINGLEffAFER CLEANING AND DRYING”的美國(guó)專利6，488，040中描述的示范性系統(tǒng)。該 美國(guó)專利(已轉(zhuǎn)讓至Lam Research Corporation)在此引入作為參考。該濕式清潔施用器170包括了控制該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)流進(jìn)入該第三殼室156， 從而使得該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)以受控方式被應(yīng)用至該襯底表面的控制器。在使用鄰近頭的 實(shí)施方式中，該鄰近頭包括了可操作地連接至真空口的出口，以在清潔操作過程中去除該 濕式清潔化學(xué)物質(zhì)以及在該第三殼室154中釋放的聚合物殘留物，從而可以導(dǎo)入新鮮的濕 式清潔化學(xué)物質(zhì)以進(jìn)行更有效的清潔。該襯底被移動(dòng)通過該第三殼室156，基本清潔的襯底 被傳遞通過出口(未顯示)。圖2B是本發(fā)明的一個(gè)替代性實(shí)施方式，其中單噴頭160被用于向該第一殼室152 中的該襯底100表面提供蝕刻劑，并在短干式快速處理中向該襯底100提供干式快速化學(xué) 物質(zhì)。在該實(shí)施方式中，該噴頭160通過匹配網(wǎng)絡(luò)(未顯示)被連接至RF發(fā)生器，以對(duì)噴 頭160供能。同樣地，在該第一殼室152中的卡盤被用于接受該襯底100，并通過匹配網(wǎng)絡(luò) (未顯示)由RF發(fā)生器供能。在該實(shí)施方式中，蝕刻劑(由貯器供應(yīng))被應(yīng)用至該襯底的表面以蝕刻特征。在蝕刻操作后進(jìn)行剝離操作以去除該蝕刻劑，并在短快速處理中向該襯 底的表面應(yīng)用短快速化學(xué)物質(zhì)來基本去除在蝕刻和剝離操作中沉積的該聚合物殘留物。通過結(jié)合蝕刻操作和采用單噴頭160的干式快速操作，可大大減少清潔該襯底100的周期時(shí) 間。此外，在一個(gè)室中合并兩種操作防止環(huán)境空氣中存在的其它雜質(zhì)(在將襯底100由一 個(gè)室轉(zhuǎn)移至另一個(gè)室時(shí))粘附至該襯底的表面或者襯底100上的材料和環(huán)境空氣發(fā)生不想 要的反應(yīng)。
在該實(shí)施方式中，蝕刻終止層被沉積在該電介質(zhì)膜層上，應(yīng)用光刻膠(PR)掩膜， 通過噴頭160向該第一殼室152導(dǎo)入蝕刻劑，以通過該電介質(zhì)膜層限定特征。該蝕刻劑以 受控方式被應(yīng)用至該襯底的表面，從而可以更有效地蝕刻該特征。用于蝕刻特征的蝕刻劑 通常包括能在蝕刻結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)側(cè)壁和底部留下聚合物殘留物的氟碳、氫氟碳、氧和氮?dú)?的混合物。該I3R掩膜和該蝕刻終止層可采用通過碰頭160導(dǎo)入的剝離化學(xué)物質(zhì)在剝離操 作中被剝除。在剝離該ra掩膜和該蝕刻終止層的剝離操作過程中，該剝離化學(xué)物質(zhì)的殘留物 也可能作為聚合物殘留物沉積在襯底100的低K電介質(zhì)膜層110中形成的特征的壁和底 部。在該實(shí)施方式中，該剝離操作剝除了該硬掩膜層和該蝕刻終止層。在成功的蝕刻和剝離操作后，該襯底在短快速處理中采用相同的噴頭160以干式 快速化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行處理，從而去除蝕刻劑和剝離化學(xué)物質(zhì)留下的聚合物殘留物，如圖2B所 示。該干式快速化學(xué)物質(zhì)與該聚合物殘留物反應(yīng)，并從該襯底100的表面釋放至少一部分 聚合物殘留物。所釋放的聚合物殘留物與該干式快速化學(xué)物質(zhì)立即通過與真空口可操作地 連接的出口從該第一殼室152去除。該真空口可包括控制可從該第一殼室152去除的各種 化學(xué)物質(zhì)的量的控制器。該襯底隨后被傳輸至第二室156。蝕刻劑和干式化學(xué)物質(zhì)的供應(yīng) 科通過入口控制器進(jìn)行控制。第二室156包括濕式清潔施用器170，其將濕式清潔化學(xué)物質(zhì)引入該第二室156 中。該濕式清潔施用器170包括了控制該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)向該第二室156導(dǎo)入以有效清 潔該襯底100的表面的控制器。在圖2B所示的實(shí)施方式中，該濕式清潔涂布器為鄰近頭 170，且該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)作為液體彎月面被應(yīng)用至該襯底100的表面。由于該聚合物殘 留物的一部分已通過該短快速處理從該襯底的表面有效去除，可選擇復(fù)雜性較低的濕式清 潔化學(xué)物質(zhì)，并在該襯底的表面上應(yīng)用更短的時(shí)間，從而得到基本無殘留物的襯底表面。在圖2A和2B所示的實(shí)施方式中，控制蝕刻劑、干式快速化學(xué)物質(zhì)和濕式清潔化學(xué) 物質(zhì)的流的控制器可分別以可通信的方式連接至計(jì)算系統(tǒng)175 (未顯示)。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 175上運(yùn)行的軟件可用于調(diào)整該蝕刻劑、干式快速化學(xué)物質(zhì)和濕式清潔化學(xué)物質(zhì)的一個(gè)或 多個(gè)參數(shù)，以確保該蝕刻劑、干式快速化學(xué)物質(zhì)和濕式清潔化學(xué)物質(zhì)以受控方式應(yīng)用至該 襯底100的表面，從而有效清潔。該計(jì)算系統(tǒng)175可位于任何位置，只要計(jì)算系統(tǒng)175可通 信的連接至能夠控制干式快速化學(xué)物質(zhì)和濕式清潔化學(xué)物質(zhì)的參數(shù)的控制器。同樣地，該 RF發(fā)生器可被連接至該計(jì)算系統(tǒng)175，從而可控制提供至噴頭160/165和卡盤的能量，以得 到最佳結(jié)果。該真空口的出口控制器也可連接至該計(jì)算系統(tǒng)175，從而有效控制清潔操作中 對(duì)各種化學(xué)物質(zhì)和聚合物殘留物的去處。在圖2A和2B所示的實(shí)施方式中，該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)的引入并不限于可將濕式 清潔化學(xué)物質(zhì)作為液體彎月面引導(dǎo)至該襯底的表面的鄰近頭170。可采用其它形式將該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)應(yīng)用至該襯底的表面，例如濕式化學(xué)物質(zhì)浸泡、噴嘴或者刷盒。該干式快速 化學(xué)物質(zhì)可在該聚合物殘留物上形成氧化過程或還原過程，并釋放通過該電介質(zhì)膜層形成 的特征的電介質(zhì)壁和底部的聚合物殘留物。干式快速化學(xué)物質(zhì)已經(jīng)顯示了滿意的效果，包 括低壓干式氣體如二氧化碳、氧氣、氨氣、氮?dú)?、氫氣、一氧化碳、氬氣、甲烷或其任意組合。 干式快速化學(xué)物質(zhì)的參數(shù)(包括壓強(qiáng)、流速、功率和暴露時(shí)間)可通過計(jì)算系統(tǒng)175進(jìn)行調(diào) 節(jié)。已顯示令人滿意的結(jié)果的干式快速化學(xué)物質(zhì)的參數(shù)包括介于約5mTorr至約40mTorr 的壓強(qiáng)，平均壓強(qiáng)約為20mTorr，介于約50標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘(seem)和約IOOOseem的 流速，平均流速約為400seem，介于50w至約IOOOw的功率，平均功率約為500w，介于3秒至 約20秒的暴露時(shí)間，平均暴露時(shí)間約為5-10秒。由于大量的聚合物殘留物已經(jīng)從該襯底 表面去除，可選擇復(fù)雜性較低的濕式清潔化學(xué)物質(zhì)來提供對(duì)該短快速處理剩余的聚合物殘 留物的最佳清潔。已經(jīng)在去除剩余聚合物殘留物中顯示了令人滿意的結(jié)果的濕式清潔化學(xué) 物質(zhì)包括簡(jiǎn)單的濕式清潔化學(xué)物質(zhì)如氟化氫和氟化銨?，F(xiàn)在可參考圖3更具體地描述從襯底表面去除蝕刻后聚合物殘留物的方法。該方 法起始于接受蝕刻操作后的襯底的操作，如操作310所示。在蝕刻和剝離操作過程中所用 的蝕刻劑和剝離化學(xué)物質(zhì)可在蝕刻了特征的低k電介質(zhì)膜層的底部和壁上沉積聚合物殘 留物。根據(jù)該襯底100的表面上沉積的聚合物殘留物的類型確定干式快速化學(xué)物質(zhì)。分析 該聚合物殘留物的特征并根據(jù)該分析確定該干式快速化學(xué)物質(zhì)，如操作315所示。通過短 快速處理將確定的干式快速化學(xué)物質(zhì)應(yīng)用至該襯底的表面，如操作320所示。該短快速處 理可使該干式快速化學(xué)物質(zhì)對(duì)該聚合物殘留物有效作用，并去除沉積在該電介質(zhì)膜壁上沉 積的大部分聚合物殘留物，同時(shí)不損傷該電介質(zhì)膜層或該封閉的特征。該干式快速處理后立即進(jìn)行濕式清潔操作。通過分析該聚合物殘留物的特征確 定濕式清潔化學(xué)物質(zhì)，而該干式快速化學(xué)物質(zhì)可通過一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)參數(shù)定義，如操作325 所示。將確定的濕式清潔化學(xué)物質(zhì)以受控方式應(yīng)用至該襯底100的表面，如操作330所示。 該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)可通過任意一種清潔工具施用，例如鄰近頭、刷握盒、濕箱浸泡或噴 嘴。該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)進(jìn)一步幫助去除該聚合物殘留物，而不損傷該電介質(zhì)膜層的特征 和圍繞的壁。該方法中繼續(xù)進(jìn)行操作335，其中可在該低k電介質(zhì)膜層上形成額外的層和特 征，以限定集成電路芯片(IC芯片)?？尚纬傻牟糠诸~外的層包括阻擋層、為限定金屬互連 而沉積的銅膜層以及為分離不同制造操作中形成的特征而沉積的低k電介質(zhì)膜層等?？芍?復(fù)該過程直至在該襯底上形成IC芯片或者達(dá)到制造的一定水平。使用短快速處理和濕式清潔操作兩者的優(yōu)勢(shì)包括使用了復(fù)雜度更低的濕式清潔化學(xué)物質(zhì)，減少了清潔時(shí)間同時(shí)生成了基本沒有聚合物的襯底，且由于使用了復(fù)雜度更低 的濕式清潔化學(xué)物質(zhì)而降低了成本。盡管前述范明已經(jīng)闡述目的較為具體地進(jìn)行了描述，顯然可知可在權(quán)利要求書的 范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)一定的變化和改動(dòng)。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式應(yīng)被視為是說明性而非限制性，且 本發(fā)明并不限于此文中所提供的細(xì)節(jié)，而是可在權(quán)利要求的范圍及等同范圍內(nèi)進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
一種用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的方法，包含確定用于從該襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的干式快速化學(xué)物質(zhì)，該干式快速化學(xué)物質(zhì)被配置為選擇性地除去區(qū)域中蝕刻操作留下的蝕刻后聚合物殘留，其中在該區(qū)域中穿過低k電介質(zhì)膜層形成特征，該干式快速化學(xué)物質(zhì)是由干式清潔化學(xué)物質(zhì)組成的；使用短快速處理施用確定的干式快速化學(xué)物質(zhì)，干式快速化學(xué)物質(zhì)的該短快速施用能夠除去該蝕刻后聚合物殘留的至少一部分；以及向該襯底表面施用濕式清潔化學(xué)物質(zhì)，該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)的施用有助于基本上除去該短快速處理留下的蝕刻后聚合物殘留。
2.如權(quán)利要求1所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的方法，其中該干式快 速化學(xué)物質(zhì)的施用跟隨蝕刻操作以便最小化清潔周期時(shí)間。
3.如權(quán)利要求1所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的方法，其中該干式快 速化學(xué)物質(zhì)是根據(jù)由多個(gè)參數(shù)限定的蝕刻操作留下的蝕刻后聚合物殘留的特征方面選擇 的。
4.如權(quán)利要求3所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的方法，其中該干式快 速化學(xué)物質(zhì)的施用是使用多個(gè)參數(shù)控制的以最小化對(duì)低k材料和在該低k材料中形成的特 征的損害。
5.如權(quán)利要求1所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的方法，其中該干式快 速化學(xué)物質(zhì)使用氧化處理或還原處理中的一種來除去該蝕刻后聚合物殘留。
6.如權(quán)利要求5所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的方法，其中該干式快 速化學(xué)物質(zhì)是低壓干式氣并且是氧、二氧化碳、氨、氮?dú)?、氫、乙烯、甲烷或其組合中的任一 種。
7.如權(quán)利要求1所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的方法，其中選擇該濕 式清潔化學(xué)物質(zhì)以便防止對(duì)在該襯底中形成的特征以及該特征周圍的電介質(zhì)膜的損害。
8.如權(quán)利要求6所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的方法，其中該濕式清 潔化學(xué)物質(zhì)可以是氟化氫或氟化銨或其組合中的一種。
9.如權(quán)利要求1所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的方法，其中該聚合物 殘留包括含碳的有機(jī)化合物。
10.一種用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的系統(tǒng)，包含在環(huán)境可控室中接收 并支撐該襯底的襯底支撐裝置，該襯底支撐裝置被配置為在該環(huán)境可控室中接收并沿著一 個(gè)平面移動(dòng)該襯底；以及在環(huán)境可控室中配置的快速化學(xué)物質(zhì)施用器，以使用短快速處理向該襯底表面施用干 式快速化學(xué)物質(zhì)，該快速化學(xué)物質(zhì)施用器具有控制器以控制該干式快速化學(xué)物質(zhì)的流動(dòng)， 干式快速化學(xué)物質(zhì)的短施用能夠基本上除去區(qū)域中蝕刻操作留下的聚合物殘留，特征是在 該區(qū)域中在該襯底表面上形成的；其中該干式快速化學(xué)物質(zhì)是根據(jù)蝕刻操作留下的聚合物殘留的特征方面選擇的，該干 式快速化學(xué)物質(zhì)的特征方面由多個(gè)參數(shù)限定。
11.如權(quán)利要求10所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的系統(tǒng)，其中該快速 化學(xué)物質(zhì)施用器控制器可通信地連接到計(jì)算系統(tǒng)，該計(jì)算系統(tǒng)管理控制該干式快速化學(xué)物 質(zhì)向該環(huán)境可控室的流動(dòng)的多個(gè)參數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的系統(tǒng)，其中該快速 化學(xué)物質(zhì)施用器通過在該環(huán)境可控室中配置的開口將該干式快速化學(xué)物質(zhì)引入該環(huán)境可控室。
13.如權(quán)利要求10所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng) 進(jìn)一步包括一個(gè)開口以將蝕刻化學(xué)物質(zhì)引入該襯底表面以便在該襯底表面上蝕刻出特征， 該蝕刻是在該短快速處理之前執(zhí)行的。
14.如權(quán)利要求13所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的系統(tǒng)，其中引入干 式快速化學(xué)物質(zhì)的該快速化學(xué)物質(zhì)施用器與該蝕刻化學(xué)物質(zhì)開口被置于同一環(huán)境可控室 中以便于該短快速處理跟隨該蝕刻處理從而最小化清潔周期時(shí)間。
15.如權(quán)利要求13所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng) 進(jìn)一步包括濕式清潔施用器以引入濕式清潔化學(xué)物質(zhì)，該濕式清潔施用器具有控制器以控 制該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)的施用從而能夠基本上除去該短快速處理留下的聚合物殘留。
16.如權(quán)利要求15所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的系統(tǒng)，其中該濕式 清潔化學(xué)物質(zhì)是使用鄰近頭、槽中的濕式浸泡、刷盒組件或噴嘴之一施用的。
17.如權(quán)利要求10所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的系統(tǒng)，其中該干式 快速化學(xué)物質(zhì)使用氧化處理或還原處理中的一種來除去該蝕刻后聚合物殘留。
18.如權(quán)利要求10所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的系統(tǒng)，其中該干式 快速化學(xué)物質(zhì)是低壓干式氣并且是氧氣、二氧化碳、氨氣、氮?dú)?、氫氣、乙烯、甲烷或其組合 中的任一種。
19.如權(quán)利要求15所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的系統(tǒng)，其中選擇該 濕式清潔化學(xué)物質(zhì)以便防止在被施用到該襯底表面時(shí)對(duì)在該襯底中形成的特征以及該特 征周圍的電介質(zhì)膜的損害。
20.如權(quán)利要求19所述的用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的系統(tǒng)，其中該濕式 清潔化學(xué)物質(zhì)是氟化氫、氟化銨或其組合中的任一種。
全文摘要
一種用于從襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的方法和系統(tǒng)，包括確定用于從該襯底表面除去蝕刻后聚合物殘留的干式快速化學(xué)物質(zhì)。該干式快速化學(xué)物質(zhì)被配置為選擇性地除去一區(qū)域中蝕刻操作留下的蝕刻后聚合物殘留，其中在該區(qū)域中穿過低k電介質(zhì)膜層形成特征。使用很短的快速處理施用該確定的干式快速化學(xué)物質(zhì)以除去該蝕刻后聚合物殘留的至少一部分同時(shí)最小化對(duì)該電介質(zhì)膜層的損害。然后向該襯底表面施用濕式清潔化學(xué)物質(zhì)。該濕式清潔化學(xué)物質(zhì)的施用有助于基本上除去該短快速處理留下的蝕刻后聚合物殘留。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK101802983SQ200880107210
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月11日
發(fā)明者婁大衛(wèi), 小偉·莊, 尹秀敏, 莊凱文, 朱吉, 馬克·威爾考克森 申請(qǐng)人:朗姆研究公司