專利名稱：工藝腔的清洗方法
技術領域：
本發(fā)明廣泛的涉及半導體制造過程中產生的殘余物的清洗領域。
背景技術：
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定好的圖形刻蝕，形成柵，通路，接觸孔，溝道和/或互連線。在5步刻蝕工藝中，通過傳統(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(經常指聚合物，這里也稱為“殘余物”)會淀積在刻蝕腔內的腔壁和其它部件的表面上?？涛g劑剩余物(由刻蝕工藝產生的剩余物)的組成依賴于蒸發(fā)的刻蝕氣體的類型，被刻蝕的材料，以及襯底上掩模層的化學組成。例如，當被刻蝕的是鎢的硅化物，多晶硅或者其它含硅層時，當上述這些薄膜暴露在含活性氣體的等離子體中時，所形成的含硅的氣體物質會從襯底上蒸發(fā)或者濺射出來；相似的，對金屬層的刻蝕會導致金屬物質的蒸發(fā)。另外，襯底上的掩模層也會部分的被刻蝕氣體蒸發(fā)出來形成氣態(tài)的烴，氟代烴，氯代烴或者含氧物質。這些蒸發(fā)的氣態(tài)物質冷凝下來，形成包括聚合副產物的刻蝕劑剩余物，聚合副產物由來自保護層；氣態(tài)元素，比如硅氟化物，金屬氯化物，氧氣，或者氮氣；以及依賴于被刻蝕的襯底組分的元素硅或者金屬物質的高度氟代和/或氯代的烴組成。這些聚合副產物在腔室內的器壁和部件上淀積成刻蝕劑剩余物的薄層?？涛g劑剩余物的組成一般依賴于局部氣態(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，在整個腔室表面的變化相當大。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，以防止對襯底的污染。一般的，在處理了大約25個晶片之后，就要在空的刻蝕腔中進行原位等離子體“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硬性剩余物去除。例如，相對于在襯底附近形成的一般包含較高的保護物，硬掩?；蛘弑豢涛g材料濃度的剩余物來講，在腔室進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個晶片后，將刻蝕腔打開，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，通過將腔室抽真空一段時間來將腔室和它的內表面“干燥處理(seasoned)”，之后，在空的晶片上進行多批次的刻蝕工藝。內部的腔室表面應該呈現(xiàn)出一致的化學表面，即在表面上，表面化學基團的濃度，類型或者功能有較小的，或者沒有變化；否則，對于一個襯底與另一個襯底，在腔室中進行的刻蝕工藝會產生不同的刻蝕結果。在抽真空過程中，腔室被抽真空到高真空的環(huán)境下保持2-3小時，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。之后，將在腔室中進行的刻蝕工藝，在一系列空的晶片上運行10-15分鐘，直到腔室可以提供一致的可重復生產的刻蝕性能。這些步驟消耗昂貴的生產時間。
在競爭性的半導體工業(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機時間而造成的每個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。并且，濕法清洗和干燥經常帶來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，每次之間經常變化，導致腔室表面性能的變化和刻蝕工藝低的可重復生產性。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，其設計有助于去除襯底上形成的側壁聚合物和形成在等離子體刻蝕腔中的剩余物。術語刻蝕劑的剩余物，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的生產時間，因為本方法在必須要停機進行濕法清洗之前，可進行更多的重復次數(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自襯底的側壁聚合物。
依據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，本發(fā)明包括在晶片的分離過程中，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上的釋放。優(yōu)選的，在晶片上進行金屬刻蝕的過程中，或者之后立即進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襯底聚合物的清洗，因為它們可以在該聚合物因帶狀腔室中的高溫產生額外的交連而變硬之前，在較低的溫度(例如25℃相對于240℃)下將聚合物剩余物清洗掉。而且，相對于傳統(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腐蝕襯底上的金屬。已經表明，在金屬刻蝕步驟中，當在活性氣體混和物中用N2代替CHF3時，使用含氧氣體會產生腐蝕。
本發(fā)明還可以改善對等離子體刻蝕腔，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。通過使用本發(fā)明提出的O2分離步驟，結合原位無產物晶片等離子體清洗，可以將等離子體腔的壽命(濕法清洗之間的時間)提高10-20％，而不損失任何的生產時間。這通過靠控制腔室的壓力來優(yōu)化原位無晶片等離子體清洗，以清洗遠離襯底的等離子體腔表面(腔的上頂部)來實現(xiàn)。在一般的無產物晶片原位等離子體清洗中，有兩個主要步驟一個目的是清洗遠離產品晶片的等離子體腔區(qū)域，另一個目的是清洗靠近產品晶片的等離子體腔區(qū)域。本發(fā)明已經提供了清洗靠近產品晶片的等離子體腔區(qū)域的方法，因此無產物晶片原位等離子體清洗后面的部分就沒有必要了。
前述描繪了本發(fā)明的一些主要的相關目的。這些目的應該理解為僅僅是為了說明本發(fā)明的一些主要特征和應用。按照將要描述的，以不同的方式對本公開的發(fā)明進行改良應用，可以得到許多其它有益的結果。
必須明白，前面的一般描述和下面的詳細描述僅僅是例子和說明，不能看成是對本發(fā)明的限制。在閱讀了下面的對公開的實施方案的詳細描述和所附權利要求之后，本發(fā)明的這些和其它的目的，特征和優(yōu)點將變得明顯。


圖1是本發(fā)明的一個方法實施方案的步驟流程圖。
具體實施例方式
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物的處理時間。依據(jù)一個示例實施方案，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生進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，腔室裝備有一個靜電鉗以在工藝過程中將襯底固定。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，因而軟化并除去殘余物。另外，當襯底靜電固定在電極(靜電鉗)上時，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。
圖1所示是依據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，進行金屬刻蝕襯底并將襯底分離下來的工藝步驟流程圖?？梢詫⒈景l(fā)明的清洗聚合殘余物的方法應用到刻蝕金屬層的刻蝕工藝中。本優(yōu)選實施方案所用的優(yōu)選類型的刻蝕劑是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，并由此使剩余物軟化并最終清除。這種含氧氣體用來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的顆粒的數(shù)量和大小，因為氧攻擊CHF3聚合物副產物，將它們打碎并蒸發(fā)掉。這用氬氣是不能完成的，因為其是一種惰性氣體。任何用該含氧氣體未清洗的剩余物被軟化了，因而更容易用標準清洗工藝去除。
在本領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中所公開的那些工藝，這里并入它們的內容。
依據(jù)一個優(yōu)選的實施方案，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

應該明白，對本領域技術人員來講，可以進行各種修正和改變，并且包括在本申請書的主旨和范圍以及所附權利要求的范圍之內。將所有引用的參考文獻的內容完全并入，只要他們與這里的內容不存在不一致。
權利要求
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；以及通過向腔室中引入含氧氣體來進行分離步驟。
2.權利要求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，形成排出產物。
3.權利要求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.權利要求5中的方法，其中該分離氣體基本上由O2構成。
7.權利要求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行金屬刻蝕工藝之后或者同時，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。
10.權利要求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.權利要求8中的方法，其中腔室壓力保持在大約5mTorr。
13.權利要求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.權利要求8中的方法，其中所述清洗氣體包括100sccm的O2。
16.權利要求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。所公開的方法減少了必須要周期性進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。在一個示例實施方案中，本發(fā)明方法在分離過程中利用含氧氣體，與在腔室壁和襯底上存在的刻蝕剩余物發(fā)生反應，并將其軟化，燃燒和/或清除。
文檔編號B08B7/00GK1607651SQ20041001207
公開日2005年4月20日 申請日期2004年9月28日 優(yōu)先權日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 申請人:艾格瑞系統(tǒng)有限公司