工艺腔的清洗方法.pdf

这里公开了在IC制造中金属刻蚀衬底的方法，以及清洗工艺腔和衬底的方法。所公开的方法减少了必须要周期性进行的清洗积聚在工艺腔壁上的刻蚀剩余物的传统湿法清洗工艺的频率。在一个示例实施方案中，本发明方法在分离过程中利用含氧气体，与在腔室壁和衬底上存在的刻蚀剩余物发生反应，并将其软化，燃烧和/或清除。

1.  在分离步骤中清洗金属刻蚀腔的方法，包括：
将其上具有金属材料层的衬底放入腔室中；
将包括Cl₂，BCl₃或者CHF₃或者它们的混和物的工艺气体引入到腔室中；
由工艺气体在腔室中产生等离子体，从而生成从衬底上刻蚀金属的刻蚀气体；以及
通过向腔室中引入含氧气体来进行分离步骤。

2.  权利要求1中的方法，其中该含氧气体与由刻蚀工艺生成的聚合物反应，形成排出产物。

3.  权利要求1中的方法，其中该含氧气体是O₂，O₃，NO或者NO₂或者它们的混和物。

4.  权利要求1中的方法，其中该含氧气体基本上包括O₂。

5.  在腔室中刻蚀衬底的过程中，从刻蚀腔清洗聚合物剩余物的方法，其中所述衬底在其上包括含金属层，并且该聚合物剩余物形成在腔室中的表面上，该方法包括步骤：
将衬底放入腔室中；
在第一步中，在腔室中提供包括Cl₂，BCl₃和CHF₃或者它们的混和物的刻蚀气体；
在第二步中，在腔室中提供包括O₂，O₃，NO或者NO₂或者它们的混和物的分离气体。

6.  权利要求5中的方法，其中该分离气体基本上由O₂构成。

7.  权利要求5中的方法，其中所述的含金属层包括铝。

8.  在含有固定于静电钳的衬底的腔室中，清洗刻蚀残余物的方法，包括：
在所述衬底上进行金属刻蚀工艺之后或者同时，向所述腔室中引入清洗气体，其中所述清洗气体包括含氧气体。

9.  权利要求8中的方法，其中引入所述清洗气体用以去除所述腔室中的剩余电荷，因而有助于将所述衬底从静电钳上分离下来。

10.  权利要求8中的方法，其中腔室压力保持在从大约1mTorr到大约100mTorr。

11.  权利要求8中的方法，其中腔室压力保持在从大约1mTorr到大约15mTorr。

12.  权利要求8中的方法，其中腔室压力保持在大约5mTorr。

13.  权利要求8中的方法，其中所述清洗气体处于等离子体中，该等离子体维持在源功率大约200瓦到大约1300瓦。

14.  权利要求8中的方法，其中所述清洗气体处于等离子体中，该等离子体维持在源功率在大约900瓦。

15.  权利要求8中的方法，其中所述清洗气体包括100sccm的O₂。

16.  权利要求1中的方法，其中所述工艺气体包括Cl₂，BCl₃和CHF₃。

工艺腔的清洗方法
技术领域
本发明广泛的涉及半导体制造过程中产生的残余物的清洗领域。
背景技术
在集成电路的制造中，淀积或者形成在衬底上的材料，比如二氧化硅，氮化硅，多晶硅，金属，金属硅化物和单晶硅以预定好的图形刻蚀，形成栅，通路，接触孔，沟道和/或互连线。在5步刻蚀工艺中，通过传统的光刻方法将由氧化硅或者氮化硅(硬掩模)或者光阻聚合物组成的图形掩模成型在衬底上。通过刻蚀气体的电容或者电感耦合等离子体，将处于图形掩模部件之间的下面的材料的暴露出的部分刻蚀掉。
在刻蚀工艺中，刻蚀剂的剩余物(经常指聚合物，这里也称为“残余物”)会淀积在刻蚀腔内的腔壁和其它部件的表面上。刻蚀剂剩余物(由刻蚀工艺产生的剩余物)的组成依赖于蒸发的刻蚀气体的类型，被刻蚀的材料，以及衬底上掩模层的化学组成。例如，当被刻蚀的是钨的硅化物，多晶硅或者其它含硅层时，当上述这些薄膜暴露在含活性气体的等离子体中时，所形成的含硅的气体物质会从衬底上蒸发或者溅射出来；相似的，对金属层的刻蚀会导致金属物质的蒸发。另外，衬底上的掩模层也会部分的被刻蚀气体蒸发出来形成气态的烃，氟代烃，氯代烃或者含氧物质。这些蒸发的气态物质冷凝下来，形成包括聚合副产物的刻蚀剂剩余物，聚合副产物由来自保护层；气态元素，比如硅氟化物，金属氯化物，氧气，或者氮气；以及依赖于被刻蚀的衬底组分的元素硅或者金属物质的高度氟代和/或氯代的烃组成。这些聚合副产物在腔室内的器壁和部件上淀积成刻蚀剂剩余物的薄层。刻蚀剂剩余物的组成一般依赖于局部气态环境的组成，气体的输入和输出口的位置，以及腔室的几何形状，在整个腔室表面的变化相当大。这种形成在刻蚀腔表面上的组成不同，不均匀的刻蚀剂剩余物必须周期性的清洗掉，以防止对衬底的污染。一般的，在处理了大约25个晶片之后，就要在空的刻蚀腔中进行原位等离子体“干法清洗”工艺，以清洁腔室。
如果不完全将腔室其它部位的化学软性剩余物去除，并且侵蚀下面的腔室表面，很难将淀积在腔室表面部分的化学硬性剩余物去除。例如，相对于在衬底附近形成的一般包含较高的保护物，硬掩模或者被刻蚀材料浓度的剩余物来讲，在腔室进气口和出气口形成的刻蚀剂剩余物，通常具有较高的刻蚀气体物质浓度。
形成一种可以均匀的将组成不同的刻蚀剂剩余物刻蚀掉的清洗等离子体是困难的。因此，在清洗了大约1000-3000个晶片后，将刻蚀腔打开，与大气相通，用“湿法清洗”工艺清洗，其中操作员用一种酸或者溶剂来洗擦和溶解在腔室壁上聚集的刻蚀剂剩余物。一般的，在湿法清洗步骤之后，通过将腔室抽真空一段时间来将腔室和它的内表面“干燥处理(seasoned)”，之后，在空的晶片上进行多批次的刻蚀工艺。内部的腔室表面应该呈现出一致的化学表面，即在表面上，表面化学基团的浓度，类型或者功能有较小的，或者没有变化；否则，对于一个衬底与另一个衬底，在腔室中进行的刻蚀工艺会产生不同的刻蚀结果。在抽真空过程中，腔室被抽真空到高真空的环境下保持2-3小时，以除去在湿法清洗工艺中残留在腔室中湿气和其它地挥发性物质。之后，将在腔室中进行的刻蚀工艺，在一系列空的晶片上运行10-15分钟，直到腔室可以提供一致的可重复生产的刻蚀性能。这些步骤消耗昂贵的生产时间。
在竞争性的半导体工业中，因刻蚀腔在干法或者湿法清洗和干燥处理工艺步骤中的关机时间而造成的每个衬底成本的增加是不想要的。每次干法清洗工艺步骤，一般需要5-10分钟，完成湿法清洗工艺，要8-10小时。并且，湿法清洗和干燥经常带来不一致的变化的刻蚀性能。尤其的，由于湿法清洗工艺有操作员手工完成，每次之间经常变化，导致腔室表面性能的变化和刻蚀工艺低的可重复生产性。所以，希望有这样一种刻蚀和清洗工艺，其能去除或者根除淀积在腔室表面上的刻蚀剂剩余物，或者提高在需要湿法清洗之前可处理的晶片数量。
发明内容
本发明提供一种新颖的金属刻蚀工艺和后续的清洗工艺，其设计有助于去除衬底上形成的侧壁聚合物和形成在等离子体刻蚀腔中的剩余物。术语刻蚀剂的剩余物，聚合物残余物以及残余物这里可以互换使用。本方法去除了清洗腔室所浪费的生产时间，因为本方法在必须要停机进行湿法清洗之前，可进行更多的重复次数。本发明还提供一种更加清洁的衬底，因而在后续的清洗工艺中可更好的去除来自衬底的侧壁聚合物。
依据一个优选的实施方案，本发明包括在晶片的分离过程中，将含有晶片的等离子体腔用含氧气体，比如氧气(O₂)，臭氧(O₃)，NO或者NO₂处理。本领域中所用的分离一词指的是在刻蚀工艺之后，往刻蚀腔中引入气体，以影响衬底从支撑或者卡盘上的释放。优选的，在晶片上进行金属刻蚀的过程中，或者之后立即进行该含氧气体的引入。金属刻蚀步骤可以包括，将其上包括含金属层的衬底用受激气体，比如Cl₂，BCl₃或者CHF₃或者它们的混和物处理。这种在刻蚀步骤之后引入含氧气体的方法可以改善对衬底聚合物的清洗，因为它们可以在该聚合物因带状腔室中的高温产生额外的交连而变硬之前，在较低的温度(例如25℃相对于240℃)下将聚合物剩余物清洗掉。而且，相对于传统观念，本发明人发现用前述的金属刻蚀气体，之后再使用或者一同使用含氧气体不会腐蚀衬底上的金属。已经表明，在金属刻蚀步骤中，当在活性气体混和物中用N₂代替CHF₃时，使用含氧气体会产生腐蚀。
本发明还可以改善对等离子体刻蚀腔，特别是接近衬底的等离子体刻蚀表面，例如等离子体聚焦环的清洗。通过使用本发明提出的O₂分离步骤，结合原位无产物晶片等离子体清洗，可以将等离子体腔的寿命(湿法清洗之间的时间)提高10-20％，而不损失任何的生产时间。这通过靠控制腔室的压力来优化原位无晶片等离子体清洗，以清洗远离衬底的等离子体腔表面(腔的上顶部)来实现。在一般的无产物晶片原位等离子体清洗中，有两个主要步骤：一个目的是清洗远离产品晶片的等离子体腔区域，另一个目的是清洗靠近产品晶片的等离子体腔区域。本发明已经提供了清洗靠近产品晶片的等离子体腔区域的方法，因此无产物晶片原位等离子体清洗后面的部分就没有必要了。
前述描绘了本发明的一些主要的相关目的。这些目的应该理解为仅仅是为了说明本发明的一些主要特征和应用。按照将要描述的，以不同的方式对本公开的发明进行改良应用，可以得到许多其它有益的结果。
必须明白，前面的一般描述和下面的详细描述仅仅是例子和说明，不能看成是对本发明的限制。在阅读了下面的对公开的实施方案的详细描述和所附权利要求之后，本发明的这些和其它的目的，特征和优点将变得明显。
附图说明
图1是本发明的一个方法实施方案的步骤流程图。
具体实施方式
本发明提供刻蚀剂剩余物的清洗方法，其中源自金属工艺的剩余物被软化，燃烧并最终清除。这样，减少了为提供相一致的产物的处理时间。依据一个示例实施方案，本方法在采用Cl₂，BCl₃和CHF₃作刻蚀气体的金属刻蚀工艺过程之中或者之后使用。金属刻蚀腔中含有包括含金属层的衬底，将刻蚀气体混和物引入到金属刻蚀腔中以产生进行刻蚀工艺所需的等离子体。这种含金属层中可以包括铝或者铜，或者两者同时包括，以及/或者其它涂层在衬底上的金属。优选的，腔室装备有一个静电钳以在工艺过程中将衬底固定。在金属刻蚀工艺中，或者多数情况下，在金属刻蚀工艺之后，将含氧气体引入到腔室中并将其激发形成氧等离子体。氧等离子体与聚合物残余物反应，因而软化并除去残余物。另外，当衬底静电固定在电极(静电钳)上时，氧等离子体的加入可除去腔室中的剩余电荷以将衬底分离下来。
图1所示是依据本发明的一个优选实施方案，进行金属刻蚀衬底并将衬底分离下来的工艺步骤流程图。可以将本发明的清洗聚合残余物的方法应用到刻蚀金属层的刻蚀工艺中。本优选实施方案所用的优选类型的刻蚀剂是Applied Materials，Inc.制造的Metal Etch DPSTool。
如图1中所示，将包括含金属层的衬底放在金属刻蚀腔中100。该含金属层优选的是纯铝层或者铝合金，但也可以包括其它金属。将衬底用腔室中的静电钳固定102。将刻蚀气体引入腔室中，用由刻蚀气体产生的等离子体刻蚀衬底104。在传统的刻蚀工艺中采用的反应气体包括含Cl₂，BCl₃和N₂的混和气体。本方法中所用的刻蚀气体包括Cl₂，BCl₃或者CHF₃或者它们的混和物。
将含氧气体引入到腔室中进行分离步骤106。该含氧气体与在金属刻蚀步骤中生成的剩余物反应，并由此使剩余物软化并最终清除。这种含氧气体用来代替一般用作分离气体的氩气。这种含氧气体的使用降低了在刻蚀最后落下来的颗粒的数量和大小，因为氧攻击CHF₃聚合物副产物，将它们打碎并蒸发掉。这用氩气是不能完成的，因为其是一种惰性气体。任何用该含氧气体未清洗的剩余物被软化了，因而更容易用标准清洗工艺去除。
在本领域中熟知的刻蚀工艺和清洗工艺的例子包括，例如在US2003/0022513和WO 01/08209中所公开的那些工艺，这里并入它们的内容。
依据一个优选的实施方案，采用Metal Etch DPS Tool的分离步骤106的工艺参数在表1中列出。
表1