專(zhuān)利名稱(chēng)：氮化鈦去除方法
背景技術(shù)：
氮化鈦常用作集成電路中的擴(kuò)散屏障，用于阻止導(dǎo)電材料擴(kuò)散或遷移到絕緣材料和晶體管作用區(qū)內(nèi)。它還用作消除導(dǎo)電材料和絕緣介電材料周?chē)鷧^(qū)域之間的分層和空隙的粘合促進(jìn)劑。在TiN沉積過(guò)程中，包含最終材料以及反應(yīng)物的殘余物沿內(nèi)壁沉積到反應(yīng)器內(nèi)部件的表面上。為了減少由于這些殘余物堆積引起的粒子形成，反應(yīng)器內(nèi)的室和部件必須定期清潔。因此，需要這種去除氮化鈦的有效方法。
除了在半導(dǎo)體制造中有用外，氮化鈦還經(jīng)常用作航空航天和汽車(chē)應(yīng)用中的涂層。必須按時(shí)清潔用于沉積氮化鈦薄膜的反應(yīng)器，以確保處理均勻性。因此，需要快捷和經(jīng)濟(jì)的方法清潔這些反應(yīng)器。
氮化鈦還用于涂鍍各種機(jī)器零件。有時(shí)，在涂鍍過(guò)程中或涂鍍過(guò)程后，涂層剝落或缺少零件要求的所需均勻性。這種“不合格”零件時(shí)常必須被遺棄或作為有缺陷零件低價(jià)出售。如果能從零件上去除涂層而不破壞下面的零件表面或形貌，則零件然后可被重新涂鍍并用作“原始”部件。
目前，機(jī)械方法如擦洗或噴砂(blasting)、或濕化學(xué)溶液經(jīng)常用于清潔氮化鈦處理室和從室中取出的任何零件。
與濕法或機(jī)械清潔相比，活性氣體清潔保持反應(yīng)器為真空，并因此能極大地最小化室停工時(shí)間和提高晶片產(chǎn)量。盡管活性氣體清潔方法在其它方面被認(rèn)為是有用的，但這種方法對(duì)從表面上去除氮化鈦還不能令人完全滿(mǎn)意。例如，美國(guó)專(zhuān)利5948702教導(dǎo)了從W/TiN柵極結(jié)構(gòu)去除氮化鈦薄膜的干法蝕刻方法，使用遠(yuǎn)程等離子體激發(fā)包含氧氣和氟如C2F6和O2的源氣體混合物，并公開(kāi)了氮化鈦蝕刻速度不高于約110nm/min。
已建議利用高襯底溫度提高對(duì)氮化鈦而非其它材料的蝕刻選擇性或提高氮化鈦蝕刻速度。參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利5419805，其公開(kāi)了相對(duì)于難熔金屬硅化物的底層來(lái)選擇性蝕刻難熔金屬氮化物層的方法，其中襯底首先被加熱到50-200℃，然后暴露于鹵化碳原料氣如CF4、C2F6和CHF3產(chǎn)生的等離子體中；和美國(guó)專(zhuān)利6177355B1，其教導(dǎo)了去除集成電路中導(dǎo)體上抗反射涂層的填充(pad)蝕刻方法，其中通過(guò)例如關(guān)掉RF驅(qū)動(dòng)電極的后部氦冷卻產(chǎn)生高溫蝕刻。盡管使用了高溫，但用這些方法獲得的蝕刻速度還有提高的空間。
日本專(zhuān)利2833684B2中討論了從處理室清潔薄膜的方法。該專(zhuān)利公開(kāi)了清潔在薄膜處理設(shè)備中出現(xiàn)的化學(xué)物質(zhì)沉積物包括氮化鈦的方法。具體地說(shuō)，該專(zhuān)利教導(dǎo)了在150-600℃的溫度下向三氟化氮中加入氟的方法。該專(zhuān)利沒(méi)有教導(dǎo)等離子體的使用，而只是使用熱能加熱。
教導(dǎo)使用原位等離子體的氮化鈦等離子體蝕刻的文獻(xiàn)包括WO98/42020A1、WO00/19491和WO02/013241A2。過(guò)程氣體可為含Cl或含F(xiàn)物質(zhì)，如Cl2、HCl、BCl3、CF4、SF6、CHF3或NF3。
WO00/19491教導(dǎo)了在清潔氮化鈦沉積室時(shí)使用高溫。該申請(qǐng)集中在處理室的原位清潔上，在高溫下引入氯氣到室內(nèi)，使用或不使用原位等離子體激活。該申請(qǐng)中教導(dǎo)的溫度高至500-700℃，大大增加了熱預(yù)算，并提高了處理室所有者的成本。
因此，希望提供一種以高蝕刻速度從表面如處理室或零件表面去除氮化鈦的方法。另外，希望提供一種能完成這種去除而不破壞室或零件表面的方法。還希望提供一種高效和有效地從表面去除氮化鈦的活性氣體方法。
本文全文引入本文引用的全部文獻(xiàn)作為參考。
發(fā)明概述在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種從襯底表面去除氮化鈦的方法，包括提供包括至少一種反應(yīng)物的過(guò)程氣體，反應(yīng)物選自含氟物質(zhì)和含氯物質(zhì)；使過(guò)程氣體富集至少一種反應(yīng)物的至少一種活性物質(zhì)以形成富集的過(guò)程氣體，其中富集在第一個(gè)位置處進(jìn)行；提供襯底溫度大于50℃的襯底，其中襯底表面至少部分涂有氮化鈦；和使襯底表面上的氮化鈦與富集的過(guò)程氣體接觸以從襯底表面上揮發(fā)和去除氮化鈦，其中接觸在不同于第一個(gè)位置的第二個(gè)位置處發(fā)生。
還提供從襯底表面去除氮化鈦的方法，包括提供包括至少一種反應(yīng)物的過(guò)程氣體，反應(yīng)物選自含氟物質(zhì)和含氯物質(zhì)；使過(guò)程氣體富集至少一種反應(yīng)物的至少一種活性物質(zhì)以形成富集的過(guò)程氣體；提供襯底溫度為50℃-900℃的襯底，其中襯底表面至少部分涂有氮化鈦；和使襯底表面上的氮化鈦與富集的過(guò)程氣體接觸以大于180nm/min的蝕刻速度從襯底表面上揮發(fā)和去除氮化鈦，其中接觸氮化鈦的富集過(guò)程氣體基本上沒(méi)有離子。
還提供從襯底表面去除涂層的方法，包括提供包括至少一種反應(yīng)物的過(guò)程氣體，反應(yīng)物選自含氟物質(zhì)和含氯物質(zhì)；使過(guò)程氣體富集至少一種反應(yīng)物的至少一種活性物質(zhì)以形成富集的過(guò)程氣體，其中富集在第一個(gè)位置處進(jìn)行；提供襯底溫度為50℃-900℃的襯底；和使襯底表面上的涂層與富集的過(guò)程氣體接觸以大于180nm/min的蝕刻速度從襯底表面上揮發(fā)和去除涂層，其中接觸在不同于第一個(gè)位置的第二個(gè)位置處發(fā)生，并且襯底表面上的涂層包含鈦和氮的二元化合物。
還提供實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置，所述裝置包括與處理反應(yīng)器分開(kāi)的清潔處理反應(yīng)器；遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器；適于提供遍布清潔處理反應(yīng)器的氣流的氣體分布器；加熱裝置；和適于從清潔處理反應(yīng)器除去活性氣體和揮發(fā)產(chǎn)物的泵抽系統(tǒng)。
附圖簡(jiǎn)述將結(jié)合下面的圖描述本發(fā)明的某些方面，其中相同的參考數(shù)字代表相同的元件，其中

圖1為實(shí)施例中所用試驗(yàn)系統(tǒng)的示意圖。
圖2為實(shí)施例1蝕刻速度和襯底溫度的關(guān)系圖。
圖3為實(shí)施例4蝕刻速度和襯底溫度的關(guān)系圖。
發(fā)明詳述本文描述利用活性氣體清潔從襯底表面去除氮化鈦的方法?；钚詺怏w清潔的要求是將固體非揮發(fā)性材料轉(zhuǎn)化成可被除去(例如通過(guò)真空泵)的揮發(fā)性物質(zhì)。除了在熱力學(xué)上有利外，轉(zhuǎn)化所需的化學(xué)反應(yīng)還應(yīng)在動(dòng)力學(xué)上可行。由于氮化鈦的化學(xué)惰性，需要克服激活能勢(shì)壘的外部能量源以便反應(yīng)可進(jìn)行。外部能量源優(yōu)選以熱激活的形式提供。熱激活中涉及的相對(duì)高溫可加速化學(xué)反應(yīng)，并使反應(yīng)副產(chǎn)物更有揮發(fā)性。但是，對(duì)產(chǎn)物室中的溫度可能有實(shí)際限制。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)過(guò)程氣體被處理以包含增加濃度的活性物質(zhì)時(shí)，熱激活的溫度不需要太高。熱激活和過(guò)程氣體富集活性物質(zhì)的結(jié)合提供了比單獨(dú)熱激活更有效和高效地從襯底表面去除氮化鈦的方法。
因此，使熱激活的襯底與過(guò)程氣體接觸以揮發(fā)沉積在襯底表面上的氮化鈦。過(guò)程氣體被處理以便在其中提供(或增加存在)活性物質(zhì)。本文使用的“活性物質(zhì)”代表能與氮化鈦反應(yīng)形成揮發(fā)性產(chǎn)物的基團(tuán)。氟和氯基團(tuán)為活性物質(zhì)尤其優(yōu)選的例子。
遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器為使過(guò)程氣體富集活性物質(zhì)的最優(yōu)選方法。但是，本發(fā)明不限于此。提高過(guò)程氣體中活性基團(tuán)濃度的其它方法也在本發(fā)明的范圍內(nèi)，如在遠(yuǎn)程爐中加熱過(guò)程氣體，和通過(guò)UV輻射離解過(guò)程氣體等。
盡管原位等離子體產(chǎn)生器以及遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器可提供活性物質(zhì)，但原位等離子體激活還可導(dǎo)致不需要的副作用。使用原位等離子體可由于離子轟擊而導(dǎo)致對(duì)襯底的損害。與原位等離子體不同，遠(yuǎn)程等離子體可產(chǎn)生有利于氮化鈦去除的活性物質(zhì)而不會(huì)由于離子轟擊而對(duì)襯底有損害。未受損害的襯底證明，遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器中存在的離子在從遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器到包含要被清潔的襯底表面的反應(yīng)器的運(yùn)送中被中和。因此，過(guò)程氣體基本上不含離子，此時(shí)從襯底去除氮化鈦時(shí)不會(huì)損害襯底。當(dāng)離子濃度小于106cm-3時(shí)，過(guò)程氣體基本上不含離子。
另外，遠(yuǎn)程等離子體單元可更容易地被改型到已有的系統(tǒng)內(nèi)。因此，當(dāng)使用活性氣體清潔沉積室時(shí)，優(yōu)選使用遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器。這種實(shí)施方案能從襯底去除部分或全部氮化鈦而不會(huì)因離子轟擊而損害襯底。
合適的等離子體產(chǎn)生器的例子包括但不限于微波等離子體產(chǎn)生器和RF等離子體產(chǎn)生器。
過(guò)程氣體包含至少一種活性氣體，和任選的至少一種載運(yùn)氣體?；钚詺怏w包含至少一種能與氮化鈦反應(yīng)(或能形成與氮化鈦反應(yīng)的物質(zhì))形成揮發(fā)性產(chǎn)物的反應(yīng)物。含氟和/或含氯物質(zhì)是優(yōu)選的反應(yīng)物，更優(yōu)選含氟物質(zhì)。
含氟活性氣體的非限制性例子包括NF3(三氟化氮)，NClxF3-x，x＝1-2，F(xiàn)2(元素氟)，ClF3(三氟化氯)、ClF(一氟化氯)、SF6(六氟化硫)、BrF3(三氟化溴)、BF3(三氟化硼)、全氟化碳如CF4和C2F6等，氫氟化碳如CHF3和C3F7H等，氧氟化碳如C4F8O(全氟四氫呋喃)、CF3OF(氟氧三氟甲烷)、CF3OOCF3(過(guò)氧雙三氟甲烷)和COF2等。含氟活性氣體可通過(guò)各種方法輸送，如常規(guī)的氣瓶、安全輸送系統(tǒng)、真空輸送系統(tǒng)，和能在使用時(shí)形成活性氣體的固體或液體基產(chǎn)生器。
含氯活性氣體的非限制性例子包括BCl3(三氯化硼)，Cl2(氯)、COCl2(光氣)、HCl(氯化氫)和反-二氯乙烯(C2H2Cl2)(例如可從Air Products and Chemicals，Inc.，Allentown，PA得到的TRANS-LC)。
優(yōu)選以10-10000sccm的流速將過(guò)程氣體供應(yīng)到等離子體反應(yīng)器中。
過(guò)程氣體可任選地包含至少一種載運(yùn)氣體。合適的載運(yùn)氣體包括但不限于N2、He、Ne、Kr、Xe和/或Ar。載運(yùn)氣體可占過(guò)程氣體的0-至少99.9％，更優(yōu)選過(guò)程氣體的1-99.9％。
過(guò)程氣體可任選地包含另外的添加劑，只要它們不會(huì)不適當(dāng)?shù)胤恋K處理的效力即可。例如，在某些實(shí)施方案中，氧氣可用于幫助離解活性氣體形成活性物質(zhì)，但在其它實(shí)施方案中可能無(wú)用。
如上所述，使過(guò)程氣體富集活性物質(zhì)的優(yōu)選方法是在遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器中由過(guò)程氣體產(chǎn)生等離子體。本文使用的術(shù)語(yǔ)“等離子體”代表包含離子和電子的氣體。在遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器中由過(guò)程氣體產(chǎn)生等離子體以提供富集的過(guò)程氣體，富集的過(guò)程氣體被輸送到反應(yīng)器，其中過(guò)程氣體中的活性物質(zhì)與反應(yīng)器中的氮化鈦反應(yīng)。反應(yīng)產(chǎn)物是揮發(fā)性的，并由通過(guò)反應(yīng)器的氣流從襯底帶走。
對(duì)適合于由過(guò)程氣體產(chǎn)生等離子體的條件沒(méi)有特殊限制。優(yōu)選的等離子體產(chǎn)生參數(shù)如下等離子體壓力為0.5-50Torr，等離子體功率為100-10000瓦。更優(yōu)選的等離子體產(chǎn)生參數(shù)如下等離子體壓力為1-10Torr，等離子體功率為500-5000瓦。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，富集的過(guò)程氣體被從遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器(“第一位置”)輸送到包含襯底的反應(yīng)器(“第二位置”)，從該襯底上去除氮化鈦。富集的過(guò)程氣體可在任選的載運(yùn)氣體和/或第一和第二位置間壓差的幫助下輸送。選擇反應(yīng)器中的條件以有助于等離子體活性氣體和襯底上氮化鈦之間的反應(yīng)。反應(yīng)器壓力優(yōu)選為0.5-50Torr，更優(yōu)選1-10Torr。反應(yīng)器壓力可與等離子體壓力相同或不同。對(duì)反應(yīng)器溫度沒(méi)有特殊限制。
襯底包含在反應(yīng)器內(nèi)，在有些實(shí)施方案中，可為反應(yīng)器自身的表面。在其它實(shí)施方案中，襯底為反應(yīng)器內(nèi)與反應(yīng)器不同的物體。因此，表面可被去除氮化鈦的合適襯底包括但不限于處理室、工具零件、機(jī)器零件、工件等。
將襯底加熱至能與富集的過(guò)程氣體中活性物質(zhì)結(jié)合有助于從襯底表面去除氮化鈦的襯底溫度。合適的襯底溫度范圍取決于活性氣體的熱分解溫度、克服反應(yīng)激活能勢(shì)壘需要的能量和設(shè)備硬件能力。當(dāng)與活性物質(zhì)富集結(jié)合使用時(shí)，適于熱激活的襯底溫度優(yōu)選為50℃或更高，優(yōu)選50-900℃，更優(yōu)選50-500℃，甚至更優(yōu)選100-350℃。
對(duì)加熱襯底的方法沒(méi)有特殊限制。在某些實(shí)施方案中，襯底與加熱裝置熱接觸。優(yōu)選地，襯底被安裝在座架式加熱器可接近富集過(guò)程氣體的位置處。在其它實(shí)施方案中，通過(guò)使用外部加熱元件如燈或電阻加熱器升高反應(yīng)器溫度來(lái)加熱襯底。例如，當(dāng)襯底為反應(yīng)器自身的表面時(shí)，升高反應(yīng)器的溫度(襯底溫度與反應(yīng)器溫度相同)。
本文描述的方法能以高速度從襯底表面蝕刻氮化鈦而不會(huì)損害襯底。本文中按照其常規(guī)含義使用表達(dá)“氮化鈦”，代表寬范圍化學(xué)計(jì)量比的鈦和氮的二元化合物。
本發(fā)明的某些實(shí)施方案比其它一些提供更快的蝕刻速度。例如，使用遠(yuǎn)程N(yùn)F3等離子體和100℃的熱能加熱獲得超過(guò)240nm/min的蝕刻速度，而使用遠(yuǎn)程Cl2等離子體和350℃的熱能加熱獲得約6nm/min的蝕刻速度。本文描述的方法可以以至少約6nm/min的速度蝕刻氮化鈦，優(yōu)選至少約40nm/min，更優(yōu)選大于180nm/min，還更優(yōu)選大于240nm/min。
在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，在與處理反應(yīng)器分開(kāi)的反應(yīng)器中清潔零件，其中零件涂有氮化鈦。適于這種分開(kāi)清潔處理的優(yōu)選裝置包括裝備有遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)的清潔處理反應(yīng)器，確保整個(gè)清潔處理反應(yīng)器內(nèi)氣流均勻的氣體分布器，加熱反應(yīng)器的裝置，和用于從清潔處理反應(yīng)器中除去活性氣體和揮發(fā)性產(chǎn)物的泵抽系統(tǒng)。將涂有TiN的部件如反應(yīng)器零件和刀具裝到反應(yīng)器內(nèi)。當(dāng)達(dá)到所需的處理溫度時(shí)，啟動(dòng)活性氣體流通過(guò)遠(yuǎn)程等離子體單元。等離子體產(chǎn)生的氟和/或氯基團(tuán)然后流過(guò)分布器板并進(jìn)入處理室。TiN被從放在反應(yīng)器中的零件上去除，留下沒(méi)有沉積物的襯底。
實(shí)施例將結(jié)合下面的實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但應(yīng)理解本發(fā)明不應(yīng)認(rèn)為限制于此。
下面是利用活性氣體清潔的氮化鈦去除的試驗(yàn)實(shí)施例。試驗(yàn)系統(tǒng)既具有遠(yuǎn)程等離子體，又具有熱能加熱能力。在所有試驗(yàn)中，用涂有約120nm氮化鈦的Si晶片制備樣品。利用定時(shí)暴露于處理?xiàng)l件前和后氮化鈦薄膜厚度變化計(jì)算氮化鈦去除速度。使用四點(diǎn)導(dǎo)電探針測(cè)定氮化鈦薄膜厚度。為校驗(yàn)電四點(diǎn)探針測(cè)量的精度，在蝕刻/清潔處理后將部分試樣塊切成橫截面。然后用掃描電鏡(SEM)檢查試樣塊橫截面，以精確確定處理后氮化鈦薄膜厚度。SEM結(jié)果與四點(diǎn)探針測(cè)量結(jié)果一致。
實(shí)施例1使用遠(yuǎn)程N(yùn)F3等離子體和熱能加熱結(jié)合去除氮化鈦這個(gè)實(shí)施例說(shuō)明使用遠(yuǎn)程等離子體和熱能加熱的結(jié)合清潔處理室和零件的方法，NF3作為過(guò)程氣體。
圖1顯示了試驗(yàn)系統(tǒng)的示意工藝圖。將遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器10(MKS ASTRON，可從MKS Instruments of Wilmington，MA得到)安裝在反應(yīng)器12的頂部。等離子體產(chǎn)生器10的出口14和試樣塊16之間的距離為大約6英寸(15.25cm)。試樣塊16放在座架式加熱器18的表面上。使用加熱器獲得不同的襯底溫度。在所有運(yùn)行中，遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)用200sccm NF3和200sccm Ar的混合物作為過(guò)程氣體(通過(guò)管20供給到等離子體產(chǎn)生器10)，并借助泵口22使室壓力保持在4torr。
對(duì)每次試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)運(yùn)行執(zhí)行下面的試驗(yàn)順序1.排空室；2.裝載試樣塊并關(guān)閉前門(mén)；3.對(duì)室抽真空以達(dá)到基線(xiàn)真空壓力；4.加熱試樣塊到預(yù)定溫度；5.在達(dá)到預(yù)定溫度后，引入氬氣并使壓力穩(wěn)定；
6.打開(kāi)遠(yuǎn)程等離子體電源；7.引入過(guò)程氣體；8.在預(yù)定時(shí)間后關(guān)閉遠(yuǎn)程等離子體電源；9.停止處理流并對(duì)室抽真空；和10.排空室并取回試樣塊進(jìn)行分析。
圖2顯示了不同襯底溫度下的氮化鈦蝕刻速度。在40℃時(shí)，薄膜厚度增加，因此，在這種溫度條件下，在圖2上顯示負(fù)蝕刻速度。在這樣低的溫度下，將氟原子引入到樣品表面上的氮化鈦晶格結(jié)構(gòu)中會(huì)導(dǎo)致薄膜厚度增加。
在高于40℃的溫度下觀察到氮化鈦的蝕刻。氮化鈦蝕刻速度隨著襯底溫度的升高而增加。令人驚奇地是，在90℃-100℃，蝕刻速度突然以大于10的倍數(shù)猛增。實(shí)施例3表明，當(dāng)只使用熱能加熱時(shí)，蝕刻速度在450℃時(shí)只有約20nm/min。結(jié)果表明，在遠(yuǎn)程等離子體和熱能加熱之間有協(xié)同相互作用。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)還表明，加入O2到過(guò)程氣體中沒(méi)有改善清潔處理。
實(shí)施例2使用遠(yuǎn)程Cl2等離子體和熱能加熱結(jié)合去除氮化鈦這個(gè)實(shí)施例說(shuō)明使用遠(yuǎn)程等離子體和熱能加熱的結(jié)合清潔處理室和零件的方法，其中Cl2作為過(guò)程氣體。
試驗(yàn)設(shè)置與實(shí)施例1相同。
過(guò)程氣體這里為200sccm Cl2和200sccm Ar的混合物。在遠(yuǎn)程Cl2等離子體下，在100℃時(shí)沒(méi)有觀察到蝕刻，而在350℃下得到約6nm/min的蝕刻速度。Cl2氣體的蝕刻速度比NF3氣體的蝕刻速度慢得多。根據(jù)CRC Handbook，在Ti(IV)鹵化物中間，TiCl4是最有揮發(fā)性的(熔點(diǎn)25℃，沸點(diǎn)136℃)。TiF4具有284℃的熔點(diǎn)，并在更高的溫度下只是升華。根據(jù)這種信息，氯基試劑應(yīng)比氟基試劑能使氮化鈦揮發(fā)更容易。在結(jié)合等離子體和熱激活的處理中，氟試劑如NF3去除氮化鈦比氯試劑如Cl2快的發(fā)現(xiàn)是未預(yù)料到的。
實(shí)施例3；使用NF3的熱能加熱去除氮化鈦這個(gè)對(duì)比實(shí)施例說(shuō)明使用熱能加熱清潔處理室和零件的方法，其中NF3作為過(guò)程氣體。
試驗(yàn)設(shè)置與實(shí)施例1和2相同，除了關(guān)閉遠(yuǎn)程等離子體和使用較高的室壓力8torr。
使用500sccm的NF3流作為過(guò)程氣體。氮化鈦在350℃和450℃的蝕刻速度分別為約0.6nm/min和約20nm/min。沒(méi)有遠(yuǎn)程等離子體時(shí)，對(duì)于相同的過(guò)程氣體，需要高得多的溫度去除氮化鈦。
實(shí)施例4使用F2的熱能加熱去除氮化鈦這個(gè)對(duì)比實(shí)施例說(shuō)明使用熱能加熱清潔處理室和零件的方法，其中F2作為過(guò)程氣體。
除了NF3，還試驗(yàn)了N2中含5.1％的F2用于氮化鈦去除。250sccm的平穩(wěn)流通過(guò)反應(yīng)器室，使室保持在8torr的壓力下。圖3顯示了氮化鈦蝕刻速度隨襯底溫度的變化。較高的襯底溫度產(chǎn)生較高的氮化鈦蝕刻速度。與NF3相比，對(duì)于5.1％的F2，需要較低的襯底溫度啟動(dòng)與氮化鈦的清潔反應(yīng)。
實(shí)施例5使用Cl2的熱能加熱去除氮化鈦這個(gè)對(duì)比實(shí)施例說(shuō)明使用熱能加熱清潔處理室和零件的方法，其中Cl2作為過(guò)程氣體。
當(dāng)試驗(yàn)條件為200sccm Cl2流量、8torr室壓力和350℃襯底溫度時(shí)，沒(méi)有觀察到蝕刻。當(dāng)溫度提高到450℃時(shí)，在10分鐘清潔后仍有留下的氮化鈦殘余物薄層。這表明，450℃時(shí)的蝕刻速度小于12nm/min，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于相同操作條件下NF3的蝕刻速度。含F(xiàn)化合物在氮化鈦去除上比含Cl化合物更有活性。
實(shí)施例6從座架式加熱器的表面上去除氮化鈦使用與實(shí)施例1相同的工藝測(cè)試表面涂有氮化鈦的座架式加熱器。從氮化鈦處理室中取出鋁制的加熱器。加熱器表面上的氮化鈦層為約20μm。在這個(gè)試驗(yàn)中，使用400sccm NF3、400sccm Ar和4torr室壓力作為遠(yuǎn)程等離子體條件，使用150℃作為襯底溫度。在45分鐘內(nèi)，氮化鈦層被完全去除。在加熱器表面上沒(méi)有觀察到損害。
盡管已詳細(xì)描述了本發(fā)明，并參考了其具體的實(shí)施例，但只要不脫離其精神和范圍，在其中進(jìn)行各種改變和變化對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)都是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種從襯底表面去除氮化鈦的方法，所述方法包括提供包括至少一種反應(yīng)物的過(guò)程氣體，反應(yīng)物選自含氟物質(zhì)和含氯物質(zhì)；使過(guò)程氣體富集至少一種反應(yīng)物的至少一種活性物質(zhì)以形成富集的過(guò)程氣體，其中富集在第一個(gè)位置處進(jìn)行；提供襯底溫度大于50℃的襯底，其中襯底表面至少部分涂有氮化鈦；和使襯底表面上的氮化鈦與富集的過(guò)程氣體接觸以從襯底表面上揮發(fā)和去除氮化鈦，其中接觸在不同于第一個(gè)位置的第二個(gè)位置處發(fā)生。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中襯底為處理室、工具零件、機(jī)器零件或工件。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中襯底基本不會(huì)因氮化鈦去除而受損害。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中第一位置為等離子體產(chǎn)生器，富集包括由過(guò)程氣體產(chǎn)生等離子體，以及第二位置為與等離子體產(chǎn)生器流體相通的反應(yīng)器。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中在0.5-50Torr的等離子體壓力下產(chǎn)生等離子體。
6.如權(quán)利要求4的方法，其中等離子體產(chǎn)生器具有100-10000瓦的等離子體功率。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中襯底溫度大于90℃。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一種反應(yīng)物為選自NF3、NClF2、NCl2F、F2、ClF3、ClF、SF6、BrF3、BF3、全氟化碳、氫氟化碳和氧氟化碳中的至少一種。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中過(guò)程氣體還包括選自N2、He、Ne、Kr、Xe和Ar的載運(yùn)氣體。
10.如權(quán)利要求9的方法，其中過(guò)程氣體包含0.1-100％的至少一種反應(yīng)物和99.9-0％的載運(yùn)氣體。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中以大于180nm/min的蝕刻速度從表面去除氮化鈦。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中以大于240nm/min的蝕刻速度從表面去除氮化鈦。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中不用離子轟擊襯底就從表面上去除部分或全部氮化鈦。
14.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一種反應(yīng)物包括NF3氣體。
15.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一種活性物質(zhì)包括氟基團(tuán)。
16.一種從襯底表面去除氮化鈦的方法，所述方法包括提供包括至少一種反應(yīng)物的過(guò)程氣體，反應(yīng)物選自含氟物質(zhì)和含氯物質(zhì)；使過(guò)程氣體富集至少一種反應(yīng)物的至少一種活性物質(zhì)以形成富集的過(guò)程氣體；提供襯底溫度為50℃-900℃的襯底，其中襯底表面至少部分涂有氮化鈦；和使襯底表面上的氮化鈦與富集的過(guò)程氣體接觸以大于180nm/min的蝕刻速度從襯底表面上揮發(fā)和去除氮化鈦，其中接觸氮化鈦的富集過(guò)程氣體基本上不含離子。
17.如權(quán)利要求16的方法，其中富集包括由過(guò)程氣體產(chǎn)生等離子體，并且接觸氮化鈦的富集過(guò)程氣體不是等離子體。
18.一種從襯底表面去除涂層的方法，所述方法包括提供包括至少一種反應(yīng)物的過(guò)程氣體，反應(yīng)物選自含氟物質(zhì)和含氯物質(zhì)；使過(guò)程氣體富集至少一種反應(yīng)物的至少一種活性物質(zhì)以形成富集的過(guò)程氣體，其中富集在第一個(gè)位置處進(jìn)行；提供襯底溫度為50℃-900℃的襯底；和使襯底表面上的涂層與富集的過(guò)程氣體接觸以大于180nm/min的蝕刻速度從襯底表面上揮發(fā)和去除涂層，其中接觸在不同于第一個(gè)位置的第二個(gè)位置處發(fā)生，并且襯底表面上的涂層包含鈦和氮的二元化合物。
19.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1方法的裝置，所述裝置包括與處理反應(yīng)器分開(kāi)的清潔處理反應(yīng)器；遠(yuǎn)程等離子體產(chǎn)生器；適于在整個(gè)清潔處理反應(yīng)器內(nèi)提供氣流的氣體分布器；加熱裝置；和適于從清潔處理反應(yīng)器除去活性氣體和揮發(fā)產(chǎn)物的泵抽系統(tǒng)。
全文摘要
一種從襯底表面去除氮化鈦的方法，包括提供包括至少一種反應(yīng)物的過(guò)程氣體，反應(yīng)物選自含氟物質(zhì)和含氯物質(zhì)；使過(guò)程氣體富集至少一種反應(yīng)物的至少一種活性物質(zhì)以形成富集的過(guò)程氣體，其中富集在第一個(gè)位置處進(jìn)行；提供襯底溫度大于50℃的襯底，其中襯底表面至少部分涂有氮化鈦；和使襯底表面上的氮化鈦與富集的過(guò)程氣體接觸以從襯底表面上揮發(fā)和去除氮化鈦，其中接觸在不同于第一個(gè)位置的第二個(gè)位置處發(fā)生。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1725442SQ20051008752
公開(kāi)日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月22日
發(fā)明者吳定軍, 齊賓, E·J·小卡瓦基 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司