專利名稱：移除殘余物的后蝕刻處理的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關在半導體制程技術，特別是有關在處理后蝕刻材料表面以移除殘余物。
背景技術：
集成電路(IC)晶片的速度、密度及成本以極快的速度在成長。此長足的進展是由于電晶體的尺寸小型化而造成較快的速度與較高的功能密度。IC晶片上的電晶體的尺寸持續(xù)縮小，然而此卻對后端連線形成一大挑戰(zhàn)。當IC上的特征縮小至0.18微米以下時，金屬連線變的更薄且密集度更高，此在金屬線中造成較高的阻抗與較大的金屬層間電容；而因此產生較長的時間延遲或較慢的操作速度。通過改變至不同材料，例如選用具有較高導電性的金屬線與較低介電常數(shù)(低k)的絕緣材料，仍可實現(xiàn)較小的元件形狀而不會顯著影響最大的操作速度。此促使制作次0.18微米IC元件之后端連線的材料由鋁與二氧化硅轉換成銅與低k介電質。
銅被選作超大型集成電路(ULSI)的連線材料，是因其提供較高的導電性以及較鋁更佳的抗電移能力。為避免銅進入金屬層間介電質中，是在銅線與金屬層間介電質之間使用阻障層。阻障層材料的實例包含有導電阻障物，例如鉭(Ta)或含鉭的合金、鈦(Ti)或氮化鈦與鈦鎢合金；以及介電質阻障物，例如氮化硅、碳化硅、碳氧化硅等。上述阻障物不僅可避免銅擴散進入金屬層間介電質，其亦可在銅與金屬層間介電質之間提供黏著性。
除了使用阻障層之外，由鋁/氧化物轉換成銅/低k材料，亦使得后端制作流程有相當多重要的改變。因為銅蝕刻很困難，因此需要應用新的方法，例如“金屬鑲嵌”(damascene)或“雙重金屬鑲嵌”(dual damascene)制程。銅金屬鑲嵌/雙重金屬鑲嵌為一種在絕緣材料中蝕刻出介層窗以及/或溝槽的制程。接著，銅填入這些介層窗以及/或溝槽中，且利用如化學機械研磨(CMP)制程加以平坦化，使得僅有導電材料留在介層窗與溝槽中。在雙重金屬鑲嵌方法中，如圖1A及圖1B所示，在銅金屬填充步驟之前，介層窗112與溝槽110皆被圖案化至位于銅線層120(或其他導體，例如柵電極)上方的介電質堆疊100中。介電質堆疊100包含介電質與阻障材料的堆疊，例如介電質材料101位于阻障材料103上方。雙重金屬鑲嵌方法的優(yōu)點在在僅需要銅金屬填充以及CMP制程以形成上層的金屬線130與介層窗132，其中介層窗連接上層的金屬線130至位于介電質堆疊100下方的銅線120導電層，如圖1B所示。
在雙重金屬鑲嵌方法中，介電質堆疊的圖案化能以不同制程程序進行。一些程序會先圖案化介層窗而一些會先圖案化溝槽。不管使用那一種制程程序以形成雙重金屬鑲嵌結構，介電質堆疊100是被蝕刻至位于介電質堆疊100下方的銅線120中。因而，銅線的上層表面121是暴露在介電質蝕刻環(huán)境中，特別是接近位于介電質堆疊底部的阻障材料103的蝕刻終點。此亦發(fā)生在一些單一金屬鑲嵌制程時。在這樣的暴露的下，殘余物會形成在銅線120的上表面121上以及形成在介電質堆疊100的蝕刻側壁上。圖2繪示在蝕刻上表面121上方的介電層103之后，銅線120的上表面121的暴露狀況。如圖2所示，殘余物202已形成在銅線120的上表面121上與介電質堆疊100的蝕刻側壁上。若在介電質蝕刻后未即時移除殘余物202，則當銅表面暴露在環(huán)境中的水氣時，殘余物可能會造成銅線的腐蝕。近來移除殘余物202的方法有濕式化學蝕刻，其成本相當高且費時。
因此，需要一種較快且成本較低的方法，以在雙重金屬鑲嵌制程的金屬層間介電質蝕刻后，可移除留在銅表面的殘余物。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種由基板上移除殘余物的方法。實施例中，此方法包含導入制程氣體進入真空反應室中，其中反應室中具有因暴露在含氟環(huán)境下而有殘余物生成的基板表面。制程氣體包含含氫氣體?；蛘?，制程氣體另包含含氧氣體或含氮氣體。制程氣體的等離子體形成在真空反應室中且在其中維持一段預定時間以移除表面上的殘余物。在等離子體步驟中，基板溫度維持在大約10至大約90℃之間。
在另一個金屬鑲嵌或雙重金屬鑲嵌制程的實施例中，提供一種在半導體基板的銅線層上方的介電質阻障層開口的方法。此方法包含導入含氟制程氣體進入具有基板設置其中的真空反應室，在此真空反應室中維持含氟制程氣體的等離子體以蝕刻介電質阻障層，由此使銅線層表面不受覆蓋。包括含氫氣體的制程氣體是接著被導入真空反應室中?；蛘?，制程氣體另包含含氧氣體或含氮氣體。制程氣體的等離子體維持在真空反應室中以由銅線層的表面上移除因暴露在含氟制程氣體而產生的殘余物。在等離子體步驟中，基板溫度維持在大約10至大約90℃之間。


本發(fā)明的各項特征已在上文的實施例中輔以圖式進行詳細的闡述。
圖1A及圖1B為習知雙重金屬鑲嵌結構的垂直截面圖；圖2繪示在習知介電質阻障蝕刻后產生在介層窗底部的銅表面殘余物；圖3A-3D繪示金屬鑲嵌制程中，在半導體基板上的發(fā)展結構的截面圖；圖4繪示在金屬鑲嵌制程后的等離子體處理流程圖；圖5A-5G繪示雙重金屬鑲嵌制程中，在半導體基板上的發(fā)展結構的截面圖；圖6繪示在雙重金屬鑲嵌制程后的等離子體處理流程圖；圖7繪示用以移除銅表面上殘余物的等離子體處理流程；以及圖8為用以進行移除銅表面上殘余物的等離子體處理的等離子體反應器的截面圖。
為有助于了解，同樣的參照符號是用以表示用在不同圖式中的同樣元件。
主要元件符號說明300 基板 320 銅線層310 介電質堆疊 400 流程圖312 低k介電層314 阻障層
330 光阻層301 介層窗350 等離子體 302 殘余物303 介層窗305 溝槽802 反應器831 襯墊816 支撐柱826 靜電夾盤832 噴頭 332 光阻層334 光罩 882 偏壓功率源824 匹配網(wǎng)路 818 RF源功率838 氣體分配盤827 節(jié)流閥840 控制器842 存儲器844 中央處理器(CPU)具體實施方式
本發(fā)明包含一種處理基板上導電材料的暴露上層表面以移除在此暴露表面上的殘余物以及移除任何形成在暴露表面附近側壁上，例如接觸介層窗的側壁上，的殘余物的方法。實施例中，此方法是在具有基板設置其中的真空反應室的等離子體反應器中進行。導入制程氣體至反應室中。制程氣體包含含氫氣體，以及，選擇性地包含含氧氣體或含氮氣體。制程氣體的等離子體維持在真空反應室中一段時間以使殘余物與等離子體中的物種反應，以及將殘余物由表面上移除。在等離子體處理制程中，基板溫度維持在大約10至大約90℃之間。
對于將導電材料的表面視為金屬鑲嵌或雙重金屬鑲嵌制程中的一部份時，此方法亦可使用；且此方法在金屬鑲嵌或雙重金屬鑲嵌制程的介電質阻障物蝕刻制程之后進行。實施例中，利用置放具有介電質阻障層在銅線層上的基板在真空反應室中而進行介電質阻障物蝕刻制程。接著，含氟氣體的制程氣體是被導入真空反應室中。含氟制程氣體的等離子體維持在真空反應室中以蝕刻介電質阻障層，由此使銅線層的上層表面不受覆蓋。之后，利用導入含氫氣體、以及，選擇性地，含氧氣體或含氮氣體的氣體混合在真空反應室中以處理銅線層的未受覆蓋表面，在真空反應室中維持此氣體混合的等離子體以移除形成在銅線層表面的殘余物?；鍦囟染S持在大約10至大約90℃之間。亦提供一種用在介電質蝕刻制程的蝕刻清洗化學品，其包含在含氟制程氣體中使用具有氟碳比相當高的氟碳氣體、含氮氣體、以及含氧氣體。
本發(fā)明的實施例中，在產生半導體基板上的金屬鑲嵌或雙重金屬鑲嵌結構過程中，等離子體處理制程是在阻障層開口之后進行。結合圖3A-3D，圖4繪示在基板300的銅線層320上方的介電質堆疊310中產生金屬鑲嵌結構的范例流程圖400。介電質堆疊310包含低k介電層312在介電質阻障層314上方。實施例中，阻障層314可以由低k介電材料形成，例如BLOkTM阻障層材料，此可由位于加州圣塔摩尼卡的Applied Materials公司取得。
制程流程圖400，如圖4所示，包含至少一個溝槽或介層窗301在介電質堆疊310中被蝕刻的步驟402。利用具圖案的光阻層330當作光罩以在低k介電層312中蝕刻出溝槽或介層窗301。阻障層312可以當作蝕刻停止層，如圖3A所示。制程流程圖400另包含步驟404，其中光阻層330被移除，如圖3B所示；以及步驟406，其中阻障層314被蝕刻以使在溝槽或介層窗301底部的銅線320的表面322暴露出來，如圖3C所示。利用含氟等離子體350以典型地等離子體蝕刻阻障層314。然而，等離子體350會產生含氟聚合物的殘余物302在暴露銅線320的表面上。
此時，在步驟408，可以參照以下圖7所述進行等離子體處理，以移除銅線320上的殘余物302。通過銅填充步驟而完成金屬鑲嵌結構，如圖3D所示，其中銅316是被沉積且填充在銅線320的暴露表面322的溝槽或介層窗301上?；蛘撸渌Y構可以形成在基板300上，例如有關圖6所述的雙重金屬鑲嵌制程流程。
結合圖5A-5E，圖6繪示銅線層320上方的介電質堆疊310中產生雙重金屬鑲嵌結構的范例流程圖600。介電質堆疊310包含低k介電層312在介電質阻障層314上方。如同在流程400中，流程600中的阻障層314可以由低k介電材料形成，例如BLOkTM阻障層材料。
制程流程600包含步驟602以利用具圖案的光阻層332作為光罩而在低k介電層312中蝕刻出介層窗303；以及選擇性利用阻障層312當作蝕刻停止層(圖5A)。在步驟604中，光阻層332被移除且介層窗303是以BARC(底層抗反射涂布)材料填充(圖5B)。在步驟606中，介電質堆疊310是由其他光阻光罩334遮蔽以形成溝槽(圖5C)。步驟608中，溝槽305是在低k介電層312中被蝕刻(圖5D)。光阻光罩334及BARC材料340是在步驟610中被移除(圖5E)。在步驟612中，阻障層314被蝕刻而使在介層窗303底部的銅線320表面322暴露出來(圖5F)。利用含氟等離子體350以典型地等離子體蝕刻阻障層314。然而，等離子體350會產生含氟聚合物的殘余物302在暴露的銅線320表面上。
此時，在步驟614，可以參照圖7所述進行等離子體處理，以移除銅線320上的殘余物302。通過銅填充步驟而完成雙重金屬鑲嵌結構，如圖5G所示，其中銅316是被沉積且填充在銅線320的暴露表面322的溝槽305或介層窗303中。
圖7繪示在等離子體反應器中進行等離子體處理制程的方法700的實施例，此是與圖8的敘述相關。如圖7所示，方法700以步驟702開始，在此步驟中，基板的溫度是受控制且維持在大約10至大約90℃的范圍內。在步驟704中，用以移除殘余物的制程氣體組成是利用氣體輸配機構而被導入等離子體反應器的真空反應室中。在下一個步驟706中，一或多個功率源是開啟以使功率耦接至真空反應室中以激發(fā)制程氣體成為等離子體。等離子體通過一或多個功率源而維持一段足夠的時間以移除在銅表面及在介層窗側壁上的殘余物。接著在步驟708，一或多個功率源是關閉且終止氣體組成的流入。
實施例中，在等離子體處理制程中使用的制程氣體包含含氫氣體，例如氫氣、氨氣或水蒸氣?；蛘撸瞥虤怏w另包含含氧氣體，例如氧氣或水蒸氣?；蛘撸瞥虤怏w另包含含氮氣體，例如氮氣或氨氣。含氫氣體也可以是與含氧以及/或含氮氣體相同，例如含氫氣體是氨氣或水蒸氣。申請人相信含氫氣體在等離子體中被激發(fā)之后，提供了可與含氟自由基在銅表面與介層窗側壁上發(fā)生還原反應的含氫自由基，以形成氟化氫及其他揮發(fā)性產物。含氧氣體，在等離子體中被激發(fā)之后，提供可氧化含氟有機聚合物的含氧自由基在阻障層蝕刻步驟406或612過程中。通過形成氧化銅或二氧化銅薄膜，含氧氣體亦有助于鈍化銅表面，其中形成薄膜有助于阻隔含氟殘余物與銅表面的進一步反應。含氧自由基及含氫自由基亦可一起與含氟自由基反應以形成二氟化氧、氟氧化氫及其他揮發(fā)性產物。含氮氣體可相似地鈍化銅表面及清除含氟殘余物。
在任何阻障層蝕刻制程之后，可進行上述的等離子體處理制程以移除銅表面以及/或介層窗側壁上的殘余物。理想結果為，等離子體處理制程是在阻障層蝕刻步驟406或612之后進行，因為使用清洗化學品的蝕刻步驟會產生小量的聚合物或蝕刻副產物沉積在銅表面上。在本發(fā)明的實施例中，阻障層蝕刻步驟406或612是將基板300暴露在含氟制程氣體的等離子體中，如圖3B或圖5E所示。含氟制程氣體包含一或多種具有相當高氟碳比的含氟碳氣體以提供具較少聚合物的清洗化學品以及/或蝕刻副產物沉積。在阻障層開口步驟406或612中，清洗化學品使后續(xù)利用等離子體處理制程以移除殘余物變的較容易。含氟碳氣體的實例包含有四氟化碳、六氟乙烷、六氟化四碳、八氟化四碳、三氟甲烷、二氟甲烷、一氟甲烷等氣體，其中四氟化碳較為常用。在阻障層蝕刻步驟406或612中的含氟制程氣體可以選擇性地包含含氮氣體，例如氮氣、一氧化二氮等，其中氮氣較常使用；以及/或含氧氣體，例如氧氣。含氧氣體以及/或含氮氣體可有助于加強清洗基板300上的材料表面，此是利用在等離子體中貢獻含氧以及/或含氮反應性物種；這些物種可與一些聚合物以及/或蝕刻沉積物反應以形成揮發(fā)性物種，例如貢獻含氮氣體時會產生氮化碳。
實施例中，等離子體處理制程在相同等離子體反應器中進行，此反應器是用以進行阻障層蝕刻步驟406或612，因此不需要將基板由一個等離子體反應器轉換到另一個反應器中?；蛘?，阻障層蝕刻步驟406或612及等離子體處理制程可以在兩個不同的等離子體反應器中連續(xù)進行。
圖8繪示一個適合用以進行本發(fā)明的雙頻電容性等離子體源蝕刻反應器802的截面圖。此反應器是闡述在共同擁有的美國專利申請?zhí)?0/192271中，其于2002年7月9日申請，在此是以參考方式并入該案的內容。適合進行本發(fā)明的蝕刻反應器有ENABLERTM制程反應室，其可在加州圣塔摩尼卡的Applied Materials公司取得。
如圖8所示，反應器802包含具有導電反應室壁830的制程反應室810。反應室壁830是連接至電性接地834且包含陶瓷襯墊831。陶瓷襯墊831有助于反應室810的原位自體清洗能力，所以沉積在陶瓷襯墊831上的副產物及殘余物可在基板蝕刻之后立即地由襯墊831上被移除。制程反應室810亦包含支撐柱816以及與支撐柱816分開且相對設置的上層電極828。支撐柱816包含一個靜電夾盤826以支持基板300。靜電夾盤826是由DC功率供給820控制。噴頭832嵌在上層電極828內且耦接至用以控制各種氣體進入反應室810的氣體分配盤838上。噴頭832可以包含不同區(qū)域，各種氣體可通過這些區(qū)域以不同的體積流速被釋放至反應室810中。
支撐柱816通過匹配網(wǎng)路824而耦接至射頻(RF)偏壓功率源822上。偏壓功率源822是可產生具有可調頻率在大約50千赫至大約53.56兆赫之間的RF信號以及大約0至5000瓦的偏壓功率。或者，偏壓功率源822可以是直流電(DC)或脈沖直流電(DC)源。上層電極828通過電阻變壓器819而耦接至RF源功率818上(例如，四分之一波長匹配短線)。RF源功率818是可產生具有可調頻率大約160兆赫的RF信號以及大約1至5000瓦的源功率。反應室810為通過節(jié)流閥827而耦接至真空泵836的高度真空容器。
反應器802亦可以包含一或多個設置在反應室壁830外面靠近反應室蓋子處的線圈段或磁鐵812。線圈段812受DC功率源或低頻AC功率源854控制。
在基板300制程中，反應室810內的氣體壓力是通過氣體分配盤838與節(jié)流閥827而加以控制，且維持在大約0.1至999毫托的范圍內。利用位于壁內以及/或壁附近的含液體導管(未繪示)以控制反應室壁830的溫度。通過冷卻盤(未繪示)調節(jié)支撐柱816的溫度進而控制基板300的溫度，其中冷卻盤具有可讓冷卻劑流通的通道形成其上。此外，背端氣體，例如來自氦氣源848的氦氣(He)，是被導入至形成在基板300背端與靜電夾盤826表面凹槽間的通道中。靜電夾盤826亦可以包含電阻式加熱器(未繪示)于夾盤主體中，以在制程過程加熱夾盤826至一個穩(wěn)定態(tài)溫度。背端氦氣是用以促進基板300的均勻加熱?；?00可以維持在大約10℃至大約500℃的溫度之間。
包含中央處理單元(CPU)844、存儲器842與CPU 844的支持電路846的控制器840耦接至反應器802的各種組件上以有助于控制本發(fā)明的制程。存儲器842可以是各種電腦可讀取式媒介，例如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、軟盤、硬盤、或任何其他形式的數(shù)位儲存，對反應器802或CPU 844而言，不管是局部或遙控的數(shù)位儲存都可使用。支持電路836耦接至CPU 844上以支持CPU運作。這些電路包含快取、電源供應器、時鐘電路、輸入/輸出電路、輔助系統(tǒng)等。在CPU 844執(zhí)行儲存在存儲器842中的軟件常式或一系列的程式指令時，可使反應器802執(zhí)行本發(fā)明的各種制程。
圖8僅繪示可用在本發(fā)明的各種等離子體反應器的其中一個態(tài)樣。例如，各種源功率及偏壓功率可使用各種耦接機構而耦接至等離子體反應室上。同時使用源功率與偏壓功率可允許獨立控制等離子體密度以及與等離子體相關的基板偏壓。在一些應用中，源功率可以不需要且等離子體可單通過偏壓功率加以維持。利用施加在使用低頻率(例如，0.1-0.5赫)AC電流源或DC源的電磁驅動真空反應室中的磁場以增強等離子體密度。其他應用中，等離子體可以在基板未設置其中的不同反應室中產生，以及可以利用習知的技術而將等離子體接續(xù)地導向基板。
實例為繪示本發(fā)明的應用，如圖3B或5E的具膜層形成其上的基板300是根據(jù)圖4的步驟402至404所述的流程，或圖6的步驟602至610所述的流程所準備。在實施例中，基板300可以是直徑大約200厘米(8英寸)或300厘米(12英寸)的硅基板。低k介電層312可具有大約0.4-0.5微米的厚度。阻障層314可具有大約數(shù)百埃的厚度。適合當作第3B或5E圖中的低k介電層312的材料實例為Black DiamondTM膜，此可由位于加州圣塔摩尼卡的AppliedMaterials公司取得。適合當作低k阻障層314的材料實例為BLOkTM(barrierlow-k)膜，亦可由位于加州圣塔摩尼卡的Applied Materials公司取得。利用化學氣相沉積(CVD)或等離子體增強CVD(PECVD)制程的BLOkTM膜為含碳化硅的膜，其是闡述于共同擁有的美國專利號6287990 B1中，其發(fā)證日為2001年9月11日；以及美國專利號6303523B2，其發(fā)證日為2001年10月16日；在此是以參考方法并入上述案件的全部內容。
基板300，如圖3B或圖5E所示具有材料膜層形成在其上，是在反應器802中根據(jù)圖4的步驟406或第5圖的步驟612而制作；基板上的阻障層314是被蝕刻直到在溝槽301或介層窗303底部的銅表面322暴露出來，如圖3C或圖5F所示。
接著，根據(jù)圖7的制程流程700以處理基板300，其中進行等離子體處理制程以移除銅表面322與介層窗301或303側壁上的殘余物。制程流程700包含步驟702，其中基板溫度是控制在一個預定值上。實施例中，基板溫度是控制在大約10至大約90℃之間。另一個實施例中，基板溫度是控制在大約50至大約80℃之間。
實施例中，基板溫度可通過控制支撐柱816的溫度而加以控制。實施例中，支撐柱816的溫度是控制在大約零下20至大約40℃之間。此外，基板溫度亦可以通過控制來自氦氣源848的氣體流。實施例中，在基板300與支撐柱816的界面間的背端氦氣壓力維持在少在10托，例如，在大約0.1至大約9.9托之間。實施例中，背端氦氣壓力是大約1托。
制程流程700另包含步驟704，其中氣體組成是通過噴頭832而供給至制程反應室810中以在其中形成氣體混合。每一種的氣體組成流速可以控制在大約0至大約7500sccm之間。制程反應室810中的氣體混合壓力是通過控制至少一種的制程參數(shù)而加以調整，例如調整氣體混合中的一或多種氣體組成，或調整節(jié)流閥827的位置。當介電質阻障層314在步驟406或612中開口時，氣體混合包含一或多種氟碳氣體，以及，如上所述，可選擇性地包含一或多種其他氣體。當制程流程700用以進行等離子體處理制程時，氣體混合包含含氫氣體及可選擇性地包含含氧氣體或含氮氣體。
接著，在步驟706中，氣體混合的等離子體被激發(fā)且利用開啟RF源功率818而加以維持。之后，或大約同時，開啟RF偏壓功率822而將偏壓加在基板支撐柱816上。因此，在支撐柱816上的基板300是暴露在氣體混合的等離子體中?；蛘?，氣體混合的等離子體可以被激發(fā)且僅以RF偏壓功率822而加以維持。
在每一個要打開介電質阻障層314的步驟406、612中，等離子體是依據(jù)介電質阻障層314的厚度而維持一段預定時間；或利用習知光學終端點量測技術而決定等離子體終止時間，此為監(jiān)測由等離子體或其他終端點的發(fā)光特性的技術，由此可得知在溝槽或介層窗301、303中的介電質阻障材料是否已經移除。在等離子體處理制程的步驟706中，等離子體是持續(xù)一段預定時間(等離子體時間)。因此，在步驟708，利用關閉RF源功率818與偏壓源822以終止等離子體；或當RF源功率818未使用時，僅關閉偏壓源822即可；以及停止氣體組成流入。
上述的制程流程步驟不需要依序進行，例如一些或所有步驟可以同時或以不同次序進行。實施例中，在圖8所示的制程流程是由控制器840根據(jù)儲存在存儲器842中的程式指令而進行?；蛘撸恍┗蛩性谥瞥塘鞒讨械牟襟E可在硬件中進行，例如在特殊應用集成電路(ASIC)或在其他種類的硬件實現(xiàn)，或在軟件或硬件組合。
表格I整理出在第5圖所示的反應器500中進行阻障層開口步驟406、612時所需的范圍，例如最小及最大值；以及一些制程參數(shù)實驗數(shù)據(jù)。
表格I

實施例中，等離子體處理步驟的含氫氣體為氮氣。在制程氣體包含氧氣的實施例中，導入制程氣體至真空反應室中，而氧氣與氨氣的體積流速比率大約在1∶1至大約100∶1范圍內；在一個實施例中，是在大約3∶1至大約10∶1的范圍內。利用源功率維持制程氣體的等離子體以控制等離子體的密度。偏壓功率是用以控制在等離子體與基板之間的偏壓電壓。源功率與偏壓功率的比率大約在1∶1至大約5∶1左右。或者，制程氣體的等離子體可以單以偏壓功率維持。
表格II整理出以氨氣，以及選擇性地用氧氣，以進行等離子體處理制程700的范圍與制程參數(shù)實驗數(shù)據(jù)。
表格II

另一個實施例中，等離子體處理步驟的含氫氣體為氫氣以及含氧氣體為水蒸氣。導入制程氣體至真空反應室中，其中水蒸汽與氫氣的體積流速比率為大約1∶10至大約1∶1000的范圍內，以及在一個實施例中，大約1∶100。
表格III整理出利用氫氣以進行等離子體處理制程700的范圍與制程參數(shù)實驗數(shù)據(jù)。
表格III

等離子體處理制程可以進行一段足夠時間以移除在銅表面與介層窗側壁上的殘余物。本發(fā)明的實施例中，等離子體時間是大約15至大約50秒之間。當有較多或較少的殘余物出現(xiàn)在銅表面以及介層窗側壁上時，可以利用較長或較短的等離子體處理時間。
因此，在大約30秒的等離子體處理時間下，等離子體處理制程流程700可以在阻障層開口步驟406、612之后移除在銅表面及介層窗301或303側壁上大部分或全部的殘余物。比較濕式清洗殘余物的先前技術，濕式清洗包含大約5-10分鐘濕式溶液時間、3-5分鐘漂洗時間、20分鐘旋轉干燥時間以及基板由等離子體反應器轉換至濕式工作臺與濕式工作臺的部件之間，在阻障層開口步驟406、612之后進行等離子體處理制程700可以有很大的優(yōu)點。
雖然上述的等離子體處理制程700需要在阻障層開口步驟406、612之后進行，但實作上，等離子體處理制程可用以移除因其他制程產生在銅表面上的含氟殘余物，例如在具有與BLOk膜不同材料的阻障層開口制程時以及使用本發(fā)明所述的不同制程技術時。事實上，等離子體處理制程可用以移除在銅的殘余物或移除其他材料暴露在含氟制程環(huán)境中時產生在這些材料表面上的含氟殘余物。
本發(fā)明已在上述的實施例中加以闡述，然說明書的內容為說明的目的，并非用以限定本發(fā)明。任何熟習此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤飾，本發(fā)明的范圍是以權利要求界定。
權利要求
1.一種由一基板的一導電材料層上移除殘余物的方法，至少包含導入一制程氣體至具有一基板的一真空反應室中，其中該基板因在一含氟環(huán)境中處理而有殘余物形成在一暴露表面上，以及該制程氣體包含一含氫氣體；形成與維持該真空反應室中的該制程氣體的一等離子體一預定時段以由該表面上移除該殘余物；以及在該等離子體形成與維持步驟中，維持該基板溫度在大約10℃至大約90℃之間。
2.如權利要求1所述的方法，其中該制程氣體另包含含氧氣體。
3.如權利要求2所述的方法，其中該含氧氣體為氧氣且該含氫氣體為氨氣，以及其中導入該真空反應室中的該制程氣體的O2∶NH3體積流體比率是在大約1∶1至大約100∶1的范圍內。
4.如權利要求3所述的方法，其中該NH3∶O2體積流體比率是大約3∶1至大約10∶1。
5.如權利要求1所述的方法，其中該制程氣體的該等離子體維持大約15秒至大約50秒。
6.如權利要求1所述的方法，其中形成與維持一等離子體的步驟，另包含提供來自一第一功率供給的功率于該真空反應室。
7.如權利要求6所述的方法，其中形成與維持一等離子體的步驟，另包含提供來自一第二功率供給的功率于該真空反應室，其中該第一功率供給控制該等離子體的密度以及該第二功率供給控制該等離子體與該基板之間的一偏壓電壓。
8.如權利要求7所述的方法，其中該第一功率供給與該第二功率供給的比率是大約1∶1至大約5∶1。
9.如權利要求1所述的方法，其中該制程氣體另包含含氮氣體。
10.如權利要求1所述的方法，其中維持該基板溫度的步驟，另包含維持該基板溫度在大約50℃至大約80℃之間。
11.一種在金屬鑲嵌或雙重金屬鑲嵌制程中為一半導體基板的一銅線層上方的一介電質阻障層開口的方法，該方法至少包含導入一含氟制程氣體至具有該基板設置其中的一真空反應室中；維持該含氟制程氣體的一等離子體在該真空反應室中以蝕刻該介電質阻障層，由此使該銅線層的上層表面不受覆蓋；導入一包括一含氫氣體的一制程氣體進入該真空反應室；形成與維持該真空反應室中的該制程氣體的一等離子體，以移除形成在該基板上的該含氟殘余物；以及在該等離子體形成與維持步驟中，維持該基板溫度在大約10℃至大約90℃之間。
12.如權利要求11所述的方法，其中該含氟氣體包含四氟化碳、六氟乙烷、六氟化四碳、八氟化四碳、三氟甲烷、二氟甲烷與一氟甲烷的至少一者。
13.如權利要求11所述的方法，其中該含氟氣體包含四氟化碳。
14.如權利要求11所述的方法，其中該含氟氣體另包含一含氮氣體與一含氧氣體。
15.如權利要求11所述的方法，其中該含氫氣體為氨氣。
16.如權利要求11所述的方法，其中該制程氣體另包含一含氧氣體。
17.如權利要求16所述的方法，其中該含氧氣體為氧氣以及該含氫氣體為氨氣。
18.如權利要求16所述的方法，其中導入該真空反應室中的該制程氣體中該含氧氣體與該含氮氣體的一體積流速比率是在大約1∶1至大約100∶1的范圍內。
19.如權利要求18所述的方法，其中該含氧氣體與該含氫氣體的體積流速比率是在大約3∶1至大約10∶1的范圍內。
20.如權利要求11所述的方法，其中形成與維持一等離子體的該步驟，另包含提供來自一第一功率供給的功率至該真空反應室。
21.如權利要求20所述的方法，其中形成與維持一等離子體的該步驟，另包含提供來自一第二功率供給的功率至該真空反應室，其中該第一功率供給控制該等離子體的密度，以及該第二功率供給控制該等離子體與該基板之間的一偏壓電壓。
22.如權利要求21所述的方法，其中該第一功率供給與該第二功率供給的比率是大約1∶1至大約5∶1。
23.如權利要求11所述的方法，其中該制程氣體的該等離子體維持大約15秒至大約50秒。
24.如權利要求11所述的方法，另包含在該殘余物被該等離子體移除之后，形成一銅層在該銅線層的該上層表面上。
25.如權利要求11所述的方法，其中該制程氣體另包含一含氮氣體。
26.如權利要求11所述的方法，其中維持該基板溫度的該步驟，另包含維持該基板溫度在大約50℃至大約80℃之間。
27.一種儲存程式指令在其中的電腦可讀式媒介，當一電腦執(zhí)行該些程式指令時可使一等離子體反應器在金屬鑲嵌或雙重金屬鑲嵌制程中為一半導體基板的一銅線層上方的一介電質阻障層開口，該些程式指令包含用以導入一含氟制程氣體至該等離子體反應器的一真空反應室的指令，其中該真空反應室具有該基板設置其中；用以維持該真空反應室中的該含氟制程氣體的一等離子體以蝕刻該介電質阻障層而使該銅線層的一表面不受覆蓋的指令；用以導入包含一含氫氣體的一制程氣體進入該真空反應室的指令；用以形成與維持該真空反應室中的該制程氣體的一等離子體以移除形成在該銅線層表面上的殘余物的指令；以及在該等離子體形成與維持步驟中，用以維持該基板溫度在大約10℃至大約90℃之間的指令。
28.如權利要求27所述的電腦可讀式媒介，其中用以導入該制程氣體的該指令另包含用以導入一含氧氣體的指令；以及用以導入具有一第一體積流速的該含氧氣體的指令與用以導入具有一第二體積流速的該含氫氣體的指令，其中該第一體積流速與該第二體積流速的比率是大約1∶1至大約100∶1。
29.如權利要求27所述的電腦可讀式媒介，其中用以維持該等離子體的該指令另包含用以開啟耦接至該真空反應室的一第一功率供給的指令。
30.如權利要求29所述的電腦可讀式媒介，其中用以維持該等離子體的該指令另包含用以開啟耦接至該真空反應室的一第二功率供給的指令，使得該第一功率供給與該第二功率供給的比率是在大約1∶1至大約5∶1的范圍內，其中該第一功率供給控制該等離子體的一密度與該第二功率供給控制在該等離子體與該基板之間的一偏壓電壓。
31.如權利要求27所述的電腦可讀式媒介，其中用以維持該基板溫度的該指令另包含用以維持該基板溫度在大約50℃至大約80℃之間的指令。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用以由基板上的導電材料層移除殘余物的方法。在一實施例中，此方法包含導入制程氣體至真空反應室中，該真空反應室具有因暴露在含氟環(huán)境下而有殘余物生成其上的基板表面。制程氣體包含含氫氣體?；蛘?，制程氣體另包含含氧氣體或含氮氣體。制程氣體的等離子體之后是在真空反應室中維持一段預定時間以移除表面上的殘余物。在等離子體步驟中，基板溫度維持在大約10℃至大約90℃之間。
文檔編號H01L21/70GK101057314SQ200580038937
公開日2007年10月17日 申請日期2005年11月10日 優(yōu)先權日2004年11月16日
發(fā)明者江康烈, 柴曼平, 馬紹銘, 葉雁, 彼特·赫西 申請人:應用材料股份有限公司