專利名稱：電介質(zhì)膜處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及半導(dǎo)體襯底處理，尤其涉及蝕刻操作后清潔襯底表面的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件是通過各種制造操作得到的。這些制造操作在半導(dǎo)體晶圓(晶圓或襯 底)上限定多個特征，這些特征跨越多個層次。在基礎(chǔ)層次上，限定具有擴散區(qū)的多個晶體 管器件。在后續(xù)層次上，使用金屬連線的互連(interconnections)被限定并被電氣連接于 下面的晶體管器件，從而形成半導(dǎo)體器件，比如集成電路(IC)、存儲單元等等。低k電介質(zhì) 材料被用于分開并隔離這些特征和其它的層以獲得能充分工作的半導(dǎo)體器件。為了在各特 征之間提供更好的隔離并進一步減少耦合電容和功率消耗，通過引入毛孔(pores)并通過 用化學(xué)品(比如碳或氟)進行摻雜而進一步減少所用的低k電介質(zhì)材料的介電常數(shù)。所產(chǎn) 生的極低k電介質(zhì)材料是良好的隔離物，使用更少的電力并帶來更小的耦合電容。在各種制造操作過程中，該襯底被暴露于各種污染物。各制造操作中使用的、該襯 底暴露于其中的任何材料或化學(xué)品是潛在的污染源。各制造操作中使用的化學(xué)品，比如工 藝氣體、蝕刻化學(xué)品、沉積化學(xué)品等在該襯底表面上留下沉積物，作為微?；蚓酆衔餁埩粑?染物。該微粒污染物的尺寸是在該襯底上制造的特征的臨界尺寸(critical dimensions) 的量級上。在制造過程中，這些污染物卡到難以到達的區(qū)域中，比如圍繞精細特征的溝槽 中。傳統(tǒng)的清潔工藝使用機械清潔法以清潔掉表面上的這些微粒和聚合物殘留污染物。然 而，隨著走向更小的特征尺寸的技術(shù)進步，使用機械清潔工藝清潔該表面變得非常有挑戰(zhàn) 性，因為精細的特征很容易被損害。如果污染物沒有被合適地除去，這些污染物鄰近區(qū)域中 的特征有可能變得無法工作。除去這種小污染物而不對該晶圓上的特征或低k材料帶來負 面影響是非常有挑戰(zhàn)性的。而且，隔離特征中使用的極低k電介質(zhì)材料帶來了新的挑戰(zhàn)，因為該材料的各種 性質(zhì)，比如機械強度、熱穩(wěn)定性和對不同襯底層的粘著性等等，有時候會被妥協(xié)。當該極低 k電介質(zhì)材料暴露于各種制造操作的苛刻條件下時，該電介質(zhì)材料可能被工藝化學(xué)品和/ 或被該制造工藝物理或化學(xué)損害。該損害可能是由于緊緊毗鄰各特征并暴露于工藝化學(xué)品 的一部分該極低k電介質(zhì)材料的碳含量的耗盡。碳的耗盡導(dǎo)致電介質(zhì)膜層中介電常數(shù)的增 加。在剝離操作過程中，例如，用于剝離特征附近的碳基(carbon based)光阻層的剝離等 離子體可能通過耗盡來自該低k材料的碳而損害暴露于該剝離等離子體的該低k材料。該 低k材料中的碳耗盡導(dǎo)致對電容耦合起作用的該低k電介質(zhì)膜層中的介電常數(shù)的增加。因 此，通過除去或修復(fù)受損的低k電介質(zhì)膜層(特征通過這些低k電介質(zhì)膜層形成)而基本 上恢復(fù)該低k電介質(zhì)膜層的特性從而保持各特征的功能性以及各集成電路器件的功能性 是必要的。而且，用金屬作為集成電路生產(chǎn)中的導(dǎo)電材料已經(jīng)很長時間了。目前，在前端使 用鎢以與各晶體管接觸，同時鋁和銅是連線互連的后端的優(yōu)選金屬。這些金屬是很有化學(xué) 活性的，有可能與周圍環(huán)境中的濕氣和氧以及施加到該表面的其它工藝化學(xué)品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬銹蝕。金屬銹蝕會對制成的器件的電氣完整性造成負面影響，這迫使工藝流程 過程中的金屬鈍化。從上文可以清楚看出，一種最理想的清潔方法應(yīng)當能夠執(zhí)行上面列出的各種功 能，即，微粒除去、聚合物殘留除去、受損低k除去和修復(fù)以及金屬鈍化。在這種背景下，本 發(fā)明的實施方式出現(xiàn)了。

發(fā)明內(nèi)容
通過提供用于處理蝕刻操作后的襯底表面的改進的清潔方法，本發(fā)明滿足了該需 要，該方法提供多種功能，包括微粒除去、聚合物殘留除去、受損低k除去和修復(fù)以及金屬 鈍化。應(yīng)當看出，本發(fā)明可以以多種方式實施，包括裝置和方法。下面描述本發(fā)明的一些創(chuàng) 新性實施方式。在一個實施方式中，公開一種用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法。該方法包 括確定與該襯底表面有關(guān)的多個工藝參數(shù)。這些工藝參數(shù)限定與該襯底表面有關(guān)的特性比 如待清潔的襯底表面、待除去的污染物、在該襯底上形成的特征以及在制造操作(比如蝕 刻)中使用的化學(xué)品。根據(jù)工藝參數(shù)和工藝需求的評估，可以確定施加化學(xué)物質(zhì)并序貫或 同時施加。為了除去微粒，該施加化學(xué)物質(zhì)包括具有第一不相溶液體與第二不相溶液體結(jié) 合起來的乳劑。該第二不相溶液體形成多個散布于該第一不相溶液體內(nèi)的液滴。該乳劑進 一步包括分布于該第一不相溶液體內(nèi)的固體微粒。為了除去聚合物殘留，該施加化學(xué)物質(zhì) 包含能夠膨脹并協(xié)助除去聚合物殘留的有機溶劑。為了除去受損低k，該施加化學(xué)物質(zhì)包 含氧化硅蝕刻劑。為了修復(fù)受損低k，該施加化學(xué)物質(zhì)包含活性硅化合物。為了鈍化金屬， 該施加化學(xué)物質(zhì)包含極性功能團以與金屬表面相互作用。然后將所確定的施加化學(xué)物質(zhì)施 加到該襯底表面從而結(jié)合的化學(xué)物質(zhì)通過序貫從該襯底表面除去該微粒和聚合物殘留污 染物同時保持該特征和該低k電介質(zhì)材料(特征通過該材料形成)的特性而增強該清潔工 藝。在本發(fā)明的另一個實施方式中，公開一種用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的系 統(tǒng)。該系統(tǒng)包括襯底支撐裝置以接收、支撐和傳送該襯底穿過該系統(tǒng)，還包括化學(xué)品輸送機 構(gòu)以在清潔操作過程中向該襯底表面輸送多個施加化學(xué)品，其中至少一個施加化學(xué)品是具 有第二不相溶液體和固體微粒的第一不相溶液體的乳劑，該第二不相溶液體作為液滴散布 在該第一不相溶液體中，該固體微粒分布于該第一不相溶液體中。該化學(xué)品輸送機構(gòu)包括 多個被配置為向該襯底表面輸送和除去合適的施加化學(xué)物質(zhì)的進口端口和出口端口。足量 的合適施加化學(xué)物質(zhì)被施加到該襯底表面從而該施加化學(xué)物質(zhì)基本上與該污染物相互作 用，并有效將其除去。因此，該多個施加化學(xué)物質(zhì)被用于增強該清潔操作，帶來基本上清潔 的襯底。通過下面結(jié)合附圖進行的詳細說明，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點會變得更加顯而易 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)當被認為是將 本發(fā)明限制于這些優(yōu)選實施方式，而只是為了說明和理解。
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圖1是依照本發(fā)明的一個實施方式，具有各種污染物和對該低k電介質(zhì)材料的損 害的襯底的橫截面示意圖。圖2描繪了，依照本發(fā)明的一個實施方式，用于從襯底表面除去微粒污染物的乳 劑化學(xué)品的物理示意圖。圖2A和2B描繪了，依照本發(fā)明的一個實施方式，該乳劑化學(xué)品在從該襯底表面除 去微粒污染物中的作用過程(functioning)。圖3A描繪了受損低k電介質(zhì)膜層的橫截面視圖，而圖3B描繪了，在本發(fā)明的一個 實施方式中，從該襯底表面除去該受損低k電介質(zhì)膜層之后該襯底的橫截面視圖。圖4描繪了，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，從該襯底表面除去微粒污染物時使用 的施加器的橫截面示意圖。圖5描繪了，在本發(fā)明的一個實施方式中，在修復(fù)受損低k電介質(zhì)膜時使用的、圖 4中描繪的施加器的一個實施方式。圖6描繪了，在本發(fā)明的一個實施方式中，修復(fù)受損低k電介質(zhì)膜時使用的、圖4 和圖5中描繪的施加器的一個替代實施方式。圖7描繪了，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，具有在清潔襯底表面時使用的多個施 加器的清潔室的橫截面示意圖。圖8表示，在本發(fā)明的一個實施方式中，涉及襯底表面的清潔的各操作的流程圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將描述用于更好地有效地清潔襯底表面的一些實施方式。然而，對于本領(lǐng)域 的技術(shù)人員來說，顯然，本發(fā)明沒有這些具體細節(jié)中的一些或全部仍然可以實現(xiàn)。在其它情 況下，沒有詳細地描述熟知的處理操作以免不必要地模糊本發(fā)明。傳統(tǒng)方法主要關(guān)注提供從該襯底表面上除去特定類型的污染物的溶液。本行業(yè)中 眾所周知的是，有可能對該襯底表面造成損害的污染物的類型不止一種。圖1描繪了具有 多種污染物的襯底100的受損部分100-5的簡化示意圖。如圖所示，襯底100的部分100-5 包括在襯底100上形成的低k電介質(zhì)膜層110。低k電介質(zhì)膜層110是使用旋涂、浸涂的 任何一種或通過化學(xué)氣相沉積技術(shù)形成的。用于形成低k電介質(zhì)膜層110的材料可以是 SiCOH、多孔SiCOH、聚亞芳基醚、多孔聚亞芳基醚、多孔二氧化硅等。用碳摻雜該低k電介 質(zhì)材料并將多個亞微米毛孔引入該低k電介質(zhì)材料以進一步降低介電常數(shù)。毛孔可以是使 用熟知技術(shù)引入的，因此沒有在本申請中對其進行詳細討論。該低k電介質(zhì)膜層110可直 接被形成在襯底表面上方，在前面制造好的層(比如蝕刻停止層120)上方或者在多個制造 好的層之間(比如在蝕刻停止層120、硬掩模層130和/或光刻膠層118等等之間)。低k 電介質(zhì)膜層110對透過低k電介質(zhì)膜層110形成的一個或更多個特征125或?qū)ο旅娴慕Y(jié)構(gòu) (比如向下連接到在襯底100上形成的晶體管的銅互連線150)提供隔離。使用低k電介質(zhì) 膜層隔離襯底100上形成的特征125有助于減少各特征125之間的耦合電容，從而減少線 路延遲。在低k電介質(zhì)膜層110上形成蝕刻停止層120以允許下面的觸點(contact)與銅 互連線150的自我對準并保持所形成的特征125的結(jié)構(gòu)完整性。特征125可以是使用雙鑲 嵌工藝在該低k電介質(zhì)膜中蝕刻的。在毗鄰蝕刻特征125的電介質(zhì)膜層的頂部上形成硬掩 模層或蓋層(cap layer) 130以保護下面的特征免于任何輪廓變形。可以在低k電介質(zhì)膜
7層110的頂部上形成光刻膠層118，代替硬掩模層130。在剝離操作過程中，剝離蝕刻停止層120和硬掩模層/蓋層130時使用的化學(xué)品 使得聚合物殘留105沉積在雙鑲嵌工藝過程中形成的通孔和溝槽中。聚合物殘留105緊密 粘著于該襯底表面，因此難以除去。而且，任何遺留下來的在形成特征時使用的化學(xué)物質(zhì) 可能以微粒115的形式沉積在該襯底表面上。由于微粒115的尺寸足夠小，它們很容易作 為微粒污染物115進入難以到達的區(qū)域中。因此，除去這些微粒污染物115和聚合物殘留 105以便保持特征125的功能和低k電介質(zhì)膜層110的特性是必不可少的。而且，由于低k電介質(zhì)材料110的被妥協(xié)的材料性質(zhì)，低k電介質(zhì)膜層(材料)110 的各部分，尤其是在圍繞特征的區(qū)域中的部分，在一個或更多個制造操作過程中可能被損 害。例如持續(xù)暴露于蝕刻劑和蝕刻后化學(xué)物質(zhì)(比如剝離化學(xué)品)，由于從圍繞蝕刻后的 特征125的碳摻雜低k電介質(zhì)膜層110中耗盡碳，可能導(dǎo)致對低k電介質(zhì)膜層110的損害。 由于碳的耗盡，受損的低k電介質(zhì)膜層110呈現(xiàn)出比極低k電介質(zhì)材料110的介電常數(shù)更 高的介電常數(shù)。因此，修復(fù)或除去受損的低k電介質(zhì)膜層對于減少電容耦合并進一步減少 功率消耗是必不可少的。進行有效的襯底清潔以除去微粒115和聚合物殘留105污染物并保持低k電介質(zhì) 材料110的低k性質(zhì)對于保持所產(chǎn)生的半導(dǎo)體產(chǎn)品(例如微芯片)的質(zhì)量和功能是非常重 要的。在本發(fā)明的一個實施方式中，確定與該襯底表面有關(guān)的多個工藝參數(shù)。這些工藝參 數(shù)限定與待清潔表面有關(guān)的特性，比如形成該襯底表面的材料的類型和性質(zhì)、待除去的污 染物的類型和性質(zhì)、制造操作中使用的各種化學(xué)物質(zhì)的類型等，從而可以確定用于清潔該 襯底的適當?shù)氖┘踊瘜W(xué)物質(zhì)。選擇多種施加化學(xué)物質(zhì)并以一種從該襯底表面基本上除去各 種污染物(包括微粒和聚合物殘留污染物)的方式施加到該襯底表面。除了除去各種污染 物意外，該多種施加化學(xué)物質(zhì)中的一些被用于基本上除去或修復(fù)受損的低k電介質(zhì)膜層以 得到基本上清潔的襯底。該多個施加化學(xué)物質(zhì)可以被序貫施加，或者通過將它們混合起來 而同時施加，從而在該清潔操作過程中有效除去超過一種類型的污染物。結(jié)合各種施加化 學(xué)物質(zhì)的施加大大改善了該清潔工藝，帶來了非常清潔的襯底。在一個實施方式中，該多個施加化學(xué)物質(zhì)包括第一施加化學(xué)物質(zhì)，該第一施加化 學(xué)物質(zhì)作為第一不相溶液體與以液滴形式散布在該第一不相溶液體內(nèi)的第二不相溶液體 的乳劑，其中遍布該第一不相溶液體散布有多個固體微粒。圖2、圖2A和2B描繪了該第一 施加化學(xué)物質(zhì)在從該襯底表面除去該微粒污染物中的成分和作用。參考圖2，第一施加化學(xué) 物質(zhì)201包括連續(xù)液體介質(zhì)207形式的第一不相溶液體、固體元件209形式的固體微粒和 不相溶元件211形式的第二不相溶液體。固體微粒209和不相溶元件211均勻散布在連續(xù) 的液體介質(zhì)207內(nèi)。不相溶元件211相對于連續(xù)液體介質(zhì)207不相溶。第一施加化學(xué)物質(zhì)201內(nèi)的固體微粒209被選擇為它們在緊鄰或接觸襯底100的 表面時不粘著于襯底100的表面；在緊鄰或接觸微粒污染物115時能夠與襯底100表面上 存在的微粒污染物115材料相互作用；避免溶解在第一施加化學(xué)物質(zhì)201的連續(xù)液體介質(zhì) 207內(nèi)；能夠均勻散布在連續(xù)液體介質(zhì)207中而不形成固體微粒209的塊；并具有在清潔過 程中不對該襯底表面造成損害的機械性質(zhì)。如果該固體微粒沒有均勻散布于連續(xù)液體介質(zhì) 207內(nèi)的散布能力的話，可以將另外的化學(xué)散布劑添加到連續(xù)液體介質(zhì)207中以使得固體 微粒209能夠均勻散布。
圖2A和2B描繪了固體微粒209在從該襯底表面除去微粒污染物時的運作過程。 施加到該第一施加化學(xué)物質(zhì)的連續(xù)液體介質(zhì)207的向下的力使得固體微粒209能夠進入該 襯底表面上的微粒污染物115的相互作用范圍內(nèi)。該相互作用范圍可以被描述為與該污染 物直接接觸或者足夠接近而與該污染物相互作用。該向下的力使得固體微粒209與微粒污 染物能夠相互作用。不相溶元件的液滴可幫助固體微粒209和微粒污染物115之間的相互 作用，如圖2A中所示。該交互作用足以克服將微粒污染物115保持到該襯底表面的粘著力 并從襯底100的表面釋放該微粒污染物。當固體微粒209離開該襯底表面時，被釋放的微 粒污染物115與固體微粒209 —起離開該襯底表面，從而基本上除去微粒污染物115，如圖 2B中所示。應(yīng)該注意，施加到固體微粒209上的向下的力還足以克服微粒污染物115和固 體微粒209之間可能存在的任何排斥力以便能夠有效地除去微粒污染物115。在一個實施 方式中，第一不相溶液體207是極性溶劑而第二不相溶液體211是非極性溶劑。在另一個實 施方式中，第一不相溶液體207是非極性溶劑而第二不相溶液體211是極性溶劑。對于有 關(guān)該第一施加化學(xué)物質(zhì)的確定、成分和施加的更多信息，可以參考申請?zhí)枮?1/374，154，申 請日為 2006 年 2 月 3 日，名稱為“CLEANING COMPOUND AND METHOD AND SYSTEM FOR USING THE CLEANING COMPOUND”，轉(zhuǎn)讓給朗姆研究公司(本申請的受讓人)的美國專利申請。該多個施加化學(xué)物質(zhì)進一步包括第二施加化學(xué)物質(zhì)，其被施加到該襯底表面以基 本上除去存在的任何聚合物殘留。有助于除去聚合物殘留的化學(xué)品包括有機溶劑，有機溶 劑會穿透該聚合物殘留并使該聚合物殘留膨脹。然后固體微粒209能與膨脹的聚合物殘留 相互作用從而克服該殘留和該表面之間的粘著力而除去該殘留。用于此目的的共同的有機 溶劑包括異丙醇、丙酮、醋酸丁酯、乙二醇、甲醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙二醇單甲醚醋 酸鹽、二甲基甲酰胺、二甲基醋酸鹽、二甲亞砜、環(huán)己基吡咯烷酮(CHP)等等。在一個實施方式中，該第二施加化學(xué)物質(zhì)被與該第一施加化學(xué)物質(zhì)混合而該結(jié)合 的混合物被同時施加到該襯底表面從而該微粒和聚合物殘留污染物同時被從該襯底表面 基本上除去。在此實施方式中，該第二施加化學(xué)物質(zhì)的濕法清潔化學(xué)物質(zhì)被與該第一施加 化學(xué)物質(zhì)的連續(xù)液體介質(zhì)(第二不相溶液體和固體微粒散布于其中)混合起來，而該混合 物被施加于該襯底表面以基本上除去微粒污染物和殘余聚合物殘留污染物。除了該第一和第二施加化學(xué)物質(zhì)外，該多個施加化學(xué)物質(zhì)還包括第三施加化學(xué)物 質(zhì)以在清潔操作過程中從該襯底表面選擇性地除去受損的低k電介質(zhì)膜層。該第三施加化 學(xué)物質(zhì)是根據(jù)與該襯底100的表面有關(guān)的工藝參數(shù)確定的，該襯底100的表面包括毗鄰特 征125的受損低k電介質(zhì)膜層135的特征點。該工藝參數(shù)還可包括在該受損低k電介質(zhì)膜 層上方和/或下方形成的一個或更多膜層(比如蝕刻停止層、硬掩模層、光刻膠層等等)的 特征點，其也需要被除去以維持特征125的輪廓。受損低k電介質(zhì)膜層135和相關(guān)膜層的 特征點可包括膜層的類型、該膜層的成分、受損材料的厚度、待除去的相關(guān)膜層的厚度、形 成特征的區(qū)域中該膜層的溫度等。這些工藝參數(shù)在各個襯底之間可能不同。將確定的第三 施加化學(xué)物質(zhì)以可控方式施加以將受損低k電介質(zhì)膜層135以最佳方式暴露于該第三施加 化學(xué)物質(zhì)，從而將它們從襯底100的表面基本上除去，同時保持剩余的低k電介質(zhì)材料110 的低k電介質(zhì)特性。圖3A和3B描繪了在除去受損低k電介質(zhì)膜層之前和之后該襯底表面上的形成 特征的區(qū)域的橫截面示意圖。如圖3A所示，特征125是透過低k電介質(zhì)材料110、透過附
9加的膜層(比如蝕刻停止層120、光刻膠層118)并在襯底100的表面上形成的金屬層上方 (比如銅互連層150)形成的。在該特征的蝕刻和蝕刻劑的后續(xù)清潔過程中，該特征周圍的 區(qū)域被損害。該特征周圍的受損的低k電介質(zhì)膜層135可能是由于因為過多地暴露于剝離 化學(xué)品或其它制造化學(xué)品而帶來的碳的耗盡。該第三施加化學(xué)物質(zhì)的可控施加選擇性地除 去該特征周圍的受損低k電介質(zhì)膜層從而保持該特征的功能性。該第三施加化學(xué)物質(zhì)的 可控施加還除去受損低k電介質(zhì)膜層上方或下方的其它膜層的部分以便該特征的輪廓得 以保持，如圖3B中所示。對于有關(guān)該第三施加化學(xué)物質(zhì)的確定和施加的更多信息，可以參 考申請?zhí)枮?1/644，779，申請日為2006年12月21日，名稱為“METHOD OF DAMAGED LOff-K DIELECTRIC FILM LAYER REMOVAL”，轉(zhuǎn)讓給朗姆研究公司(本申請的受讓人)的美國專利 申請°該第三施加化學(xué)物質(zhì)與該第一和第二施加化學(xué)物質(zhì)一起被施加于該襯底表面以 便增強該污染物除去工藝。在一個實施方式中，通過與該第一施加化學(xué)物質(zhì)結(jié)合而同時施 加該第三施加化學(xué)物質(zhì)以將受損低k電介質(zhì)膜層與微粒污染物一起有效除去。在此實施方 式中，該第三施加化學(xué)物質(zhì)與該第一施加化學(xué)物質(zhì)的連續(xù)液體介質(zhì)結(jié)合起來而該混合物被 施加于該襯底表面以便在微粒除去工藝過程中選擇性地除去受損低k電介質(zhì)膜層。該第二 施加化學(xué)物質(zhì)的施加可以在該第一和第三施加化學(xué)物質(zhì)的施加之前或之后。在另一個實施方式中，通過與該第二施加化學(xué)物質(zhì)結(jié)合并施加到該襯底表面而同 時施加該第三施加化學(xué)物質(zhì)。在此實施方式中，該第三施加化學(xué)物質(zhì)被與該第二施加化學(xué) 物質(zhì)的濕法清潔化學(xué)物質(zhì)混合起來，而結(jié)合后的化學(xué)物質(zhì)被施加于該襯底表面。該第一施 加化學(xué)物質(zhì)可以在該結(jié)合后的第二和第三施加化學(xué)物質(zhì)之前或之后施加到該襯底表面。在另一個實施方式中，該第三施加化學(xué)物質(zhì)在施加該第一和第二施加化學(xué)物質(zhì)之 后被相繼施加從而受損的低k電介質(zhì)膜層與該微粒和聚合物殘留污染物一起被選擇性地 除去。在又一個實施方式中，該第三施加化學(xué)物質(zhì)與該第一施加化學(xué)物質(zhì)和該第二施加化 學(xué)物質(zhì)的混合物結(jié)合起來。結(jié)合后的混合物被施加到該襯底表面以增強該清潔操作。在此 實施方式中，該第三施加化學(xué)物質(zhì)與該第一施加化學(xué)物質(zhì)的連續(xù)液體介質(zhì)和該第二施加化 學(xué)物質(zhì)的濕法清潔化學(xué)物質(zhì)的混合物混合起來。結(jié)合后的混合物被施加于該襯底表面以 有效地除去該污染物和該受損低k電介質(zhì)膜層。隨著目前特征尺寸減小而密度增加的趨勢，從特征周圍的區(qū)域中除去受損低k電 介質(zhì)膜材料被證明是非常有挑戰(zhàn)性的。當前的除去受損材料的方法有可能損害毗鄰受損低 k電介質(zhì)膜層的現(xiàn)有特征或會導(dǎo)致對低k電介質(zhì)材料110的附加損害是非常有趣可能的。 因此，需要尋找恢復(fù)受損低k電介質(zhì)膜層的低k特性從而保存該特征的功能性的替代方式。 到了這一階段，用于選擇性地修復(fù)受損低k電介質(zhì)膜層135的第四施加化學(xué)物質(zhì)被包括到 該多個施加化學(xué)物質(zhì)中以恢復(fù)受損低k電介質(zhì)膜層135的低k特性從而修復(fù)后的低k電介 質(zhì)膜層呈現(xiàn)出低k電介質(zhì)材料110的明顯等效的特性。該第四施加化學(xué)物質(zhì)包括具有碳氫 基團的氣體化學(xué)物質(zhì)。通過可控施加以便受損的低k電介質(zhì)膜層充分暴露于該氣體化學(xué)物 質(zhì)而將該氣體化學(xué)物質(zhì)的碳氫基團中的碳引入該襯底上碳耗盡的低k電介質(zhì)膜層，從而基 本上修復(fù)受損的低k電介質(zhì)膜層。對于有關(guān)用于修復(fù)受損低k電介質(zhì)膜層的第四施加化學(xué) 物質(zhì)的確定和施加的更多信息，可以參考申請?zhí)枮?1/708,916，申請日為2007年2月20 日，名稱為“METHOD OF LOff-K DIELECTRIC FILM REPAIR”，被轉(zhuǎn)讓給朗姆研究公司(本申請
10的受讓人)的美國專利申請。在一個實施方式中，該第四施加化學(xué)物質(zhì)被與該第一和第二施加化學(xué)物質(zhì)集成起 來以通過基本上除去微粒和聚合物殘留污染物同時基本上修復(fù)該特征周圍的受損低k電 介質(zhì)膜層以增強該清潔操作。通過用包括該第四施加化學(xué)物質(zhì)的施加化學(xué)物質(zhì)的混合物仔 細處理該襯底表面，該特征的功能性和該低k電介質(zhì)材料的特性得以保存。在本發(fā)明的一個實施方式中，該第一、第二和第四施加化學(xué)物質(zhì)被連續(xù)施加到該 襯底表面。該第一、第二和第四化學(xué)物質(zhì)的施加順序不重要，只要這三種施加化學(xué)物質(zhì)被 施加以能夠基本上除去污染物，同時基本上修復(fù)受損的低k電介質(zhì)膜層。在另一個實施方 式中，該第四施加化學(xué)物質(zhì)與該第一和第二施加化學(xué)物質(zhì)混合起來，而結(jié)合后的混合物被 同時施加到該襯底表面以提供以最優(yōu)方式清潔的襯底。除了上面列出的施加化學(xué)物質(zhì)之外，金屬鈍化化學(xué)物質(zhì)(比如苯并三唑(BTA))形 式的第五施加化學(xué)物質(zhì)也被包括到該多個施加化學(xué)物質(zhì)中以抑制該襯底上形成的金屬層 的氧化。在制造操作過程中形成銅金屬層以對下面的特征(比如晶體管)提供互連能力。 然而，在金屬沉積之后，該銅表面被暴露于制造工藝中的周圍環(huán)境中，這可能導(dǎo)致銅表面的 銹蝕。銹蝕會導(dǎo)致到下面的器件的不可靠的連接能力，并因此導(dǎo)致無法工作的IC器件。銹 蝕的問題可以通過向暴露的銅表面施加金屬鈍化化學(xué)品或腐蝕抑制劑(比如BTA)而減少。 該金屬鈍化化學(xué)品可以被添加到該多個施加化學(xué)物質(zhì)的任一個中以阻止金屬薄膜在濕法 清潔工藝過程中被氧化。在本發(fā)明的一個實施方式中，該金屬鈍化化學(xué)品可以與該第一、第二、第三或第四 施加化學(xué)物質(zhì)相結(jié)合并在清潔操作過程中施加到該襯底表面以保護暴露的銅金屬層。通過 在該清潔工藝過程中向該襯底表面施加該金屬鈍化化學(xué)品，暴露的金屬薄膜的損害和/或 蝕刻被最小化，同時阻止了濕法處理工藝之后該金屬薄膜的氧化。該多個施加化學(xué)物質(zhì)不限于上面提到的施加化學(xué)物質(zhì)，而是可以延伸到包括可用 于進一步清潔該襯底表面的任何雜質(zhì)和/或損害以便帶來的表面是基本上清潔的而且其 上的期間是完全能夠發(fā)揮功能的其它施加化學(xué)物質(zhì)。在蝕刻后(post-etch)操作之后施加 該上述施加化學(xué)物質(zhì)以基本上序貫或同時清潔該污染物并修復(fù)/除去受損低k電介質(zhì)材 料。下面的表格中顯示了已經(jīng)呈現(xiàn)出滿意結(jié)果的多個施加化學(xué)物質(zhì)、它們的成分和施加條 件。表A 在處理電介質(zhì)表面上使用的化學(xué)品的分類和描述
權(quán)利要求
一種用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，包含確定與該襯底表面有關(guān)的多個工藝參數(shù)，該工藝參數(shù)限定待清潔的襯底表面的特性、待除去的污染物的特性、在該襯底上形成的特征的特性以及在該襯底表面上形成特征的該蝕刻操作中使用的化學(xué)品的特征，其中該污染物包括微粒污染物和蝕刻后聚合物殘留污染物；根據(jù)與該襯底有關(guān)的該多個工藝參數(shù)確定多個施加化學(xué)物質(zhì)，該多個施加化學(xué)物質(zhì)包括，具有第一不相溶液體與第二不相溶液體結(jié)合起來的乳劑的第一施加化學(xué)物質(zhì)，該第二不相溶液體形成多個散布于該第一不相溶液體內(nèi)的液滴，該乳劑進一步包括分布于該第一不相溶液體內(nèi)的固體微粒；具有被配置為基本上清潔該襯底表面的濕法清潔化學(xué)物質(zhì)的第二施加化學(xué)物質(zhì)；將該多個施加化學(xué)物質(zhì)施加到該襯底表面，從而該多個施加化學(xué)物質(zhì)的施加通過從該襯底表面上基本上除去該微粒和聚合物殘留污染物同時保留形成的特征的特性以及該襯底的低k電介質(zhì)材料的特性而增強該清潔工藝，其中該特征是穿過該低k電介質(zhì)材料形成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中該第一施加化 學(xué)物質(zhì)被配置為從該襯底表面基本上除去微粒污染物，包括微量金屬污染物、有機污染物、 光刻膠碎片、來自襯底處理設(shè)備的污染物以及來自襯底背面的微粒污染物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中該第二施加化 學(xué)物質(zhì)被配置為從該襯底表面基本上除去蝕刻后聚合物殘留污染物，其中該蝕刻后聚合物 殘留污染物包括用于前端工序(FEOL)的蝕刻后聚合物殘留、用于沒有硬掩模情況下的后 端工序(BEOL)的蝕刻后聚合物、側(cè)壁聚合物、用于在銅表面上沒有金屬硬掩模的情況下的 BEOL的蝕刻后聚合物以及用于有金屬硬掩模的情況下的BEOL的蝕刻后聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中施加該多個施 加化學(xué)物質(zhì)包括，使用法向力施加該第一施加化學(xué)物質(zhì)從而該固體微粒被帶入與該污染物能夠相互作 用的范圍內(nèi)以基本上與該污染物相互作用并從該襯底表面除去該污染物；施加該第二施加化學(xué)物質(zhì)從而該第二施加化學(xué)物質(zhì)的濕法清潔化學(xué)物質(zhì)被施加以基 本上除去該蝕刻操作留下的蝕刻后聚合物殘留。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中該多個施加化 學(xué)物質(zhì)的施加是通過可控機構(gòu)完成的，該可控機構(gòu)被配置為根據(jù)與該襯底有關(guān)的該工藝參 數(shù)控制施加過程中該多個施加化學(xué)物質(zhì)的一個或更多個特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中施加該多個施 加化學(xué)物質(zhì)包括序貫施加該第一施加化學(xué)物質(zhì)和該第二施加化學(xué)物質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中施加該多個施 加化學(xué)物質(zhì)包括同時施加該第一施加化學(xué)物質(zhì)和該第二施加化學(xué)物質(zhì)，該同時施加包括使用法向力將該第一施加化學(xué)物質(zhì)和該第二施加化學(xué)物質(zhì)的混合物施加到該襯底表 面從而該第一施加化學(xué)物質(zhì)的固體微粒被帶入與該微粒污染物能夠相互作用的范圍以基 本上除去該微粒污染物和該蝕刻操作留下的聚合物殘留污染物。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中該第一施加化 學(xué)物質(zhì)的該第一不相溶液體是極性溶劑且其中該第二不相溶液體是非極性溶劑，或該第一 不相溶液體是非極性溶劑且其中該第二不相溶液體是極性溶劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中該多個施加化 學(xué)物質(zhì)進一步包括第三施加化學(xué)物質(zhì)，該第三施加化學(xué)物質(zhì)被配置為從該襯底表面上形成 的該低k電介質(zhì)材料中基本上除去受損低k電介質(zhì)膜層，該第三施加化學(xué)物質(zhì)的選擇基于 與該襯底表面上的該受損低k電介質(zhì)膜層有關(guān)的工藝參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中施加該多個 施加化學(xué)物質(zhì)包括與該第一施加化學(xué)物質(zhì)和該第二施加化學(xué)物質(zhì)序貫地施加該第三施加 化學(xué)物質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中施加該多個 施加化學(xué)物質(zhì)包括連同該第一施加化學(xué)物質(zhì)和該第二施加化學(xué)物質(zhì)同時施加該第三施加 化學(xué)物質(zhì)，該第三施加化學(xué)物質(zhì)的施加是通過將該第三施加化學(xué)物質(zhì)與該第一施加化學(xué)物 質(zhì)或第二施加化學(xué)物質(zhì)之一結(jié)合起來進行的。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中該多個施加 化學(xué)物質(zhì)進一步包括第四施加化學(xué)物質(zhì)，該第四施加化學(xué)物質(zhì)被配置為修復(fù)該低k電介質(zhì) 材料中的受損電介質(zhì)膜層，其中該特征是穿過該低k電介質(zhì)材料形成的，該第四施加化學(xué) 物質(zhì)包括具有基本上修復(fù)該受損電介質(zhì)膜層的碳氫基團的修復(fù)化學(xué)物質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中施加該多個 施加化學(xué)物質(zhì)進一步包括施加該修復(fù)化學(xué)物質(zhì)從而該低k電介質(zhì)材料中的該受損電介質(zhì) 膜層被充分暴露于該修復(fù)化學(xué)物質(zhì)以基本上修復(fù)該電介質(zhì)膜層，該修復(fù)電介質(zhì)膜層基本上 呈現(xiàn)出該低k電介質(zhì)材料的等效低k特性。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中施加該多個 施加化學(xué)物質(zhì)進一步包括與該第一和第二施加化學(xué)物質(zhì)序貫向該襯底表面施加該第四施 加化學(xué)物質(zhì)或通過與第一施加化學(xué)物質(zhì)或第二施加化學(xué)物質(zhì)之一結(jié)合而與該第一和第二 施加化學(xué)物質(zhì)同時向該襯底表面施加該第四施加化學(xué)物質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中該多個施加 化學(xué)物質(zhì)進一步包括第五施加化學(xué)物質(zhì)，該第五施加化學(xué)物質(zhì)被配置為增強在該襯底上形 成的金屬層的鈍化以基本上減少對該金屬層的損害。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中施加該多個 施加化學(xué)物質(zhì)進一步包括與該第一和該第二施加化學(xué)物質(zhì)序貫向該襯底表面施加該第五 施加化學(xué)物質(zhì)，或通過將該第五施加化學(xué)物質(zhì)與該第一施加化學(xué)物質(zhì)或第二施加化學(xué)物 質(zhì)結(jié)合而與該第一和該第二施加化學(xué)物質(zhì)同時向該襯底表面施加該第五施加化學(xué)物質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法，其中該多個工藝 參數(shù)包括在該襯底表面上形成的一種或更多種類型的低k材料、形成的特征的類型、該特 征的縱橫比、使用的蝕刻化學(xué)品的類型、蝕刻化學(xué)品的濃度、蝕刻化學(xué)品的溫度、蝕刻化學(xué) 品的壓強、對該低k材料的損害的量、在該襯底表面上形成的層的類型和性質(zhì)。
18.一種用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的系統(tǒng)，包含被配置為接收、支撐和傳送該襯底的襯底支撐裝置；以及具有多個被配置為向該襯底表面輸送和除去多個施加化學(xué)物質(zhì)的進口端口和出口端 口的化學(xué)品輸送機構(gòu)，其中在清潔過程中適當?shù)氖┘踊瘜W(xué)物質(zhì)基本上與微粒和聚合物殘留 污染物相互作用并將該微粒和聚合物殘留污染物有效地從該襯底表面除去，同時保持特征 的功能性和圍繞該襯底表面上的該特征形成的低k電介質(zhì)材料的低k特性。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進一步包 括多個儲液槽和多個真空端口，其中該多個儲液槽被配置為通過適當?shù)倪M口端口向該襯底 表面供應(yīng)適當?shù)氖┘踊瘜W(xué)物質(zhì)，該多個真空端口被配置為通過相應(yīng)的出口端口除去該施加 化學(xué)物質(zhì)、該污染物和在該清潔過程中釋放的受損低k電介質(zhì)膜層。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)進一 步包括控制機構(gòu)以控制該多個化學(xué)物質(zhì)中的每一個到該襯底表面的輸送以實現(xiàn)對該襯底 表面的最佳清潔而不對在該襯底上形成的該特征和材料造成損害。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的系統(tǒng)，進一步包括被配 置為提供力的力輸送機構(gòu)，該力具有到該襯底表面的該施加化學(xué)物質(zhì)的法向分量，從而該 施加化學(xué)物質(zhì)的各部分被帶入與污染物能夠相互作用的范圍內(nèi)以基本上與該污染物相互 作用并從該襯底表面除去該污染物而不對該襯底表面造成損害。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的系統(tǒng)，進一步包括以能 夠通訊的方式連接到該化學(xué)品輸送機構(gòu)的計算系統(tǒng)以向該襯底表面施加適當量的該多個 施加化學(xué)物質(zhì)以進行有效清潔。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的系統(tǒng)，其中該化學(xué)輸送 機構(gòu)進一步包括一個或更多個臨近頭，該臨近頭被配置為向該襯底表面提供足量的一個或 更多個液態(tài)和氣態(tài)化學(xué)物質(zhì)作為彎液面以有效進行最優(yōu)清潔。
全文摘要
一種用于在蝕刻操作后清潔襯底表面的方法和系統(tǒng)包括確定與該襯底表面有關(guān)的多個工藝參數(shù)。該工藝參數(shù)限定與該襯底表面有關(guān)的特性比如待清潔的襯底表面、待除去的污染物、在該襯底上形成的特征以及在制造操作中使用的化學(xué)品。根據(jù)該工藝參數(shù)確定多個施加化學(xué)物質(zhì)。該多個施加化學(xué)物質(zhì)包括具有第一不相溶液體與第二不相溶液體結(jié)合起來并有分布于該第一不相溶液體中的固體微粒的乳劑的第一施加化學(xué)物質(zhì)。包括該第一施加化學(xué)物質(zhì)的該多個施加化學(xué)物質(zhì)被施加到該襯底表面從而通過從該襯底表面基本上除去該微粒和聚合物殘留污染物同時保持該特征和該低k電介質(zhì)材料(特征通過該材料形成)的特性而增強該清潔工藝。
文檔編號H01L21/31GK101971297SQ200980109375
公開日2011年2月9日 申請日期2009年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者尹秀敏, 朱吉, 約翰·M·德拉里奧斯, 馬克·威爾考克森 申請人:朗姆研究公司