CN102136410B

CN102136410B - 用于半导体工艺腔的清洁方法

Info

Publication number: CN102136410B
Application number: CN 201010102419
Authority: CN
Inventors: 孙武; 张海洋; 黄怡
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp; Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2030-01-27
Also published as: CN102136410A

Abstract

本发明提供一种用于半导体工艺腔的清洁方法，所述工艺腔中设置有用于限制清扫气体冲吹位置的限制环，所述方法包括：a)多个连续的无晶圆自动清洁工序，其中在每一工序中改变限制环的位置并冲吹清扫气体；以及b)在所述工艺腔中冲吹氩气。本发明可以有效清除腔室中残留的颗粒，使之维持在较低的可接受水平。本发明无需象传统改变硬件的方案那样追加额外成本，也不会因为工序的改变而对生产率有任何不利影响。

Description

用于半导体工艺腔的清洁方法

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，尤其涉及无晶圆自动清洗工艺清洁工艺。

背景技术

半导体集成电路技术的发展对互连技术提出了新的需求，互连集成技术在近期和远期发展中将面临一系列技术和物理限制的挑战。随着半导体器件尺寸的不断收缩，互连结构也变得越来越窄，从而导致了越来越高的互连电阻。铜借助其优异的导电性，现已成为集成电路技术领域中互连集成技术的解决方案之一，铜互连技术已广泛应用于90nm及65nm技术节点的工艺中。

在铜互连工艺中，由于金属连线之间的空间在逐渐缩小，因此用于隔离金属连线之间的中间绝缘层(IMD)也变得越来越薄，这样会导致金属连线之间可能会发生不利的相互作用或串扰。现已发现，降低用于隔离金属连线层的中间绝缘层的介电常数(k)，可以有效地降低这种串扰。低k值中间绝缘层带来的另一个好处是是可以有效降低互连的电阻电容(RC)延迟。因此，在90nm、65nm甚至45nm设计规则的应用中，超低k材料现在已越来越广泛地应用于铜互连工艺中作为隔离金属铜的中间绝缘层。

对于含低k介电材料的微结构进行清洗时，首先要求清洗介质可以很容易进入微结构内部，而且不会造成低k介电材料的破坏。二氧化碳(CO₂)具有价廉、易得、无毒、不易燃、无污染和易循环使用等特点，相应地，CO₂光阻剥离工艺也已被应用来取代传统的O₂剥离工艺，以便降低低k损失。

然而，CO₂光阻剥离的一个副效应是富含碳的生成物，比如聚合物，在工艺腔中形成残余物。这些残余物不能采用传统的后清洁工艺加以去除，这导致较大的颗粒数和高缺陷率。在现有技术中使用的传统后清洁工艺是引入无晶圆自动清洗工艺(WAC，Waferless Auto Clean)。WAC工艺是一种在晶片工艺结束并传送出工艺腔后进行的清洗工艺，目的旨在减少工艺腔体内的残余物(如聚合物)以减少残余物导致的腔室记忆效应并降低缺陷率。在WAC工艺中，常用等离子源的方式通入O₂，SF₆，CF₄等不会产生残留聚合物且化学活性强的气体作为清扫气体，在用于清洁腔室的同时也清洁了静电吸盘。图1示出了WAC工艺所采用的无晶圆自动干蚀刻清洗机100的示意性结构图。如图1所示，无晶圆自动干蚀刻清洗机100包括等离子体源101，用于激发并释放用于清扫的等离子体气体102，如氧气等；限制环103，用于限制等离子体气体102在腔室中位置；以及静电吸盘104。采用现有的WAC工艺进行清洗的示例性参数如下表1所示：

表1示例性WAC工艺参数表

在表1所示的WAC参数中，气压维持在500mTorr(1Torr≈133.322帕斯卡)，频率为27MHz的射频功率为500瓦，通入的清扫氧气量为2000sccm，限制环的位置为固定的，工序持续时间为约30秒。

上述大颗粒数目问题的一种现有技术解决方案是增加无晶圆自动清洗的时间和强度。然而，WAC时间和强度的增加会缩短静电吸盘的寿命。另一种现有技术的解决方案是增加维护的频度，但这会影响工具的生产率。

因此，在本领域中需要一种廉价有效的解决CO₂光阻剥离产生的颗粒问题的方法。

发明内容

在本发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于半导体工艺腔的清洁方法，所述工艺腔中设置有用于限制清扫气体冲吹位置的限制环，所述方法包括：a)多个连续的无晶圆自动清洁工序，其中在每一工序中改变限制环的位置并冲吹清扫气体；以及b)在所述工艺腔中冲吹氩气。

根据本发明的一个方面，在所述步骤a)中的清扫气体是氧气。

根据本发明的另一个方面，在所述步骤a)中的清扫气体流速为500-2000sccm。

根据本发明的另一个方面，在所述步骤a)中的每个工序中压力的数值范围为200-800mT。

根据本发明的另一个方面，在所述步骤a)中的每个工序中的射频功率为300-700瓦。

根据本发明的另一个方面，在所述步骤a)中的每个工序的操作时间为10-30秒。

根据本发明的另一个方面，在所述步骤b)中的氩气流速大于800sccm。

根据本发明的另一个方面，所述步骤a)中的限制环的位置按照彼此间距大致相同的方式设定。

根据本发明的另一个方面，所述工艺腔用于对低k值介电层的半导体器件进行二氧化碳光阻剥离工序或氧气光阻剥离工序。

本发明可以有效清除腔室中残留的颗粒，使之维持在较低的可接受水平。本发明无需象传统改变硬件的方案那样追加额外成本，也不会因为工序的改变而对生产率有任何不利影响。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中：

图1示出了WAC工艺所采用的无晶圆自动干蚀刻清洗机的示意性结构图；

图2是根据本发明的一个优选实施例的无晶圆自动干蚀刻清洗方法；

图3是采用本发明的清洁方法与现有技术中的常规清洁方法进行对比的实验结果；

图4a和4b是示意性示出由于采用本发明的清洁方法导致晶圆的关键尺寸(CD)随时间变化的情况。

图5是采用本发明的清洁方法导致工艺腔中大颗粒杂质的变化情况。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

表2是根据本发明的一个优选实施例的工艺腔(例如，蚀刻腔)的清洁方法的工序参数示意图表。

表2优选实施例的WAC工艺参数表

表2所示的该清洁方法适用于采用超低k值介电层的半导体器件的蚀刻腔的清洁，大致分为两个阶段，即WAC阶段和氩气(Ar)冲吹阶段。

WAC阶段包括三个连续的无晶圆自动清洁工序。在这三个工序中，气压维持在500mT，频率为27MHz的射频功率为500瓦，通入的氧气流速为2000sccm。每个工序的不同之处在于限制环的位置。如图2所示，沿图2所示的箭头方向移动限制环103，使得限制环103在三个工序中处于不同的位置，在这里示意性分别为标注800、500和350，大致按照彼此间距相同的方式设定。每个工序的持续时间均为10秒。

由于限制环位置的改变，WAC阶段实现了等离子体对腔室侧壁的“扫描”式清扫。由此，堆积在腔室中不同部位，比如侧壁、下电极的颗粒被有效地清除。与图1和表1的现有的静态WAC清洁方法相比，本实施例通过改变了限制环的位置带来了显著的清洁效果。下文将对此进行详述。

氩气冲吹阶段则是消除氧的记忆效应。在该阶段，通过氩气的冲吹，将WAC阶段残留在腔室中的氧气吹走。由于在前一WAC阶段中限制环一旦移动，氧等离子体就会泄露到腔室中，并且吸附在腔的壁上。残留在腔室中的氧会导致下一批晶圆的蚀刻后检查的特征尺寸(AEI CD)变大。

需要指出的是，在WAC阶段中，WAC工序数是可变的，可以多于3次，此时限制环的位置需要做相应的调整以便取得更好的清洁效果。此外，限制环CFR的位置也可以连续变化，因而没有必要严格地区分该WAC阶段究竟有多少个WAC工序。限制环位置连续变动可以是从上到下或者从下到上

在WAC工序中，压力的大小是可变的。压力大，有助于加快对侧壁上残留的颗粒进行清除；压力小可以使下电极的颗粒清除更为彻底。在一个例子中，压力的数值范围在200-800mT。

此外，在WAC工序中，射频频率27MHz的驱动射频信号的功率在300-700瓦为宜，功率越高，等离子体的密度越大。当然，也可同时施加射频频率为2MHz的射频信号，通过加偏压的方式提高等离子体轰击的速度，在一定程度上改善了均匀度。

在WAC工序中，氧气量在500-2000sccm为宜。

每个WAC工序的操作时间可以在10-30秒。

氩气冲吹工序中氩气量可以大于800sccm(每秒立方厘米)，优选大于1000sccm。

根据本发明的上述实施例可以有效清除腔室中残留的颗粒，使颗粒数维持在较低的可接受水平。本发明无需现有技术中增加或改变硬件的方案那样追加额外成本，也不会因为工序的改变而对生产率有任何不利影响。

图3是采用本发明的清洁方法与现有技术中的常规清洁方法进行对比的实验结果。该实验按时间顺序提取了从某一年的11月1日起到第二年的3月15日起对蚀刻腔中的颗粒数进行统计的数据。从图中可以看到，从11月1日到11月29日的一个月中，颗粒数较低，没有明显的起伏。自11月29日-12月31日的一个月中，由于已在蚀刻腔中进行了多次CO₂剥离光刻胶的工艺，因此导致残留在工艺腔中的颗粒数显著增加，即便定期采取常规性维护，也无法有效消除使之回复到低水平。从12月31日-3月15日的两个半月中，采用了根据本发明的清洁方法，有效地清除了颗粒，并使得颗粒水平一直维持在较低的水平。

图4a和4b是示意性示出由于采用本发明的清洁方法导致晶圆的关键尺寸(CD)随时间变化的情况。如图4a所示，从1月17开始，可以观察到一些CD明显变大，这是由于此时并未采用本发明的清洁方法，而工艺腔中积累了大量颗粒导致的。而如图4b所示，从3月21日开始采用本发明的清洁方法，可以观察到CD指标明显变小，且趋于稳定。这是由于氩气冲吹驱走了残留在腔室中的氧的缘故。

图5是由于采用本发明的清洁方法导致工艺腔中大颗粒杂质的变化情况示意图。由图可见，在3月24日起，由于采用了本发明的清洁方法大颗粒数显著下降，几乎变为零。

需要指出，虽然前文结合超低k值介电层的半导体器件采用二氧化碳光阻剥离的工序对本发明进行了描述，但是本发明同样适用于采用低k值介电层的半导体器件实施氧气光阻剥离工序之后的清洁工作。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种用于半导体工艺腔的清洁方法，所述工艺腔中设置有用于限制清扫气体冲吹位置的限制环，所述方法包括：

a）多个连续的无晶圆自动清洁工序，其中在每一工序中改变限制环的位置并冲吹清扫气体,其中，所述限制环的位置按照彼此间距大致相同的方式设定，以实现等离子体对腔室侧壁的扫描式清扫；以及

b）在所述工艺腔中冲吹氩气。

2.如权利要求1所述的清洁方法，其特征在于在所述步骤a）中清扫的气体是氧气。

3.如权利要求1或2所述的清洁方法，其特征在于在所述步骤a）中清扫气体的流速为500-2000sccm。

4.如权利要求1所述的清洁方法，其特征在于在所述步骤a）中每个工序中压力的数值范围为200-800mT。

5.如权利要求1所述的清洁方法，其特征在于在所述步骤a）中每个工序的射频功率为300-700瓦。

6.如权利要求1所述的清洁方法，其特征在于在所述步骤a）中每个工序的操作时间为10-30秒。

7.如权利要求1所述的清洁方法，其特征在于所述步骤b）中氩气的流速大于800sccm。

8.如权利要求1所述的清洁方法，其特征在于所述工艺腔用于对低k值介电层的半导体器件进行二氧化碳光阻剥离工序。

9.如权利要求1所述的清洁方法，其特征在于所述工艺腔用于对低k值介电层的半导体器件进行氧气光阻剥离工序。