CN104916576A - 铝互连层的工艺方法、清洗腔室及等离子体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的铝互连层的工艺方法、清洗腔室及等离子体加工设备，其包括以下步骤：铝刻蚀步骤，利用刻蚀气体刻蚀晶片的铝金属层，刻蚀气体包括氯气；氯气去除步骤，利用碱性溶液去除晶片表面上残留的氯气，之后借助吹扫气体风干晶片表面的残液。本发明提供的铝互连层的工艺方法，其在室温环境下即可实现去除晶片表面上残留的氯气，从而不仅可以避免高温环境会对晶片上的器件产生不良热影响，而且可以简化工艺流程和设备结构，进而可以提高工艺效率和设备的制造成本。

Description

铝互连层的工艺方法、清洗腔室及等离子体加工设备
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种铝互连层的工艺方法、清洗腔室及等离子体加工设备。
背景技术
随着微电子加工技术的迅速发展，用户对产品的质量要求也越来越高，这就促使企业不断改进生产设备及工艺以满足新的市场需求。作为一种重要的微电子加工技术，半导体集成电路产业正在以惊人的速度不断更新。其中，对于集成电路中金属互连层的加工是一项非常关键的技术，现阶段，虽然铜互连层的应用逐渐增加，而铝互连层的应用逐渐减少，但是，由于铝互连层能够与后续的封装测试工艺相匹配，因此，铝互连层还将长期存在。
铝金属刻蚀工艺是加工铝互连层的制程中的一个必不可少的环节，其通常采用干法刻蚀的方法进行工艺，主要包括两个步骤，即：铝氧化层去除步骤和铝刻蚀步骤。在进行铝刻蚀步骤中，通常使用氯气作为刻蚀气体刻蚀铝金属，这在完成铝刻蚀步骤之后会出现铝的自发腐蚀现象，即：产生氯气与铝反应生成的氯化铝，氯化铝会在大气中的水蒸气的作用下反应生成氯化氢，而氯化氢又会与铝反应生成氯化铝的循环反应。铝的自发腐蚀现象会导致刻蚀图形产生缺陷，从而降低了芯片的良品率。
为此，人们通常在铝金属刻蚀工艺中增设去除残留氯气的步骤。具体地，图1为现有的一种铝金属刻蚀工艺的流程示意图。如图1所示，将晶片自装卸腔室输送至刻蚀腔室，以进行铝刻蚀步骤；在完成铝刻蚀步骤之后，将晶片输送至清洗腔室，以进行氯气去除步骤，即：利用氧气微波等离子体与光刻胶反应生成二氧化碳和水，由于氯气溶于水，故水等离子体（水蒸汽）能够将残留的氯气去除，另外，为了防止水冷凝，需要将反应温度控制在250～300℃左右。在完成氯气去除步骤之后，将晶片输送至冷却腔室，以将晶片冷却至室温。
上述铝金属刻蚀工艺在实际应用中不可避免地存在以下问题：
其一，由于上述铝金属刻蚀工艺在完成去除残留氯气的步骤之后，还需进行晶片冷却步骤，工艺流程较复杂，从而降低了工艺效率。
其二，由于利用氧气微波等离子体去除残留的氯气不仅需要在去除氯气的清洗腔室上增设加热装置，而且还需要增设冷却腔室，导致等离子体加工设备的结构复杂，从而提高了等离子体加工设备的制造成本。
其三，由于在进行去除残留氯气的步骤的过程中，需要将反应温度控制在250～300℃左右，高温环境会对晶片上的器件产生不良热影响，导致晶片质量下降。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了铝互连层的工艺方法、清洗腔室及等离子体加工设备，其在室温环境下即可实现去除晶片表面上残留的氯气，从而不仅可以避免高温环境会对晶片上的器件产生不良热影响，而且可以简化工艺流程和设备结构，进而可以提高工艺效率和设备的制造成本。
为实现本发明的目的而提供一种铝互连层的工艺方法，包括以下步骤：
铝刻蚀步骤，利用刻蚀气体刻蚀晶片的铝金属层，所述刻蚀气体包括氯气；
氯气去除步骤，利用碱性溶液去除晶片表面上残留的氯气，之后借助吹扫气体风干晶片表面的残液。
其中，在所述氯气去除步骤中，使晶片旋转，同时按预定运动先后朝向晶片表面喷淋所述碱性溶液和所述吹扫气体；其中，所述预定运动为在晶片中心与边缘之间，且沿晶片表面的径向作直线往复运动。
优选的，喷淋所述碱性溶液的流速为1～5ml/s。
优选的，所述吹扫气体的流量为150～250sccm。
优选的，所述晶片的旋转速度为500～800转/分。
优选的，在所述预定运动中，完成在晶片中心与边缘之间的单次直线运动的时间为25～35s。
优选的，所述吹扫气体包括氮气。
本发明还提供一种清洗腔室，用于去除晶片表面上残留的氯气，其包括固定装置、进气装置和排气装置，其中所述固定装置设置在所述清洗腔室内，用以将晶片固定在其上；所述进气装置用于先后朝向所述清洗腔室内的晶片表面输送碱性溶液和吹扫气体；所述排气装置用于排出所述清洗腔室内的气体和液体。
其中，本发明提供的清洗腔室还包括旋转驱动装置，用以驱动所述固定装置及固定在其上的晶片旋转；所述进气装置包括复合喷嘴、喷嘴驱动机构、碱液源和吹扫气源，其中，所述复合喷嘴的进气端分别与所述碱液源和吹扫气源连接，所述复合喷嘴的出气端延伸至所述清洗腔室内的固定装置上方；所述碱液源和所述吹扫气源在所述旋转驱动装置驱动晶片旋转的同时，先后经由所述复合喷嘴朝向晶片表面提供碱性溶液和吹扫气体；所述喷嘴驱动机构用于在所述旋转驱动装置驱动晶片旋转的同时，驱动所述复合喷嘴的出气端在晶片中心与边缘之间，且沿晶片表面的径向作直线往复运动。
其中，所述复合喷嘴包括第一喷嘴和第二喷嘴，其中所述第一喷嘴的进气端与所述碱液源连接，所述第一喷嘴的出气端延伸至所述清洗腔室内的固定装置上方；所述第二喷嘴的进气端与所述吹扫气源连接，所述第二喷嘴的出气端延伸至所述清洗腔室内的固定装置上方，并且所述第二喷嘴的出气端的数量为多个，且环绕所述第二喷嘴的出气端设置。
优选的，所述固定装置采用真空吸附的方式固定所述晶片。
本发明还提供一种等离子体加工设备，包括刻蚀腔室、清洗腔室、传输腔室和装卸腔室，其中，所述刻蚀腔室用于利用刻蚀气体刻蚀晶片的铝金属层，所述刻蚀气体包括氯气；所述清洗腔室用于去除晶片表面上残留的氯气；所述装卸腔室用于装载或卸载晶片；所述传输腔室分别与所述刻蚀腔室、清洗腔室和装卸腔室连通，且在所述传输腔室内设置有机械手，用以在三者之间传输晶片，所述清洗腔室采用了本发明提供的上述清洗腔室。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的铝互连层的工艺方法，其在利用包含有氯气的刻蚀气体刻蚀晶片的铝金属层之后，通过利用碱性溶液去除晶片表面上残留的氯气，即，通过利用碱性溶液与氯气进行中和反应而去除氯气，之后借助吹扫气体风干晶片表面的残液，可以在室温环境下去除晶片表面上残留的氯气，这与现有技术中利用氧气微波等离子体去除氯气的方式相比，无需加热和冷却晶片，因而无需增设加热装置和冷却腔室，从而不仅可以避免高温环境会对晶片上的器件产生不良热影响，而且可以简化工艺流程和设备结构，进而可以提高工艺效率和设备的制造成本。
本发明提供的清洗腔室，其通过借助进气装置先后朝向清洗腔室内的固定在固定装置上的晶片表面输送碱性溶液和吹扫气体，即，通过利用碱性溶液与氯气进行中和反应而去除氯气之后，利用吹扫气体风干晶片表面的残液，可以在室温环境下去除晶片表面上残留的氯气，这与现有技术中利用氧气微波等离子体去除氯气的方式相比，无需增设加热装置和冷却腔室，从而不仅可以避免高温环境会对晶片上的器件产生不良热影响，而且可以简化工艺流程和设备结构，进而可以提高工艺效率和设备的制造成本。
本发明提供的等离子体加工设备，其通过采用本发明提供的清洗腔室，不仅可以避免高温环境会对晶片上的器件产生不良热影响，而且可以简化工艺流程和设备结构，从而可以提高工艺效率和设备的制造成本。
附图说明
图1为现有的一种铝金属刻蚀工艺的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的铝互连层的工艺方法的流程框图；
图3为本发明实施例提供的清洗腔室的结构示意图；
图4A为图3中进气装置的进气端的剖视图；
图4B为图3中进气装置的进气端的仰视图；以及
图5为采用本发明实施例提供的等离子体加工设备进行铝金属刻蚀工艺的流程示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的Ⅲ族化合物衬底的刻蚀方法进行详细描述。
图2为本发明实施例提供的铝互连层的工艺方法的流程框图。请一并参阅图2，该工艺方法包括下步骤：
铝刻蚀步骤，利用刻蚀气体刻蚀晶片的铝金属层，该刻蚀气体包括氯气；
氯气去除步骤，利用碱性溶液去除晶片表面上残留的氯气，之后借助吹扫气体风干晶片表面的残液。
在氯气去除步骤中，通过利用碱性溶液去除晶片表面上残留的氯气，即，通过利用碱性溶液与氯气进行中和反应而去除氯气，之后借助吹扫气体风干晶片表面的残液，可以在室温环境下去除晶片表面上残留的氯气，这与现有技术中利用氧气微波等离子体去除氯气的方式相比，无需加热和冷却晶片，因而无需增设加热装置和冷却腔室，从而不仅可以避免高温环境会对晶片上的器件产生不良热影响，而且可以简化工艺流程和设备结构，进而可以提高工艺效率和设备的制造成本。
在本实施例中，氯气去除步骤可以采用下述方式去除晶片表面上残留的氯气，即：使晶片旋转，同时按预定运动先后朝向晶片表面喷淋碱性溶液和吹扫气体，即，先朝向晶片表面喷淋碱性溶液，直至彻底去除晶片表面上残留的氯气；之后朝向晶片表面喷淋吹扫气体，以风干晶片表面的残液。其中，上述预定运动为：在晶片中心与边缘之间，且沿晶片表面的径向作直线往复运动。通过使晶片的旋转运动与喷淋碱性溶液或吹扫气体的直线往复运动相结合，可以使喷淋运动的轨迹覆盖整个晶片表面，从而可以均匀且彻底地去除晶片表面上残留的氯气。
在本实施例中，碱性溶液包括氨水、含有预定比例的氨水的混合溶液（例如，氨水比例占15%的混合溶液）或者其他能够与氯气发生中和反应的溶液；吹扫气体包括氮气；喷淋碱性溶液的流速为1～5ml/s，优选地，为2ml/s；吹扫气体的流量为150～250sccm，优选地，为200sccm；晶片的旋转速度为500～800转/分，优选地，为700转/分；在上述预定运动中，完成在晶片中心与边缘之间的单次直线运动的时间为25～35s，优选地，为30s。
需要说明的是，在本实施例中，采用使晶片的旋转运动与喷淋碱性溶液或吹扫气体的直线往复运动相结合的喷淋方式去除晶片表面上残留的氯气，但是本发明并不局限于此，在实际应用中，也可以采用使晶片静止不动，并沿晶片表面的周向作旋转运动的喷淋方式，或者，还可以在喷淋面积能够覆盖晶片表面的前提下，采用晶片和喷淋运动均静止不动的喷淋方式，只要能够将碱性溶液或吹扫气体喷淋至整个晶片表面即可。
作为另一个技术方案，图3为本发明实施例提供的清洗腔室的结构示意图。请参阅图3，清洗腔室10用于去除晶片表面上残留的氯气，其包括固定装置11、进气装置12、排气装置13和旋转驱动装置14，其中，固定装置11设置在清洗腔室10内，用以将晶片15固定在其上，固定装置11可以采用诸如真空吸附、静电吸附或机械固定的方式固定晶片15；进气装置12用于先后朝向清洗腔室10内的晶片15表面输送碱性溶液和吹扫气体，即，先朝向晶片15表面输送碱性溶液，以使其与氯气进行中和反应，直至彻底去除晶片15表面上残留的氯气；之后朝向晶片15表面输送吹扫气体，以风干晶片15表面的残液；排气装置13用于排出清洗腔室10内的气体和液体。在实际应用中，碱性溶液包括氨水、含有预定比例的氨水的混合溶液（例如，氨水比例占15%的混合溶液）或者其他能够与氯气发生中和反应的溶液；吹扫气体包括氮气。
通过借助进气装置12先后朝向晶片15表面输送碱性溶液和吹扫气体，可以在室温环境下去除晶片15表面上残留的氯气，这与现有技术中利用氧气微波等离子体去除氯气的方式相比，无需增设加热装置和冷却腔室，从而不仅可以避免高温环境会对晶片上的器件产生不良热影响，而且可以简化工艺流程和设备结构，进而可以提高工艺效率和设备的制造成本。
在本实施例中，采用使晶片15的旋转运动与进气装置12的直线往复运动相结合的方式去除晶片15表面上残留的氯气。具体地，旋转驱动装置14用于驱动固定装置11及固定在其上的晶片15旋转。而且，进气装置12的具体结构如图3、4A和4B所示，其包括复合喷嘴121、喷嘴驱动机构（图中未示出）、碱液源122和吹扫气源123，其中，复合喷嘴121包括第一喷嘴1211和第二喷嘴1212，其中，第一喷嘴1211的进气端与碱液源122连接，第一喷嘴1211的出气端延伸至清洗腔室10内的固定装置上方；第二喷嘴1212的进气端与吹扫气源123连接，第二喷嘴1212的出气端延伸至清洗腔室10内的固定装置11上方，并且，在本实施例中，第一喷嘴1211与第二喷嘴1212采用一体成型的结构，即：第二喷嘴1212的出气端的数量为多个，且环绕第二喷嘴1211的出气端设置，例如，第二喷嘴1212的出气端有两个，且分别设置在第一喷嘴1211的两侧。
碱液源122用于在旋转驱动装置14驱动晶片15旋转的同时，经由第一喷嘴1211朝向晶片15表面提供碱性溶液；吹扫气源123用于在旋转驱动装置14驱动晶片15旋转的同时，经由第二喷嘴1212朝向晶片15表面提供吹扫气体；喷嘴驱动机构用于在旋转驱动装置14驱动晶片15旋转的同时，驱动第一喷嘴1211和第二喷嘴1212的出气端在晶片15中心与边缘之间，且沿晶片15表面的径向作直线往复运动，从而可以使第一喷嘴1211和第二喷嘴1212的出气端的轨迹覆盖整个晶片15表面，进而可以均匀且彻底地去除晶片15表面上残留的氯气。
下面对去除晶片表面上残留的氯气的过程进行详细描述。具体地，将晶片15传输至清洗腔室10内的固定装置11上；固定装置11将晶片15固定在其上；旋转驱动装置14驱动固定装置11及固定在其上的晶片15旋转，并且喷嘴驱动机构驱动第一喷嘴1211和第二喷嘴1212的出气端在晶片15中心与边缘之间，且沿晶片15表面的径向作直线往复运动，与此同时，碱液源122经由第一喷嘴1211朝向晶片15表面提供碱性溶液；待晶片15表面上残留的氯气被彻底去除，碱液源122关闭；吹扫气源123，经由第二喷嘴1212朝向晶片15表面提供吹扫气体；待晶片15表面的残液被风干，吹扫气源123关闭；旋转驱动装置14停止驱动固定装置11旋转；将晶片15自固定装置11移出清洗腔室10。
需要说明的是，在本实施例中，第一喷嘴1211与第二喷嘴1212采用一体成型的结构，此时无论是由第一喷嘴1211喷淋碱性溶液，还是由第二喷嘴1212喷淋吹扫气体，喷嘴驱动机构始终驱动第一喷嘴1211与第二喷嘴1212的出气端同时运动。但是本发明并不局限于此，在实际应用中，第一喷嘴1211与第二喷嘴1212也可以采用相互独立的分体式结构，在这种情况下，喷嘴驱动机构可在由第一喷嘴1211喷淋碱性溶液时，仅驱动第一喷嘴1211的出气端运动，在由第二喷嘴1212喷淋吹扫气体时，仅驱动第二喷嘴1212的出气端运动。
作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种等离子体加工设备，其包括刻蚀腔室、清洗腔室、传输腔室和装卸腔室，其中，刻蚀腔室用于利用刻蚀气体刻蚀晶片的铝金属层，刻蚀气体包括氯气；清洗腔室用于去除晶片表面上残留的氯气，其采用了本发明实施例提供的上述清洗腔室；装卸腔室用于装载或卸载晶片；传输腔室分别与刻蚀腔室、清洗腔室和装卸腔室连通，且在传输腔室内设置有机械手，用以在三者之间传输晶片。
图5为采用本发明实施例提供的等离子体加工设备进行铝金属刻蚀工艺的流程示意图。请参阅图5，在进行铝金属刻蚀工艺的过程中，借助机械手将晶片自装卸腔室输送至刻蚀腔室，以进行铝刻蚀步骤；在完成铝刻蚀步骤之后，借助机械手将晶片输送至清洗腔室，以进行氯气去除步骤；在完成氯气去除步骤之后，借助机械手将晶片输送至装卸腔室，以卸载晶片。
本发明实施例提供的等离子体加工设备与现有的等离子体加工设备相比，省去了加热装置和冷却腔室，从而不仅可以避免高温环境会对晶片上的器件产生不良热影响，而且可以简化工艺流程和设备结构，进而可以提高工艺效率和设备的制造成本。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种铝互连层的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
铝刻蚀步骤，利用刻蚀气体刻蚀晶片的铝金属层，所述刻蚀气体包括氯气；
氯气去除步骤，利用碱性溶液去除晶片表面上残留的氯气，之后借助吹扫气体风干晶片表面的残液。
2.如权利要求1所述的铝互连层的工艺方法，其特征在于，在所述氯气去除步骤中，使晶片旋转，同时按预定运动先后朝向晶片表面喷淋所述碱性溶液和所述吹扫气体；
其中，所述预定运动为在晶片中心与边缘之间，且沿晶片表面的径向作直线往复运动。
3.如权利要求2所述的铝互连层的工艺方法，其特征在于，喷淋所述碱性溶液的流速为1～5ml/s。
4.如权利要求2所述的铝互连层的工艺方法，其特征在于，所述吹扫气体的流量为150～250sccm。
5.如权利要求2所述的铝互连层的工艺方法，其特征在于，所述晶片的旋转速度为500～800转/分。
6.如权利要求2所述的铝互连层的工艺方法，其特征在于，在所述预定运动中，完成在晶片中心与边缘之间的单次直线运动的时间为25～35s。
7.如权利要求1所述的铝互连层的工艺方法，其特征在于，所述吹扫气体包括氮气。
8.一种清洗腔室，用于去除晶片表面上残留的氯气，其特征在于，包括固定装置、进气装置和排气装置，其中
所述固定装置设置在所述清洗腔室内，用以将晶片固定在其上；
所述进气装置用于先后朝向所述清洗腔室内的晶片表面输送碱性溶液和吹扫气体；
所述排气装置用于排出所述清洗腔室内的气体和液体。
9.如权利要求8所述的清洗腔室，其特征在于，还包括旋转驱动装置，用以驱动所述固定装置及固定在其上的晶片旋转；
所述进气装置包括复合喷嘴、喷嘴驱动机构、碱液源和吹扫气源，其中，
所述复合喷嘴的进气端分别与所述碱液源和吹扫气源连接，所述复合喷嘴的出气端延伸至所述清洗腔室内的固定装置上方；
所述碱液源和所述吹扫气源在所述旋转驱动装置驱动晶片旋转的同时，先后经由所述复合喷嘴朝向晶片表面提供碱性溶液和吹扫气体；
所述喷嘴驱动机构用于在所述旋转驱动装置驱动晶片旋转的同时，驱动所述复合喷嘴的出气端在晶片中心与边缘之间，且沿晶片表面的径向作直线往复运动。
10.如权利要求9所述的清洗腔室，其特征在于，所述复合喷嘴包括第一喷嘴和第二喷嘴，其中
所述第一喷嘴的进气端与所述碱液源连接，所述第一喷嘴的出气端延伸至所述清洗腔室内的固定装置上方；
所述第二喷嘴的进气端与所述吹扫气源连接，所述第二喷嘴的出气端延伸至所述清洗腔室内的固定装置上方，并且所述第二喷嘴的出气端的数量为多个，且环绕所述第二喷嘴的出气端设置。
11.如权利要求9所述的清洗腔室，其特征在于，所述固定装置采用真空吸附的方式固定所述晶片。
12.一种等离子体加工设备，包括刻蚀腔室、清洗腔室、传输腔室和装卸腔室，其中，所述刻蚀腔室用于利用刻蚀气体刻蚀晶片的铝金属层，所述刻蚀气体包括氯气；所述清洗腔室用于去除晶片表面上残留的氯气；所述装卸腔室用于装载或卸载晶片；所述传输腔室分别与所述刻蚀腔室、清洗腔室和装卸腔室连通，且在所述传输腔室内设置有机械手，用以在三者之间传输晶片，其特征在于，
所述清洗腔室采用了权利要求8-11任意一项所述的清洗腔室。
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