CN106298446B - 用于清洁等离子体处理室和衬底的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种用于清洁等离子体处理室的方法。方法包括将有机气体引入等离子体处理室。有机气体包括具有碳和氢的有机化合物。方法包括通过激发有机气体来生成有机等离子体。有机等离子体与等离子体处理室的内部表面上方的金属化合物残余物反应,以使金属化合物残余物挥发成为气态金属化合物。方法包括从等离子体处理室中去除气态金属化合物。本发明的实施例还涉及用于清洁等离子体处理室和衬底的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于清洁等离子体处理室和衬底的方法。
背景技术
半导体集成电路(IC)工业已经经历了快速增长。在IC材料和设计中的技术进步已经产生了数代IC。每一代IC都比上一代IC具有更小和更复杂的电路。然而,这些进步增大了处理和制造IC的复杂度。
在IC演进过程中,功能密度(即,每芯片面积中的互连器件的数量)已经普遍增加,同时几何尺寸(即,可使用制造工艺创建的最小组件(或线))已经减小。这种规模缩小工艺通常通过增加产量效率和降低相关成本来提供益处。
然而,由于部件尺寸不断减小,制造工艺不断地变得更难以执行。因此,形成尺寸越来越小的可靠的半导体器件是个挑战。
发明内容
为了解决现有技术中的问题,根据本发明的一些实施例,提供了一种用于清洁等离子体处理室的方法,包括:将有机气体引入等离子体处理室,其中,所述有机气体包括具有碳和氢的有机化合物;通过激发所述有机气体来生成有机等离子体,其中,所述有机等离子体与所述等离子体处理室的内部表面上方的金属化合物残余物反应,以使所述金属化合物残余物挥发成为气态金属化合物;以及从所述等离子体处理室中去除所述气态金属化合物。
根据本发明的另一些实施例,提供了一种用于清洁等离子体处理室的方法,包括:将有机气体引入等离子体处理室;通过激发所述有机气体来生成有机等离子体,其中,所述有机等离子体与所述等离子体处理室的内部表面上方的金属化合物残余物反应,以使所述金属化合物残余物挥发成为气态金属化合物;从所述等离子体处理室中去除所述气态金属化合物;将含氧原子气体引入所述等离子体处理室;通过激发所述含氧原子气体来生成含氧原子等离子体,其中,所述含氧原子等离子体与所述内部表面上方的有机化合物残余物反应,以使所述有机化合物残余物挥发成为气态碳化合物;以及从所述等离子体处理室中去除所述气态碳化合物。
在上述用于清洁等离子体处理室的方法中,其中,所述含氧原子气体包括氧、一氧化碳或二氧化碳。
在上述用于清洁等离子体处理室的方法中,还包括:将含氟气体引入所述等离子体处理室;通过激发所述含氟气体来生成含氟等离子体,其中,所述含氟等离子体与所述内部表面上方的含硅残余物反应,以使所述含硅残余物挥发成为气态硅化合物;以及从所述等离子体处理室中去除所述气态硅化合物。
根据本发明的又一些实施例,提供了一种用于清洁衬底的方法,包括:提供衬底,其中,金属化合物残余物形成在所述衬底上方;以及将所述衬底暴露于有机等离子体,以使所述金属化合物残余物挥发。
附图说明
当结合附图进行阅读时,根据下面详细的描述可以最佳地理解本发明的各方面。应该注意,根据工业中的标准实践,各个部件未按比例绘制。实际上,为了清楚的讨论,各种部件的尺寸可以被任意地增加或减少。
图1A至图1C是根据一些实施例的用于清洁等离子体处理室的工艺的各个阶段的截面图。
图2是根据一些实施例的用于清洁等离子体处理室的工艺的阶段的截面图。
图3A至图3C是根据一些实施例的用于清洁等离子体处理室的工艺的各个阶段的截面图。
图4A至图4B是根据一些实施例的用于清洁等离子体处理室的工艺的各个阶段的截面图。
图5A至图5C是根据一些实施例的用于清洁等离子体处理室的工艺的各个阶段的截面图。
图6A至图6C是根据一些实施例的用于清洁等离子体处理室的工艺的各个阶段的截面图。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多不同实施例或实例,用于实现所提供主题的不同特征。以下将描述组件和布置的特定实例以简化本发明。当然,这些仅是实例并且不意欲限制本发明。例如,在以下描述中,在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例,也可以包括形成在第一部件和第二部件之间的额外部件使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。另外,本发明可以在各个实例中重复参考标号和/或字符。这种重复是为了简化和清楚的目的,并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
此外,为了便于描述,本文中可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除图中所示的方位之外,空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同的方位。装置可以以其它方式定向(旋转90度或在其他方位上),并且在本文中使用的空间相对描述符可同样地作相应地解释。应该理解,可以在方法之前、期间和之后提供额外的操作,并且对于方法的其他实施例,可以代替或消除描述的一些操作。
图1A至图1C是根据一些实施例的用于清洁等离子体处理室的工艺的各个阶段的截面图。如图1A所示,根据一些实施例,提供等离子体处理装置100。根据一些实施例,等离子体处理装置100包括壳体110、上部电极板120和下部电极底座130。
如图1A所示,根据一些实施例,等离子体处理室110a位于壳体110中。根据一些实施例,上部电极板120和下部电极底座130位于等离子体处理室110a中。根据一些实施例,上部电极板120位于下部电极底座130上方。根据一些实施例,上部电极板120包括气体淋浴板。
根据一些实施例,壳体110具有气体入口112。在一些实施例中,等离子体处理装置100还包括气体供应管道142和处理气体供应源144。根据一些实施例,气体供应管道142通过气体入口112将处理气体供应源144连接至上部电极板120。根据一些实施例,将处理气体供应源144配置为通过气体供应管道142将处理气体供应至处理室110a中。
根据一些实施例,将上部电极板120配置为通过上部电极板120的气孔来控制处理气体的流动。根据一些实施例,还将上部电极板120配置为用作等离子体工艺中的上部电极。上部电极板120包括导电材料。例如,上部电极板120包括硅或石英。
根据一些实施例,将下部电极底座130配置为支撑衬底10并且在等离子体工艺期间用作下部电极。下部电极底座130可以包括静电卡盘。例如,衬底10包括晶圆。例如,晶圆包括硅晶圆。
如图1A所示,根据一些实施例,介电层20形成在衬底10上方。根据一些实施例,介电层20由合适的介电材料制成,诸如氧化硅、氮氧化硅、硼硅酸盐玻璃(BSG)、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、掺氟硅酸盐玻璃(FSG)、低k材料、多孔介电材料或它们的组合。在一些实施例中,使用CVD工艺、HDPCVD工艺、旋涂工艺、溅射工艺、其他可应用的工艺或它们的组合来形成介电层20。
如图1A所示,根据一些实施例,导电结构30形成在衬底10上方。根据一些实施例,导电结构30嵌入介电层20。导电结构30包括铜结构、铝结构、钨结构或其他合适的结构。导电结构30包括导电线、导电通孔或其他合适的导电结构。
如图1A中所示,根据一些实施例,蚀刻停止层40形成在介电层20和导电结构30上方。蚀刻停止层40包括铝化合物、钛化合物、镓化合物或铟化合物。蚀刻停止层40包括金属氮化物、金属氮氧化物或其他合适的金属化合物。
根据一些实施例,金属氮化物包括氮化铝(AlN)、氮化钛(TiN)、氮化镓(GaN)或氮化铟(InN)。根据一些实施例,金属氮氧化物包括氮氧化铝(AlON)、氮氧化钛(TiON)、氮氧化镓(GaON)或氮氧化铟(InON)。
如图1A所示,根据一些实施例,介电层50形成在蚀刻停止层40上方。根据一些实施例,介电层50由合适的介电材料制成,诸如氧化硅、氮氧化硅、硼硅酸盐玻璃(BSG)、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、掺氟硅酸盐玻璃(FSG)、低k材料、多孔介电材料或它们的组合。在一些实施例中,使用CVD工艺、HDPCVD工艺、旋涂工艺、溅射工艺、其他可应用的工艺或它们的组合来形成介电层50。
如图1A所示,根据一些实施例,掩模层60形成在介电层50上方。掩模层60包括光刻胶材料、氧化硅、氮化硅(如,Si3N4)、SiON、SiC、SiOC或它们的组合。可以通过沉积工艺(或旋涂工艺)和蚀刻工艺来形成掩模层60。沉积工艺包括化学汽相沉积(CVD)工艺、物理汽相沉积(PVD)工艺、原子层沉积(ALD)工艺或其他可应用的工艺。根据一些实施例,掩模层60具有暴露出部分介电层50的开口62。
如图1A所示,根据一些实施例,壳体110具有气体出口114。在一些实施例中,等离子体处理装置100还包括排气管道152和排气单元154。根据一些实施例,排气管道152将排气单元154连接至气体出口114。根据一些实施例,将排气单元154配置为排出等离子体处理室110a中的处理气体和气态化合物并且降低等离子体处理室110a的压力。在一些实施例中,通过排气单元154来调节等离子体处理室110a的内部压力。例如,排气单元154包括真空泵。
如图1A所示,在一些实施例中,等离子体处理装置100还包括高频电源160。高频电源160电连接至下部电极底座130。根据一些实施例,将高频电源160配置为向下部电极底座130输出高频功率(如,射频功率)。根据一些实施例,高频电源160可以利用高频放电将等离子体处理室110a中的处理气体转换为等离子体。
在一些实施例中,上部电极板120电接地。在一些其他的实施例中,上部电极板120电连接至高频电源(未示出)。在其他的实施例(未示出)中,上部电极板120电连接至高频电源,并且下部电极底座130电接地。
如图1B所示,根据一些实施例,将处理气体146a从处理气体供应源144引入至等离子体处理室110a中。根据一些实施例,处理气体146a穿过上部电极板120的气孔(未示出)并且在上部电极板120与下部电极底座130之间流动。根据一些实施例,处理气体146a包括氟,诸如NF3或CF4。根据一些实施例,处理气体146a还包括氧、氮和/或氩。
根据一些实施例,通过开启高频电源160,将高频功率施加于下部电极底座130。根据一些实施例,通过上部电极板120与下部电极底座130之间的高频放电将穿过上部电极板120的气孔的处理气体146a激发(或转换)为等离子体P1。
在一些实施例中,使用等离子体P1来执行等离子体蚀刻工艺。根据一些实施例,等离子体蚀刻工艺去除蚀刻停止层40和介电层50的位于开口62下方的部分。根据一些实施例,等离子体蚀刻工艺在介电层50中形成开口52并且在蚀刻停止层40中形成凹槽42。根据一些实施例,开口52位于凹槽42上方并且暴露出凹槽42。根据一些实施例,凹槽42未穿过蚀刻停止层40。
根据一些实施例,在等离子体蚀刻工艺期间,金属化合物残余物Rm形成在等离子体处理室110a中。根据一些实施例,从蚀刻停止层40中形成金属化合物残余物Rm。根据一些实施例,金属化合物残余物Rm是固态的。
根据一些实施例,金属化合物残余物Rm形成在(附着于)等离子体处理室110a的内部表面116、衬底10、介电层20、蚀刻停止层40、介电层50、掩模层60、上部电极板120、下部电极底座130和/或气体供应管道142上方。
根据一些实施例,金属化合物残余物Rm包括III-A族金属氟化物、III-A族金属氧化物、III-A族金属氮化物、IV-B族金属氟化物、IV-B族金属氧化物或IV-B族金属氮化物。根据一些实施例,III-A族金属氟化物包括AlF3、GaF3或InF3。
根据一些实施例,III-A族金属氧化物包括Al2O3、Ga2O3或In2O3。根据一些实施例,III-A族金属氮化物包括AlN、GaN或InN。根据一些实施例,IV-B族金属氟化物包括TiF3。根据一些实施例,IV-B族金属氧化物包括TiO2。根据一些实施例,IV-B族金属氮化物包括TiN。
根据一些实施例,由于金属化合物残余物Rm污染等离子体处理室110a,所以执行清洁工艺来清洁等离子体处理室110a。根据一些实施例,如图1B和图1C所示,清洁工艺从等离子体处理室110a中去除金属化合物残余物Rm。
根据一些实施例,清洁工艺包括将有机气体146b引入等离子体处理室110a。根据一些实施例,有机气体146b的流量在从大约5sccm(标准立方厘米每分钟)至大约500sccm的范围内。根据一些实施例,有机气体146b的流量在从大约30sccm至大约200sccm的范围内。
根据一些实施例,有机气体146b包括有机化合物。根据一些实施例,有机化合物包括碳和氢。根据一些实施例,有机化合物包括碳氢化合物或醇类化合物。根据一些实施例,碳氢化合物包括烷烃(如,CH4或C2H6)或烯烃(如,C2H4或C3H6)。根据一些实施例,碳氢化合物包括炔烃(如,C2H2)。醇类化合物包括CH3OH、C2H5OH、C3H7OH或其他合适的醇类化合物。
根据一些实施例,清洁工艺还包括将链终止(chain termination)气体146c引入等离子体处理室110a。根据一些实施例,链终止气体146c与有机气体146b混合。链终止气体146c包括氢、一氧化碳、二氧化碳、氧、它们的组合或其他合适的链终止化合物(或元素)。根据一些实施例,链终止气体146c的流量在从大约10sccm至大约1000sccm的范围内。根据一些实施例,链终止气体146c的流量在从大约50sccm至大约500sccm的范围内。
根据一些实施例,清洁工艺还包括将稀释气体146d引入等离子体处理室110a。根据一些实施例,稀释气体146d与有机气体146b和链终止气体146c混合。根据一些实施例,有机气体146b被稀释气体146d稀释。
根据一些实施例,稀释气体146d包括惰性气体或氮气(N2)。根据一些实施例,惰性气体包括氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)或氡(Rn)。根据一些实施例,稀释气体146d的流量在从大约0.01sccm至大约2000sccm的范围内。根据一些实施例,稀释气体146d的流量在从大约100sccm至大约800sccm的范围内。
根据一些实施例,清洁工艺包括通过激发有机气体146b来生成有机等离子体P2。根据一些实施例,通过在从大约200W至大约5000W的范围内的射频(RF)功率将有机气体146b激发为等离子体态。根据一些实施例,RF功率在从大约1000W至大约2000W的范围内。
根据一些实施例,在有机等离子体P2的生成期间,链终止气体146c也被激发,以终止链增长为聚合物,这防止有机等离子体P2聚合成为高分子组和沉积在内部表面116上方。
此外,根据一些实施例,在有机等离子体P2的生成期间,稀释气体146d稀释有机气体146b,这防止有机等离子体P2聚合成为高分子组和沉积在内部表面116上方。
根据一些实施例,在等离子体处理室110a中,有机等离子体P2与金属化合物残余物Rm反应,以使金属化合物残余物Rm挥发成为气态金属化合物Gm。根据一些实施例,气态金属化合物Gm是气态的。根据一些实施例,清洁工艺包括使用排气单元154将气态金属化合物Gm从等离子体处理室110a中去除。
根据一些实施例,气态金属化合物Gm包括金属有机物。根据一些实施例,金属有机物包括烷基金属化合物、烷氧基金属化合物、烷氧基烷基金属化合物或它们的组合。根据一些实施例,烷基金属化合物包括烷基铝化合物、烷基钛化合物、烷基镓化合物或烷基铟化合物或它们的组合。
根据一些实施例,烷基金属化合物包括Al(CH3)3、Al(CH2CH3)3、Al(CH2CH2CH3)3、Al(CH2CH(CH3)2)3、(CH3)2AlH、(C2H5)2AlH、(CH2CH(CH3)2)2AlH、Ga(CH3)3、Ga(C2H5)3、In(CH3)3、In(C2H5)3、Ti(CH3)4、Ti(C2H5)4、Al(CH(CH3)2)3、(CH(CH3)2)2AlH或它们的组合。
烷氧基金属化合物包括烷氧基铝化合物、烷氧基钛化合物、烷氧基镓化合物或烷氧基铟化合物等。根据一些实施例,烷氧基金属化合物包括Ti(OCH2CH3)4、Ti(OCH(CH3)2)4、Al(OCH2CH3)3、Al(OCH(CH3)2)3、Ga(OCH2CH3)3、Ga(OCH(CH3)2)3、In(OCH2CH3)3、In(OCH(CH3)2)3或它们的组合。
烷氧基烷基金属化合物包括烷氧基烷基铝化合物、烷氧基烷基钛化合物、烷氧基烷基镓化合物、烷氧基烷基铟化合物等。根据一些实施例,烷氧基烷基金属化合物包括(CH3)2AlOCH3、(CH3)2GaOCH3、(CH3)2InOCH3、CH3Ti(OCH3)3或它们的组合。
根据一些实施例,在从大约5mT(毫托)至大约1000mT的范围内的压力下执行清洁工艺。根据一些实施例,在从大约50mT至大约400mT的范围内的压力下执行清洁工艺。根据一些实施例,在从约10℃至约250℃的范围内的室温度下执行清洁工艺。根据一些实施例,在从约30℃至约80℃的范围内的室温度下执行清洁工艺。
有机等离子体P2使金属化合物残余物Rm挥发成为气态金属化合物Gm,这能够比固态金属化合物残余物Rm更容易去除。通过敞开式室清洁工艺能够去除固态金属化合物残余物Rm。因此,使用有机等离子体P2的清洁工艺在很长的持续时间段内维持等离子体处理室110a是干净的。使用有机等离子体P2的清洁工艺延长了清洁平均间隔(敞开室)时间(MTBC),因此清洁工艺提高了工艺效率、工艺产量和工艺稳定性。
根据一些实施例,有机等离子体P2使等离子体处理室110a的内部表面116、衬底10、介电层20、蚀刻停止层40、介电层50、掩模层60、上部电极板120、下部电极底座130和/或气体供应管道142上方的金属化合物残余物Rm挥发。
根据一些实施例,保持等离子体处理室110a的内部表面116、衬底10、介电层20、蚀刻停止层40、介电层50、掩模层60、上部电极板120、下部电极底座130和/或气体供应管道142是干净的,这提高了随后工艺的产量。
在一些实施例中,有机等离子体P2还使通过介电层50的开口52暴露的蚀刻停止层40挥发。因此,根据一些实施例,凹槽42穿过蚀刻停止层40并且暴露部分导电结构30。
由于含氯等离子体可能损坏导电结构30(如,铜结构)和含硅结构(如,介电层50和衬底10),所以等离子体处理室110a基本不含氯。在一些实施例中,将等离子体处理室110a一直维持为基本不含氯。因此,根据一些实施例,清洁工艺不使用含氯等离子体。
图2是根据一些实施例的用于清洁等离子体处理室的工艺的阶段的截面图。根据一些实施例,除了图2的清洁工艺是无晶圆清洁工艺之外,图2的清洁工艺与图1C的清洁工艺类似。
在一些实施例中,图2的清洁工艺还被称为无晶圆自动清洁(WAC)工艺。与图1A至图1C中的参考数字相同的参考数字所标注的元件具有与之类似的结构和材料。因此,本文将不再重复其具体描述。
根据一些实施例,在图1B的步骤之后,如图2所示,从等离子体处理室110a中去除衬底10。此后,执行图1C的清洁工艺,以从等离子体处理室110a中去除金属化合物残余物Rm。
根据一些实施例,清洁工艺包括将有机气体146b引入等离子体处理室110a。根据一些实施例,清洁工艺还包括将链终止气体146c引入等离子体处理室110a。根据一些实施例,清洁工艺还包括将稀释气体146d引入等离子体处理室110a。
根据一些实施例,清洁工艺包括通过激发有机气体146b来生成有机等离子体P2。根据一些实施例,在有机等离子体P2的生成期间,链终止气体146c也被激发,以终止链增长为聚合物,这防止有机等离子体P2聚合成为高分子组和沉积在内部表面116上方。
此外,根据一些实施例,在有机等离子体P2的生成期间,稀释气体146d稀释有机气体146b,这防止有机等离子体P2聚合成为高分子组和沉积在内部表面116上方。
如图1B和图2所示,根据一些实施例,在等离子体处理室110a中,有机等离子体P2与金属化合物残余物Rm反应,以使金属化合物残余物Rm挥发成为气态金属化合物Gm。根据一些实施例,清洁工艺包括使用排气单元154将气态金属化合物Gm从等离子体处理室110a中去除。
图3A至图3C是根据一些实施例的用于清洁等离子体处理室的工艺的各个阶段的截面图。除了图3A至图3C的清洁工艺还包括用于清洁含硅残余物的步骤之外,图3A至图3C的清洁工艺与图1A至图1C的清洁工艺类似。与图1A至图1C中的参考数字相同的参考数字所标注的元件具有与之类似的结构和材料。因此,本文将不再重复其具体描述。
在图1A的步骤之后,如图3A所示,根据一些实施例,将处理气体146a从处理气体供应源144引入等离子体处理室110a。根据一些实施例,处理气体146a穿过上部电极板120的气孔(未示出)并且在上部电极板120与下部电极底座130之间流动。根据一些实施例,处理气体146a包括氟,诸如NF3或CF4。根据一些实施例,处理气体146a还包括氧、氮和/或氩。
根据一些实施例,通过开启高频电源160,将高频功率施加于下部电极底座130。根据一些实施例,通过上部电极板120与下部电极底座130之间的高频放电将穿过上部电极板120的气孔的处理气体146a激发(或转换)为等离子体P1。
在一些实施例中,使用等离子体P1来执行等离子体蚀刻工艺。根据一些实施例,等离子体蚀刻工艺去除蚀刻停止层40和介电层50的位于开口62下方的部分。根据一些实施例,等离子体蚀刻工艺在介电层50中形成开口52并且在蚀刻停止层40中形成凹槽42。根据一些实施例,开口52位于凹槽42上方并且暴露出凹槽42。根据一些实施例,凹槽42未穿过蚀刻停止层40。
根据一些实施例,在等离子体蚀刻工艺期间,金属化合物残余物Rm和含硅残余物Rs形成在等离子体处理室110a中。根据一些实施例,从蚀刻停止层40中形成金属化合物残余物Rm。根据一些实施例,从介电层50中形成含硅残余物Rs。根据一些实施例,金属化合物残余物Rm和含硅残余物Rs是固态的。
根据一些实施例,金属化合物残余物Rm和含硅残余物Rs形成在(附着于)等离子体处理室110a的内部表面116、衬底10、介电层20、蚀刻停止层40、介电层50、掩模层60、上部电极板120、下部电极底座130和/或气体供应管道142上方。
根据一些实施例,由于金属化合物残余物Rm和含硅残余物Rs污染等离子体处理室110a,所以执行清洁工艺,以从等离子体处理室110a中去除金属化合物残余物Rm和含硅残余物Rs。
如图3B所示,根据一些实施例,清洁工艺包括将有机气体146b引入等离子体处理室110a。根据一些实施例,清洁工艺还包括将链终止气体146c和/或稀释气体146d引入等离子体处理室110a。根据一些实施例,链终止气体146c和稀释气体146d与有机气体146b混合。根据一些实施例,有机气体146b被稀释气体146d稀释。
根据一些实施例,清洁工艺包括通过激发有机气体146b来生成有机等离子体P2。根据一些实施例,在有机等离子体P2的生成期间,还激发链终止气体146c,以终止链增长为聚合物。
根据一些实施例,在等离子体处理室110a中,有机等离子体P2与金属化合物残余物Rm反应,以使金属化合物残余物Rm挥发成为气态金属化合物Gm。根据一些实施例,清洁工艺包括使用排气单元154将气态金属化合物Gm从等离子体处理室110a中去除。
如图3C所示,根据一些实施例,清洁工艺包括将含氟气体310引入等离子体处理室110a。根据一些实施例,含氟气体310穿过上部电极板120并且在上部电极板120与下部电极底座130之间流动。根据一些实施例,含氟气体310包括氟。根据一些实施例,含氟气体310包括NF3、CF4、C4F6或C4F8。
根据一些实施例,清洁工艺还包括将稀释气体146d引入等离子体处理室110a。根据一些实施例,稀释气体146d与含氟气体310混合。根据一些实施例,含氟气体310被稀释气体146d稀释。根据一些实施例,清洁工艺包括通过激发含氟气体310来生成含氟等离子体P3。
根据一些实施例,在等离子体处理室110a中,含氟等离子体P3与含硅残余物Rs反应,以使含硅残余物Rs挥发成为气态硅化合物Gs。根据一些实施例,气态硅化合物Gs包括SiF4。根据一些实施例,清洁工艺包括使用排气单元154将气态硅化合物Gs从等离子体处理室110a中去除。
在一些其他的实施例中,改变有机等离子体P2和含氟等离子体P3的形成顺序。就是说,根据一些实施例,首先可以形成含氟等离子体P3来去除含硅残余物Rs,其次可以形成有机等离子体P2来去除金属化合物残余物Rm。
含氟等离子体P3使含硅残余物Rs挥发成为气态硅化合物Gs,这能够比固态含硅残余物Rs更容易去除。因此,使用含氟等离子体P3的清洁工艺在很长的时间段内维持等离子体处理室110a是干净的。使用含氟等离子体P3的清洁工艺延长了清洁平均间隔(敞开室)时间(MTBC),因此清洁工艺提高了工艺效率和工艺产量。
根据一些实施例,含氟等离子体P3使等离子体处理室110a的内部表面116、衬底10、介电层20、蚀刻停止层40、介电层50、掩模层60、上部电极板120、下部电极底座130和/或气体供应管道142上方的含硅残余物Rs挥发。
因此,根据一些实施例,保持等离子体处理室110a的内部表面116、衬底10、介电层20、蚀刻停止层40、介电层50、掩模层60、上部电极板120、下部电极底座130和气体供应管道142是干净的,这提高了随后工艺的产量。
图4A至图4B是根据一些实施例的用于清洁等离子体处理室的工艺的各个阶段的截面图。根据一些实施例,除了图4A至图4B的清洁工艺是无晶圆清洁工艺之外,图4A至图4B的清洁工艺与图3B至图3C的清洁工艺类似。
在一些实施例中,图4A至图4B的清洁工艺还被称为无晶圆自动清洁(WAC)工艺。与图3A至图3C中的参考数字相同的参考数字所标注的元件具有与之类似的结构和材料。因此,本文将不再重复其具体描述。
根据一些实施例,在图3A的步骤之后,如图4A所示,从等离子体处理室110a中去除衬底10。此后,如图4A所示,根据一些实施例,执行图3B的清洁工艺,以从等离子体处理室110a中去除金属化合物残余物Rm。此后,如图4B所示,根据一些实施例,执行图3C的清洁工艺,以从等离子体处理室110a中去除含硅残余物Rs。
图5A至图5C是根据一些实施例的用于清洁等离子体处理室的工艺的各个阶段的截面图。除了图5A至图5C的清洁工艺还包括用于清洁有机化合物残余物的步骤之外,图5A至图5C的清洁工艺与图3A至图3C的清洁工艺类似。与图1A至图1C和图3A至图3C中的参考数字相同的参考数字所标注的元件具有与之类似的结构和材料。因此,本文将不再重复其具体描述。
根据一些实施例,在图3A至图3B的步骤之后,如图5A所示,有机化合物残余物Rc形成在等离子体处理室110a中。根据一些实施例,有机化合物残余物Rc形成在等离子体处理室110a的内部表面116、衬底10、介电层20、蚀刻停止层40、介电层50、掩模层60、上部电极板120、下部电极底座130和/或气体供应管道142上方。根据一些实施例,由于有机等离子体P2的聚合而形成有机化合物残余物Rc。
如图5B所示,根据一些实施例,清洁工艺包括将含氧原子气体510引入等离子体处理室110a。根据一些实施例,含氧原子气体510包括氧、一氧化碳或二氧化碳。根据一些实施例,清洁工艺还包括将稀释气体146d引入等离子体处理室110a。根据一些实施例,稀释气体146d与含氧原子气体510混合。根据一些实施例,含氧原子气体510被稀释气体146d稀释。
根据一些实施例,清洁工艺包括通过激发含氧原子气体510来生成含氧原子等离子体P4。根据一些实施例,在等离子体处理室110a中,含氧原子等离子体P4与有机化合物残余物Rc反应,以使有机化合物残余物Rc挥发成为气态碳化合物Gc。根据一些实施例,清洁工艺包括使用排气单元154将气态碳化合物Gc从等离子体处理室110a中去除。
如图5C所示,根据一些实施例,清洁工艺包括将含氟气体310引入等离子体处理室110a。根据一些实施例,清洁工艺还包括将稀释气体146d引入等离子体处理室110a。根据一些实施例,清洁工艺包括通过激发含氟气体310来生成含氟等离子体P3。
根据一些实施例,在等离子体处理室110a中,含氟等离子体P3与含硅残余物Rs反应,以使含硅残余物Rs挥发成为气态硅化合物Gs。根据一些实施例,清洁工艺包括使用排气单元154将气态硅化合物Gs从等离子体处理室110a中去除。
在一些其他的实施例中,改变有机等离子体P2、含氧原子等离子体P4和含氟等离子体P3的形成顺序。例如,首先可以形成含氟等离子体P3来去除含硅残余物Rs,其次可以形成有机等离子体P2来去除金属化合物残余物Rm(如图3A所示),以及然后可以形成含氧原子等离子体P4来去除有机化合物残余物Rc。
有机等离子体P2、含氧原子等离子体P4和含氟等离子体P3的形成顺序可以根据含硅残余物Rs、有机化合物残余物Rc和金属化合物残余物Rm的堆叠顺序而变化。例如,如果金属化合物残余物Rm覆盖含硅残余物Rs,则有机等离子体P2早于含氟等离子体P3形成。
图6A至图6C是根据一些实施例的用于清洁等离子体处理室的工艺的各个阶段的截面图。根据一些实施例,除了图6A至图6C的清洁工艺是无晶圆清洁工艺之外,图6A至图6C的清洁工艺与图3B和图5A至图5C的清洁工艺类似。
在一些实施例中,图6A至图6C的清洁工艺还被称为无晶圆自动清洁(WAC)工艺。与图3B和图5A至图5C中的参考数字相同的参考数字所标注的元件具有与之类似的结构和材料。因此,本文将不再重复其具体描述。
根据一些实施例,在图3A的步骤之后,如图6A所示,从等离子体处理室110a中去除衬底10。此后,如图6A所示,根据一些实施例,执行图3B和图5A的工艺,以从等离子体处理室110a中去除金属化合物残余物Rm。
如图6B所示,根据一些实施例,执行图5B的清洁工艺,以从等离子体处理室110a中去除有机化合物残余物Rc。如图6C所示,根据一些实施例,执行图5C的清洁工艺,以从等离子体处理室110a中去除含硅残余物Rs。
根据一些实施例,提供用于清洁等离子体处理室和衬底的方法。方法(用于清洁等离子体处理室和衬底)使用有机等离子体,以使等离子体处理室中的金属化合物残余物挥发,从而去除金属化合物残余物。因此,方法在很长的时间段内维持等离子体处理室是干净的。方法延长了清洁平均间隔(敞开室)时间,因此清洁工艺提高了工艺效率和工艺产量。
根据一些实施例,提供用于清洁等离子体处理室的方法。方法包括将有机气体引入等离子体处理室。有机气体包括具有碳和氢的有机化合物。方法包括通过激发有机气体来生成有机等离子体。在等离子体处理室的内部表面上方,有机等离子体与金属化合物残余物反应,以使金属化合物残余物挥发成为气态金属化合物。方法包括从等离子体处理室中去除气态金属化合物。
根据一些实施例,提供用于清洁等离子体处理室的方法。方法包括将有机气体引入等离子体处理室。方法包括通过激发有机气体来生成有机等离子体。在等离子体处理室的内部表面上方,有机等离子体与金属化合物残余物反应,以使金属化合物残余物挥发成为气态金属化合物。方法包括从等离子体处理室中去除气态金属化合物。方法包括将含氧原子气体引入等离子体处理室。方法包括通过激发含氧原子气体来生成含氧原子等离子体。在内部表面上方,含氧原子等离子体与有机化合物残余物反应,以使有机化合物残余物挥发成为气态碳化合物。方法包括从等离子体处理室中去除气态碳化合物。
根据一些实施例,提供用于清洁衬底的方法。方法包括提供衬底。金属化合物残余物形成在衬底上方。方法包括将衬底暴露于有机等离子体,以使金属化合物残余物挥发。
上面论述了若干实施例的部件,使得本领域普通技术人员可以更好地理解本发明的各个方面。本领域普通技术人员应该理解,可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他用于达到与这里所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的工艺和结构。本领域普通技术人员也应该意识到,这种等效构造并不背离本发明的精神和范围,并且在不背离本发明的精神和范围的情况下,可以进行多种变化、替换以及改变。
为了解决现有技术中的问题,根据本发明的一些实施例,提供了一种用于清洁等离子体处理室的方法,包括:将有机气体引入等离子体处理室,其中,所述有机气体包括具有碳和氢的有机化合物;通过激发所述有机气体来生成有机等离子体,其中,所述有机等离子体与所述等离子体处理室的内部表面上方的金属化合物残余物反应,以使所述金属化合物残余物挥发成为气态金属化合物;以及从所述等离子体处理室中去除所述气态金属化合物。
在上述用于清洁等离子体处理室的方法中,还包括:在生成所述有机等离子体之前,将链终止气体引入所述等离子体处理室,其中,所述链终止气体与所述有机气体混合,并且所述链终止气体包括氢、一氧化碳、二氧化碳、氧或它们的组合。
在上述用于清洁等离子体处理室的方法中,其中,所述金属化合物残余物包括III-A族金属氟化物、III-A族金属氧化物、III-A族金属氮化物、IV-B族金属氟化物、IV-B族金属氧化物或IV-B族金属氮化物。
在上述用于清洁等离子体处理室的方法中,其中,所述气态金属化合物包括金属有机物。
在上述用于清洁等离子体处理室的方法中,其中,所述有机化合物包括碳氢化合物或醇类化合物。
在上述用于清洁等离子体处理室的方法中,还包括:将含氟气体引入所述等离子体处理室;通过激发所述含氟气体来生成含氟等离子体,其中,所述含氟等离子体与所述内部表面上方的含硅残余物反应,以使所述含硅残余物挥发成为气态硅化合物;以及从所述等离子体处理室中去除所述气态硅化合物。
在上述用于清洁等离子体处理室的方法中,其中,所述等离子体处理室基本不含氯。
在上述用于清洁等离子体处理室的方法中,其中,所述等离子体处理室基本不含氯;还包括:在所述等离子体处理室中处理衬底,其中,铜结构形成在所述衬底上方。
在上述用于清洁等离子体处理室的方法中,还包括:在生成所述有机等离子体之前,将稀释气体引入所述等离子体处理室,其中,所述稀释气体与所述有机气体混合。
根据本发明的另一些实施例,提供了一种用于清洁等离子体处理室的方法,包括:将有机气体引入等离子体处理室;通过激发所述有机气体来生成有机等离子体,其中,所述有机等离子体与所述等离子体处理室的内部表面上方的金属化合物残余物反应,以使所述金属化合物残余物挥发成为气态金属化合物;从所述等离子体处理室中去除所述气态金属化合物;将含氧原子气体引入所述等离子体处理室;通过激发所述含氧原子气体来生成含氧原子等离子体,其中,所述含氧原子等离子体与所述内部表面上方的有机化合物残余物反应,以使所述有机化合物残余物挥发成为气态碳化合物;以及从所述等离子体处理室中去除所述气态碳化合物。
在上述用于清洁等离子体处理室的方法中,其中,所述含氧原子气体包括氧、一氧化碳或二氧化碳。
在上述用于清洁等离子体处理室的方法中,还包括:将含氟气体引入所述等离子体处理室;通过激发所述含氟气体来生成含氟等离子体,其中,所述含氟等离子体与所述内部表面上方的含硅残余物反应,以使所述含硅残余物挥发成为气态硅化合物;以及从所述等离子体处理室中去除所述气态硅化合物。
在上述用于清洁等离子体处理室的方法中,还包括:在生成所述有机等离子体之前,将链终止气体引入所述等离子体处理室,其中,所述链终止气体与所述有机气体混合,并且所述链终止气体包括氢、一氧化碳、二氧化碳、氧或它们的组合。
在上述用于清洁等离子体处理室的方法中,还包括:在引入所述有机气体之前,在所述等离子体处理室中处理半导体衬底;以及在引入所述有机气体之前,从所述等离子体处理室中去除所述半导体衬底,其中,在引入所述有机气体和生成所述有机等离子体期间,所述等离子体处理室中不存在半导体衬底。
在上述用于清洁等离子体处理室的方法中,还包括:在引入所述有机气体之前,在所述等离子体处理室中处理衬底,其中,在生成所述有机等离子体和生成所述含氧原子等离子体期间,所述等离子体处理室中存在所述衬底。
根据本发明的又一些实施例,提供了一种用于清洁衬底的方法,包括:提供衬底,其中,金属化合物残余物形成在所述衬底上方;以及将所述衬底暴露于有机等离子体,以使所述金属化合物残余物挥发。
在上述用于清洁衬底的方法中,其中,所述金属化合物残余物的形成包括:在所述半导体衬底上方形成蚀刻停止层,其中,所述蚀刻停止层包括金属化合物;在所述蚀刻停止层上方形成介电层;以及执行等离子体蚀刻工艺,以去除所述介电层的第一部分和所述蚀刻停止层的第二部分,其中,所述金属化合物残余物由所述第二部分形成,并且所述金属化合物残余物形成在所述介电层或所述蚀刻停止层中的至少一个上方。
在上述用于清洁衬底的方法中,其中,所述金属化合物残余物的形成包括:在所述半导体衬底上方形成蚀刻停止层,其中,所述蚀刻停止层包括金属化合物;在所述蚀刻停止层上方形成介电层;以及执行等离子体蚀刻工艺,以去除所述介电层的第一部分和所述蚀刻停止层的第二部分,其中,所述金属化合物残余物由所述第二部分形成,并且所述金属化合物残余物形成在所述介电层或所述蚀刻停止层中的至少一个上方;其中,所述等离子体蚀刻工艺在所述介电层中形成开口并且在所述蚀刻停止层中形成凹槽,所述开口位于所述凹槽上方,并且所述有机等离子体去除通过所述开口暴露出的所述蚀刻停止层。
在上述用于清洁衬底的方法中,其中,所述金属化合物残余物的形成包括:在所述半导体衬底上方形成蚀刻停止层,其中,所述蚀刻停止层包括金属化合物;在所述蚀刻停止层上方形成介电层;以及执行等离子体蚀刻工艺,以去除所述介电层的第一部分和所述蚀刻停止层的第二部分,其中,所述金属化合物残余物由所述第二部分形成,并且所述金属化合物残余物形成在所述介电层或所述蚀刻停止层中的至少一个上方;其中,所述等离子体蚀刻工艺包括含氟等离子体蚀刻工艺。
在上述用于清洁衬底的方法中,还包括:在使所述金属化合物残余物挥发之后,将所述衬底暴露于含氧原子等离子体,以使形成在所述衬底上方的有机化合物残余物挥发。
Claims (20)
1.一种用于清洁等离子体处理室的方法,包括:
将有机气体引入等离子体处理室,其中,所述有机气体包括具有碳和氢的有机化合物;
通过激发所述有机气体来生成有机等离子体,其中,所述有机等离子体与所述等离子体处理室的内部表面上方的金属化合物残余物反应,以使所述金属化合物残余物挥发成为气态金属化合物;以及
从所述等离子体处理室中去除所述气态金属化合物;
其中,所述金属化合物残余物的形成包括:
在半导体衬底上方形成蚀刻停止层,其中,所述蚀刻停止层包括金属化合物;
在所述蚀刻停止层上方形成介电层;以及
执行等离子体蚀刻工艺,以去除所述介电层的第一部分和所述蚀刻停止层的第二部分,其中,所述金属化合物残余物由所述第二部分形成,并且所述金属化合物残余物形成在所述介电层或所述蚀刻停止层中的至少一个上方。
2.根据权利要求1所述的用于清洁等离子体处理室的方法,还包括:
在生成所述有机等离子体之前,将链终止气体引入所述等离子体处理室,其中,所述链终止气体与所述有机气体混合,并且所述链终止气体包括氢、一氧化碳、二氧化碳、氧或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的用于清洁等离子体处理室的方法,其中,所述金属化合物残余物包括III-A族金属氟化物、III-A族金属氧化物、III-A族金属氮化物、IV-B族金属氟化物、IV-B族金属氧化物或IV-B族金属氮化物。
4.根据权利要求1所述的用于清洁等离子体处理室的方法,其中,所述气态金属化合物包括金属有机物。
5.根据权利要求1所述的用于清洁等离子体处理室的方法,其中,所述有机化合物包括碳氢化合物。
6.根据权利要求1所述的用于清洁等离子体处理室的方法,其中,所述有机化合物包括醇类化合物。
7.根据权利要求1所述的用于清洁等离子体处理室的方法,还包括:
将含氟气体引入所述等离子体处理室;
通过激发所述含氟气体来生成含氟等离子体,其中,所述含氟等离子体与所述内部表面上方的含硅残余物反应,以使所述含硅残余物挥发成为气态硅化合物;以及
从所述等离子体处理室中去除所述气态硅化合物。
8.根据权利要求1所述的用于清洁等离子体处理室的方法,其中,所述等离子体处理室不含氯。
9.根据权利要求8所述的用于清洁等离子体处理室的方法,还包括:
在所述等离子体处理室中处理衬底,其中,铜结构形成在所述衬底上方。
10.根据权利要求1所述的用于清洁等离子体处理室的方法,还包括:
在生成所述有机等离子体之前,将稀释气体引入所述等离子体处理室,其中,所述稀释气体与所述有机气体混合。
11.一种用于清洁等离子体处理室的方法,包括:
将有机气体引入等离子体处理室;
通过激发所述有机气体来生成有机等离子体,其中,所述有机等离子体与所述等离子体处理室的内部表面上方的金属化合物残余物反应,以使所述金属化合物残余物挥发成为气态金属化合物;
从所述等离子体处理室中去除所述气态金属化合物;
将含氧原子气体引入所述等离子体处理室;
通过激发所述含氧原子气体来生成含氧原子等离子体,其中,所述含氧原子等离子体与所述内部表面上方的有机化合物残余物反应,以使所述有机化合物残余物挥发成为气态碳化合物;以及
从所述等离子体处理室中去除所述气态碳化合物。
12.根据权利要求11所述的用于清洁等离子体处理室的方法,其中,所述含氧原子气体包括氧、一氧化碳或二氧化碳。
13.根据权利要求11所述的用于清洁等离子体处理室的方法,还包括:
将含氟气体引入所述等离子体处理室;
通过激发所述含氟气体来生成含氟等离子体,其中,所述含氟等离子体与所述内部表面上方的含硅残余物反应,以使所述含硅残余物挥发成为气态硅化合物;以及
从所述等离子体处理室中去除所述气态硅化合物。
14.根据权利要求11所述的用于清洁等离子体处理室的方法,还包括:
在生成所述有机等离子体之前,将链终止气体引入所述等离子体处理室,其中,所述链终止气体与所述有机气体混合,并且所述链终止气体包括氢、一氧化碳、二氧化碳、氧或它们的组合。
15.根据权利要求11所述的用于清洁等离子体处理室的方法,还包括:
在引入所述有机气体之前,在所述等离子体处理室中处理半导体衬底;以及
在引入所述有机气体之前,从所述等离子体处理室中去除所述半导体衬底,其中,在引入所述有机气体和生成所述有机等离子体期间,所述等离子体处理室中不存在半导体衬底。
16.根据权利要求11所述的用于清洁等离子体处理室的方法,还包括:
在引入所述有机气体之前,在所述等离子体处理室中处理衬底,其中,在生成所述有机等离子体和生成所述含氧原子等离子体期间,所述等离子体处理室中存在所述衬底。
17.一种用于清洁衬底的方法,包括:
提供衬底,其中,金属化合物残余物形成在所述衬底上方;以及
将所述衬底暴露于有机等离子体,以使所述金属化合物残余物挥发,
所述金属化合物残余物的形成包括:
在所述衬底上方形成蚀刻停止层,其中,所述蚀刻停止层包括金属化合物;
在所述蚀刻停止层上方形成介电层;以及
执行等离子体蚀刻工艺,以去除所述介电层的第一部分和所述蚀刻停止层的第二部分,其中,所述金属化合物残余物由所述第二部分形成,并且所述金属化合物残余物形成在所述介电层或所述蚀刻停止层中的至少一个上方。
18.根据权利要求17所述的用于清洁衬底的方法,其中,所述等离子体蚀刻工艺在所述介电层中形成开口并且在所述蚀刻停止层中形成凹槽,所述开口位于所述凹槽上方,并且所述有机等离子体去除通过所述开口暴露出的所述蚀刻停止层。
19.根据权利要求17所述的用于清洁衬底的方法,其中,所述等离子体蚀刻工艺包括含氟等离子体蚀刻工艺。
20.根据权利要求17所述的用于清洁衬底的方法,还包括:
在使所述金属化合物残余物挥发之后,将所述衬底暴露于含氧原子等离子体,以使形成在所述衬底上方的有机化合物残余物挥发。
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