專利名稱：高壓斜角刻蝕方法
高壓斜角刻蝕方法
交叉引用相關(guān)申請本申請依據(jù)美國法典35 § 119要求申請?zhí)枮?1/138，357，名稱為“HIGH PRESSURE BEVELETCH PROCESS”，申請日為2008年12月17日的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，該美國臨時申請的全部內(nèi)容在此引入以作參考。
發(fā)明內(nèi)容
本文公開了一種在斜角刻蝕機中在無擊穿條件下斜邊(bevel edge)刻蝕半導(dǎo)體的方法，在該刻蝕機中半導(dǎo)體襯底支撐于半導(dǎo)體襯底支座上。無擊穿意指在斜角刻蝕過程完成后，在10000個晶片中不超過1個呈現(xiàn)出擊穿破壞。該方法包括將斜角刻蝕機排空至壓強為3托爾到100托爾且保持可視于該晶片的RF電壓處于擊穿會發(fā)生的臨界值之下；使工藝氣體流入斜角刻蝕機中；在半導(dǎo)體襯底的邊緣(periphery)將工藝氣體激發(fā)為等離子體；和用該等離子體斜角刻蝕該半導(dǎo)體襯底。
圖1為依據(jù)一種具體實施方式
的斜角刻蝕機的剖面示意圖。圖2為依據(jù)VCI電壓測量示出了無擊穿工藝條件的圖表。
具體實施例方式斜角清潔模塊(斜角刻蝕機)，例如，由加拿大菲蒙市的蘭姆研究公司(Lam Research Corporation)制造的2300C0R0NUS 產(chǎn)品，應(yīng)用邊緣約束等離子體技術(shù)移除晶片邊緣的薄膜。對于65nm及其以下的技術(shù)而言，器件產(chǎn)量限制的主要來源來自于從晶片邊緣轉(zhuǎn)移的瑕疵。在器件的圖案化過程中，薄膜沉積、光刻、刻蝕和化學(xué)機械拋光的復(fù)雜相互作用導(dǎo)致在晶片邊緣出現(xiàn)寬范圍的不穩(wěn)定薄膜堆疊。在隨后的步驟中，這些薄膜層能夠引起瑕疵，該瑕疵被傳輸?shù)骄钠骷^(qū)。在集成流中在選定的點移除這些薄膜導(dǎo)致瑕疵的減少和更高的器件產(chǎn)量。因此，在器件制造工藝中，由邊緣約束等離子體在許多步驟上提供對晶片邊緣堆積的控制。斜角被刻蝕的晶片可在靈敏的后段制程(BEOL)晶片上顯示宏擊穿，微擊穿，表面電荷和放電問題。已發(fā)現(xiàn)晶片的RF電壓與擊穿的可能性具有對應(yīng)關(guān)系。如此處所公開的， 對于給定電極功率設(shè)定在晶片上所見的RF電壓(通過VCL探針測量)可通過提高等離子體室中的壓強而減小。因此，在更高的壓強體制中，可能依據(jù)功率設(shè)定和氣體化學(xué)過程擴寬處理窗以避免擊穿問題。RF電壓優(yōu)選維持在臨界值之下，該臨界值取決于器件結(jié)構(gòu)或者晶片對擊穿的敏感度。斜角刻蝕機200中的等離子體處理，例如，要從半導(dǎo)體襯底移除斜邊堆積，可以包含用含有氟的等離子體刻蝕該斜邊。半導(dǎo)體襯底可以包含，例如由銅后段制程(BEOL)波紋處理制得的晶片。該半導(dǎo)體襯底可以具有約300mm的直徑。該半導(dǎo)體襯底可以包含斜邊部分(例如相當于約2mm寬)，該斜邊部分環(huán)繞多層集成電路(IC)的器件結(jié)構(gòu)，該集成電路的器件結(jié)構(gòu)在該斜邊內(nèi)部的包含暴露的銅。該暴露的銅表面可以包含在整個晶片的含鉭種子層上的銅表面?，F(xiàn)在參考圖1，圖1示出了依據(jù)于一種具體實施方式
用于清潔襯底218的斜邊的襯底刻蝕系統(tǒng)或斜角刻蝕機200的剖面示意圖，如已公開在公布號為2008/018M12的共同轉(zhuǎn)讓美國專利申請中，該公布的專利申請通過引用被包含于此。斜角刻蝕機200通常具有(但不限于)軸對稱的形狀，簡潔起見，圖1中僅示出了側(cè)截面視圖的一半。如所描述的，該斜角刻蝕機200包括設(shè)置有門或閘242的室壁202， 襯底218通過門或間242裝載/卸載；上部電極組件204 ；支座208，上部電極組件204懸掛于該支座208 ；和下部電極組件206。精密的驅(qū)動裝置(圖1中未示出)被附于該支座208 用于將上部電極組件204上下移動(在雙重箭頭指示方向上)以便該上部電極組件204和該襯底218之間的間隙得到精確地控制。金屬波紋管205在室壁202和支座208之間形成真空密封，同時允許支座208相對于室壁202具有垂直運動。支座208具有中心氣體進口(通道)212和邊緣氣體進口(通道)220。氣體進口 212，220中的一個或者兩者均能夠輸送工藝氣體，工藝氣體將被激發(fā)為等離子體狀態(tài)以清潔斜邊。在操作過程中，等離子體環(huán)繞襯底218的斜邊形成且通常具有環(huán)形形狀。要阻止等離子體到達襯底218的中心部位，上部電極組件204上的絕緣板216 與襯底218之間的空間要小且工藝氣體從中心進口供應(yīng)，在一種具體實施方式
中工藝氣體穿過階梯孔214進行供應(yīng)。然后，工藝氣體沿襯底的徑向穿過上部電極組件204和襯底218 之間的空隙。每一氣體進口用于供應(yīng)相同的工藝氣體或者例如凈化氣體的其他氣體。例如，凈化氣體可以被注入穿過中心氣體進口 212，同時工藝氣體可以被注入穿過邊緣氣體進口 220。該等離子體/工藝氣體從室空間251經(jīng)由孔組(出口)241退出至底部空間M0， 舉例言之，在清潔操作中，真空泵243可以用于排空底部空間M0。在斜角清潔操作中，室壓強保持在3托爾到100托爾之間(例如，3托爾到5托爾、5托爾到10托爾、10托爾到50托爾或者50托爾到100托爾)。此壓強高于公開在專利號為2008/0227301，2008/0050923， 2008/0156772和2008/0190448的共同轉(zhuǎn)讓美國專利中的典型的壓強，這些公開的專利在此并入以作參考。該工藝氣體可以包含含氧氣體，例如A ;N2O, CO, COS和/或co2。含氟氣體諸如， 例如，SF6, NF3, CxFy (例如 CF4, C2F4, C2F6)，CxFyH2 (例如 C3HF, CHF3, CH2F2，C2H2F4)也可以添加到工藝氣體中。工藝氣體中含氟氣體的量依據(jù)于通過斜角(邊)刻蝕所去除的特定薄膜來決定。例如，比如按體積計小于10%的少量的，或者比如按體積計大于80%或大于90%的大量的含氟氣體可以存在于工藝氣體中。在不同的具體實施方式
中，工藝氣體可以包含按體積計約5%的NF3/平衡(X)2或者按體積計約10%的CF4/平衡CO2。上部電極組件204包括上部絕緣板或者上部絕緣元件216 ；和上部金屬元件 210，其通過適當?shù)墓潭ㄑb置固定支座208且經(jīng)由支座208接地。上部金屬元件210由金屬例如鋁形成且可以進行陽極處理。上部金屬元件210具有一個或者一個以上的邊緣氣道或者通孔22h、222b，和邊緣集氣室224，在操作過程中在邊緣集氣室224內(nèi)邊緣氣道或者通孔22加、22沘流體連通于邊緣氣體進口 220。上部絕緣板216附于上部金屬元件210且加工成形于絕緣材料，例如陶瓷。若需要，上部絕緣板216可以具有IO3涂層。由于消散晶片上的電荷的能力的差異以及由此降低如上文所示通過低PF電壓測量的擊穿的概率，大塊Y2O3或被IO3所覆蓋部件和陶瓷例如SiC、SiN, Si、AIN等等優(yōu)選于氧化鋁或陽極電鍍鋁部件。通常很難在一些陶瓷如Al2O3上鉆深的直孔，且因此階梯孔214可以用于代替深直孔。 然而，上部絕緣板216示出了單一中心孔，上部絕緣板216可以具有任何適宜數(shù)量的出口， 例如，如果需要，出口可以以淋噴頭穿孔形式設(shè)置。下部電極組件206包括具有上部226a和下部226b的供電電極2 且在操作過程中作為真空夾盤可選擇地有效運行以將襯底218固定于適當?shù)奈恢?；用于將襯底上下移動的升銷230 ；銷操作部件232 ；具有上部238a和下部238b的底部絕緣環(huán)238。在一種具體實施方式
中，該卡盤可以為靜電卡盤。在下文中，術(shù)語供電電極指的是上部226a和下部 226b兩者中的一者或兩者。同樣地，術(shù)語底部絕緣環(huán)238指的是上部238a和下部238b兩者中的一者或者兩者。供電電極2 連接于射頻(RF)能源270以在操作過程中接收RF能量。升銷230在圓柱形孔或者路徑231中垂直運動且通過置于供電電極2 中的銷操作部件232在上下位置之間移動。銷操作部件232包括環(huán)繞每一升銷的外罩以保持環(huán)繞升銷的真空密封環(huán)境。銷操作部件232包括任何適宜的升銷裝置，例如機械臂233(例如，具有伸展進每一外罩的成段的且附于每一銷的水平臂)和臂驅(qū)動調(diào)節(jié)裝置(圖1中未示出)。 為簡潔起見，機械臂的段只有一尖端部分在圖1中示出。然而，三個或四個升銷可以用于提升晶片，例如，例如300mm的晶片，任何適宜數(shù)量的升銷230可以用在斜角刻蝕機200中。任何適宜的裝置，例如升降波紋管，也可以作為銷操作部件232使用。襯底218安裝于下部電極上或者安裝于下部可配置等離子體排斥區(qū)(PEZ)環(huán)形物 260上，其中術(shù)語PEZ指的是從襯底的中心到區(qū)域的外緣的徑向距離，在PEZ用于清潔斜邊的等離子體被排除。該環(huán)形物260更適宜為介質(zhì)材料。由于消散晶片上的電荷的能力的差異以及由此降低如上文所示通過低PF電壓測量的擊穿的概率，大塊IO3或被IO3所覆蓋部件和陶瓷例如SiC、SiN、Si、AIN等等優(yōu)選于氧化鋁或陽極電鍍鋁部件。在一種具體實施方式
中，供電電極226的頂面，襯底218的底面，和下部可配置PEZ環(huán)形物的內(nèi)表面能夠形成與真空源例如真空泵236流體連通的封閉的真空區(qū)域凹槽(真空區(qū)域)219。用于升銷230 的圓柱形孔或者路徑也共享為氣道，在操作過程中通過該圓柱形孔或者路徑真空泵236將該真空區(qū)域排空。供電電極2^a，226b包括穩(wěn)壓室234用于減小真空區(qū)域219中的即時壓強波動且，在采用多個升銷的情況下，為圓柱形孔提供統(tǒng)一的吸收率。襯底218的頂表面上設(shè)置有集成電路，該集成電路可以包含暴露的銅表面，該銅表面可以處于含鉭成分的層上，這通過一系列的處理過程形成?？墒褂玫入x子體執(zhí)行一個或者一個以上的可以傳遞熱能到襯底的處理過程，其可在襯底上形成熱應(yīng)力并且因此導(dǎo)致晶片彎曲。在斜角清潔過程中，可以通過在襯底218的頂面和底面使用不同的壓強來降低襯底彎曲。通過連接到穩(wěn)壓室234的真空泵236，在處理過程中真空區(qū)域219中的壓強保持在真空。通過調(diào)節(jié)上部絕緣板216和襯底218頂面之間的氣體，可以在不改變工藝氣體的全部流速的情況下改變此空隙中的氣體壓強。因此，通過控制該空隙中的氣體壓強，襯底 218的頂面和底面之間的不同壓強是能夠改變的，且從而施加在襯底218上的彎曲力也是能夠控制的。底部絕緣環(huán)238a，238b是由絕緣材料(例如陶瓷包括Al2O3, Y2O3等等)加工成形而來且將供電電極2 與室壁202電分離。由于消散晶片上的電荷的能力的差異以及由此降低如上文所示通過低PF電壓測量的擊穿的概率，大塊IO3或被IO3所覆蓋部件和陶瓷例如SiC，SiN, Si，AIN等等優(yōu)選于氧化鋁或陽極電鍍鋁部件。在一種具體實施方式
中，底部絕緣環(huán)的下部238b具有階梯252，該階梯252形成于下部238b的上表面的內(nèi)圓周用于與供電電極2 的下邊緣緊密配合。在一種具體實施方式
中，下部238b具有階梯250，該階梯形成于其外圓周用于與底部絕緣環(huán)的上部238a上的階梯面緊密配合，底部絕緣環(huán)被稱為中心環(huán)。階梯250、252使底部絕緣環(huán)238與供電電極2 相匹配。階梯也沿其表面形成彎曲的間隙以消除供電電極2 和室壁202之間的直接的視線從面降低了供電電極2 和室壁 202之間的二次等離子體撞擊的可能性。斜邊清潔等離子體處理可以包括供給氣體混合物例如包括NF3或者CF4給斜角刻蝕機，且將該氣體混合物激發(fā)為等離子體狀態(tài)。特別地，該氣體混合物可以包括NF3和CO2, 或者CF4和CO2。例如，該所體混合物可以包括按體積計約5%的NF3/平衡CO2,或按體積計約10%的NF4/平衡C02。該氣體混合物可以被注入位于半導(dǎo)體襯底的邊緣和/或中心的斜角刻蝕機中。例如，當含氟的氣體混合物被注入位于半導(dǎo)體襯底的邊緣的斜角刻蝕機中時， 氣體隊可以被注入位于該半導(dǎo)體襯底的中心的斜角刻蝕機。斜角刻蝕能夠在晶片的外部邊緣導(dǎo)致?lián)舸?，?dǎo)致被制造的器件的產(chǎn)量的損失。這種成品率損失能夠超過晶片產(chǎn)量的3%。因此，為了提高已處理晶片上的器件產(chǎn)量，需要消除斜邊已凈化的晶片的外部區(qū)域的擊穿現(xiàn)象。在一種具體實施方式
中，用等離子體處理半導(dǎo)體襯底的條件包括大于約5秒的曝光時間(例如約30秒)，和大于約50瓦特的RF能量(例如50至2000瓦特)。在一種具體實施方式
中，處于2至60MHz的較高的RF能量從以5至3000標況毫升每分(sccm)流入室中的工藝氣體產(chǎn)生等離子體。圖2示出了通過與RF連接的VCI探針測量的VCI電壓圖，該RF供應(yīng)給底部電極， 該底部電極支持用包括IOsccm的NF3，200sccm的(X)2和500sccm的N2的工藝氣體斜角刻蝕的測試晶片。如圖2中所示，在< 2托爾的低電壓，擊穿發(fā)生在500瓦特和600瓦特的功率水平。對于那些同樣的電源設(shè)置，當室壓強被增加到5托爾和9托爾時擊穿問題觀察不到。為避免擊穿當將可視于晶片上的RF電壓保持在足夠低的值時，無擊穿處理窗顯示處于至少3托爾的室壓強之內(nèi)。該臨界值將取決于器件結(jié)構(gòu)和晶片對擊穿的敏感度。在一種優(yōu)選的實施方式中，通過VCI探針監(jiān)測晶片電壓所測量得到的RF電壓不大于約220伏特。在提高的室壓強下?lián)舸┑南且庀氩坏降模夷軌蚱诖龑崿F(xiàn)高壓強斜邊清潔處理以使在斜角已凈化的晶片上經(jīng)歷進一步的處理步驟的半導(dǎo)體器件在產(chǎn)量上獲得大量提高。盡管已描述了各種實施方式，但是應(yīng)當理解的是，可以進行變化和修改，同樣地這些變化和修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。這些變化和修改將會被認為處于到此為止所附的權(quán)利要求的權(quán)限和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.在斜角刻蝕機中應(yīng)用等離子體斜邊刻蝕半導(dǎo)體襯底的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底支撐于半導(dǎo)體襯底支座上，包括當將所述斜角刻蝕機排空至壓強為3托爾至100托爾時，在所述斜角刻蝕機中應(yīng)用所述等離子體斜邊刻蝕所述半導(dǎo)體襯底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中工藝氣體以5sCCm至3000sCCm被注入進室中，所述等離子體通過電極產(chǎn)生，所述電極供應(yīng)有功率在50瓦特至2000瓦特且頻率處于2MHZ至 60MHZ 的 RF，且所述工藝氣體包括 C02、CO、02、N2、H2, He、Ar、Xe, NF3> CxFy, CxFyHz, SF6, COS 和 N2O中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述工藝氣體包括氮、氬、氦、氙、氪及其混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要1所述的方法，其中所述工藝氣體中不含氟和氧。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括將約10SCCm-2000SCCm的工藝氣體流入所述斜角刻蝕機且保持所述室的壓強在3托爾到10托爾之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括通過在所述斜角刻蝕機中使用IO3部件來消散所述襯底上的電荷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底為300mm的BEOL晶片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述斜邊刻蝕包括激發(fā)包含5到15sCCm的NF3、 100 到 300sccm 的 CO2 和 300 到 700sccm 的 N2 的氣體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述斜邊刻蝕包括使300到eOOsccm的包含4% H2的He-H2氣體混合物和100到300sCCm的隊流入所述斜角刻蝕機。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括使5到20sccm的NF3和100到300sccm的CO2的氣體流入到位于所述半導(dǎo)體襯底的邊緣的所述斜角刻蝕機。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括用VCI探針監(jiān)測晶片電壓和將由所述VCI探針測量的RF電壓保持在約220伏特的臨界值以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括斜角刻蝕300mm的晶片，所述晶片具有65nm或其以下的工藝節(jié)點，在其外周的2mm或其以下的邊緣排除量和所述晶片上表面的暴露金屬線。
全文摘要
一種在斜角刻蝕機中應(yīng)用等離子體在斜邊刻蝕半導(dǎo)體襯底過程中防止擊穿的方法，在斜角刻蝕機中該半導(dǎo)體襯底支撐于半導(dǎo)體襯底支座上，該方法包括當將斜角刻蝕機排空至壓強為3托爾至100托爾時，在斜角刻蝕機中應(yīng)用等離子體斜邊刻蝕該半導(dǎo)體襯底，同時保持可視于晶片的RF電壓處于足夠低的值以避免擊穿。
文檔編號H01L21/3065GK102246282SQ200980150147
公開日2011年11月16日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月17日
發(fā)明者云?！·金姆, 同·方, 安德里亞斯·菲舍 申請人:朗姆研究公司