流体辅助低温清洗制造技术

本发明专利技术涉及需要精细清洗的基材，如半导体、金属和绝缘膜的表面液体辅助低温清洗。该方法包括的步骤有将选自高蒸气压的液体、反应性气体和反应性液体蒸气的液体应用于基材表面，然后或同时对基材表面进行低温液体清洗以除去污染物。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在进行低温清洗的同时或之前用液体或蒸气进行清洗的方法，有助于去除需要精确清洗的半导体表面和其他表面上的外来物质和污染物。
技术介绍
带有或没有各种薄膜层的硅晶片的清洗和表面准备是集成电路制造方法的关键。晶片表面的颗粒和污染物的去除是在集成电路制造过程中的几个关键方法步骤中进行的。在0.18μm方法结点上，400个工序中有80个，即20％制造工序属于清洗工序。薄膜、表面形状和要在清洗生产线前端(FEOL)和末端(BEOL)去除的污染物的类型变化增加了清洗方法的难度，除去颗粒成为这种清洗的一个重要部分。就集成电路无缺陷制造而言，International Technology Road map forSemiconductor(ITRS)指出临界粒度为DRAM 1/2节距的一半。因此，在130nm方法结点上，由于DRAM 1/2节距为130nm，临界粒度即为65nm。因此必须去除粒度大于65nm的颗粒，以确保制成无缺陷元件。由于小粒度颗粒的粘附力与去除力之比提高，这样小的颗粒难以除去。就亚微细粒而言，颗粒与表面的初始粘附力为范德华力。这种力取决于颗粒的大小、颗粒与表面的距离和Hamaker常数。平的基材上的球形颗粒的范德华力用等式1表示Fab=A132dp12Z02---(1)]]>式中A132为颗粒、表面和参与介质构成的系统的Hamaker常数；dP颗粒直径，Z0为颗粒距表面的距离。复合系统的Hamaker常数用等式(2)表示A132＝A12+A33-A13-A23(2)两种不同材料的Hamaker常数关系用各Hamaker常数的几何平均值表示，即Aij＝(Aii*Ajj)1/2，其中Aii和Ajj为材料i和j的Hamaker常数。可以用Lifshitz和London模型进行理论计算。在集成电路制造工艺中使用的颗粒和表面的Hamaker常数列于文献，与空气相比，当参与介质为液体时，Hamaker常数较小。范德华力与Hamaker常数成正比，因此在颗粒与表面之间存在液体层时降低。除了难以从表面去除小颗粒外，还存在必须加以去除各种类型的有机和金属有机污染物。随着对较大转换速度和线路功能的需求，出现了新型绝缘材料(介电常数＜3)和金属，以降低线路中的RC延迟常数。所选的金属，即铜，增加了过程整合方案的难度。就铝内连接，用先进行铝的反应性离子蚀刻(RIE)，然后进行电介质沉积的方法进行金属图案化。对铜先沉积介电膜并加以蚀刻，形成通道和凹槽，然后在那些蚀刻轮廓中进行铜沉积。再用化学机械抛光法(CMP)去除过量的铜，以平整表面以备随后的薄膜层之用。这种生产线末端(BEOL)形成铜内连接的方法秒作Dual Damascene方法。在介电蚀刻形成通道和凹槽之后，晶片表面和轮廓内侧留有大量的含氟聚合物残留物，如附图说明图1所示。这些残留物是在蚀刻过程中产生的，一部分在各向异性蚀刻中用于侧壁钝化。必须将蚀刻残留物除去，然后进行随后的膜层沉积铜阻挡层Ta/TaN膜、铜接种层(seed layer)，最后在Damascene方法加工过程中用铜对轮廓进行电化学充填。在BOEL的内连接用轮廓的尺寸通常约为0.13μm。为了进行低温清洗以高效去除轮廓内的侧壁残留物，如图1所示，低温颗粒的粒度必须小于0.13μm。这些颗粒必须以足够快的速度到达晶片表面，以便使侧壁残留物脱落所需的动量传递。有三种机理可用来进行表面清洗1)低温颗粒进行动量传递，以克服浆料颗粒与晶片表面的粘附力；2)将脱落的颗粒从晶片表面移走用的清洗气体牵引力和3)用液体溶解有机污染物，这些污染物是在低温颗粒与晶片表面的界面上形成的。在CO2低温清洗中，晶片表面的气流产生一边界层。CO2低温颗粒必须穿过边界层到达晶片表面以及要去除的污染物颗粒。在穿过边界层的运动中，由于在边界层上CO2气体对污染物颗粒产生牵引力，CO2低温颗粒的速度降低。假设边界层的厚度为h，低温颗粒必须以至少等于h/t的速度的法向分量进入边界层，其中t为穿过边界层到达晶片表面所耗时间。颗粒穿越边界层的弛豫时间按以下式(1)所示τ=2a2ρpCc9η---(1)]]>式中a为颗粒半径 ρp为颗粒密度η为气体粘度Cc为Cunningham滑动校正因子，如式(2)所示Cc＝1+1.246(λ/a)+0.42(λ/a)exp (2)式中λ为气体分子的平均自由路程。由于CO2低温清洗是在常压下进行的，对粒度大于0.1μm的低温颗粒来说Cunningham滑动校正因子变得等于1。因此，为了使CO2低温颗粒具有足够的动量来去除晶片表面和轮廓内部上的外来杂质，穿过边界层的时间必须小于弛豫时间，在这种情况下它们将以比初始速度大36％的速度到达表面。等式1表明弛豫时间随粒度的减小而减少。因此，粒度较小的颗粒不能以有效清洗亚微型通道和凹槽的内壁所需的足够的速度到达晶片的表面。先有技术的方法一般用CO2或氩气进行低温喷射以除去表面的外来杂质。例如，参见题为Aerosol Sueface Processing的美国专利5,931,721；题为SubstrateCleaning Method and Apparatus的美国专利6,036,581；题为Photoresist andRedeposition Removal Using Carbon Dioxide Jet Sprary的5,853,962；题为Aerosol Sueface Processing的美国专利6,203,406和题为High DispersionCarbon Dioxide Snow Apparatus的美国专利5,775,127。上述先有技术专利中，都采用涉及动量传递到污染物的物理力来去除相对较平整的表面的外来杂质。由于污染物颗粒与基材之间的粘附力较强，先有技术的方法对去除较小的颗粒，即＜3μm的的颗粒不够有效。此外，这种清洗方法不足以在生产线末端集成的元件制造过程中清洗象通道和凹槽这样的高长宽比的轮廓，在该工序中要求清除介电蚀刻沉积所产生的小的亚微细粒和复合聚合物残余物。题为Aerosol Substrate Cleaner的美国专利6,332,470公开了仅使用蒸气或与高压液滴联用的蒸气清洗半导体基材的方法。遗憾的是，液体冲击不象CO2固体那样具有足够的动量传递能力，因而不能象用CO2固体那样有效去除粒度较小的颗粒。题为Residue Removal by Supercritical Fluid的美国专利5,908,510公开了采用低温气溶胶与超临界流体或者液体CO2结合的方法。由于CO2为非极性分子，极性外来杂质的溶解能力明显降低。同样，形成液体或超临界CO2需要高压(对液体而言大于75psi，对超临界液体而言为1080psi)，因此设备昂贵。美国专利6,231,775建议利用三氧化硫气体或与其他气体结合的方式来除去基材在抛光等过程中产生的有机物。这种蒸气相清洗方法不足以除去在采用象碳掺杂氧化物这样的低k材料的典型双重Damascene集成方法中进行蚀刻时产生的交联光致抗蚀剂。因此，需要有效和高效去除需要精细清洗的半导体晶片、金属膜和其他表面，以及从高长宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
去除需要精细清洗的基材表面的污染物的方法，包括以下步骤：ａ）将至少一种流体应用于基材表面，流体选自高蒸气压液体、反应性气体和反应性液体；和ｂ）对基材表面进行低温清洗。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S巴那基，HF春，
申请(专利权)人：波克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]