低氢压力下的远程等离子预清洁制造技术

本发明专利技术揭示一种等离子清洁方法，其对于在溅镀沉积之前从一具有高碳含量的多孔性低ｋ介电质移除光阻与氧化物残余物是特别有用。一远程等离子源（５２）产生一主要为氢自由基Ｈ↑［＊］的等离子。氢压力可以被维持非常低，例如３０ｍｉｌｌｉＴｏｒｒ。选择性地，氦可以被添加至处理气体，而使氢分压被保持在低于１５０ｍｉｌｌｉＴｏｒｒ。在４００ｍｉｌｌｉＴｏｒｒ的氢与氦中，７０％氦可以获得良好结果。较佳地，一离子过滤件例如磁性过滤件（６２，６４）从远程等离子源的输出移除氢与其他离子，并且一来自远程等离子源的供应管（５４）是包括一可移除的介电质衬里（６６），供应管（５４）与介电质喷洒头（４０）及岐管衬里（５８）形成组合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上是有关于在制造集成电路的制程中的等离子清洁。特别 地，本专利技术是有关于被执行于图案化蚀刻介电层与沉积之间的等离子清洁。
技术介绍
先进集成电路(例如为了 45nm节点被构想出的先进集成电路)必须使 用超低k介电(电绝缘)材料，以用于连接两阶层的配线之间的阶层间 (interlevel)介电层。具有介电常数低于3.9(二氧化硅的介电常数值)的低k 材料已经进入商业量产。然而，未来将会需要更低的介电常数，例如低于 2.5。此材料的一范例为Black Diamond II (BDII)介电质，其可由美国加 州圣大克劳拉市Applied Materials公司所购得。Li在美国专利申请案号 2003/0194495中描述到，此介电材料的特征是其为碳掺杂的氧化硅(也被 称为碳氧化硅)，其具有高于10at。/o的碳百分比。改良物是包括有BDIIx介 电质(其是被UV硬化且具有30%的孔隙度)，以及DBIIebeam介电质(其是 以电子来硬化)。其他含碳的低k介电质是已知，包括有Sill^S)与 Cyclotene⑧(苯环丁烯)介电材料，其可由Dow Chemical公司获得。许多 这些材料的特征在于其是为有机或聚合介电质。用来形成阶层间内连线(interlevel interconnect)的一原型结构是被绘 示在图1的截面图中。 一下介电层10包括一形成于其表面的导电特征12。 用于先进阶层间连线的导电特征12是典型地由铜组成，但是类似的几何结 构应用于接触硅基材的主动半导体区域。 一超低k介电材料的上介电层14 被沉积在下介电层10与导电特征12上方。 一孔洞16是被光微影定义， 且被蚀刻穿过上介电层14至导电特征12。对于用在铜金属化的典型的双 镶嵌内连线，孔洞16是由一窄的下方介层洞(其形成了至导电特征12的垂 直内连线)与一宽的上方沟渠(其形成了集成电路不同部分之间的水平内连 线)所构成。对于双镶嵌结构，导电特征12可以为形成在下介电层10中的被填满铜的沟渠。在孔洞已经被蚀刻之后，一薄的共形阻障层(例如Ta/TaN) 是被镀覆(典型地是藉由^f兹控溅镀)至孔洞16的侧壁上，以及至上介电层14 的整个场区域表面上。接着， 一薄的共形铜晶种层被沉积在阻障层上，也 是典型地藉由磁控溅镀。之后，铜被电镀至孔洞16内与场区域上方。最后， 化学机械研磨(CMP)被利用来移除孔洞16外面的铜。光微影蚀刻步骤，甚至在光阻灰化之后，常常残余碳或氟碳聚合层18 于孔洞16的侧壁上，其是有利地能够达到高非等向性蚀刻，但是在蚀刻停 止后会残留。也会残余一蚀刻残余物20于沟渠底部，其是为蚀刻化学的碳、 硅与氟副产物的组合。再者，导电特征12中暴露的铜可能已经氧化成氧化 铜。又，灰化残余物22倾向于形成在孔洞16的唇部。若孔洞16底部的 蚀刻残余物20与氧化铜没有在金属化沉积之前阻障层沉积以先被移除，蚀 刻残余物20与氧化铜会增加接触电阻。聚合覆层18与灰化残余物22会 干扰阻障层至介电层14的键结，因此阻障层与铜介层洞结构在制造或操作 期间会分层(delaminate),造成了可靠度问题。是以，在阻障层沉积以先移 除残余物18、 20、 22与氧化铜是有需要的。就传统的氧化硅介电质而言，藉由在蚀刻与沉积步骤之间溅镀蚀刻经 图案化晶片以移除残余物来干式清洁晶片是普遍的。这样的溅镀蚀刻典型 地包括有高能量离子，高能量离子不会显著地影响相当硬的氧化硅介电质。 然而，低k介电层倾向于相当软。所以，溅镀蚀刻倾向于有害地蚀刻且劣 化低k介电层。一较软的的化学蚀刻可以利用一被产生在清洁腔室内且邻 近于晶片的氧等离子(即原位等离子)而被执行。对于早期型式的具有约3.7 介电常数k且非多孔性的低k介电质，此清洁制程已经被证明令人满意。 然而，对于大部分近期的具有约2.5介电常数k与大于10%孔隙度的超低 k膜，原位氧等离子已经被证明无法令人满意。所被相信的是，氧等离子 包括高比例的氧原子，该些氧原子被吸引至负自我偏压，其中该负自我偏 压形成在一暴露于等离子的漂浮体上。接着，氧离子撞击超低k膜，且具 有足够能量来破坏超低k膜。是以，此技术已经被发展出以一从远程等离 子源(remote plasma source, RPS)产生的氧等离子来清洁经图案化晶片， 如同Wood等人于美国专利公开案号2004/0219789中所揭示者。远程产生的等离子是强调电中性自由基；而原位等离子是强调带电荷离子。远程产生的氧等离子会发射许多中性且低能量氧自由基至晶片，其会氧化且与 不同的残余物发生化学反应以将其移除。然而，对于超低k介电材料，激化的氧已经被证明无法令人满意。介 电常数的降低常常是藉由介电材料中高孔隙度来获得。BDII介电层可以具 有超过10%(甚至高于30%)的孔隙度。因此，该些介电层不仅非常柔软， 该些介电层对于一氧化干式清洁也是极易反应的。此外，被并入介电质中 的氧倾向于产生比硅与碳键更极性的键，而增加了介电常数。是故，基于 还氧化学的干式清洁已经被发展出，其是使用例如远程产生的NH3 (参阅 授予Kropewnicki等人的美国专利US6,440，864)或相当高H2压力的等离 子。氢方式已经普及，但是结果依然无法完全令人满意。甚至氢等离子中 非常少量的水蒸气会显著地降低多孔性低k膜的厌水性质，且因而倾向于 增加了介电常数。甚至一纯氢等离子会倾向于增加介电常数。再者，合理 的蚀刻速率已经藉由增加腔室压力被达到，但是电源能力必须依循所增加 的压力。又，在更高的氢压力，来自远程等离子源而被离子化且泄漏入清 洁腔室的氢的比例会增加。氢离子倾向于被吸引至晶片，且我们相信该些 氢离子会破坏多孔性低k材料。
技术实现思路
本专利技术的 一态样是包括利用被远程等离子源产生的一氢自由基等离子 来等离子干式清洁一基材，特别是一包含大量碳的低k介电质且具有高孔 隙度。不需要包括有氧或水蒸气。较佳地，氢压力被维持在适度地低，例 如介于10与150 milliTorr之间，30 milliTorr为特别较佳的压力。替代性地，等离子可以包含氢与一惰性气体(较佳为氦)的组合物，氢 分压小于200 milliTorr且大于40 m川iTorr,总压力介于200与600 milliTorr 之间。远程等离子源与腔室之间的供应管是有利地包括一 陶瓷材料(例如氧 化铝)的介电质衬里。也有利地， 一离子过滤件被设置在远程等离子源与处 理腔室之间，以从等离子移除氢与其他离子。离子过滤件可以是一磁性过滤件，其产生一磁场横越供应管的轴。 附图说明图1为一阶层间内连线结构或介层洞的截面图。图2为可用于本专利技术的一远程等离子清洁腔室的截面图。图3为一图表，其绘示预清洁一低k介电质时的蚀刻速率与其均匀性，其为来自远程等离子源的氢压力的函数。图4为一磁性过滤件的轴向截面图，其被用在图2的远程等离子清洁 腔室内。图5为离子偏斜的图表，其中该离子偏斜是在磁性过滤件中荻得。 图6为使用与不使用离子过滤件的离子耗尽的图表，其中该离子耗尽 为深度的函数。图7为一长条图，其显示等离子预清洁时水接触角对于氢压力的依赖性。图8为根据本专利技术的两实施例的一图表，其绘示蚀刻速率与其非均匀 性对于氦浓度的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种等离子处理包含一介电层的基材的方法，其至少包含下列步骤：设置该基材于一真空腔室中，该真空腔室接附至一远程等离子源；将一还原处理气体流动通过该远程等离子源且因而进入该腔室内，气体混合物包含氢且基本上不包含氧或水；以及维持该腔室内一压力，使得该腔室内的氢分压小于１５０ｍｉｌｌｉＴｏｒｒ且大于１０ｍｉｌｌｉＴｏｒｒ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-1-17 11/334,8031.一种等离子处理包含一介电层的基材的方法，其至少包含下列步骤设置该基材于一真空腔室中，该真空腔室接附至一远程等离子源；将一还原处理气体流动通过该远程等离子源且因而进入该腔室内，气体混合物包含氢且基本上不包含氧或水；以及维持该腔室内一压力，使得该腔室内的氢分压小于150milliTorr且大于10milliTorr。2. 如权利要求1所述的方法，其中该氢分压不大于120 milliTorr且大 于20 milliTorr。3. 如权利要求1或2所述的方法，其中该处理气体基本上由氩所构成。4. 如权利要求1或2所述的方法，其中该处理气体基本上由氢与氦所 构成。5. 如权利要求1或2所述的方法，更包含过滤掉从该远程等离子源被 输送至该真空腔室的离子。6. 如权利要求1或2所述的方法，其中该介电层包含至少20at。/o碳， 且具有至少10%的孔隙度。7. 如权利要求1或2所迷的方法，其中该介电层具有不大于2.5的介 电常数。8. 如权利要求1或2所述的方法，更包含过滤掉来自该远程等离子源 的输出的离子。9. 一种等离子处理一基材的方法，其至少包含下列步骤 设置该基材于一真空腔室中，该真空腔室接附至一远程等离子源；以及将一还原处理气体流动通过该远程等离子源且因而进入该真空腔室 内，该处理气体包含氢与一惰性气体且基本上...

【专利技术属性】
技术研发人员：X福，J福斯特，J于，A巴特纳格尔，P高普拉佳，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]