使用臭氧处理类晶片物体制造技术

本发明专利技术涉及用臭氧处理类晶片物体（例如，具有暴露铜部件和／或包含低ｋ电介质材料）的方法。在某些优选实施例中，还使用碱用于处理类晶片物体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术提供具有广泛的应用的成本低廉、环保的清洗和表面处理方法。本专利技术便于使用臭氧来处理含有暴露铜表面的类晶片物体，例如半导体晶片或其它微电子结构。一个应用包括在具有暴露铜的后端制程(BEOL)晶片上剥离抗蚀剂和/或灰化后清洗。只要对铜进行清洗时，均可采用本专利技术的原理。本专利技术还可以用于制造含有铜部件的印刷电路板。另一个应用涉及从含有低k电介质材料的晶片除去有机材料和/或有机残余材料。
技术介绍
在本专利技术之前，使用臭氧化学剂处理具有暴露铜的类晶片物体是存在问题的。特别是在有水存在时，臭氧会趋向于腐蚀金属铜，尤其是在有CO2存在时(见《水溶液中电化学平衡图集》”Atlas ofElectrochemical Equillibria in Aquesous Solution”，Marcel Pourbaix编著(国家腐蚀工程师协会，休斯顿，1974))，本文以提及方式引用全部内容，下文称作”Pourbaix”)。在第390页，Pourbaix指出“水中的溶解碳酸会阻止氧化物保护膜的形成”。Pourbaix还在第389页显示了在氧化性溶液中当低于pH 7时发生的铜腐蚀，甚至痕量的CO2即可驱动系统进入腐蚀阈。将多孔低k材料集成在先进技术节点(advanced technology node)中需要开发出非破坏性的集成刻蚀、灰化和清洗处理。使用氧化和还原剂的传统等离子体灰化处理会通过Si-C键攻击和膜致密化显著破坏低k材料。使用传统的等离子体灰化化学剂除去光刻胶会导致低k电介质性能严重退化，包括增高k值和临界尺寸改变。已经有使用各种silyating药剂例如hexamethydisilazane(HMDS)的修复处理来部分恢复被灰化的膜的电介质性质。在气相中使用HMDS或者作为超临界CO2中的助溶剂的低k修复处理已经示范用于旋涂多孔MSQ膜(spin-on porous MSQ films)(见，例如P.G.Clark等，”Cleaning andRestoring k-Value of porous MSQ films”，SemiconductorInternational，2003年8月；PLG.Clark等，”Post Ash ResidueRemoval and Surface Treatment Process for Porous MSQ”，International Sematech Wafer Clean & Surface Prep Workshop，2003年5月；和G.B.Jacobson等，”Cleaning of Photoresist and EtchResidue from Dielectrics using Supercritical CO2”，InternationalSematech Wafer Clean & Surface Prep Workshop，2003年5月，本文以提及方式引用每篇文献的全部内容)。这些处理可以使所沉积材料的k值部分恢复到10％以内。然而，这些处理不能完全恢复所沉积低k膜的k值。理想的期望要求针对剥离+残余物清除处理的k值最大改变不超过2.5％，目的是完全消除由清洗和重新加工处理造成的任何有害效果。结果，无损光刻胶清除成为超低k集成的关键挑战。其它相关文献包括S.Nelson，“Reducing Environmental Impactwith Ozone Based Processes”，Environmental Issues in the Electronicsand Semiconductor Industries，ed.L.Mendicino(ElectrochemicalSociety，2001)pp.126-133，和PCT专利公开WO 02/04134 A1，本文以提及方式引用每篇文献的全部内容。
技术实现思路
Pourbaix在第389页显示，Cu在pH7-12.5被钝化。因此本专利技术意识到，在碱性环境中进行臭氧处理以减少铜在臭氧存在时，特别是在水存在时，的腐蚀是希望的。在碱性环境中进行臭氧处理有多种优势。在碱性条件下进行臭氧处理时，铜的腐蚀显著减少。实际上，可以存在有用的但适度的酸性成分例如CO2而不会产生腐蚀效果。总之，将pH调节到碱性范围允许在清洗Cu BEOL晶片时使用臭氧处理。臭氧自身能够用于剥离抗蚀剂，并且臭氧基混合物能够起到类似APM(NH4OH:H2O2:H2O)的作用，辅助于清洗灰化后清洗残余。碱的存在还有助于除去所谓的碳化硬壳(carbonized crust layer)。在典型的刻蚀后光刻胶膜中，在刻蚀之后由于暴露于高能RIE等离子体而倾向于形成碳化硬壳。只使用臭氧，硬壳层的除去速度非常缓慢。然而，O3在碱性溶液中裂解期间产生的短寿命自由基物质非常有反应活性，能够攻击和有利于除去硬壳层。图2显示了当抗蚀剂块体被可以从位于Phillipsburg，NJ.的J.T.Baker电子材料公司在商业设计JTB ALEG 820下商业获得的用于具有暴露铜互连的晶片的光刻胶剥离化学剂溶解之后，残留在晶片200上的外皮210。本专利技术能够除去该外皮210。该除去可能是在臭氧被碱裂解期间由于反应性自由基物质的产生造成的。我们研究了HMDS恢复处理对超低k(ULK)CVD有机硅酸盐玻璃(OSG)材料的效果。我们的结果表明，恢复只随着材料孔隙率的增加而提高(例如，k＝2.2膜)，实际上，对于k＝2.5膜，我们没有看到任何提高。因此，使用本专利技术的原理检查了损伤性等离子体灰化处理的替代方法。本专利技术的原理还可用于执行对多孔低k电介质材料的清洗处理场合而可降低对电介质材料的损伤。显著地，本专利技术可以用于从包含低k电介质材料的晶片剥离光刻胶，而电介质性质或临界尺寸的改变如果有的话也非常微小。例如，如下文将进一步讨论的，使用本专利技术的处理从含有CVD有机硅酸盐玻璃材料(OSG)低k膜的晶片剥离光刻胶，并且该处理不会产生低k电介质的性能或临界尺寸的改变。优选的实践模式涉及使用“全湿”光刻胶剥离，任选地使用DIO3与用于润湿晶片的水溶碱被共同分配在批喷射处理器内。当所处理的晶片具有暴露铜时，使用水溶碱是更加希望的。用DIO3处理与商用配方相比，可显著降低化学成本和危险废物的产生。臭氧处理只会使所沉积的膜的k值造成最小量的改变。此外，构图的测试结构的电参数数据表明，用臭氧处理的膜与用还原等离子体灰化(reducing plasma ash)处理的膜相比，泄漏电流大大降低。根据本专利技术的一个方面，处理一个或多个类晶片物体的方法包括使臭氧在大于大约7.5的pH下与一个或多个类晶片物体接触。根据本专利技术的另一个方面，处理一个或多个类晶片物体的方法包括使臭氧与一个或多个类晶片物体接触，同时用水溶碱润湿类晶片物体。根据本专利技术的另一个方面，用于处理类晶片物体的系统包括一个室，其中在处理期间定位类晶片物体；第一路径，通过它将含臭氧的材料分配到室内；第二路径，通过它以有效润湿类晶片物体的方式将水溶碱分配到室内，和程序指令，使含臭氧的材料和水溶碱以使臭氧在碱性条件下与类晶片物体接触的方式分配到室内。根据本专利技术的另一个方面，用于处理类本文档来自技高网...

【技术保护点】
处理一个或多个类晶片物体的方法，包括使臭氧在ｐＨ大于大约７．５的条件下与一个或多个类晶片物体接触的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-9-17 60/610,7021.处理一个或多个类晶片物体的方法，包括使臭氧在pH大于大约7.5的条件下与一个或多个类晶片物体接触的步骤。2.根据权利要求1的方法，其中该一个或多个类晶片物体包含暴露的铜部件。3.处理一个或多个类晶片物体的方法，包括使臭氧与一个或多个类晶片物体相接触，同时用水溶碱润湿类晶片物体的步骤。4.根据权利要求3的方法，其中水溶碱包括水溶TMAH。5.根据权利要求3的方法，其中水溶碱包括水溶KOH。6.根据权利要求3的方法，其中水溶碱包括缓冲液。7.根据权利要求3的方法，其中水溶碱包括腐蚀抑制剂。8.根据权利要求7的方法，其中水溶碱包括氨水。9.根据权利要求3的方法，其中水溶碱包括氨水。10.根据权利要求3的方法，其中臭氧作为水溶液中的溶质供应，并且其中该水溶液进一步包括腐蚀抑制剂。11.根据权利要求10的方法，其中该腐蚀抑制剂包括尿酸或其衍生物。12.根据权利要求10的方法，其中该腐蚀抑制剂包括苯并三唑或其衍生物。13.根据权利要求3的方法，其中一个或多个类晶片物体布置在处理室内，并且其中臭氧和水溶碱分开地引入到处理室内。14.根据权利要求13的方法，其中臭氧作为DIO3组合物的溶解组分引入到室内。15.根据权利要求14的方法，其中DIO3组合物在如下的条件下溅喷到处理室内，即溶解的臭氧的至少一部分从DIO3组合物中除气，并随后与类晶片物体接触。16.根据权利要求3的方法，其中一个或多个类晶片物体包括暴露的铜部件。17.用于处理包含暴露铜部件的类晶片物...

【专利技术属性】
技术研发人员：库尔特K克里斯腾森，菲利普G克拉克，
申请(专利权)人：FSI国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]