通过痕量气体浓度的监测来检测晶圆等离子处理中的电弧事件制造技术

提供了检测半导体等离子处理装置中的基板电弧的方法。将基板放置在等离子处理装置的反应室内的基板支撑件上。将工艺气体引入该反应室。由该工艺气体产生等离子，且用该等离子处理该基板。监测在等离子处理过程中该反应室中产生的选定气体物种的实时光谱信号强度。该选定气体物种是由基板电弧事件生成的。当该强度高于临界值时，该电弧事件被检测到。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过痕量气体浓度的监测来检测晶圆等离子处理中的电弧事件
技术介绍
等离子处理装置被用于通过包括蚀刻、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积 (CVD)、离子注入及光阻移除的技术来处理基板。一种典型的用于等离子处理的等离子 处理装置包括包含上、下电极的反应室。介于这些电极之间的射频等离子产生能量离子 和中性物种，蚀刻该反应室内部的该晶圆基板和室部件。
技术实现思路
在一个实施方式中，提供了在半导体等离子处理装置中检测基板电弧的方法。 将基板放置在等离子处理装置的反应室内的基板支撑件上。将工艺气体引入该反应室。 由该工艺气体生成等离子，且用该等离子处理该基板。监测在等离子处理过程中在该反 应室内产生的选定气体物种的实时光谱信号强度。该选定气体物种是由基板电弧事件产 生的。当该强度高于临界值时，该电弧事件被检测到。在另一个实施方式中，等离子处理装置包括基板载台，支撑位于反应室内部的基板。气体供给，使用气体分配构件将工艺气体供应至该反应室内部。电源，向该反 应室内部供应能量并激励该工艺气体至等离子状态，用以处理该基板。气体传感器，适 用于在等离子处理过程中监测该反应室内的气体物种，以识别由基板电弧产生的气体物 种。警报器，当由基板电弧产生的气体物种被识别到时产生警示信号。附图说明图IA是等离子装置的示例性实施方式的横剖面视图。图IB是电感耦合等离子处理装置的横剖面视图。图2A是来自强度作为原子质量的函数的RGA质谱仪的实时信号，用于在氩等 离子中处理覆着有机光阻的硅试片(siliconcoupon)。图2B是来自强度作为原子质量的函数的RGA质谱仪的实时信号，用于在氩等 离子中的处理过程中处理覆着有机光阻的硅试片，导热膏用于该试片的背面。图2C是来自强度作为原子质量函数的RGA质谱仪的实时信号，用于在氩等离 子中的处理过程中处理硅试片。图3是来自强度作为原子质量函数的RGA质谱仪的实时信号，用于在CF4等离 子中处理硅试片。图4A是电弧事件发生期间来自强度作为原子质量函数的RGA质谱仪的实时信 号，用于在氩等离子中处理覆着有机光阻的硅试片。图4B是电弧事件发生期间来自强度作为时间函数的RGA质谱仪的实时信号， 用于在氩等离子中处理覆着有机光阻的硅试片。图5是来自强度作为原子质量函数的RGA质谱仪的实时信号，用于CF4/N2气体 混合物，其中没有等离子产生。具体实施例方式半导体材料可通过选择性地建立和移除材料层，被制作为具体的电子器件，例如晶体管、二极管、电容器等等。在集成电路制作中，单个芯片上器件数目的持续增加 和最小特征尺寸的相应减小，已经对集成电路制作的许多制作步骤提出了日益困难的需 求，该制作步骤包括将不同材料层沉积在有时困难的拓扑结构上，以及在那些层上移除 材料和形成特征。等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)可被用于在半导体集成电路中形成各种 薄膜。举例来说，PECVD可形成具有高纯度和高品质的薄膜，例如Si02、Sl3N4、Si或 类似物。在形成薄膜的反应过程中，原料可以气体组分的形式被供应至反应室，从而使 气体分子在气体中和在该基板的表面被热解离和组合，从而形成薄膜。蚀刻是用于从给定基板移除半导体或其他材料的层，并在集成电路上形成特征 的已知技术。举例来说，通过沉积掩模覆层例如有机光阻，可以在基板层形成孔(例如 沟或通孔)。经过蚀刻之后，该掩模层可被图案化为沟、微孔或通孔。归因于与湿式蚀刻的各种方法相比的更好的溶解性和改进的尺寸和形状控制能 力，等离子蚀刻在生产电子器件中是特别值得注意的。因此，在要求更好的图案控制和 勾勒(例如处理半导体晶圆以形成大尺寸集成器件和集成电路)的情况下，等离子蚀刻被 积极利用。在包括干式蚀刻或沉积的微电子制造中，等离子体反应器可被应用于在半导体 晶圆上完成各种工艺。晶圆被放置在该反应器的真空室内部，且工艺气体，包括蚀刻或 沉积气体，被引入至该室。这些气体被激励点火并维持等离子。视形成等离子的这些气 体的组成而定，该等离子可被用于从该晶圆蚀刻特定的材料或可被用于沉积材料的薄膜 层至该晶圆上。该处理室被配置为当射频(RF)能量被施加至该处理室的一个或多个电极 时，接收工艺气体(即蚀刻化学品)。该处理室内的压力同样被控制用于特定工艺。通 过将该所需RF能量施加至该电极，该室内的这些工艺气体被激发从而建立等离子。该等 离子由此产生，以便完成该半导体晶圆的选定层的所需蚀刻。随着集成电路器件继续缩减其物理尺寸和其工作电压，其相关的成品率变得对 影响关键特征的任何缺陷更加敏感。晶圆表面上的缺陷在光刻和蚀刻步骤中会局部破坏 图案转移。这些缺陷的一个来源与电弧事件有关，电弧事件会发生在晶圆的等离子处理过 程中。通常，电弧指的是瞬时高密度等离子丝，其在该反应器内的两个表面和/或该晶 圆之间携带电流。基板电弧指的是发生在反应器与晶圆之间、或者晶圆内的两个位置之 间的电弧。基板电弧可能导致该晶圆的材料降解，包括不受欢迎的材料溅射、材料沉积 或一些材料的高温挥发。尽管电弧通常具有小的直径和短的持续时间，电弧的能量密 度会导致重大损害，即使该总功耗小。举例来说，基板电弧事件能够产生细微的凹陷 (即，在微米数量级上)，这会损害关键特征，包括栅结构、金属间电介质层(无机的或 有机的)或金属互连线，导致集成电路元件故障或失灵。因此，需要一种实时检测基板 电弧的可靠方法，以确保在多个晶圆被损坏之前，这些经历基板电弧的等离子处理装置 被离线处理，用以维修。提供一种 通过由该等离子处理装置内的基板电弧产生的气体物种的实时监测和 气体物种的识别，检测基板电弧的方法。晶圆内部或晶圆表面与等离子室表面之间的基 板电弧事件将挥发性物种释放入该等离子。举例来说，基板电弧事件会引起该基板的快 速升温并释放与硅、铝、铜(即含铝、铜或硅物种)或有机材料(即光阻或有机电介质) 有关的挥发性分解产物，导致该晶圆表面附近的分解产物浓度突然增大或大幅度上涨。 例如，与光阻分解有关的产物会产生更多的稳定分子，其能够扩散到位于该晶圆表面附 近的能够测量气体浓度的传感器。另一方面，与该硅、铝或铜有关的分解产物可能在监 测之前就浓缩在该晶圆表面上。尽管基板电弧事件能够产生气态物种(例如，来自有机材料分解)，但是由于工 艺气体(即，蚀刻气体或CVD气体)的高背景浓度，某些气态物种可能是不可监测的。 用于蚀刻的工艺气体的示例包括碳氢化合物气体(例如CxHy)、氟碳化合物气体(例如 CxFy)、氢氟碳化合物气体(例如CxHyFz)、含卤气体(例如NF3、HBr, Cl2)、含氧气体 (例如O2)、含氮气体(例如N2、NH3)或惰性气体(例如He、Ar)。用于薄膜沉积的工 艺气体的示例包括选自由SiH4、SiF4, Si2H6,正硅酸四乙酯(TEOS)、四甲基环四硅氧烷 (TMCTS)组成的组的含硅反应气体及其混合物。用于薄膜沉积的这些工艺气体可包括 H2> O2> N2> NH3> NF3> N2O 和 NO，及其混合物。图1揭示用于蚀刻的示例性半导体材料等离子处理装置100。等离子处理装置 100包括反应室102，其包含基板支撑件104，在等离子处理过程中基板106被支撑在其 上。在该反应室102内部用于支本文档来自技高网...

【技术保护点】
在半导体等离子处理装置中检测基板电弧的方法，包括：　　将基板放置在等离子处理装置的反应室内的基板支撑件上；　　将工艺气体引入至该反应室；　　从该工艺气体产生等离子；　　用该等离子处理该基板；　　监测在等离子处理过程中该反应室内产生的选定气体物种的实时光谱信号强度，其中该选定气体物种由基板电弧事件产生；以及　　检测当该强度高于临界值时的该电弧事件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-5-12 12/149,9821.在半导体等离子处理装置中检测基板电弧的方法，包括 将基板放置在等离子处理装置的反应室内的基板支撑件上； 将工艺气体引入至该反应室；从该工艺气体产生等离子； 用该等离子处理该基板；监测在等离子处理过程中该反应室内产生的选定气体物种的实时光谱信号强度，其 中该选定气体物种由基板电弧事件产生；以及 检测当该强度高于临界值时的该电弧事件。2.权利要求1的方法，其中该基板包括铝、铜、硅、有机电介质或有机光阻；且由 该基板电弧事件产生的该选定的气体物种包括含铝、铜或硅的物种和/或该有机材料的 分解产物。3.权利要求1的方法，进一步包括识别由该基板电弧事件产生的选定的气体物种，包括在没有该基板电弧事件的情况下，监测该工艺气体的实时光谱信号强度； 在该基板电弧事件过程中监测实时光谱信号的强度；以及将在没有该基板电弧事件情况下该工艺气体的实时光谱信号强度与在该基板电弧事 件过程中的实时光谱信号强度进行对比。4.权利要求1的方法，其中监测实时光谱信号强度是由残余气体分析(RGA)质 谱仪、电感耦合等离子光发射(ICP-OE)光谱仪、红外吸收光谱仪或傅里叶变换红外 (FTIR)光谱仪完成的。5.权利要求3的方法，其中该选定的气体物种包括分解产物，其在残余气体分析仪 (RGA)上在12、15、25、26、85或86原子质量单位(AMU)处产生信号。6.权利要求1的方法，进一步包括当检测到电弧事件时产生警示信号，以终止该等离 子工艺。7.权利要求1的方法，其中将工艺气体引入至该反应室是通过经由喷头注入工艺气体 完成的；且监测选定的气体物种的实时光谱信号强度包括从该喷头内的通道或邻近该基 板的采样管收集气体物种。8.权利要求1的方法，其中用等离子处理该基板包括(a)半导体、金属或电介质的 等离子蚀刻；或(b)导电或介电材料的沉积。9.权利要求8的方法，其中用于等离子蚀刻的该工艺气体包括碳氢化合物气体、氟碳 化合物气体、氢氟碳化合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克赫德森，
申请(专利权)人：朗姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]