[發明專利]晶圓凈化裝置、刻蝕機臺及大馬士革刻蝕方法

有效

• 申請號: 201410654598.6
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104409393B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 李全寶;劉斌;江旻;曾林華;任昱;呂煜坤;朱駿;張旭升
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67;H01L21/768
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31275
• 代理人: 吳世華,林彥之

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種晶圓凈化裝置、金屬硬質掩膜大馬士革一體化刻蝕機臺及其大馬士革刻蝕方法。

背景技術

隨著集成電路技術的進步，追求高速度、高器件密度、低功耗以及低成本的芯片成為超大規模集成電路制造的趨勢。集成規模加大了芯片中的導線密度，從而使導線寬度和間距不斷減小，互聯中的電阻和電容所產生的寄生效應越來越明顯。當器件的尺寸小到一定技術節點后，就需要克服阻容遲滯帶來的信號傳播延遲、線間干擾以及功率耗散等。然而在后段銅互聯工藝中，低介電常數(lowk)材料和金屬硬掩模(Metal Hard Mask)工藝的加入，成為集成電路工藝發展的又一必然選擇。金屬硬掩模一體化刻蝕技術采取主刻蝕和去膠在同一腔體內進行刻蝕溝槽和通孔，大大節約了工藝時間和成本，它除了帶來最大的利益之外，對工藝的要求更加苛刻。

目前，后段銅互連使用的金屬硬質掩模大馬士革一體化刻蝕技術工藝上還存在缺陷，尤其在干法刻蝕過程中，刻蝕過的晶圓和未刻蝕的晶圓受刻蝕過程中散發出來的氣體影響，在一個FOUP里晶圓之間出現交叉污染現象，靠近FOUP上方位置的未蝕刻的晶圓表面的光阻與刻蝕后揮發出來的氣體發生反應生成一種副產品附在光阻表面，受到影響的晶圓存在明顯的空間效應，并且與散發出的刻蝕后殘留氣體的濃度有著很強的相關性，當晶圓進入刻蝕腔刻蝕時，發生反應的光阻就相當于一層硬掩模使刻蝕難以進行，刻蝕完成后被阻擋區域的薄膜層就會殘留下來，如圖1所示，圖1為填充銅之后的晶圓結構示意圖，缺陷a形成于刻蝕的溝槽頂部，從而導致填銅之后銅連線b破損，影響銅互連的可靠性。

如下圖2a和2b，同一晶圓表面未刻蝕前與刻蝕后的電子掃描顯微鏡圖片對比，刻蝕前表面生成的副產品(虛線框住的部分)導致蝕刻后出現典型的缺陷(虛線框框住的部分)。

產生缺陷機理為：未反應晶圓的光阻表面，接觸孔下底部的銅以及光阻去除后的金屬硬掩模(TIN)，這些區域均會受刻蝕后殘留氣體的影響。

產生缺陷的化學反應式如下：

SiF4+2H2O→SiO2↓+4HF↑；CuF2+H2O→CuO+2HF↑

TiO+HF→TiOHF

HF+NH3→(NH4)F↓

上述由于交叉污染而導致的刻蝕缺陷，會影響后續工藝的順利進行以及器件的質量。

發明內容

為了克服以上問題，本發明旨在提供晶圓凈化裝置、金屬硬質掩膜大馬士革一體化刻蝕機臺及其大馬士革刻蝕方法，通過晶圓凈化裝置將存放于其中的晶圓上的刻蝕殘留氣體及時排出晶圓凈化裝置外，減少刻蝕殘留氣體在晶圓凈化裝置內的停留時間以及降低其濃度。

為了實現上述目的，本發明提供了一種晶圓凈化裝置，其包括：

內腔，用于裝載晶圓；

多層晶圓卡塊，在豎直方向上以一定的間隔分布于所述內腔的內側壁上，其用于支撐多個晶圓在豎直方向上以一定的間隔排布；

外腔，連接于所述內腔外側；

排氣通道，在豎直方向上排布于所述內腔的一側的側壁上，且穿過所述內腔的側壁到所述外腔，使所述內腔與所述外腔連通；

機械泵，連接于所述外腔，用于使所述內腔中刻蝕殘留氣體平行流動并流經所述排氣通道、沿所述外腔而排出。

優選地，所述外腔與所述內腔具有共用的側壁，所述排氣通道為排氣孔；所述排氣孔穿透所述共用的側壁。

優選地，所述機械泵通過一管道連接于所述外腔的底部。

優選地，所述內腔中的刻蝕殘留氣體沿水平方向平行流動。

本發明還提供了一種金屬硬質掩膜大馬士革一體化刻蝕機臺，包括：用于對晶圓進行大馬士革刻蝕工藝的多個工藝腔，連接于多個所述工藝腔之間的傳送腔，傳送裝置，其通過所述傳送腔將所述晶圓在多個所述工藝腔之間進行搬運，以及用于存儲晶圓的存儲腔，其連接于所述傳送腔的一端；其還包括上述的晶圓凈化裝置，所述晶圓凈化裝置位于所述存儲腔的一端。

本發明還提供了一種采用上述的刻蝕機臺進行金屬硬質掩膜大馬士革一體化刻蝕的方法，其特征在于，包括：

在每個所述工藝腔中對所述晶圓進行大馬士革刻蝕工藝中相應的刻蝕過程；

通過所述傳送裝置將在所述工藝腔完成相應刻蝕過程的所述晶圓取出，并傳送至所述存儲腔；

所述傳送裝置將所述晶圓傳送至所述晶圓凈化裝置的所述內腔內部；

在所述機械泵的驅動下，所述內腔中的刻蝕殘留氣體平行流動，并穿過所述排氣通道、沿所述外腔而排出；