半导体器件制造工具及其制造方法与流程

本发明的实施例涉及半导体器件制造工具及其制造方法。

背景技术

半导体器件用于例如诸如个人计算机、手机、数码相机和其他电子设备的各种电子应用中。通常通过在半导体衬底上方依次沉积绝缘层或介电层、导电层和半导体材料层以及使用光刻工艺和蚀刻工艺图案化各个材料层以在各个材料层上形成电路组件和元件来制造半导体器件。

半导体产业通过最小部件尺寸的不断减小来持续地改进各个电子组件(例如，晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的集成密度，这允许在给定的区域中集成更多的组件。然而，随着最小部件尺寸的减小，在使用的每个工艺中会出现额外的问题，并且应该解决这些额外的问题。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种半导体器件制造工具，包括：第一湿蚀刻清洁站；第一等离子体处理站；以及传送站，可操作地位于所述第一湿蚀刻清洁站和所述第一等离子体处理站之间；以及外壳，围绕所述第一湿蚀刻清洁站、所述第一等离子体处理站和所述传送站的全部。

本发明的另一实施例提供了一种半导体器件制造工具，包括：湿蚀刻部分，包括多个湿蚀刻室；第一传送站，与所述湿蚀刻室中的至少一个协同操作；以及等离子体处理部分，包括多个等离子体处理室，其中，所述多个等离子体处理室中的至少一个与所述第一传送站协同操作，其中，所述湿蚀刻部分、所述第一传送站和所述等离子体处理部分是单个机器的部分。

本发明的又一实施例提供了一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：形成穿过介电层的开口以暴露半导体晶圆的导电元件；将所述半导体晶圆放置到第一处理工具中；在所述第一处理工具内湿清洁所述半导体晶圆；等离子体清洁所述第一处理工具内的所述半导体晶圆；以及在等离子体清洁所述半导体晶圆之后从所述第一处理工具去除所述半导体晶圆。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本发明的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。

图1a至图1c示出根据一些实施例在低k电介质中形成通孔开口和沟槽开口。

图2a至图2c示出根据一些实施例的半导体制造工具。

图3示出根据一些实施例的在通孔开口和沟槽开口内形成导电材料。

具体实施方式

以下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。

现在将相对于诸如在用于20nm、16nm、10nm、7nm或5nm工艺节点的先通孔、后沟槽镶嵌工艺期间的清洁工艺的特定实施例描述实施例。然而，本文描述的想法可以应用于任何合适的工艺。

现在参考图1a至图1c，图1a示出具有有源器件(未单独示出)的衬底101、金属化层103(包括未标记的介电材料和介电材料内的导电元件105)、第一蚀刻停止层107、第二蚀刻停止层109、第三蚀刻停止层110和第一介电层111。在实施例中，衬底101可以包括掺杂或未掺杂的块状硅、或绝缘体上硅(soi)衬底的有源层。通常，soi衬底包括诸如硅、锗、锗硅、soi、绝缘体上锗硅(sgoi)或它们的组合的半导体材料层。可以使用包括多层衬底、梯度衬底或混合取向衬底的其他衬底。

有源器件可以包括诸如晶体管等的各种各样的有源器件，和诸如电容器、电阻器、电感器等的各种各样的无源器件，其可以用于产生所设计的期望的结构和功能部件。可以使用任何合适的方法在衬底101内或者衬底101上形成有源器件和无源器件。

金属化层103形成在衬底101和有源器件上方并且设计为连接各个有源器件以形成用于设计的功能电路。在实施例中，金属化层由交替的介电材料层和导电材料层形成并且可以通过任何适合的工艺(诸如沉积、镶嵌、双镶嵌等)形成。在实施例中，可能存在通过至少一个层间介电层(ild)与衬底101分离的一个至四个金属化层，但是金属化层的精确数目取决于设计。

导电元件105可以形成在金属化层103的上部中，并且是将与互连件305(图1a中未示出，但下文中相对于图3示出和描述)进行物理连接和电连接的区域。在实施例中，导电元件105可以是使用例如镶嵌或双镶嵌工艺形成的诸如铜的材料，由此在金属化层103的上部内形成开口，使用诸如铜的导电材料填充和/或过填充开口，并且实施平坦化工艺以将导电材料嵌入到金属化层103内。然而，可以使用任何合适的材料和任何合适的工艺来形成导电元件105。

第一蚀刻停止层107用于保护下面的结构，并通过例如第二蚀刻停止层109提供用于后续蚀刻工艺的控制点。在一个实施例中，可以使用等离子体增强化学汽相沉积(pecvd)由氮氧化铝(alon)形成第一蚀刻停止层107，尽管可以可选地使用诸如氮化物、碳化物、硼化物、它们的组合等其他材料，以及诸如低压cvd(lpcvd)、pvd等形成第一蚀刻停止层107的可选技术。第一蚀刻停止层107可以具有介于约和约之间(诸如约)的厚度。

一旦已经形成第一蚀刻停止层107以覆盖导电元件105，则在第一蚀刻停止层107上方形成第二蚀刻停止层109。在实施例中，第二蚀刻停止层109由诸如sioc的碳掺杂的氧化物的材料形成，尽管还可以使用任何其他合适的材料。可以使用诸如化学汽相沉积、物理汽相沉积、原子层沉积等的沉积工艺来形成第二蚀刻停止层109的材料，并且可以沉积到介于约和约之间(诸如约)的厚度。然而，可以使用任何合适的形成工艺和厚度。

一旦已经形成第二蚀刻停止层109，则在第二蚀刻停止层109上方形成第三蚀刻停止层110。在实施例中，第三蚀刻停止层110由诸如氧化铝的材料形成，但是还可以使用诸如氮化铝的任何合适的材料。可以使用诸如化学汽相沉积、物理汽相沉积、原子层沉积等的沉积工艺来形成第三蚀刻停止层110的材料，并且可以沉积到介于约和约之间(诸如约)的厚度。然而，可以使用任何合适的形成工艺和厚度。

一旦已经形成第三蚀刻停止层110，则可以形成第一介电层111，以便有助于将互连件305(图1a至图1c中未示出，但是下文相对于图3进一步示出并讨论)与其他相邻的电路由线隔离。在实施例中，第一介电层111可以是旨在帮助将互连件305与其他结构隔离的例如低k介电膜。通过隔离互连件305，可以减小互连件305的电阻-电容(rc)延迟，从而通过互连件305提高电力的整体效率和速度。

在实施例中，第一介电层111可以是诸如siocn、sicn或sioc的多孔材料，并且可以通过最初在第三蚀刻停止层110上方形成前体层来形成。前体层可以包括基质材料(matrixmaterial)和散布在基质材料中的致孔剂，或者可以可选地包括不含致孔剂的基质材料。在实施例中，可以例如通过使用诸如等离子体增强化学汽相沉积(pecvd)的工艺共沉积基质材料和致孔剂来形成前体层，其中，基质材料与致孔剂同时沉积，由此形成具有混合在一起的基质材料和致孔剂的前体层。然而，如本领域普通技术人员将意识到的，使用同时pecvd工艺的共沉积不是可用于形成前体层的唯一工艺。还可以使用诸如将基质材料和致孔剂材料预先混合成液体，然后将混合物旋涂到金属化层103上的任何合适的工艺。

前体层可以形成为足以提供第一介电层111所需的隔离和路由特性的厚度。在实施例中，前体层可以形成为在约和约之间(诸如约)的第一厚度t1。然而，这些厚度仅旨在用于说明，并不旨在限制实施例的范围，因为前体层的精确厚度可以是任何合适的期望厚度。

可以使用诸如pecvd的工艺来形成基质材料或基底介电材料，但是可以可选地使用诸如化学汽相沉积(cvd)、物理汽相沉积(pvd)或甚至旋涂等的任何合适的工艺。pecvd工艺可以使用诸如甲基二乙氧基硅烷(dems)的前体，但是可以可选地使用诸如其他硅烷、烷基硅烷(例如，三甲基硅烷和四甲基硅烷)，烷氧基硅烷(例如甲基三乙氧基硅烷(mteos)、甲基三甲氧基硅烷(mtmos)、甲基二甲氧基硅烷(mdmos)、三甲基甲氧基硅烷(tmmos)和二甲基二甲氧基硅烷(dmdmos))、线性硅氧烷和环状硅氧烷(例如，八甲基环四硅氧烷(omcts)和四甲基环四硅氧烷(tmcts))、它们的组合等。然而，如本领域普通技术人员将意识到的，本文列出的材料和方法仅旨在用于说明，并不旨在限制实施例，因为可以可选地使用任何其他合适的基质前体。

在形成具有分散在基质材料中的致孔剂的前体层之后，从基质材料中去除致孔剂以在基质材料内形成孔。在实施例中，通过退火工艺实施致孔剂的去除，该退火工艺可以分解和蒸发致孔剂材料，从而允许致孔剂材料扩散并离开基质材料，从而留下结构完整的多孔介电材料作为第一介电层111。例如，可以在约200℃和约500℃之间(诸如约400℃)使用在约10秒和约600秒之间(诸如约200秒)的退火。

然而，如本领域普通技术人员将意识到的，上述热工艺不是可用于从基质材料中去除致孔剂以形成第一介电层111的唯一方法。可以可选地使用诸如用uv辐射照射致孔剂以分解致孔剂或使用微波分解致孔剂的其他合适的方法。去除全部或部分致孔剂的这些和任何其他合适的工艺都完全旨在包括在实施例的范围内。

图1a额外地示出放置抗反射层113。在实施例中，抗反射层113可以是无氮抗反射涂层，并且可以包括聚合物树脂、催化剂和交联剂，所有这些都放置到用于分散的溶剂中。聚合物树脂包括诸如交联单体和具有发色团单元的单体的具有重复单元的聚合物链。在实施例中，具有发色团单元的单体可以包括含有取代和未取代的苯基、取代和未取代的蒽基、取代和未取代的菲基、取代和未取代的萘基、含有诸如氧、硫或它们的组合的杂原子的取代和未取代的杂环(诸如吡喃基或吖啶基)的乙烯基化合物。这些单元中的取代基可以是任何烃基，并且还可以含有诸如氧、硫或它们的组合的杂原子，诸如亚烷基、酯、醚、它们的组合等，其中，碳原子的数量在1和12之间。

交联单体可以用于使单体与聚合物树脂内的其他聚合物交联以改变抗反射层113的溶解性，并且可以可选择地具有酸不稳定基团。在特定实施例中，交联单体可以包括烃链，其中，该烃链还包括例如羟基、羧酸基、羧酸酯基、环氧基、氨基甲酸酯基、酰胺基、它们的组合等。

催化剂可以是用于产生化学活性物质并且引发聚合物树脂内的聚合物之间的交联反应的化合物，并且可以是例如热致产酸剂、光致产酸剂、光致产碱剂、这些的合适的组合等。在催化剂是热致产酸剂的实施例中，当足够的热量施加到抗反射层113时，催化剂将产生酸。热致产酸剂的特定实例包括丁磺酸、三氟甲磺酸、纳米氟丁磺酸(nanoflurobutanesulfonicacid)、硝基苄基甲苯磺酸酯(诸如2-硝基苄基甲苯磺酸酯、2,4-二硝基苄基甲苯磺酸酯、2,6-二硝基苄基甲苯磺酸酯、4-硝基苄基甲苯磺酸酯)；苯磺酸(4-氯苯磺酸2-三氟甲基-6-硝基苄酯、4-硝基苯磺酸2-三氟甲基-6-硝基苄酯)；酚磺酸酯(例如，苯基、4-甲氧基苯磺酸酯)；有机酸的烷基铵盐(例如，10-樟脑磺酸的三乙基铵盐)、它们的组合等。

还可以将交联剂添加到抗反射层113中。交联剂与抗反射层113内的聚合物树脂内的聚合物反应，有助于提高光刻胶的交联密度，这有助于改善抗蚀剂图案和干蚀刻抗性。在实施例中，交联剂可以是基于三聚氰胺的试剂、基于脲的试剂、基于乙烯脲的试剂、基于丙烯脲的试剂、基于甘脲的试剂、具有羟基、羟烷基或它们的组合的脂族环状烃，脂族环状烃的含氧衍生物、甘脲化合物、醚化氨基树脂、聚醚多元醇、聚缩水甘油醚、乙烯基醚、三嗪、它们的组合等。

抗反射层113的材料可以放置到用于分散的溶剂中。在实施例中，溶剂可以是有机溶剂，并且可以包括任何合适的溶剂，诸如酮、醇、多元醇、醚、二醇醚、环醚、芳烃、酯、丙酸盐、乳酸盐、乳酸酯、亚烷基二醇单烷基醚、乳酸烷基酯、烷基烷氧基丙酸酯、环状内酯、包含一个环的单酮化合物、碳酸亚烷基酯、烷氧基乙酸烷基酯、丙酮酸烷基酯、乳酸酯、乙二醇烷基醚乙酸酯、乙二醇、丙二醇烷基醚乙酸酯、亚烷基二醇烷基醚酯、亚烷基二醇单烷基酯等。

一旦已经制备了用于抗反射层113的材料，则可以通过首先将抗反射层113的材料施加到第一介电层111上来使用抗反射层113的材料。可以将抗反射层113的材料施加到第一介电层111，从而使得用于抗反射层113的材料涂覆第一介电层111的上暴露表面，并且可以使用诸如旋涂工艺、浸涂法、气刀涂布法、帘式涂布法、线棒涂布法、凹版涂布法、层压法、挤压涂布法、这些的组合等来施加。在实施例中，可以施加用于抗反射层113的材料，从而使得其具有在约50nm和约500nm之间(诸如约300nm)的厚度。

一旦已经形成了抗反射层113，就可以在抗反射层113上方形成第一硬掩模115。在实施例中，第一硬掩模115可以是具有与第二蚀刻停止层109的材料(诸如氮化钛(tin))不同的蚀刻选择性的掩模材料，尽管可以使用诸如氧化钛的任何其他合适的材料。第一硬掩模层115可以使用诸如化学汽相沉积、物理汽相沉积、原子层沉积、这些的组合等的沉积工艺来形成，并且可以形成为在约和约之间(诸如约)的初始第二厚度t2。然而，可以使用任何合适的厚度。

一旦形成，可以图案化第一硬掩模115，以便提供用于后续蚀刻工艺(例如，下文所述的第一蚀刻工艺121)的掩模层，以形成通孔开口119。在实施例中，可以通过将第一光刻胶118放置在第一硬掩模115上方，然后曝光和显影第一光刻胶118以形成图案化的光刻胶来图案化第一硬掩模115。在实施例中，第一光刻胶118是具有底部抗反射涂(barc)层、中间掩模层和顶部光刻胶层的三层光刻胶(在图1a内未单独示出)。然而，可以使用任何合适类型的光敏材料或材料的组合。一旦已经图案化第一光刻胶118，则使用例如各向异性蚀刻工艺(诸如反应离子蚀刻工艺)将第一光刻胶118的图案转移到第一硬掩模115。然而，可以使用任何合适的工艺。

在实施例中，可以图案化第一硬掩模115以形成用于通孔开口119的掩模。因此，可以图案化第一硬掩模115，从而使得通孔开口119具有在约10nm和约40nm之间(诸如约25nm)的第一宽度w1。然而，可以使用任何合适的尺寸。

一旦已经图案化第一硬掩模115，可以使用第一蚀刻工艺(在图1a中由标记为121的波浪线表示)将第一硬掩模115的图案转移到第一介电层111。在实施例中，第一蚀刻工艺121可以是具有适于蚀刻第一介电层111的蚀刻剂的例如各向异性蚀刻工艺(诸如反应离子蚀刻)。然而，可以使用任何合适的蚀刻方法或蚀刻方法的组合。

通过使用第一蚀刻工艺121和第一硬掩模115，将第一硬掩模115的图案转移到抗反射层113，然后转移到第一介电层111，并且形成通孔开口119。在实施例中，将图案从第一硬掩模115转移到第一介电层111有助于将互连件305的通孔部分307形成到第一介电层111中。在特定实施例中，互连件305的通孔部分307可以由第一蚀刻工艺121形成，以在第一介电层111中延伸第一深度d1，其中，第一深度d1在和约之间(诸如约)。然而，可以使用任何合适的深度。

图1b示出一旦形成了通孔开口119，就去除第一光刻胶118。在实施例中，使用诸如灰化的工艺去除第一光刻胶118，由此增加第一光刻胶118的温度直到第一光刻胶118经历热分解，此时可以容易地去除第一光刻胶118。然而，可以使用诸如湿蚀刻或干蚀刻的任何其他合适的方法，或甚至使用与形成通孔开口119相同的蚀刻工艺去除第一光刻胶118。

一旦已经去除第一光刻胶118，可沉积并图案化第二光刻胶125以形成开口，从而有助于图案化沟槽开口129。在实施例中，第二光刻胶125是具有底部抗反射涂(barc)层、中间掩模层和顶部光刻胶层的三层光刻胶(在图1b内未单独示出)。然而，可以使用任何合适类型的光敏材料或材料的组合。

一旦已经将第二光刻胶125放置在第一硬掩模115和通孔开口119上方，则图案化第二光刻胶125。在实施例中，可以通过将第二光刻胶125(例如，三层光刻胶中的顶部光刻胶层)内的光敏材料穿过例如掩模版暴露于图案化的能量源(例如，光)来图案化第二光刻胶125。能量的撞击将在光敏材料的被图案化的能量源撞击的那些部分中引起化学反应，从而改变光刻胶的曝光部分的物理性质，从而使得第二光刻胶125的曝光部分的物理性质不同于第二光刻胶125的未曝光部分的物理性质。然后可以用例如显影剂(未单独示出)来显影第二光刻胶125，以便将第二光刻胶125的曝光部分与第二光刻胶125的未曝光部分分离，并且顶部光刻胶层的图案可以延伸穿过中间掩模层和底部抗反射涂层。

在实施例中，可以图案化第二光刻胶125，从而使得第二光刻胶125可以用于形成穿过第一介电层111的沟槽开口129。这样，第二光刻胶125可以形成为具有在约40nm和约150nm之间(诸如约50nm)的第二宽度w2的开口。然而，可以使用任何合适的尺寸。

一旦已经放置并图案化第二光刻胶125，则可以使用第二蚀刻工艺(在图1b中由标记为127的波浪线表示)来形成沟槽开口129，其中，该沟槽开口129将被填充以形成互连件305的通孔部分303。在实施例中，第二蚀刻工艺127可以类似于第一蚀刻工艺121。例如，第二蚀刻工艺127可以是使用对第一介电层111具有选择性的蚀刻剂的诸如反应离子蚀刻工艺的各向异性蚀刻工艺。

第二蚀刻工艺127将用于形成沟槽开口129并且还使通孔开口119延伸穿过第一介电层111，并且将暴露下面的第三蚀刻停止层110，其中，该第三蚀刻停止层110的材料选择为停止或至少减慢第二蚀刻工艺127并防止第二蚀刻工艺127蚀刻穿过第三蚀刻停止层110。这样，通孔开口119可以延伸到，但不延伸穿过第三蚀刻停止层110。

图1c额外地示出通孔开口119可以延伸穿过第三蚀刻停止层110和第二蚀刻停止层109。在实施例中，通过一个或多个湿蚀刻工艺实施穿过第三蚀刻停止层110和第二蚀刻停止层109的通孔开口119的击穿，其中，液体蚀刻剂与第三蚀刻停止层110接触，然后接触第二蚀刻停止层109。

在已经图案化第三蚀刻停止层110和第二蚀刻停止层109以延伸通孔开口119之后，通孔开口119可以延伸穿过第一蚀刻停止层107。在实施例中，通孔开口119穿过第一蚀刻停止层107的延伸暴露下面的导电元件105，并且可以使用例如湿蚀刻工艺或干蚀刻工艺实施该延伸，尽管可以使用任何合适的方法。

一旦已经暴露导电元件105，就可以实施衬垫去除，以便去除第一介电层111的可能已经进入沟槽开口129和通孔开口119中的任何材料。在实施例中，可以使用诸如干蚀刻的蚀刻工艺来实施衬垫去除。例如，在实施例中，衬垫去除干蚀刻可以清洁开口以及至少部分地使通孔开口119和沟槽开口129的角部变圆。然而，可以使用任何合适的尺寸。

图1c和图2a至图2c示出一旦已经暴露导电元件105并且已经实施衬垫去除，则使用清洁/剥离工艺去除第二光刻胶125，其可以去除第二光刻胶125以及去除从先前工艺中留下的任何剩余的残留物131(例如，蚀刻残留物)，在放置第一阻挡层301(图2a至图2c中未示出，下文相对于图3描述)之前清洁并预清洁沟槽开口129和通孔开口119的表面，并且可选地，释放可能积聚在暴露表面上的电荷。在实施例中，清洁工艺可以包括湿清洁工艺250(还称为湿蚀刻清洁工艺)，接着实施等离子体处理，两者均在单一的一体化组合式工艺机器200中实施，而不会破坏外部氛围。例如，如图2a所示，组合式工艺机器200包括湿蚀刻部分202和等离子体处理部分204以及湿蚀刻部分202和等离子体处理部分204之间的传送站206，所有这些被封闭在外壳281内，外壳281将湿蚀刻部分202、等离子体处理部分204和传送站206与外部环境分离。

在实施例中，湿蚀刻部分202包括进料罐210，以便向多个湿蚀刻站208中的每个提供合适的第一蚀刻剂供应。使用第一蚀刻剂以便从通孔开口119和沟槽开口129内去除残余物131，并且因此第一蚀刻剂至少部分地取决于在先前工艺期间使用的材料和产品。然而，在实施例中，其中第一蚀刻停止层107是氮氧化铝，导电元件105是铜，以及残余物是氟化聚合物，第一蚀刻剂可以是包括氧化剂和溶剂的溶液。

例如，在实施例中，氧化剂可以是过氧化氢，尽管还可以使用诸如臭氧水或磷酸盐的任何其他合适的氧化剂。在实施例中，氧化剂可以以小于约25％(诸如约15％)的浓度置于溶液中。然而，可以使用任何合适的浓度。

有机溶剂用于稀释并输送氧化剂。在实施例中，有机溶剂可以是诸如乙二醇、丙二醇单甲醚、二甘醇单乙醚、二甘醇单丁醚、四氢噻吩-1,1-二氧化物、二甲基亚砜、n，n-二甲基乙酰胺、4-甲基吗啉、4n-甲基吗啉n-氧化物、4-甲氧基吡啶-n-氧化物水合物、氢氧化铵、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、它们的混合物等的有机液体。有机溶剂可以以约5％至约50％之间(诸如约30％)的浓度在溶液中。然而，可以使用任何合适的材料和浓度。

可选地，可以将其他添加剂置于用于第一蚀刻剂的溶液中。例如，可以将诸如苯并三唑或咪唑的蚀刻抑制剂放入溶液中，以便更好地控制第一蚀刻剂的蚀刻特性。可以将任何合适的添加剂加入到用于第一蚀刻剂的溶液中。

第一蚀刻剂可以通过连接至合适设备的第一输入端212放置到进料罐210(或称为日罐)中。可选地，如果将第一蚀刻剂(例如，氧化剂、有机溶剂和任何其他添加剂)的组分作为单独的组分接收，则可选的混合单元(未单独示出)可以放置在进料罐210的上游。在该实施例中，单独的组分被放置在混合单元内并在被放入进料罐210之前混合。

进料罐210额外地具有第二输入端214，用于再循环已被湿蚀刻站208使用的第一蚀刻剂。例如，进料罐210的第二输入端214连接至每个湿蚀刻站208的相应输出端，从而使得一旦第一蚀刻剂已经在例如湿清洗工艺250期间在湿蚀刻站208内使用，所使用的第一蚀刻剂可再循环回到进料罐210中以进行再循环。

为了帮助恢复所使用的第一蚀刻剂，从而使得第一蚀刻剂可以再循环用于另一种用途，进料罐210还包括第三输入端216(和相关的流量计217)，以接收用于第一蚀刻剂的额外的组分，以便恢复第一蚀刻剂的有效性。例如，可以通过第三输入端216加入额外量的氧化剂(氧化剂尖峰(spike))，以便提高进料罐210内的氧化剂的浓度，并帮助回收在湿清洁工艺250期间在湿蚀刻站208内使用或以其他方式丢失的任何氧化剂。

类似地，还可以加入额外量的溶剂或任何其他添加剂以回收或以其他方式保持所需要的第一蚀刻剂的能力。在一些实施例中，可以采集和分析第一蚀刻剂的样品(来自日罐或来自湿蚀刻站208)，并且可以确定每种组分的补充量(如果需要)。然后可以通过第三输入端216添加每种组分的这种补充量。

将进料罐210的第一输出端218路由至每个湿蚀刻站208的相应输入端(在下文中相对于图2b进一步描述)，以便为湿蚀刻站208中的每个提供新鲜的第一蚀刻剂，从而用于在湿蚀刻站208内实施湿清洗工艺250。可选地，第一输出端218还包括额外的单元，其中，该额外的单元有助于在第一蚀刻剂离开进料罐210之后且在第一蚀刻剂在湿清洁工艺250中使用之前控制第一蚀刻剂的物理特性。例如，第一输出端218可以包括第一泵262以控制第一蚀刻剂的流速、第一加热器264以便控制第一蚀刻剂的温度、以及第一过滤器266以帮助净化第一蚀刻剂。然而，可以使用任何合适的控制系统。

第一输出端218将第一蚀刻剂供应给多个湿蚀刻站208。在图2a所示的实施例中，第一输出端218将第一蚀刻剂供应给四个湿蚀刻站208。然而，湿蚀刻站208的这个数量仅旨在用于说明。在组合式工艺机器200的湿蚀刻部分202内可以使用任何合适数量的湿蚀刻站208。

图2b示出单个湿蚀刻站208的一个实施例的顶视图。在该实施例中，湿蚀刻站208是旋转站，并且包括旋转卡盘224、分配臂226和轨道232。旋转卡盘224在处理期间接收衬底101并保持衬底101。

分配臂226具有喷嘴228，以便将第一蚀刻剂分配到衬底101上，从而使得第一蚀刻剂与残余物131物理接触。在实施例中，分配臂226可以相对于旋转卡盘224移动，从而使得分配臂226可以在衬底101上方移动(如图2b中的箭头所示且由虚线示出分配臂)，以便均匀地分配第一蚀刻剂。分配臂226可以在轨道232的帮助下来回移动，其中，轨道232提供固定的参考以帮助分配臂226移动。

在湿清洁工艺250期间，将衬底101放置到旋转卡盘224上，并且保持衬底101的旋转卡盘224以约100rpms和约1000rpms之间(诸如约500rpms)的速度旋转，但是可以使用任何合适的速度。当旋转卡盘224旋转时，分配臂226可以在衬底101上方移动，并开始通过喷嘴228将第一蚀刻剂分配到衬底101上。衬底101的旋转有助于第一蚀刻剂均匀地分散在衬底101上，并且减少由于第一蚀刻剂的不均匀分散而导致的清洁变化。

在实施例中，可以在约25℃至约60℃之间(诸如约50℃)的温度下分散第一蚀刻剂。额外地，可以以在约500ml/min和约2500ml/min之间(诸如约1500ml/min)的流速分配第一蚀刻剂。为了帮助确保残余物131的去除，湿清洁工艺250可以持续在约30秒和约240秒之间(诸如约120秒)的时间。然而，也可以使用任何合适的工艺条件和时间段。

额外地，如本领域普通技术人员将意识到的，图2b所示和上文所述的旋转构造仅旨在用于说明，并不旨在限制实施例。相反，可以可选地使用可以用于施加第一蚀刻剂的湿蚀刻站208的任何合适的构造，诸如浸涂构造、气刀涂布构造、帘式涂布构造、线棒涂布构造、凹版涂布构造、挤压涂布构造，这些的组合等。用于湿蚀刻站208的所有这种合适的构造完全旨在包括在实施例的范围内。

一旦已经完成湿清洁工艺250，可以去除第一蚀刻剂，并且可以在从湿蚀刻站208去除第一蚀刻剂之前干燥衬底101。在实施例中，可以通过停止通过喷嘴228的第一蚀刻剂的流动来干燥衬底101，同时保持至少部分旋转以甩掉剩余的第一蚀刻剂。额外地，如果需要，还可以将诸如去离子水的冲洗材料分配到衬底101上以帮助去除第一蚀刻剂。最后，可以使用诸如分配诸如ipa(异丙醇)的干燥材料以及施加氮气(n2)的干燥工艺来干燥衬底101。然而，可以使用去除第一蚀刻剂和干燥衬底101的任何合适的方法。

再次回到图2a，一旦已经在湿蚀刻站208内完成了湿清洗工艺250，就可以通过传送站206从湿蚀刻站208去除衬底101。在实施例中，传送站206可以是可以将衬底101从湿蚀刻站208抓住、移动并传送至例如等离子体处理部分204的一个或多个机械臂(图2a中未单独示出)。在实施例中，机械臂可以延伸到湿蚀刻站208中，抓住衬底101，并将衬底101传送到传送站206中。一旦进入内部，传送站206可以具有将传送站206与湿蚀刻站208隔离的靠近的门，从而使得可以再次打开湿蚀刻站208，从而用于进一步处理。一旦与湿蚀刻站208隔离，传送站206可以向下一个站(例如等离子体处理系统201)打开，并且仍然保持衬底101的机械臂可以延伸到下一个站并且放置衬底101，从而用于进一步处理。

图2c示出可以用于处理暴露表面的多个等离子体处理系统201(以及输入端和排出端)中的一个的实施例。在实施例中，等离子体处理系统201可以包括可将一种或多种处理气体输送到等离子体处理室254的处理气体输送系统203。处理气体输送系统203通过处理气体控制器213和歧管205将各种期望的处理气体供应到等离子体处理室254。处理气体输送系统203还可以通过控制载气通过处理气体输送系统203的流量和压力来帮助控制处理气体进入等离子体处理室254的流速。

在实施例中，处理气体输送系统203可以包括多个处理气体供应器211以及可选的载气供应器207。额外地，虽然在图2c中仅示出两个处理气体供应器211，但这只是为了清楚，可以使用诸如一个处理气体供应器211的任何数量的处理气体供应器211，从而用于等离子体处理系统201内期望使用的每种处理气体。例如，在将使用五种单独的处理气体的实施例中，可以有五个单独的处理气体供应器211。

每个单独的处理气体供应器211可以是位于等离子体处理室254本地或远离等离子体处理室254的容器(诸如储气罐)。可选地，处理气体供应器211可以是独立地准备且输送期望的处理气体的设备。可以将期望的处理气体的任何合适的来源用作气体供应器211，并且所有这些来源均完全旨在包括在实施例的范围内。

在实施例中，单独的处理气体供应器211通过具有第一阀门258的第一管线252向处理气体控制器213供应处理气体。第一阀门258由控制器227控制，控制器227控制并调节引入等离子体处理室254的各种处理气体和载气。

可选地，在处理气体供应器211内的处理气体本身不是惰性气体的实施例中，载气供应器207可以供应期望的载气或稀释剂气体，其可以用于帮助推动或“携带”各种期望的处理气体至等离子体处理室254。载气可以是不与处理气体反应的惰性气体或其他气体，也可以是来自处理气体的反应的副产物。例如，载气可以是氮气(n2)、氦气(he)、氩气(ar)、它们的组合等，尽管还可使用其他合适的载气。

载气供应器207或稀释剂供应器可以是位于等离子体处理室254本地或远离等离子体处理室254的容器(诸如储气罐)。可选地，载气供应器207可以是独立地准备载气且将其输送至处理气体控制器213的设备。可以将载气的任何合适的来源用作载气供应器207，并且所有这些来源均完全旨在包括在实施例的范围内。载气供应器207可以通过具有第二阀门256的第二管线260向处理气体控制器213供应所需的载气，其中，第二管线260将载气供应器207连接至第一管线252。第二阀门256也被控制器227所控制，控制器227控制并调节引入到等离子体处理室254的各种蚀刻剂和载气。一旦将各个管线组合，各个管线就可以导向处理气体控制器213从而可受控地进入等离子体处理室254。

等离子体处理室254可以是适于分散处理气体并使处理气体与衬底101接触的任何期望的形状。在图2c所示的实施例中，等离子体处理室254具有圆柱形侧壁和底部。然而，等离子体处理室254不限于圆柱形，而是可以可选地使用诸如中空方管、八角形等的其他任何形状。此外，可以由与各种工艺材料不发生反应的材料制成的室壳体215围绕等离子体处理室254。如此，虽然室壳体215可以是耐受处理工艺中所涉及的化学物和压力的任何合适的材料，但在实施例中，室壳体215可以是钢、不锈钢、镍、铝、它们的合金、它们的组合等。

在等离子体处理室254内设置有安装平台245，以便在非液体等离子体处理工艺270期间定位和控制衬底101。安装平台245可以使用夹钳、真空压力和/或静电力的组合来保持衬底101，并且还可以包括加热和冷却机制以在工艺期间控制衬底101的温度。在特定实施例中，安装平台245可以包括诸如内部温度区域、中间内部温度区域、中间外部温度区域和外部温度区域(未单独示出)的四个冷却区域，从而在处理工艺期间加热和冷却衬底101。各种温度区域可以使用气体或液体传热材料，以在处理工艺期间精确控制衬底101的温度，但是可选择使用任何合适数量的加热和冷却区域。

安装平台245可额外地包括连接至第一rf发生器222的第一电极220。在等离子体处理工艺270期间，可以通过在rf电压处的第一rf发生器222(受控制器227的控制)电偏置第一电极220。通过电偏置，第一电极220用于向引入的处理气体提供偏压并且帮助激发它们成为等离子体。此外，第一电极220还用于在等离子体处理工艺270期间通过保持偏压来保持等离子体。

此外，虽然在图2c中示出了单个安装平台245，但这仅是为了清楚而不旨在限制本发明。相反，在等离子体处理室254内可以包括任何数量的安装平台245。如此，可以在单次等离子体处理工艺期间蚀刻多个半导体衬底。

此外，等离子体处理室254包括喷头229。在实施例中，喷头229从歧管205(通过例如处理加热器272)接收各种处理气体，并且有助于将各种处理气体分散到等离子体处理室254中。喷头229可以设计为均匀地分散处理气体，以使得可以将由不均匀分散所引起的不期望的工艺条件最小化。在实施例中，喷头229可具有圆形设计，其具有均匀地分散在喷头229周围的开口，以将期望的处理气体分散到等离子体处理室254中。

等离子体处理室254还包括用作等离子体发生器的上部电极221。在实施例中，等离子体发生器可以是变压器耦合的等离子体发生器，并且可以为例如线圈。该线圈可以附接至第二rf发生器223，该发生器用于向上部电极221(受控制器227的控制)提供电源以在引入处理气体期间激发等离子体。

然而，虽然上面将上部电极221描述为变压器耦合的等离子体发生器，但实施例不旨在限于变压器耦合的等离子体发生器。相反，可以可选地使用诸如电感耦合等离子体系统、磁性增强反应离子蚀刻、电子回旋共振、远程等离子体发生器等的产生等离子体的任何合适的方法。所有这些方法均完全旨在包括在实施例的范围内。

等离子体处理室254还可以连接至一个或多个真空泵225，从而用于从等离子体处理室254排出。在实施例中，真空泵225受控制器227的控制，并且可用于将等离子体处理室254内的压力控制为期望压力。额外地，一旦完成了处理工艺，真空泵225就可用于排空等离子体处理室254以为去除衬底101做准备。

可以通过将期望的处理气体放置到处理气体供应器211中，同时将期望的稀释剂放入载气供应器207中来启动等离子体处理工艺(在图2c中由标记为270的波浪线表示)。如此，尽管精确的处理气体和载气至少部分取决于上面的结构的材料(例如，第一蚀刻停止层107、导电元件105、第二蚀刻停止层109等)和残余物131，在第一蚀刻停止层107为氮氧化铝并且导电元件105为铜的特定实施例中，可以将诸如n2、h2、ch4、o2、臭氧、ar、空气、n2h2、n2h4、cxfy、这些的组合等的处理气体放置到处理气体供应器211内。此外，在处理气体是非反应性气体的实施例中，载气可以是诸如氩气、氦气、这些的组合等的非反应性气体，并且可以将其放置到载气供应器207中。然而，可以使用任何合适的处理气体和稀释剂。

可选地，或者如果需要顺序地，可以选择处理气体，以便释放可能在先前的工艺中积聚的并且可能导致缺陷的电荷。在一个实施例中，基于处理气体能够中和已经存在的电荷或至少在等离子体处理工艺270期间不产生额外电荷来选择处理气体。在特定实施例中，处理气体可以选择为阳离子或阴离子，诸如氮(n2)或氢(h2)，其释放已经存在的任何电荷。

一旦已经将处理气体或各种气体放置在处理气体供应器211内，可以通过控制器227启动等离子体处理工艺270，其中，控制器227将期望的处理气体供应器211和可选的载气供应器207连接至等离子体处理室254。在特定实施例中，可以以在约100ml/h和约300ml/h之间(诸如约250ml/h)的流速将处理气体引入到等离子体处理室254。额外地，等离子体处理室254可以保持在约25℃至约80℃之间(诸如约30℃)的工艺温度和在约0.1托和约100托之间(诸如约50托)的工艺压力处。然而，可以使用任何合适的流速、温度和压力。

一旦已经将处理气体引入到等离子体处理室254中，可以将处理气体激发成等离子体。在实施例中，可以首先施加在约100w至约1000w之间(诸如约200w)的约60mhz处的rf功率(上部电极221处的源功率)，并施加在约100w和约1000w之间(诸如约200w)的2mhz处的rf功率(第一电极220处的偏置功率)来打开控制器227。激发步骤可以保持在约1秒和约100秒之间(诸如约2秒)的时间，以确保等离子体的激发。

一旦发生激发，可以使用等离子体处理工艺270来处理暴露的表面，并确保从通孔开口119和沟槽开口129中去除任何剩余的残余物131。在实施例中，由控制器227控制的等离子体处理工艺270将60mhz处的rf功率设置为在约200w和约2000w之间(诸如约1500w)，并将在约2mhz处的rf功率设置为在约200w和约2000w之间(诸如约1500w)。等离子体处理工艺270将进行处理暴露表面在约5秒至约100秒之间(诸如约45秒)的时间。然而，可以使用任何合适的工艺参数和时间段。

额外地，尽管上文已经参考图2c描述了蚀刻工艺的特定实施例，但是这些讨论仅旨在用于说明，并不旨在限制实施例。相反，可以使用蚀刻剂、载气和工艺条件的任何合适的组合。所有这些组合均完全旨在包括在实施例的范围内。

通过使用湿剥离工艺以及等离子体处理，可以减少甚至完全消除存在聚合物残余物的缺陷。此外，也可以避免由于存在湿剥离和去离子水冲洗而发生的金属腐蚀(例如，氧化)或电化学效应。最后，通过释放电荷可以避免由于干蚀刻引入的电荷而引起的异常的膜损耗。所有这些都有助于实现稍后沉积的材料(例如，第一阻挡层301和导电材料，如下文相对于图3进一步描述)的更好的粘附和覆盖。

另外，虽然上述清洁工艺描述为包括发生在等离子体处理工艺270之前的湿清洁工艺250，但是这是旨在用于说明，并不旨在限制本发明。相反，也可以使用工艺步骤的任何合适的顺序，诸如在湿清洁工艺250之后实施等离子体处理工艺270。工艺步骤的任何合适的顺序完全旨在包括在实施例的范围内。

在完成清洁工艺之后，可以沉积第一阻挡层301以帮助隔离并保护后续形成的导电材料(如下所述)。在实施例中，第一阻挡层301可以包括阻挡材料(诸如钛、氮化钛、这些的组合等)，并且可以使用诸如化学汽相沉积(cvd)、物理汽相沉积(pvd)、原子层沉积(ald)等的工艺来形成。第一阻挡层301可以形成为具有在约0.1μm和约20μm之间(诸如约0.5μm)的厚度。

一旦已经形成第一阻挡层301以衬里沟槽开口129和通孔开口119，沟槽开口129和通孔开口119填充有导电材料，以形成具有通孔部分307(在通孔开口119内)和沟槽部分303(在沟槽开口129内，并使用虚线示出为与通孔部分307分离，尽管可能存在或可能不存在分离的物理标识)的互连件305。导电材料可以包括铜，但是可以可选地使用诸如铝、合金、掺杂的多晶硅、它们的组合等的其他合适的材料。可以通过沉积晶种层(未单独示出)以及然后在晶种层上电镀铜，从而填充且过填充沟槽开口129和通孔开口119来形成导电材料。一旦已经填充沟槽开口129和通孔开口119，可以通过诸如化学机械抛光(cmp)的平坦化工艺去除沟槽开口129和通孔开口119外面的第一阻挡层301、晶种层以及导电材料的多余部分，尽管可以使用任何合适的去除工艺。

在实施例中，半导体器件制造工具包括第一湿蚀刻清洁站；第一等离子体处理站；以及可操作地位于第一湿蚀刻清洁站和第一等离子体处理站之间的传送站；以及围绕第一湿蚀刻清洁站、第一等离子体处理站和传送站的外壳。在实施例中，半导体器件制造工具还包括第二湿蚀刻清洁站。在实施例中，半导体器件制造工具还包括可操作地连接至第一湿蚀刻清洁站和第二湿蚀刻清洁站的进料罐。在实施例中，半导体器件制造工具还包括第二等离子体处理站。在实施例中，半导体器件制造工具还包括可操作地连接至第一等离子体处理站和第二等离子体处理站的第一处理气体供应器。在另一实施例中，第一处理气体供应器包括电荷释放处理气体。在另一实施例中，第一湿蚀刻清洁站是旋转站。

在实施例中，半导体器件制造工具包括湿蚀刻部分，其包括多个湿蚀刻室；第一传送站，与湿蚀刻室中的至少一个协同操作；以及等离子体处理部分，包括多个等离子体处理室，其中，多个等离子体处理室中的至少一个与第一传送站协同操作，其中，湿蚀刻部分、第一传送站和等离子体处理部分是单个机器的部分。在实施例中，半导体器件制造工具还包括连接至每个湿蚀刻室的进料罐。在实施例中，半导体器件制造工具还包括进料罐的第一输入端；进料罐的第二个输入端；和进料罐的第三输入端。在另一实施例中，第一输入端连接至混合单元。在另一实施例中，第二输入端是尖峰输入端。在另一实施例中，第三输入端是来自湿蚀刻室的再循环输入端。在另一实施例中，湿蚀刻室中的至少一个包括旋转卡盘。

在另一实施例中，一种制造半导体器件的方法，该方法包括：形成穿过介电层的开口以暴露半导体晶圆的导电元件；将半导体晶圆放置到第一处理工具中；在第一处理工具内湿清洁半导体晶圆；等离子体清洁第一处理工具内的半导体晶晶圆；以及在等离子体清洁半导体晶圆之后从第一处理工具去除半导体晶圆。在另一实施例中，至少部分地使用旋转工艺来实施湿清洁。在另一实施例中，旋转工艺包括使湿蚀刻剂接触半导体晶圆。在另一实施例中，接触湿蚀刻剂包括从进料罐去除湿蚀刻剂。在另一实施例中，等离子体清洁释放半导体晶圆上的电荷。在另一实施例中，等离子体清洁从氮气或氢气产生等离子体。

在另一实施例中，制造半导体器件的方法包括通过半导体晶圆上的介电层暴露导电层；通过使液体蚀刻剂与介电层和导电层接触来去除残余物，其中，在第一处理工具的第一湿蚀刻室中实施接触液体蚀刻剂；以及在去除残余物之后实施等离子体清洁，其中，在第一处理工具的等离子体处理室内实施等离子体清洁。在另一实施例中，使用氧气实施等离子体清洁。在另一实施例中，等离子体清洁从介电层释放电荷。在另一实施例中，至少部分地使用氮气或氢气的等离子体实施等离子体清洁。在另一实施例中，液体蚀刻剂包括溶剂内的氧化剂。在另一实施例中，液体蚀刻剂还包括抑制剂。在另一实施例中，残余物是氟化聚合物。

在另一实施例中，清洁半导体晶圆的方法包括将半导体晶圆放置到旋转卡盘上；在半导体晶圆旋转的同时将湿蚀刻剂分配到半导体晶圆上；从旋转卡盘去除半导体晶圆并将半导体晶圆放置到等离子体处理室内的安装平台上，而不会破坏外部氛围；以及等离子体处理半导体晶圆。在另一实施例中，等离子体处理半导体晶圆还包括从半导体晶圆释放电荷。在另一实施例中，等离子体处理包括从氮气产生等离子体。在另一实施例中，等离子体处理包括从氢气产生等离子体。在另一实施例中，分配湿蚀刻剂包括分配氧化剂。在实施例中，该方法还包括在等离子体处理半导体晶圆之后沉积第一阻挡层。在实施例中，该方法还包括将导电材料镀在第一阻挡层上。

在另一实施例中，清洁半导体器件的方法包括将半导体器件放置到第一处理工具中；将半导体器件移动到第一处理工具的湿蚀刻部分；将半导体器件移动到第一处理工具的等离子体处理部分；以及从所述第一处理工具去除半导体器件。在实施例中，该方法还包括当半导体器件位于湿蚀刻部分内时从半导体器件中去除残余物。在实施例中，该方法还包括当半导体器件位于第一处理工具的等离子体处理部分内时从半导体器件释放电荷。在另一实施例中，从半导体器件释放电荷还包括从氮气或氢气产生等离子体。在另一实施例中，在将半导体器件移动到第一处理工具的等离子体处理部分之前，将半导体器件移动到湿蚀刻部分。在另一实施例中，在将半导体器件移动到第一处理工具的等离子体处理部分之后，将半导体器件移动到湿蚀刻部分。

上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的各方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与在此所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，在此他们可以做出多种变化、替换以及改变。