使用燃烧火焰的衬底处理方法和装置的制作方法

专利名称：使用燃烧火焰的衬底处理方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用燃烧火焰处理衬底的方法和装置，更具体地，涉及 一种在非电离的环境中采用氢气和非氧类氧化剂的燃烧火焰蚀刻衬底表面 的方法和装置。
背景技术：
在制造集成电路期间，硅衬底晶片接受广泛的处理，包括电介质、金属 和其他材料的沉积和蚀刻。在制造过程中的不同阶段，有必要"清洁"处理 中的晶片，以去除不想要的薄膜和污染物。这包括在晶片顶侧(主要的处理 侧)、背侧和边缘区域(边缘附近、斜面和顶部)上生长的薄膜和污染物。 具有挑战性的是，以有效且经济的方式去除薄膜和污染物。这种挑战由于可 能对最终产品有不利影响的化学方法和处理的使用而加剧。对于有效去除薄膜和污染物，存在多种不同的公知选择。可以在潮湿或 干燥的处理环境中进行蚀刻。湿式化学蚀刻指的是采用液态化学蚀刻剂接触 晶片表面。例如随着搅拌液或喷雾经过衬底表面上方，材料得到去除。干式 蚀刻通常指的是采用气态等离子体蚀刻剂接触衬底表面。湿式化学蚀刻广泛应用在晶片处理中。甚至在热氧化或外延生长之前， 晶片就得到化学清洁以去除由于操作和存储所出现的污染物。在湿式化学蚀面处发生化学反应，并去除从该表面得到的产物。 一种通常用于硅蚀刻的湿式化学蚀刻的形式由硝酸(HN03)和氬氟酸(液态HF)的混合物形成。硝 酸使硅得到氧化而形成Si02层，而氢氟酸用于溶解Si02层。不过，化学蚀 刻具有其局限性，而并非在所有应用场合中都得到广泛欢迎。湿式化学蚀刻的 一 个相关问题在于，蚀刻材料成分会在晶片表面上的被蚀刻或局部被蚀刻 的开口中移动。进一步，湿式蚀刻可导致不完全或不均匀的蚀刻。另外，湿式蚀刻为各向同性，从而导致不精确的蚀刻。此外，湿式蚀刻需要在处理步 骤之间对晶片进行重复干燥，从而增加处理时间和成本。干式蚀刻通常指等离子体辅助蚀刻，它代表采用形式为低压放电的等离 子体的多种技术。干式蚀刻等离子体方法包括等离子体蚀刻、反应性离子蚀刻(RIE)、溅射蚀刻、反应性离子束蚀刻和其他基于等离子体的蚀刻方法。 当量级足够的电场(或电磁场)施加于气体时，导致该气体分解并被离子化，于是就产生等离子体。因此等离子体为完全或局部离子化的气体。 许多化学材料已经用于晶片的等离子体处理，包括使用氢气(H2)和三氟化氮(NF3)的等离子体。不过，基于等离子体的干式蚀刻具有其自身的局 限性和问题。这包括只对晶片的一部分(例如晶片边缘)进行处理所出现 的困难。在低操作压力下扩散效应占主导，从而难于在晶片上控制暴露位 置。对于整个晶片处理，会出现离子和电荷所引发的损伤。进一步，这些 处理所用的高架设备较为笨重，要求具有真空室和泵送设备。真空要求也 会降低产量，并增大设备和运行成本。例如在美国专利No. 5,961,772中^^开的近大气压等离子体源也可用于 晶片处理。这些类型的活性反应组分(reactive species)源更适用于局部晶 片处理，其中，在所述源的输出气流附近去除衬底的一部分。这类处理的困 难在于，需要保持稳定排放的大量氦气流。高度损耗的氦(不可恢复来源) 抬高了运行成本。另外，采用这类工艺通常导致较低的材料去除速度，原因 在于气流温度较低，从而供给到衬底的活化能也成正比地较低。这些因素结 合起来扩大了每个晶片的处理成本。由氢气(H2)和氧气(02)形成的燃烧火焰也已经用于处理衬底表面， 例如在美国专利No. 5,314,847中所公开的。作为氧化剂的氧气的引入，将 得到的活性反应组分固有地限制于只对特定薄膜进行蚀刻。除了湿式化学处理和基于等离子体的干式处理，已经使用了研磨抛光方法来处理晶片边缘的斜面和顶部区域。然而，这些方法固有地不洁净，并且 往往导致在衬底中出现微粒污染物和随后的缺陷。这就需要另行清洁的后续 处理步骤。研磨方法带来的另一问题在于，处理之后遗留的亚表面(sub-surface )损伤。由于这种处理，在衬底Si水晶结构中引发了上述损伤， 这种损伤在后续处理期间具有负面效果。因此，上述每项工艺具有内在局限性和问题，限制了其针对特定应用的 适用性，在要求从晶片中包括晶片顶侧、边缘区域和背侧清洁薄膜或污染物 的情况下尤为如此。需要一种避免用湿式化学、干式等离子体和研磨方法处 理晶片的固有问题的处理衬底的方法。重要的是，该方法应该有效且经济， 而不导致损伤，或者不导致在晶片上执行进一步处理步骤的必要。发明内容根据本发明，提供了 一种优于前述处理方法和系统的衬底处理方法和装 置。 一方面，本发明涉及一种在非电离的环境中采用氢气和非氧类氧化剂气 体(例如三氟化氮)的混合物的燃烧火焰来处理衬底的方法和装置。在本发 明的另一方面中，处理可以在惰性环境中执行，并且可采用预热来对衬底进 行预热。在本发明的进一步的方面中，用于预热衬底的加热器为光纤耦合激 光二极管阵列。在本发明的更进一步的方面中，还包括一种由上述装置和方 法处理得到的晶片衬底。本发明的又一方面包括一种用于处理衬底的方法，包括对氢气和非氧 类氧化剂的燃烧火焰进行点火；以及将燃烧火焰引导到衬底表面上。一种采用氬气和非氧类氧化剂的燃烧火焰处理衬底的装置包括处理室， 该处理室用于容纳衬底并用于界定氩气和非氧类氧化剂的燃烧火焰所用的 惰性环境，其中，在本发明更进一步的方面中，所述处理室保持基本为大气 压并且是非电离的。在本发明的另一方面中，所述装置还具有在处理室中的 喷嘴组件，其用于将燃烧火焰引导到衬底上。在本发明的另一方面中，喷嘴 组件包括由蓝宝石、氧化钇(Y203 )、氟化镁(MgF2)或氧化镁(MgO)形成的喷嘴。因此，本发明有利地提供了一种经济有效的方法和装置，用于通过将氢 气和非氧类氧化剂的燃烧火焰引导到衬底表面上来处理衬底表面。允许采用 化学反应而使薄膜或污染物从固态转变成气态副产物从而易于清除。进一 步，氢气和三氟化氮的放热燃烧反应使蚀刻速度较高，从而使处理衬底的产量较高。另外，燃烧火焰可被引导至衬底的谨慎区域(discreet area)(包括 衬底边缘区域)，从而允许对衬底进行精确处理。下文的详细描述将使本发明的进一步应用领域变得清晰。可以理解的 是，所述详细描述和具体示例尽管描述了本发明优选实施例，不过其仅仅意 在示例，而并不意在限制本发明的范围。


本发明将从详细描述和附图得到更为详尽的理解，其中 图1A - 1C示出了本发明优选实施方式的衬底表面处理方法的示意图； 图2示出了作为使用如图1A- 1C所示方法来处理衬底的装置的本发明 优选实施方式的示意图；图3示出了如图2所示的装置的优选实施方式的喷嘴组件的详细示意图；图4示出了作为使用如图1A- 1C所示方法来处理衬底晶片边缘之装置 的本发明优选实施方式的示意图；图5示出了如图4所示的装置的优选实施例的边缘型喷嘴组件的详细示意图。
具体实施方式
下文中对优选实施例的描述在本质上仅仅是示例性的，决不意在限制本 发明及其应用或使用。参照图1A- 1C，本发明的衬底加工方法10的优选实施方式采用在氩气的惰性周边环境13中由气态反应物14点火燃烧而形成的燃烧火焰12，气 态反应物14包括氢气(H2)和三氟化氮(NF3,作为非氧"氧化剂")。尽 管图示为氩气，不过其它惰性气体也适合使用。气态反应物14的混合物在 点火形成燃烧火焰12之前穿过喷枪喷嘴16。尽管图示为一个喷枪喷嘴16， 不过可以使用不止一个喷嘴。燃烧火焰12撞击于衬底表面18上。气态反应物14在燃烧火焰12中反应，而生成气态氟化氢(HF)20(活 性组分)和气态氮(N2) 22废物。以下化学方程式描述的是，由基于化学 计量配比混合物(3:2的摩尔比)的气态反应物14生成气态氟化氢20和气 态氮22:3H2 (气体)+ 2NF3 ■> 6HF (气体)+ N2 (气体)优选基本在大气压下进行上述反应。这就允许利用粘性流(而不是分子 流)性质来精确处理村底表面18的部分，并且最小化其它衬底区域暴露在 该反应过程中的部分。尽管所述的摩尔比为3:2,不过根据所希望的结果也 可以使用更高或更低的比率。并且，上述反应并不通过与等离子体一致的离子产生场(ion producing field)引发。可以相信的是，等离子体为带电粒子的集成，其中，由带电粒 子共同构建的长距离(long-range)的电磁场针对粒子行为具有重要影响。 也可以相信的是，燃烧火焰12大体上没有离子组分存在。因此就不存在离 子损害衬底的风险。进一步，由H2和NF3的放热化学反应产生丰富的热。这种效应使得由 于由结果温度所代表的能量的量而生成了小体积的形式为HF的高度活性反 应组分。接着，升高的温度充分提高了反应速度，从而导致较高的蚀刻速度。 其结果为较高的处理流量。根据如下总反应由气态氟化氢20来蚀刻二氧化硅薄膜24 (图la): 4HF (气体)+ Si02 (固体)■> SiF4 (气体)+ 2H20 (蒸汽) 气态四氟化硅26和水蒸气28离开二氧化硅薄膜24的表面(图la)。 有利地是，上述反应使二氧化硅薄膜24 (图la)从固态转变到能够容易排放的气态副产物。气态氟化氢20也将蚀刻硅30的衬底表面18 (图lb)。硅30蚀刻遵循 如下总反应4HF (气体)+ Si (固体)^ SiF4 (气体)+ 2H2 (气体)在该反应中，气态四氟化硅26和气态氢32离开石圭30衬底表面18 (图lb)。上述反应使衬底表面18 (图lb)上的硅30从固态转变成可以排放清除的气态副产物。类似地，钽薄膜34 (图lc)的蚀刻遵循如下总反应10HF (气体)+ 2Ta (固体)^ 2TaF5 (气体)+ 5H2 (气体)在该反应中，气态五氟化钽36和气态氢32离开钽34衬底表面18 (图lc)。上述反应使衬底表面18 (图lc)上的钽34从固体转变成可以排放的气态副产物。也可以使用上述化学方法去除有机和聚合物膜，不过，在某些情况下针 对Si和Si02的选择性事项可能使上述方法较为不受欢迎。举例而言，上述 化学方法能够被用于蚀刻在Si上方的Si02，在该处期望蚀刻的是氧化物而 不是Si。通过首先将蚀刻场地暴露于带氧气的富氢火焰，可以促进暴露出的 Si对于蚀刻化学方法的钝化。然后，蚀刻场地在蚀刻氧化物之处暴露于H2 和NF3的燃烧火焰。其他优选的用于在燃烧火焰中与氢气反应以进行衬底蚀刻的非氧类氧 化剂包括氟气(F2)、氯气(Cl2)和三氟化氯(C1F3)。氢气和氟气在燃烧 火焰中反应如下H2 (气体)+ F2 (气体) > 2HF (气体)类似于H2和NF3的燃烧火焰，结果产生的HF活性反应组分为如上文 所述的优选蚀刻剂。氢气和氯气在燃烧火焰中反应如下H2 (气体)+ Cl2 (气体)^ 2HC1 (气体)氢气和三氟化氯在燃烧火焰中反应如下4H2 (气体)+ 2C1F3 (气体)今6HF (气体)+ 2HC1 (气体)在进行的这两个燃烧火焰反应中，当在堆叠膜中存在不易于被氟气蚀刻 的材料时，结果产生的氯化氬活性反应组分可以被有利地用于蚀刻。上述堆 叠膜包括含铝的堆叠膜。作为活性反应组分的氯化氢如下对铝进行蚀刻2A1 (固体)+ 6HC1 (气体)^ 2A1C13 (气体)+ 3H2 (气体)氯化氢蚀刻硅，如下Si(固体)十4HC1(气体)^ SiCl4 (气体)+2H2 (气体) 氯化氢蚀刻二氧化硅，如下Si02 (固体)+ 4HC1 (气体)^ SiCU (气体)+ 2H20 (蒸气)三氟化氯代表其中产生氟基和氯基蚀刻剂活化反应组分的混合蚀刻化学方法。在堆叠膜中存在多种材料，需要氟基和氯基化学方法来去除的情况下，这种化合物经常与另一种含氟气体(例如NF3或CF4)或者与Cl2以可变的比例混合来使用。上文所示的化学方程式是发生在燃烧火焰12中以及衬底表面18上的真实反应的简化图。所发生的化学反应相当复杂，导致了中间和最终的反应产物。现在参照图2和3,其中描述了用于采用上述处理方法来处理衬底表面 的衬底处理装置40。处理室42围绕连接到衬底卡盘46的衬底固定器44。喷嘴组件48被支撑元件47固定在保持于衬底固定器44上的晶片50的 上方。在喷嘴組件48中设置八个喷嘴51。支撑元件47连接到致动机构49, 该致动机构用于引导喷嘴组件48沿着晶片顶表面53并在其上方移动。在处 理期间，喷嘴组件48保持与晶片顶表面53相距约1.5mm。氲气源52和三氟化氮气体源54被第一气体管线56和第二气体管线58 经由第一气体控制器60和第二气体控制器62连接到与喷嘴组件48相连的 公用混合气体管线64,以j更组合并混合H2和NF3。排气口 #皮压力通风系统 67连接到鼓风装置70。排气口 66将气体和反应物副产物通过鼓风装置70 抽出处理室42。氩气源72被第三气体管线74经由第三气体控制器76连接到处理室42。 氩气源72还被第四气体管线75经由第四气体控制器77连接到公用混合气 体管线64。位于喷嘴组件48附近的点火器78由电线80连接到点火器电源 82。加热器84位于待处理的晶片50的区域附近。加热器84被示为红外(IR ) 加热器，并被IR加热器电线86连接到IR加热器电源88。在优选实施方式 中，加热器84为光学纤维耦合激光二极管阵列。在加热器84的位置处可采 用纤维光缆组件。纤维光缆可传送在远程放置的激光二极管组件中发生的高 功率照明。这种照明可以实现晶片50的加热，例如在申请7>开号为 20050189329、题名为"釆用激光二极管放射的激光热处理(Laser Thermal Processing with Laser Diode Radiation )"的美国专利申请中所论述的，该专 利申请通过引用并入于此。八个喷嘴51线性设置在喷嘴组件48中，并且每个喷嘴的孔的中心之间 隔开4.98mm。优选地，喷嘴组件48由316L不锈钢构建，并在制成后进行 电抛光。系统中暴露于活性化学物的铝构件被热喷溅以氧化铝陶瓷涂层，以 提供优质的化学抗性和热抵抗性。八个喷嘴51中的每一个都由蓝宝石构建，其孔直径为0.254mm,且在 出口端处的纵横比为10:1。压制八个喷嘴51中的每一个，使其适合进入到 喷嘴组件48中。喷嘴被挤压到在不锈钢喷嘴组件48中切出的紧密耐受孔 (tolerance bore)中。喷嘴直径为1.577mm,十0.003mm,陽0.000mm。用于 容纳蓝宝石喷嘴的喷嘴组件48的孔直径为1.567mm, +0.003mm, -O.OOOmm。 这就给出了 0.007mm-0.013mm范围内的过盈配合。该配合的耐受是重要 的，因为在该范围内的过盈使得在不锈钢喷嘴组件48中的密封成为可能， 而同时只引起弹性形变。这就允许形成良好的密封，而不会在处理期间导致 产生微粒。在一个实施方式中，衬底固定器44被衬底卡盘46转动，而同时致动机 构49将喷嘴组件48从晶片50的边缘处或晶片50的边缘附近线性移动到晶片50中心。这样，整个晶片顶表面53都可以得到处理。致动机构49和衬 底卡盘46的移动受计算机控制(未示出)。在另一个实施方式中，衬底固定器44沿一个或多个方向被衬底卡盘46 转动或平移，而同时喷嘴组件48保持静止。因此，在上述两个实施例中， 整个晶片顶表面53均可以得到处理。上述两个实施例中的任一个均意在确 保晶片50均匀暴露于该处理化学方法中。在操作中，晶片50首先位于衬底卡盘46的衬底固定器44的中心，以 备晶片顶表面53的处理。村底卡盘46被指令来转动带有晶片50的衬底固 定器44。接着，通过启动鼓风装置70来开动排气口 66。第三气体控制器 76打开，以允许氩气从氩气源72流入处理室42中。氩气被允许流入所述 室，从而在处理室42中基本形成惰性环境。在一个实施方式中，氩气可被 引导到处理区域，并且处理室42可包含其他周围气体。处理室42基本保持 在大气压下。启动加热器84，以加热晶片顶表面53。该步骤对于防止作为化学反应 副产物产生的蒸气(例如水蒸气)在晶片顶表面53上凝结是必需的。接着，点火器电源82为点火器78通电，并且第一气体管线56和第二 气体管线58被打开，以允许氢气和三氟化氮气流进入喷嘴组件48中，并流 经八个喷嘴51。 H2和NFs的燃烧火焰(未示出)点火。在处理期间，喷嘴 组件48中的八个喷嘴51中的每一个均需要400sccm的流量，从而导致总系 统流量为3,200sccm。随着晶片50转动，或者晶片卡盘46平移(在优选实施方式中)，或者 致动机构49移动(在另一实施方式中)，以使喷嘴组件48和燃烧火焰越过 晶片顶表面53。结果，晶片顶表面53的期望部分得到处理。所述处理包括 去除例如二氧化硅或钽的薄膜，如上文对于衬底处理方法所描述。在晶片得到处理之后，关闭第一气体控制器60和第二气体控制器62。 同时，打开第四气体控制器77，以允许氩气流入喷嘴组件48，并流经八个 喷嘴51，以"吹灭"燃烧火焰。上述步骤对于防止逆燃很重要。在所述室排放出处理气体和副产物后，可以取出晶片50。这样，就处理了晶片顶表面53,以去除薄膜和/或污染物。上述处理可应用于晶片顶表 面53或应用于背侧表面。背侧表面处理经常用于在先前处理步骤中去除不 希望的薄膜沉积物。 一 个示例为背侧氮化硅的去除。加热器84提供晶片顶表面53的加热，以防止可在表面上凝结的反应物 副产物的重新沉积。可以通过将晶片表面53加热至反应物副产物的沸点或 高于其沸点的温度来防止凝结，例如将晶片表面53加热至高于IO(TC以防 止水冷凝。或者，可以通过加热的衬底固定器44或通过对准晶片周边的红 外能量，或者通过其他热源，来进行晶片50表面加热。参照图4和5，与上文所述的衬底处理方法一起使用的衬底边缘处理装 置100包括连接到支撑元件47并被固定在晶片50边缘附近的边缘型喷嘴组 件102。衬底边缘处理装置100的其他构件与上文所述的衬底处理装置40 的相同。边缘型喷嘴组件102具有第一喷嘴112和第二喷嘴114。第一喷嘴112 用于将活性反应组分的层流沿第一方向116引导朝向晶片50边缘的顶斜面 和顶部。第二喷嘴114用于将活性反应组分的层流沿第二方向118引导朝向 晶片50的边缘附近。优选地，第一喷嘴112和第二喷嘴114内直径为 0.254mm,而长度和直径的纵横比为大约10:1的纵横比。优选这样设置以扩 大喷嘴中的层流，并形成较为稳定的燃烧释放。第一喷嘴112和第二喷嘴 114由蓝宝石构成，并插入到边缘型喷嘴组件102中，如上文针对喷嘴组件 48和八个喷嘴51所述。第一喷嘴112相对晶片顶表面53成80°的角度。 第二喷嘴114相对晶片顶表面53成45°的角度。边缘处理装置100的操作类似于上述的衬底处理装置40的操作。在操 作中，晶片50首先位于衬底卡盘46的村底固定器44的中心，以备处理晶 片50边缘。指令衬底卡盘46来以2rpm转动带有晶片50的衬底固定器44。 接着，通过启动鼓风装置70来开动排气口 66。第三气体控制器76被打开， 以允许氩气从氩气源72流入处理室42中。氩气^皮允许流入所述室，以在处理室42中大体上构建惰性环境。在一个实施方式中，氩气可被引导至处理 区域，并且处理室42可包含其他周围气体。处理室42基本保持大气压或靠 近大气压。启动加热器84，以在待处理的边缘区域附近加热晶片顶表面53。该步 骤对于防止作为化学反应副产物而形成的蒸气在晶片顶表面53和边缘区域 上凝结是必需的。接着，点火电源82启动点火器78,第一气体管线56和 第二气体管线58打开，以允许H2和NF3气流进入边缘型喷嘴组件102，并 流经第一喷嘴112和第二喷嘴114。 H2和NF3的燃烧火焰(未示出)点火。 得到的火焰冲击晶片50的边缘附近、斜面和顶部区域，从而对晶片50进行 处理。随着晶片50转动，燃烧火焰沖击晶片50的边缘区域。结果，晶片50 的边缘区域得到处理。上述处理包括去除例如二氧化硅或钽的薄膜，如上文 关于衬底处理方法所描述。在所述晶片得到处理后，关闭第 一气体控制器60和第二气体控制器62。 同时，打开第四气体控制器77，以允许氩气流入边缘型喷嘴组件102，并流 经第一喷嘴112和第二喷嘴114，以"吹灭，，燃烧火焰。在所述室排放处理 气体和副产物后，可以取出晶片50。这样，晶片50的边缘区域被处理，以 去除薄膜和/或污染物。尽管在以上实施例中采用NF3作为非氧类氧化剂，不过如之前所述的其 他非氧类氧化剂也适用于优选实施例中。并且，用于根据上述方法对晶片进行隔离和处理的另外的实施例公开于在2005年9月19日提交的、题名为"用 于处理隔离的衬底边纟彖区域的方法和i殳备(Method and Apparatus for Isolative Substrate Edge Area Processing )，，、序歹寸号为11/230,263的美国专 利申请。上述申请的公开内容通过引用并入于此。在氢分数(fraction)在0.6 - 0.7的范围内的条件下，采用H2和NF;气 体混合物从衬底去除诸如二氧化硅的电介质薄膜。举例而言，如果总流量为 800sccm，那么H2流量将在480sccm - 560sccm的范围内，而NF3流量在320sccm- 240sccm的范围内。在存在周围氧气的情况下，采用IR预热以阻碍燃烧产物在衬底上凝结。采用与具体用于电介质去除的配置相类似的蚀刻喷嘴配置，执行如下过程，即，从衬底的近边缘区域去除钽。总气体流量大约800sccm,而H2分 数在0.6-0.7的范围内。主要的钽蚀刻产物为沸点为约230。C的TaF5。蚀刻结。在蚀刻火焰的沖击之前的一刻，采用另外的燃烧火焰喷嘴(未示出)， 使其将火焰冲击在衬底上，就易于实现上述技术目标。上述预热的喷嘴排放 出H2和02的火焰，优选H2分数在0.5-0.8的范围内，单一喷嘴总流量为 约400sccm。通过使用所述衬底边缘处理装置IOO采用所述衬底处理方法10 (图1A -1C)，晶片50的边缘区域的蚀刻以加快的速度进行。可以基于暴露宽度、 晶片周长和转速的考虑，来计算晶片50的边缘部分的蚀刻速度。例如，考 虑其中Si02为2，000人而周长为200mm的晶片，其以2rpm转动，并且在其 边缘区域上的Si02薄膜在一个转动过程中被完全去除。假设在晶片边缘(采 用0.256mm喷嘴孔)上流动的燃烧火焰的保守暴露宽度为5mm,则暴露分 数可计算为5mm/(628mm x 2rev/min)=0.004min/rev。然后，通过将2,000人/rev 除以暴露分数，就可以大致得出蚀刻速度。也就是说， 2,000A/rev/0.004min/rev=500,000A/min的Si02去除速率。如果假设为较小的 2mm暴露宽度，则去除速度变为1,256,000人/min。基于这些考虑和假设，多 晶硅薄膜将在大约3x 106A/min的速率下进行蚀刻；光阻薄膜将在大约4.6 x 106A/min的速率下进行蚀刻；钽薄膜将在大约1 x 106A/min的速率下进行 蚀刻。这是非常高的蚀刻速度，导致了高晶片处理量。由此就提供了一种相对有效且经济实用的方法和装置，其不会导致衬底 受损或者执行进一步处理步骤的必要。所述村底处理方法和装置避免了包括 对边缘区域进行处理的处理晶片的湿式化学处理、干式等离子体处理和研磨 方法的潜在问题。其有利方面包括但不限于加速所述处理和相关处理的处理能力；在基本为大气压下进行处理；不会引起离子损害；并能够精确处理 衬底表面的谨慎区域。关于处理晶片边缘的进一步的益处在于，从全厚度到 减小的厚度或到零厚度的光滑蚀刻过渡轮廓。这些是在衬底晶片处理中的重 要的优点。对各实施例的描述本质上仅为示例性，因此，不偏离本发明精神的改造 应落在本发明的范围内。这类改造不应被认为偏离了本发明的精神和范围。
权利要求
1、一种衬底表面蚀刻方法，包括对包含氢气和非氧类氧化剂气体的燃烧火焰进行点火；以及将所述燃烧火焰引导到所述衬底表面上。
2、 根据权利要求1所述的村底表面蚀刻方法，进一步包括使惰性气 体在所述衬底表面的至少 一部分的上方流动。
3、 根据权利要求2所述的方法，其中，所述惰性气体为氩气。
4、 根据权利要求1所述的衬底表面蚀刻方法，其中，所述方法在基本 是大气压的压力下执行。
5、 根据权利要求1所述的衬底表面蚀刻方法，其中，在将所述燃烧火 焰引导到所述衬底表面上之前，使用光纤耦合激光二极管阵列来预热所述衬 底表面。
6、 根据权利要求1所述的衬底表面蚀刻方法，其中，在所述燃烧火焰 将被引到之处附近，预热所述衬底表面。
7、 根据权利要求1所述的衬底表面蚀刻方法，其中，所述方法在基本 非电离的环境中执行。
8、 根据权利要求1所述的衬底表面蚀刻方法，其中，所述非氧类氧化 剂为三氟化氮。
9、 根据权利要求8所述的方法，其中，所述氢气与所述三氟化氮的摩 尔比为大约3:2。
10、 根据权利要求1所述的衬底表面蚀刻方法，其中，向所述衬底表面 的边缘部分引导所述燃烧火焰。
11、 根据权利要求10所述的方法，其中，转动所述衬底，对所述衬底 表面的边缘区域进行蚀刻。
12、 根据权利要求1所述的衬底表面蚀刻方法，其中，被蚀刻的材料为Si02。
13、 根据权利要求1所述的衬底表面蚀刻方法，其中，被蚀刻的材料为Si。
14、 根据权利要求1所述的衬底表面蚀刻方法，其中，被蚀刻的材料为Ta。
15、 根据权利要求1所述的衬底表面蚀刻方法，其中，所述非氧类氧化 剂为氟(F2)。
16、 根据权利要求1所述的衬底表面蚀刻方法，其中，所述非氧类氧化 剂为氯(Cl2 )。
17、 根据权利要求1所述的衬底表面蚀刻方法，其中，所述非氧类氧化 剂为三氟化氯(C1F3)。
18、 一种采用根据权利要求1所述的方法处理的衬底晶片。
19、 一种从衬底表面去除至少一部分材料的方法，所述方法包括 将所述衬底表面暴露于氢气和三氟化氮气体的基本非电离的燃烧火焰。
20、 根据权利要求19所述的方法，其中，所述衬底表面的暴露也在惰 性气体存在下进行。
21、 根据权利要求19所述的方法，其中，所述衬底表面的暴露基本在 大气压下进行。
22、 根据权利要求19所述的方法，进一步包括，在暴露所述衬底表面 之前，力。热所述坤于底。
23、 根据权利要求19所述的方法，进一步包括，向所述衬底的边缘引 导所述燃烧火焰。
24、 根据权利要求19所述的方法，进一步包括，沿着径向向外方向从 所述衬底的中心向所述衬底的边缘所述燃烧火焰引导。
25、 一种采用根据权利要求19所述的方法所蚀刻的衬底晶片。
26、 一种衬底处理方法，包括 提供惰性环境；在所述惰性环境中对氢气和非氧类氧化剂的燃烧火焰进行点火；以及 将所述燃烧火焰引导到衬底上。
27、 一种采用氢气和非氧类氧化剂的燃烧火焰对村底进行处理的衬底处 理装置，包括处理室，其用于容纳所述衬底，并用于界定用于所述氢气和非氧类氧化 剂的燃烧火焰的惰性环境，其中，所述处理室保持基本为大气压； 氢气和非氧类氧化剂源，其可操作地连接到所述处理室；和 在所述处理室内的喷嘴组件，用于将所述燃烧火焰引导到所述衬底上。
28、 根据权利要求27所述的采用氬气和非氧类氧化剂的燃烧火焰对衬 底进行处理的村底处理装置，其中，所述喷嘴组件包括两个或更多个喷嘴。
29、 根据权利要求28所述的衬底处理装置，其中，所述两个或更多个 喷嘴由蓝宝石制成。
30、 根据权利要求28所述的衬底处理装置，其中，所述两个或更多个 喷嘴由选自由氧化钇(Y203 )、氟化镁(MgF2)和氧化镁(MgO)组成的 组中的材料制成。
31、 根据权利要求27所述的采用氢气和非氧类氧化剂的燃烧火焰对衬 底进行处理的衬底处理装置，其中，所述喷嘴组件包括两个或更多个喷嘴， 所述两个或更多个喷嘴与待处理的衬底的顶表面保持成一定角度。
32、 一种衬底处理装置，包括 处理室，其基本保持在大气压下；和喷嘴组件，其具有用于引导活性反应组分流动的多个喷嘴，其中，所述 喷嘴由选自由蓝宝石、氧化钇(Y203 )、氟化镁(MgF2)和氧化镁(MgO) 所组成的组中的材料制成。
33、 根据权利要求32所述的衬底处理装置，其中，所述喷嘴的长度与 直径之比为大约10:1。
全文摘要
本发明描述了一种使用氢气和非氧类氧化剂的气态混合物的燃烧火焰的衬底处理方法和装置。所述方法使用氢气和非氧类氧化剂燃烧火焰来冲击衬底表面，以便与该表面上的薄膜进行化学反应从而对衬底进行蚀刻。所述方法在大致大气压下，基本为惰性和非电离的环境中进行。一种用于采用上述方法处理衬底的装置，具有处理室，其包含惰性环境；和喷嘴头，其用于将燃烧火焰引向保持在衬底固定器上的衬底。在一个实施方式中，一种边缘喷嘴组件与晶片边缘成一定角度，以用于处理晶片的边缘附近区域和边缘。在该实施方式中，加热器在待处理的边缘区域附近对衬底进行预热。
文档编号H01L21/3213GK101278379SQ200680034386
公开日2008年10月1日 申请日期2006年8月17日 优先权日2005年9月19日
发明者乔尔·B·贝利, 理查德·E·罗克, 约翰尼·D·奥尔蒂斯, 迈克尔·D·罗宾斯 申请人:美国阿可利技术有限公司