预清洗半导体结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种预清洗半导体结构的方法，以及相关联的模块化半导体处理工 具。
【背景技术】
[0002] 在半导体工业中，通常的做法是在用集成的金属化（metallisation)工具沉积 诸如钛、氮化钛、铝和铜的金属层或其他导电层之前溅射蚀刻在金属间的介电层（Inter MetalDielectric) (IMD)下形成的金属触点。金属触点可以由错或其它金属形成。派射 蚀刻的目的是从铝或其他金属的表面移除天然氧化物，为后续的沉积留下原子级的清洗表 面。在从金属表面移除所要求量的材料之后，作为溅射刻蚀处理的一部分的等离子体被关 闭，处理腔室被抽真空到一个预定的压力，以避免污染在集成处理工具中的其他模块。预清 洗模块的生产率很大程度上受在从模块移除晶片并将晶片通过传输模块移入沉积模块之 前在模块中恢复（recover)足够低压的所需时间的影响。通常，溅射刻蚀是高真空下执行 的氩气溅射刻蚀工艺，其中晶片表面被Ar+离子撞击。
[0003] 在一些应用领域，例如对相对较厚的MD(通常大于几微米），诸如聚酰亚胺（PI) 的有机介电材料由于性能和成本的原因而被选择。这种应用领域的非限制性的例子是下凸 块金属化（UnderBumpMettalisation) (UBM) 〇
[0004] US6107192公开了在使用各种等离子体金属化之前的预清洗工艺。等离子体预清 洗能够包括天然CuO的化学还原，而无需溅射Cu子层。US6107192中公开的MD是低k无 机材料，例如Si02,、SiOF、或低kCD0(碳掺杂的氧化物）。本发明涉及使用有机材料IMD的 不同工艺，其中材料是被物理移除地。US4357203公开了多层金属化系统的形成，其中通孔 被形成在覆盖铝层的聚酰亚胺介电绝缘层中。通孔通过对聚酰亚胺进行氧等离子体刻蚀形 成，其导致在暴露的、下层铝上形成残留膜（并非天然氧化物）。残留膜随后通过第二等离 子体刻蚀步骤被移除。在US4357203中公开的工艺在通孔蚀刻之前使用铝的第二图案层 以形成掩膜，且在执行第二等离子体刻蚀时铝掩膜在相应的位置上。这种工艺与本发明所 要描述的工艺是不兼容的。相反，本发明应用于现代的、商业半导体制造技术，其中在金属 化步骤之前，半导体结构被提供为在图案化的MD层下面具有金属层，但在MD层顶部并没 有其他层。希望提供预清洗步骤，以预清洗暴露的金属层。如上面看到的那样，众所周知的 是执行Ar溅射刻蚀来完成这种预清洗。但是，本案的发明人意识到Ar溅射工艺对半导体 晶片表面的材料具有相对低的选择性。同样，本案的发明人意识到在实践中暴露给预清洗 的金属表面积远小于暴露给预清洗的MD表面积，其结果是从半导体结构的表面移除的大 部分材料实际上是从頂D表面移除的。此外，本案的发明人已经意识到溅射的MD材料是 预清洗处理室内潜在的巨大的污染源，同时处理工具的其余部分可以挥发气体以选出预清 洗模块。因此，在Ar溅射刻蚀处理后，期望的是最小化在预清洗模块中的不想要的污染的 量。本案的发明人进一步意识到，由于在Ar溅射刻蚀之后产生的污染物的本性，当使用诸 如聚酰亚胺的有机介电材料时，污染物的产生可能尤其会是问题。有问题的污染物的例子 是CO和co2。
[0005] 总之，本案的发明人已经意识到，具体的、但是商业上重要的，工艺条件的结合产 生了上面陈述的具体问题。因此，本案的发明人设计了本发明，在其至少一些实施例中，解 决了上面所描述的问题。
[0006] 根据本发明的第一个方面，提供了预清洗半导体结构的方法，包括如下步骤：
[0007] i)提供具有有机介电材料的暴露的介电层的半导体结构，其中介电层具有形 成于其中的一个或多个特征，该一个或多个特征暴露了待被预清洗的一个或多个导电 (electrically conductive)结构，其中每个导电结构都包括金属层，可选择地在该金属层 上形成有阻挡层，且暴露的介电层的表面积大于被介电层暴露的导电结构的表面积；和
[0008] ii)通过执行Ar/HJM#刻蚀从暴露的导电结构中移除材料并从暴露的介电层移 除有机介电材料来预清洗半导体结构，其中步骤ii)使用Ai^PH2来执行，其中Ar: 112分 压比率为1.0 : 1或更小，更优选地小于0.5 : 1，而且最优选地0.4 : 1或更小。
[0009] 这样，可能会减少溅射蚀刻期间产生的不想要的污染物的量并减少达到想要获得 的期望压力的泵抽（pumping)时间，特别对应于高真空。进一步的好处是半导体结构的污 染物，特别是金属层的污染物，减少了。
[0010] 本领域技术人员将认识到，如果块状（bulk)氧化物本身不是有机材料，CD0则不 是"有机介电材料"，即掺杂碳并不能使无机材料变成有机材料。
[0011] 实施本发明的结果是污染物如C0和co2可以被减少。
[0012] 词语"金属"被理解为包括在其范围内的合金。为了免除疑虑，词语"合金"可以 包含金属的组合，以及具有一定量非金属添加剂的金属。例如，铝-硅合金在本发明的范围 之内。硅特别地作为次要元素存在，例如0. 5-2. 5At%范围之内。
[0013] 步骤ii)可以使用Ar和4来实施，其中Ar: 112分压比为0. 1 : 1或更大。
[0014] 可以理解的是上面所提供的任何两个附图之间的所有可能的分压比率范围 都在本发明的范围之内。例如，本发明包括在其范围之内的1.0 : 1-0. 1 : 1，小于 0.5 : 1-0.1 : 1和0.4 : 1-0.1 : 1 的Ar:H2的分压比率。
[0015] 有机介电材料可以包含碳和氧。
[0016] 有机介电材料可以是有机聚合物。优选地有机介电材料是聚酰亚胺。
[0017] 每个导电结构上可以具有天然的氧化层，且步骤ii)可以包括通过从暴露的导电 结构移除天然的氧化层来预清洗半导体结构。
[0018] 暴露的介电层的表面积与被介电层暴露的导电结构的表面积的比可以大于 25 : 1，并且优选地大于50 : 1。在一些实施例中，暴露的介电层的表面积与被介电层暴露 的导电结构的表面积的比可以更大，可以大于75 : 1，或大于100 : 1。
[0019] 可以实施步骤ii)从暴露的介电层移除达到至少10nm深度的有机介电材料。
[0020] 有机介电材料的介电层可以具有至少1微米的厚度。
[0021] 金属层可以是铝或铜。
[0022] 每个导电结构可以包括金属层。可选地，导电结构可以包括其上形成有阻挡层的 金属层。阻挡层可以是金属层，诸如钛，或是诸如TiN的导电化合物层。本领域技术人员可 理解的，阻挡层可以以ARC(抗反射涂层）层的形式存在。
[0023] 本发明的方法可以在预清洗处理室内实施。该方法可以包括其他步骤：
[0024] iii)抽真空预清洗处理室到预定的压力或更低。优选地，预定压力是lxl(T6托 (Torr)。该方法可以包括其他的步骤：
[0025] iv)传送半导体结构到下一个处理室，使得下一个处理步骤能够实施。其中半导体 结构在预清洗处理室获得预定的压力之后被传送。
[0026] 在步骤ii)中实施的预清洗可以产生C0,且在步骤iii)中实施的将处理室抽真空 到预定压力可以包括获得lxl〇_7托或更小的C0分压。
[0027] 在步骤ii)中实施的预清洗可以产生C02，且在步骤iii)中实施的将处理室抽真 空到预定压力可以包括获得ixi〇_7托或更小的co2分压。
[0028] 通常，半导体结构包括半导体晶片，在所述半导体晶片上形成有导电结构和暴露 的介电层。
[0029] 根据本发明的第二方面，提供的模块化的半导体处理工具包括：
[0030] 用于提供具有有机介电材料的暴露的介电层的半导体结构的一个或者多个处理 模块，其中介电层具有形成于其中的一个或多个特征，该一个或多个特征暴露了待被预清 洗的一个或多个导电结构，其中的每个导电结构都包括金属层，优选地具有形成在金属层 上的阻挡层，且其中暴露的介电层的表面积大于被介电层暴露的导电结构的表面积；
[0031] 预清洗处理室；
[0032] 对半导体结构执行另一个处理步骤的另一个处理室；
[0033] 从处理模块传