[发明专利]用于超临界流体去除或沉积工艺的装置和方法

说明书

发明领域

本发明涉及用于微电子器件制造的超临界流体装置和将所述装置用于去除或沉积工艺的方法，该工艺包括但不限于微电子器件的蚀刻、清洁、粒子去除、残渣去除、薄膜沉积和光致抗蚀剂层去除。

相关技术描述

微电子器件制造工业已经进行了大量持续的努力，来开发用于对微电子器件进行蚀刻、清洁和离子注入硬化光致抗蚀剂及其残渣去除的改进工艺。由于临界尺寸持续快速地减小，这种努力已经受挫。常规湿法清洁方法、包括使用水基组合物，遭遇到的基本限制是部分地由于清洁溶液中所用液体的高表面张力特征，使得临界尺寸(CD)宽度降至低于100nm。此外，水性清洁溶液能够强烈影响多孔低-k介电材料的重要材料性质，包括机械强度、水分摄取、热膨胀系数和对不同基底的粘附性。

除了去除工艺外，许多应用都希望在微电子器件上形成层，例如在构造集成电路过程中的薄膜沉积。通常用于形成层的方法包括化学气相沉积(CVD)工艺和原子层沉积(ALD)工艺。涉及CVD和/或ALD工艺的问题包括小于100％的阶梯覆盖、缓慢的沉积速率和不能将前体充分转化为沉积材料。

近期，已经提出利用超临界流体(SCFs)将前体递送到表面上，用于在表面上形成膜。通常如下利用超临界流体：首先以高浓度将前体溶于超临界流体内，这利用了SCF的溶剂特征的优点。然后将包含前体的SCF递送到其中安置有基底的反应室内。然后，(i)降低室内的温度和/或压力条件，从而将流体变为非超临界状态。然后流体就会缺少能够将前体保留在溶液内的溶剂性质，从而使前体脱离溶液以在基底上形成层(或膜)。或者，(ii)将基底加热，使包含前体的SCF中的前体分解在基底上，以在基底上形成层。

超临界流体沉积(SCFD)与化学气相沉积(CVD)相比具有重要的优点，这些优点包括但不限于：(1)低操作温度，这允许使用这样的有机金属前体，该有机金属前体可在CVD中在产生蒸汽相浓度所必需的高温下降解；(2)由于SCF的溶剂化能力而获得了较高(SCF-相)的前体浓度，同时在金属表面的有机金属络合物分解后，促进配体从金属表面上解吸附；(3)同时将多种前体溶于SCF中，这使得SCF-相前体组合物能变成具有复杂和多要素组成的沉积材料；(4)选择使用具有易变配体的有机金属前体化合物，因为没有使用真空条件；(5)使用不挥发性有机金属前体，它们将是毒性较小并且成本更有效的化合物；和(6)使用无毒、低成本、易于获得并且可循环的溶剂，如二氧化碳。

目前的SCFD处理技术基于超临界溶剂的快速膨胀(RESS)，或者使用载气或共活性气体如氢，通过热或反应还原基底表面上的前体。RESS包括通过微米级尺寸的喷嘴或毛细管使包含前体的SCF快速膨胀，然后在基底表面上或其附近产生待沉积的材料的气溶胶。尽管这种工艺可以用于生长各种材料的薄膜，但由于只有少量前体材料可通过流体膨胀必需的小尺寸喷嘴而膨胀，所以沉积速率和被沉积膜的表面积受到限制。此外，可能导致不均匀膜生长的粒子产生。后一工艺通常被称为化学流体沉积(CFD)，它包括使待沉积的前体材料在SCF中溶剂化，并且通过标准开口将包含前体的SCF运输到沉积室内，然后在静态压力下，使前体在基底上发生反应，例如还原或分解。这种工艺允许生长均匀的膜，然而，由于来自热源的热消散，高百分比的前体材料损失在室壁上。此外，由于包含前体的SCF在室内的长暴露时间，已经报导来自有机配体的膜污染水平提高。

超临界流体(SCF)还为从微电子器件表面上去除材料如光致抗蚀剂层和其它残渣提供了替代方法。SCFs扩散快、粘度低、表面张力接近零、并能容易地透入深的沟槽和通孔。另外，由于SCFs的低粘度，其能快速地传送溶解和/或悬浮的物质。使用SCFs的清洁工艺大大排除了水消耗、对晶片的损坏、对必须处置的大量有害液体化学品的需要和处理步骤的数目。