[发明专利]利用晶圆前侧气体净化来去除晶圆后侧聚合物的工艺

说明书

相关申请

本申请要求享有2007年1月30提交的美国临时申请序列号No.60/898,645和2007年3月14日提交的美国有效申请序列号No.11/685,766的优先权。

技术领域

本发明涉及一种利用晶圆前侧气体净化来去除晶圆后侧聚合物的工艺。

背景技术

工件或半导体晶圆的等离子体处理，尤其是介电质蚀刻等离子体处理，通常使用含碳的工艺气体(例如碳氟化合物或氟-碳氢化合物气体)，其提高诸如二氧化硅的介电质材料相当于与其它材料诸如硅的蚀刻选择性。这些工艺用于处理其上形成微电子薄膜结构的晶圆前(顶)侧。通常不对晶圆的反(后)面构图。存在的一个问题是含碳工艺气体趋于在等离子体中形成聚合物前驱，其能将聚合物残渣留在晶圆的前侧以及晶圆后侧露出的部分，甚至留在晶圆后侧未露出部分下方的一段距离处。应该移除该残渣以避免污染后续处理步骤。使用适当的化学物质通过等离子体离子轰击易于移除沉积在晶圆前侧的聚合物残渣。然而，晶圆边缘是倾斜的，并且晶圆边缘的后侧上的曲面也是露出的，从而在等离子体处理期间容易沉积聚合物。在等离子体处理期间，晶圆边缘的曲面后侧不受离子轰击，因此很难移除，但可以在高温(例如，300摄氏度以上)的氧等离子体中移除。这种难于移除的聚合物薄膜需要使用(例如)富氧等离子体的蚀刻后聚合物移除步骤，用于彻底移除聚合物。

在许多应用中，等离子体蚀刻工艺用于形成穿过晶圆前侧上的多层薄膜的开口(例如，沟槽或接触孔)。这些薄膜结构包括(例如)具有超低介电常数(超低-k薄膜)的特殊的含碳介电质薄膜。在由蚀刻工艺步骤形成的每个沟槽或接触开口的侧壁处的横截面中暴露出该超低-k薄膜。通过加热和将晶圆暴露至富氧等离子体(在蚀刻后聚合物移除步骤期间)而试图去除后侧聚合物薄膜将由于从超低-k薄膜去除碳而损坏该超低-k薄膜。在具有60nm特征尺寸(或更小)的半导体结构中，仅允许对超低-k薄膜损害至距离暴露的表面大约3nm的深度(例如离开口的侧壁3nm远)。相反，沉积在晶圆后侧边缘的聚合物薄膜约700nm厚。如果能够避免损坏超过可允许的3nm深的超低-k(ULK)薄膜，同时将晶圆暴露至具有足够密度的富氧等离子体并暴露足够时间以从晶圆边缘或斜面后侧移除700nm的聚合物通常是很难的。用于聚合物移除工艺的所需的聚合物与ULK薄膜蚀刻选择性(超过200∶1)在传统的工艺中通常不能可靠地保持。

在传统的等离子体反应器腔室中，晶圆支撑基座包括围绕在晶圆边缘的环形套环(collar)。该套环趋于遮盖晶圆边缘，但不能充分靠近晶圆边缘以防止在晶圆边缘后侧上沉积聚合物。这是因为在晶圆边缘和套环之间需要有限间隙来适应在机械人晶圆放置和公差累积(tolerance stackup)中的变化。然而，随着腔室中连续的晶圆被蚀刻，晶圆边缘到套环间隙趋于增加，原因在于套环(通常)是由工艺兼容的材料(例如，石英、硅或碳化硅)形成，其在连续晶圆的等离子体蚀刻处理期间逐渐被蚀刻掉。因此，在晶圆上，包括晶圆后侧边缘上的沉积不必要的聚合物是不可避免的。

可以通过在启动蚀刻工艺期间在等离子体中使用混有富氧混合气体避免前述问题。然而，如果在晶圆上的薄膜结构包括在被蚀刻的开口的侧壁上暴露的超低-k薄膜时，该方法不实用。蚀刻等离子体中的富氧混合物对超低-k薄膜将造成无法接收的损坏。

需要一种从晶圆的后侧(即，晶圆边缘的后侧)移除聚合物而不伤害或损坏薄膜结构中的任何低-k薄膜层的方法。

发明内容

本发明提供了一种从工件后侧去除聚合物的工艺。该工艺包括在真空腔室中在后侧支撑工件，同时使在后侧上的外围环形部分暴露。气流被限定在工件边缘的间隙中的工件边缘处，间隙设置为约腔室直径的1％，该间隙限定含有前侧的上部工艺区与含有后侧的下部工艺区之间的边界。该工艺还包括排空(evaculate)下部工艺区，在外部腔室中由聚合物蚀刻前驱气体产生等离子体，并将副产物从等离子体引入到下部工艺区。该工艺还包括将净化气体泵送到上部工艺区中，以从上部工艺区去除聚合物蚀刻物种。