[发明专利]用于半导体工艺腔的清洁方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，尤其涉及无晶圆自动清洗工艺清洁工艺。

背景技术

半导体集成电路技术的发展对互连技术提出了新的需求，互连集成技术在近期和远期发展中将面临一系列技术和物理限制的挑战。随着半导体器件尺寸的不断收缩，互连结构也变得越来越窄，从而导致了越来越高的互连电阻。铜借助其优异的导电性，现已成为集成电路技术领域中互连集成技术的解决方案之一，铜互连技术已广泛应用于90nm及65nm技术节点的工艺中。

在铜互连工艺中，由于金属连线之间的空间在逐渐缩小，因此用于隔离金属连线之间的中间绝缘层(IMD)也变得越来越薄，这样会导致金属连线之间可能会发生不利的相互作用或串扰。现已发现，降低用于隔离金属连线层的中间绝缘层的介电常数(k)，可以有效地降低这种串扰。低k值中间绝缘层带来的另一个好处是是可以有效降低互连的电阻电容(RC)延迟。因此，在90nm、65nm甚至45nm设计规则的应用中，超低k材料现在已越来越广泛地应用于铜互连工艺中作为隔离金属铜的中间绝缘层。

对于含低k介电材料的微结构进行清洗时，首先要求清洗介质可以很容易进入微结构内部，而且不会造成低k介电材料的破坏。二氧化碳(CO₂)具有价廉、易得、无毒、不易燃、无污染和易循环使用等特点，相应地，CO₂光阻剥离工艺也已被应用来取代传统的O₂剥离工艺，以便降低低k损失。

然而，CO₂光阻剥离的一个副效应是富含碳的生成物，比如聚合物，在工艺腔中形成残余物。这些残余物不能采用传统的后清洁工艺加以去除，这导致较大的颗粒数和高缺陷率。在现有技术中使用的传统后清洁工艺是引入无晶圆自动清洗工艺(WAC，Waferless Auto Clean)。WAC工艺是一种在晶片工艺结束并传送出工艺腔后进行的清洗工艺，目的旨在减少工艺腔体内的残余物(如聚合物)以减少残余物导致的腔室记忆效应并降低缺陷率。在WAC工艺中，常用等离子源的方式通入O₂，SF₆，CF₄等不会产生残留聚合物且化学活性强的气体作为清扫气体，在用于清洁腔室的同时也清洁了静电吸盘。图1示出了WAC工艺所采用的无晶圆自动干蚀刻清洗机100的示意性结构图。如图1所示，无晶圆自动干蚀刻清洗机100包括等离子体源101，用于激发并释放用于清扫的等离子体气体102，如氧气等；限制环103，用于限制等离子体气体102在腔室中位置；以及静电吸盘104。采用现有的WAC工艺进行清洗的示例性参数如下表1所示：

表1示例性WAC工艺参数表

在表1所示的WAC参数中，气压维持在500mTorr(1Torr≈133.322帕斯卡)，频率为27MHz的射频功率为500瓦，通入的清扫氧气量为2000sccm，限制环的位置为固定的，工序持续时间为约30秒。

上述大颗粒数目问题的一种现有技术解决方案是增加无晶圆自动清洗的时间和强度。然而，WAC时间和强度的增加会缩短静电吸盘的寿命。另一种现有技术的解决方案是增加维护的频度，但这会影响工具的生产率。

因此，在本领域中需要一种廉价有效的解决CO₂光阻剥离产生的颗粒问题的方法。

发明内容

在本发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于半导体工艺腔的清洁方法，所述工艺腔中设置有用于限制清扫气体冲吹位置的限制环，所述方法包括：a)多个连续的无晶圆自动清洁工序，其中在每一工序中改变限制环的位置并冲吹清扫气体；以及b)在所述工艺腔中冲吹氩气。

根据本发明的一个方面，在所述步骤a)中的清扫气体是氧气。

根据本发明的另一个方面，在所述步骤a)中的清扫气体流速为500-2000sccm。

根据本发明的另一个方面，在所述步骤a)中的每个工序中压力的数值范围为200-800mT。

根据本发明的另一个方面，在所述步骤a)中的每个工序中的射频功率为300-700瓦。

根据本发明的另一个方面，在所述步骤a)中的每个工序的操作时间为10-30秒。

根据本发明的另一个方面，在所述步骤b)中的氩气流速大于800sccm。