[发明专利]预清洗半导体结构

说明书

本发明涉及一种预清洗半导体结构的方法及相关的模块化半导体处理工具。该方法包括步骤：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待被预清洗的一个或多个导电结构，其中每个导电结构都包括金属层，可选择地在金属层上形成有阻挡层，且介电层所暴露的表面积大于导电结构被介电层暴露的表面积；和ii)通过执行Ar/H₂溅射刻蚀从暴露的导电结构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。

技术领域

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

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(InterMetal Dielectric)(IMD)下形成的金属触点。金属触点可以由铝或其它金属形成。溅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。

在一些应用领域，例如对相对较厚的IMD(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(Under Bump Mettalisation)(UBM)。

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IMD是低k无机材料，例如SiO₂，、SiOF、或低k CDO(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US 4357203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IMD层下面具有金属层，但在IMD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IMD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IMD表面移除的。此外，本案的发明人已经意识到溅射的IMD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。

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。

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：