本公开实施例涉及一种半导体制造方法及工艺腔室，特别涉及一种原位金属蚀刻以及等离子体灰化的方法及工艺腔室。
背景技术：
晶圆(例如，半导体工件、半导体装置或半导体材料)的典型工艺可利用分离的腔室进行蚀刻以及等离子体灰化。蚀刻可使用于在制造期间从晶圆表面去除材料。例如，在蚀刻中，可以通过抵抗蚀刻的遮罩材料保护晶圆的一部分免于蚀刻。然后，可通过将蚀刻剂施加到晶圆的暴露部分以蚀刻晶圆。蚀刻通常在蚀刻专用的蚀刻腔室中进行。
等离子体灰化可以是从蚀刻的晶圆上去除光刻胶的工艺。使用等离子体来源，产生反应性物质。反应性物质与光刻胶结合形成灰化物，可用真空泵将其去除。等离子体灰化通常在与蚀刻腔室分离的灰化腔室(例如，光刻胶剥离腔室以及/或冷却腔室)中进行。这种工艺技术需要大量的开销，但是仍然不能产生令人满意的结果。因此，现有的工艺技术并非完全令人满意的。
技术实现要素：
根据本公开的一些实施例，提供一种半导体制造的方法，包括在工艺腔室内接收晶圆，此晶圆在金属层上方具有光刻胶遮罩，其中工艺腔室连接至气体来源。所述半导体制造方法还包括在工艺腔室内根据光刻胶遮罩而施加配置以蚀刻金属层的蚀刻剂。所述半导体制造方法还包括在工艺腔室中施加来自气体来源的气体以进行等离子体灰化。
根据本公开的一些实施例，提供一种半导体制造的方法，包括在工艺腔室内接收晶圆，此晶圆在金属层上方具有光刻胶遮罩，其中工艺腔室连接至气体来源。所述半导体制造方法还包括在工艺腔室内根据光刻胶遮罩而施加配置以蚀刻金属层的蚀刻剂。所述半导体制造方法还包括在工艺腔室中施加来自气体来源的气体以进行等离子体灰化。所述半导体制造方法还包括从工艺腔室移除在等离子体灰化期间产生的灰化物。
根据本公开的一些实施例，提供一种工艺腔室包括静电吸座、至少一个线圈、蚀刻剂导管、气体吸入导管。静电吸座配置以固定晶圆，且静电吸座与偏压功率连接。至少一个线圈与来源功率连接。蚀刻剂导管配置以根据晶圆的光刻胶遮罩而在工艺腔室内提供蚀刻剂至晶圆金属。气体吸入导管与气体来源连接，其中气体吸入导管被配置以在工艺腔室内的等离子体灰化进行期间供应工艺腔室来自气体来源的气体。
附图说明
从以下的详细描述并阅读说明书附图以最佳理解本公开的各方面。应注意的是，不同特征并未一定按照比例绘制。事实上，可能任意的放大或缩小不同特征的大小及几何尺寸，以做清楚的说明。
图1示出了根据本公开的一个或多个实施例的在半导体工艺腔室内原位(insitu)进行金属蚀刻以及等离子体灰化的方法的流程图。
图2a、图2b以及图2c示出了根据一些实施例的在通过图1的方法制造的各个制造阶段期间的示例性半导体装置的剖面图。
图3是根据一些实施例的工艺腔室的图。
图4是根据一些实施例的工作站的图示。
图5是根据一些实施例的工作站的各种功能模块的方框图。
附图标记说明：
100方法
102、104、106操作
200半导体装置
202光刻胶
204金属层
206开口
208下方层
210、300、410a、410b、410c、410d工艺腔室
222蚀刻金属层
224聚合物
302封闭区域
303壁
304晶圆
306蚀刻剂导管
310灰化导管
312真空泵
314等离子体
316来源功率
318线圈
320静电吸座
322偏压功率
400工作站
406传送腔室
408对准腔室
412a第一机械手臂
412b第二机械手臂
504处理器
506计算机可读取储存器
508网络连接模块
510使用者接口模块
512控制器模块
514感测器模块
具体实施方式
以下的公开描述各种示范的实施例以实行本公开的不同特征。以下叙述各个构件以及排列方式的特定范例，以简化本公开。当然，这些仅为范例且非意图作为限制。举例来说，应了解的是当一元件被提及是被“连接于”或是“耦接于”另一元件时，此元件可能直接连接于或是耦接于另一个元件，或是在两元件之间存在一个或是多个元件。
除此之外，本公开可能在不同范例中重复参考数字以及/或文字。此重复是为了简化以及清楚说明的目的，并非用以指定所讨论的不同实施例以及/或配置之间的关系。
此外，空间相关用词，如：“在……下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”等等的类似用词，可在这里使用以便于描述附图中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中示出的方位外，这些空间相关用词意图涵盖使用中或操作中的装置的不同方位。设备可被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，且在此使用的空间相关用词亦可依此相同解释。
本公开提供了在半导体工艺腔室内原位进行金属蚀刻以及等离子体灰化的各种实施例。在某些实施例中，可以用在工艺腔室(例如，半导体工艺腔室)内的金属层上方的光刻胶遮罩进行蚀刻。此工艺腔室可以连接到气体来源。在蚀刻的进行中，可以在工艺腔室中施加曝光系统(例如，蚀刻剂的输送系统)以根据光刻胶遮罩蚀刻金属层。一旦蚀刻完成，可以从气体来源施加灰化气体以在工艺腔室内进行等离子体灰化。如上所述，此工艺腔室对于蚀刻以及灰化两者可以是相同的，因此不需要分离的蚀刻腔室、光刻胶剥离腔室以及/或冷却腔室。取而代之，可以在简化的蚀刻以及等离子体灰化工艺中在单个腔室中进行这些各个的功能。换句话说，在蚀刻以及等离子体灰化之间可能没有去吸(de-chucking)(例如，从吸座移除固定于其上的蚀刻的晶圆)。
在各种实施例中，灰化气体可以是下列气体中的至少一种：纯氧气(o2)、纯氮气(n2)以及氮气与氧气的混合物。在特定实施例中，氮气与氧气的混合物可以包括小于10％的氧气。如将在下面指出的，灰化气体可以在工艺腔室内被转化成等离子体(例如，通过来源功率)。等离子体内的氧气可以与光刻胶反应(例如，结合)以产生灰化(例如，去除光刻胶)。更具体地说，等离子体内的氧气可以与光刻胶反应(例如，结合)以产生二氧化碳(co2)、一氧化碳(co)以及水(h2o)，其可以通过吸力或泵从工艺腔室中去除。并且，等离子体内的氮气可以与工艺腔室中的任何残留氯化铝(alcl3)反应。此氯化铝可以作为蚀刻的副产物被产生。例如，等离子体内的氮气可以与残留的三氯化铝反应而产生氮化铝(aln)以及氯气(cl2)，其可以通过吸力或泵从工艺腔室中去除。在工艺腔室内去除氯化铝可以减少工艺腔室内腐蚀的机会。
在各种实施例中，可以通过施加超过1600瓦的来源功率以进行等离子体灰化。如下所述，此来源功率可以施加到工艺腔室内的至少一个线圈。此工艺腔室可以具有将至少一个线圈与金属层分离的壁(例如，顶板或圆顶)。并且，金属层可以在由壁形成或封闭的空间内。在特定实施例中，可通过施加大约0瓦的偏压功率(biaspower)进行等离子体灰化。此偏压功率可以施加在支撑(例如，置于其上的)先前已被蚀刻(例如，在等离子体灰化之前已先被蚀刻)的晶圆的静电吸座。在某些实施例中，在进行等离子体灰化期间，可以在工艺腔室处施加小于100毫托的压力。并且，工艺腔室可以维持在大约摄氏50度，或者维持在进行蚀刻的相同温度。在进一步的实施例中，在蚀刻以及等离子体灰化中，工艺腔室可以维持在小于摄氏100度的温度下。
在各种实施例中，工艺腔室可以是具有至少一个用以将晶圆送入或送出的负载锁定(loadlock)的半导体工艺工作站的一部分。在某些实施例中，晶圆可具有约200毫米的直径或约8英寸的直径。此半导体工艺工作站可以被配置以将晶圆从负载锁定移动到对准腔室，从对准腔室到工艺腔室，然后从工艺腔室移动到负载锁定，以将晶圆从半导体工艺工作站送出(例如，不将晶圆从工艺腔室移动到光刻胶剥离腔室以及/或冷却腔室)。因此，工艺腔室可包括各种导管，用于蚀刻剂以及灰化气体的送入以及用于通过吸力将在等离子体灰化期间产生的灰化物从工艺腔室排出。在特定实施例中，工艺腔室可以是修改的去耦合等离子体来源(decoupledplasmasource,dps)腔室。
有利地，进行原位等离子体灰化可以简化了半导体工件工艺(例如，半导体晶圆或装置工艺)，而不需要在光刻胶剥离腔室以及/或冷却腔室中进行进一步的工艺。取而代之，在具有多个工艺腔室的单个工作站中，可以将半导体工件在负载锁定中接受、对准、然后在单个工艺腔室中进行蚀刻以及光刻胶剥离，然后在没有分离蚀刻、光刻胶剥离以及/或冷却腔室工艺的情况下将其从工作站中取出。如上所述，这种原位等离子体灰化可以包括在超过1600瓦的高来源功率环境下以0瓦的偏压功率并且在氧气气体、氮气、或是氮气与氧气气体的混合气体的气体环境下进行工艺。因此，可以在单个工艺腔室中一起进行蚀刻以及等离子体灰化，此工艺腔室配置有基于光刻胶遮罩以用于蚀刻的曝光系统(例如，用于引入蚀刻剂的系统)以及灰化气体来源。在特定实施例中，可以添加或替代使用氢气、水、过氧化氢、臭氧、一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氩气、氦气等之类的其他气体以进行原位等离子体灰化。在更进一步的实施例中，原位灰化期间以及之后的整体晶圆温度可以小于摄氏100度，与在与蚀刻腔室分离的某些等离子体灰化腔室中可能为摄氏250度或更高相比，此温度可以相对较低。
图1示出了根据本公开的一个或多个实施例的在半导体工艺腔室内原位进行金属蚀刻以及等离子体灰化的方法的流程图。应注意的是方法100仅为示例，并且不旨在限制本公开。因此，应理解的是可以在图1的方法100之前、期间以及之后提供附加操作，可以省略某些操作，并且在此可以仅简要描述一些其他操作。
在一些实施例中，方法100的操作可以与分别在图2a、图2b以及图2c中示出的各种制造阶段中的半导体装置的剖面图相关联，这将在下面进一步详细讨论。
现在参考图1，方法100开始于操作102，其中具有图案化的光刻胶的金属层被提供在工艺腔室。方法100继续到操作104，其中在工艺腔室内进行蚀刻。方法100继续到操作106，其中在进行蚀刻的工艺腔室原位进行等离子体灰化。
如上所述，图2a至图2c以剖面图示出了在图1的方法100的各种制造阶段中的半导体装置200的各个部分。半导体装置200可以包括、被包含在、或为微处理器、存储器单元、晶圆以及/或其他集成电路(integratedcircuit,ic)。并且，简化了图2a至图2c以更好地理解本公开的概念。例如，尽管附图示出了半导体装置200，但是应理解的是，集成电路可以包括许多其他装置，像是电阻器、电容器、电感器、保险丝等，出于使图示清楚的目的而未示于图2a至图2c。
图2a是根据一些实施例的在与图1的操作102相根据的各种制造阶段中包括光刻胶202的半导体装置200的剖面图。光刻胶202可以覆盖金属层204。光刻胶202可以被图案化，使得光刻胶202不完全覆盖金属层204，而是包括其中暴露金属层204的各种开口206。在各种实施例中，金属层204可以是金属复合层。此金属复合层可以包括例如阻挡材料(barriermaterial)的顶层，这将在下面进一步讨论。可选地，金属层可以覆盖下方层208(例如，基板)。如上所述，半导体装置200可以是安置在(例如，固定在以及/或接触)工艺腔室210(以虚线示出)内的静电吸座上的晶圆的一部分。工艺腔室210可以是大体上封闭的区域，在此区域中蚀刻以及等离子体灰化都可以在原位进行。在某些实施例中，可以将光刻胶施加到工艺腔室210内的金属层204上(例如，可以将光刻胶202放置在工艺腔室210内的金属层204上)。在特定实施例中，可以在工艺腔室210接收在金属层204的顶部具有光刻胶的半导体装置200。
在一些实施例中，下方层208包括硅基板或氧化硅基板。替代地，下方层208可以包括其他元素半导体材料，像是例如锗。下方层208也可以包括化合物半导体，像是碳化硅、砷化镓、砷化铟以及磷化铟。下方层208可包括合金半导体，像是硅锗、碳化硅锗(silicongermaniumcarbide)、磷化砷镓(galliumarsenicphosphide)以及磷化铟镓(galliumindiumphosphide)。在一实施例中，下方层208包括外延层。例如，下方层可以具有覆盖块体半导体(bulksemiconductor)的外延层。此外，下方层208可以包括绝缘体上半导体(semiconductor-on-insulator,soi)结构。例如，下方层可以包括埋入氧化物(buriedoxide,box)层，通过像是氧布植隔离(separationbyimplantedoxygen,simox)的工艺或其他合适技术像是晶圆接合(bonding)以及研磨(grinding)而形成。
在一些实施例中，下方层208还包括各种导电特征，像是p型掺杂区以及/或n型掺杂区，其通过像是离子布植以及/或扩散的工艺来实现。那些掺杂区包括n井(n-well)、p井(p-well)、轻掺杂区(lightdopedregion,ldd)、重掺杂源极以及漏极(sourceanddrain,s/d)、以及被配置为形成各种主动装置(或集成电路(ic)装置)的各种通道掺杂分布(channeldopingprofile)，主动装置像是互补金属氧化物半导体场效晶体管(complimentarymetal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor,cmosfet)、图像感测器以及/或发光二极管(lightemittingdiode,led)。下方层208可以还包括其他导电特征或主动装置(功能特征)，像是在基板中以及基板上形成的电阻器或电容器。下方层208可以还包括横向隔离特征，其被提供以分离形成在下方层208中的各种导电特征或装置。在一个实施例中，浅沟槽隔离(shallowtrenchisolation,sti)特征用于横向隔离。各种装置还包括设置在源极、漏极、栅极以及其他装置特征上的硅化物(silicide)，用于在耦合至输出以及输入信号时降低接触电阻(contactresistance)。
在某些实施例中，下方层208可以是介电层。介电层可以在半导体装置内的导电元件之间形成非导电(例如，介电)分离或隔离。介电层可以包括下列非导电材料的至少一种：氧化硅、低介电常数(low-k)材料、其他合适的介电材料或其组合。低介电常数材料可以包括氟化石英玻璃(fluorinatedsilicaglass,fsg)、磷硅酸盐玻璃(phosphosilicateglass,psg)、硼磷硅酸盐玻璃(borophosphosilicateglass,bpsg)、碳掺杂氧化硅(carbondopedsiliconoxide,sioxcy)、黑钻石(blackdiamonde)(应用材料(appliedmaterialsofsantaclara,calif))、干凝胶(xerogel)、气凝胶(aerogel)、无定形氟化碳(amorphousfluorinatedcarbon)、聚对二甲苯(parylene)、双苯并环丁烯(bis-benzocyclobutenes,bcb)、silk(陶氏化学(dowchemical,midland,mich.))、聚酰亚胺(polyimide)以及/或其他未来开发的低介电常数材料。
在某些实施例中，金属层204可以是金属线的一部分。例如，金属层可以是连接至晶体管装置的源极、漏极或栅极、电容器的电极、电阻器的一端或任何其他主动或被动装置的金属层，或者是其一部分。作为另一示例，金属层204可以连接至半导体装置200内的其他导线以及/或通孔(vias)。在一些实施例中，金属层204可以包括导电材料，像是金属或例如铝(a1)、铜(cu)、钨(w)或其组合。在一些其他实施例中，金属层204可以包括其他合适的导电材料(例如，金属材料像是金(au)、钴(co)、银(ag)、镍(ni)等以及/或导电材料(例如多晶硅))，而仍在本公开的范围内。可以通过使用化学气相沉积(chemicalvapordeposition,cvd)、物理气相沉积(physicalvapordeposition,pvd)、旋转涂布(spin-oncoating)以及/或其他合适的技术来形成金属层204，以在下方层208上方沉积金属层204。
在一些实施例中，可选地，金属层204可以在顶部包括阻挡材料，此阻挡材料可以增强(例如，改善)导电材料的导电性，并且可以有效地防止(例如，阻挡)金属原子在沉积工艺期间从导电材料扩散到非导电材料中，以形成导线。阻挡材料的示例包括氮化钽(tan)、钽(ta)、氮化钛(tin)、钛(ti)、钴钨(cow)、氮化钨(wn)等。
在以下讨论中，对金属层204的参考可以包括也可以不包括沉积作为金属层204顶部上的一层的其相应的阻挡材料。在各种实施例中，阻挡层不改变任何邻接导电结构的功能，除了增强相邻导电结构的材料性质。
在特定实施例中，光刻胶202可以是用于蚀刻金属层204的光敏材料(light-sensitivematerial)。此光刻胶202可以被施加在金属层204的顶部上。在某些实施例中，此光刻胶202可以被直接施加在金属层204的顶部上(例如，直接接触金属层204的均匀材料)。在进一步的实施例中，光刻胶202可以被施加在金属层204的顶部上，使得光刻胶202在金属层204的阻挡材料(例如，一层阻挡材料形成金属层204的上部表面)的顶部上。
在某些实施例中，光刻胶202可以是沉积在金属层204上的光敏有机材料。可以通过施加图案化的遮罩以阻挡入射到光刻胶上的光来形成(例如，图案化)光刻胶，使得只有材料的未遮罩的区域暴露于光。然后可以将溶剂施加到光刻胶。在正光刻胶(positivephotoresist)的情况下，光刻胶材料会被光降解(degraded)，并且溶剂将溶解掉暴露于光的区域，而留下在图案化的遮罩之后的光刻胶。在负光刻胶(negativephotoresist)的情况下，光敏材料被光增强(例如，聚合(polymerized)或交联(cross-linked))，并且溶剂将只溶解掉未暴露于光的区域，而留下未在图案化的遮罩之后的光刻胶的区域。如下面将进一步讨论的，可以将光刻胶接着用作遮罩以进行一个或多个干式/湿式蚀刻工艺以分别或同时蚀刻金属层204。
图2b是根据一些实施例的在与图1的操作106相根据的各种制造阶段中之一的蚀刻之后的半导体装置200的剖面图。更具体地说，在蚀刻之后的半导体装置200可以形成蚀刻金属层222。形成此蚀刻金属层222可以通过使用光刻胶202作为遮罩，以进行一个或多个蚀刻工艺以分别或同时蚀刻金属层以形成蚀刻金属层222。湿式蚀刻工艺可以参考使用湿式蚀刻剂进行蚀刻，而干式蚀刻工艺可以参考使用干式蚀刻剂进行蚀刻。湿式蚀刻剂的示例可包括例如氢氟酸(hf)、磷酸(h3po4)、乙酸、硝酸(hno3)、水(h2o)等。干式蚀刻剂(也称为蚀刻剂等离子体或蚀刻剂气体)的示例可包括例如四氟甲烷(cf4)、氟仿(chf3)、二氟甲烷(ch2f2)、八氟环丁烷(c4f8)、氩气(ar)、氧气(o2)等。
在各种实施例中，当金属层是铝(a1)时，用于湿式蚀刻的湿式蚀刻剂可以是例如在大约摄氏50度或从大约摄氏30度至约摄氏60度下施加80％的磷酸(h3po4) 5％的乙酸 5％的硝酸(hno3) 10％水(h2o)。在另外的实施例中，当金属层是铝(al)时，施加的干式蚀刻剂可以是例如在大约摄氏50度或从大约摄氏30度至约摄氏60度下的氯气、四氯化碳、四氯化硅以及/或三氯化硼。在特定实施例中，蚀刻可产生蚀刻副产物三氯化铝。
在特定实施例中，聚合物224可以存在于蚀刻金属层222的侧壁上。此聚合物可以是蚀刻金属层以形成蚀刻金属层222的副产物。除了蚀刻金属层222的形成之外，如图2b所示，半导体装置200的蚀刻也可能造成光刻胶202以及下方层208的一些蚀刻(例如，腐蚀)。在特定实施例中，蚀刻可产生蚀刻副产物三氯化铝。
图2c是根据一些实施例的在与图1的操作106相根据的各种制造阶段中之一的等离子体灰化之后的半导体装置200的剖面图。等离子体灰化可以指在蚀刻之后去除光刻胶的工艺。如图所示，在等离子体灰化之后，蚀刻金属层222可以不包括覆盖的光刻胶。更具体地说，使用等离子体来源，可以将单原子(单一原子)物质(也称为反应性物质或灰化气体)引入到工艺腔室210。灰化气体可以与光刻胶结合以形成灰化物，此灰化物可用真空泵从工艺腔室210中去除。
在各种实施例中，通过将灰化气体(例如，反应性物质)在低压下暴露于高功率无线电波来产生等离子体，此高功率无线电波使灰化气体游离。此工艺可以在真空下完成以更好地产生等离子体。在某些实施例中，等离子体可以在工艺腔室中原位产生。然而，在其他实施例中，等离子体可以由工艺腔室远程(remotely)形成，其中用于灰化的期望粒子与所形成的等离子体分离并且被导向至在工艺腔室内的晶圆。通过远程形成等离子体，带电粒子在到达光刻胶表面之前可以有时间重新结合，以避免因等离子体形成而对晶圆表面造成损害。
在各种实施例中，灰化气体可以是下列气体中的至少一种：纯氧气(o2)、纯氮气(n2)以及氮气与氧气的混合物。在特定实施例中，氮气与氧气的混合物可以包括小于10％的氧气。灰化气体可以在工艺腔室内被转化成等离子体(例如，通过用于高功率无线电波的来源功率)。例如，根据下式，氧气可用作为主要的等离子体来源以与光刻胶反应：
cxhyoz o2→co2 co h2o(1)
cxhyoz可以表示光刻胶，o2可以表示等离子体，并且co2 co h2o可以通过泵(例如，通过来自工艺腔室的吸力)去除。换句话说，等离子体内的氧气可以与光刻胶反应(例如，结合)以产生灰化物(例如，去除光刻胶)。更具体地说，等离子体内的氧气可以与光刻胶反应(例如，结合)以产生二氧化碳(co2)、一氧化碳(co)以及水(h2o)，其可以通过吸力或泵从工艺腔室去除。
并且，根据下式，可使用氮气与蚀刻副产物三氯化铝(如上所述)反应以避免腐蚀：
alc13 n2→aln c12(2)
alc13可以代表副产物，n2可以代表等离子体，并且产物aln c12可以通过泵(例如，通过来自工艺腔室的吸力)去除。换句话说，等离子体内的氮气可以与残留的三氯化铝反应生成氮化铝(aln)以及氯气(c12)，其可以通过吸力或泵从工艺腔室去除。去除工艺腔室内的三氯化铝可以减少工艺腔室内腐蚀的机会。
因此，在各个实施例中，腐蚀公式可以表示为连锁反应如下：
alcl3 3h2o→al(oh)3 3hc1(3)
al(oh)3 3hc1 3h2o→al2o3 9h2o 6hcl(4)
2al 6hcl→2alc13 3h2(5)
在各种实施例中，可以通过施加超过1600瓦的来源功率来进行等离子体灰化。如下所述，此来源功率可以施加到具有壁(例如，顶板或圆顶)的工艺腔室内的至少一个线圈，此壁具有多个与面对壁的蚀刻金属层分离的线圈。在特定实施例中，可通过施加大约0瓦的偏压功率进行等离子体灰化。此偏压功率可以施加在支撑先前已被蚀刻(例如，在等离子体灰化之前已先被蚀刻)的晶圆的静电吸座。在某些实施例中，在进行等离子体灰化期间，可以对工艺腔室施加小于100毫托的压力。并且，工艺腔室可以维持在大约摄氏40度至60度。在一些实施例中，工艺腔室的温度大约摄氏50度。尽管在某些实施例中可以利用某些工艺条件，但是根据各种实施例中的不同应用，可以依需要在其他实施例中利用其他工艺条件。
图3是根据一些实施例的工艺腔室300的图。工艺腔室300可以包括封闭区域302，在封闭区域302中原位进行金属蚀刻以及等离子体灰化。工艺腔室可以包括限定封闭区域302的壁303。在某些实施例中，壁303可以实质上形成为圆顶。晶圆304可以位于封闭区域302内，以用于蚀刻以及等离子体灰化。更具体地说，此晶圆304可以包括用于在工艺腔室300的封闭区域302内蚀刻的金属层。可以通过蚀刻剂导管306将蚀刻剂从蚀刻剂来源(未图示)提供到工艺腔室300中。此蚀刻剂导管306可以例如提供蚀刻剂，此蚀刻剂是用于湿式蚀刻的湿式蚀刻剂以及/或用于干式蚀刻的干式蚀刻剂。湿式蚀刻剂的示例可包括例如氢氟酸(hf)、磷酸(h3po4)、乙酸、硝酸(hno3)、水(h2o)等。干式蚀刻剂(也称为蚀刻剂等离子体或蚀刻剂气体)的示例可包括例如四氟甲烷(cf4)、氟仿(chf3)、二氟甲烷(ch2f2)、八氟环丁烷(c4f8)、氩气(ar)、氧气(o2)等。
在各种实施例中，当金属层是铝(a1)时，用于湿式蚀刻的湿式蚀刻剂可以是例如在大约摄氏50度或从大约摄氏30度至约摄氏60度下施加的80％的磷酸(h3po4) 5％的乙酸 5％的硝酸(hno3) 10％水(h2o)。在另外的实施例中，当金属层是铝(al)时，施加的干式蚀刻剂可以是例如在大约摄氏50度或从大约摄氏30度至约摄氏60度下的氯气、四氯化碳、四氯化硅以及/或三氯化硼。在特定实施例中，蚀刻可产生蚀刻副产物三氯化铝。
如上所述，可以在工艺腔室300的封闭区域302内(例如，在进行蚀刻的相同位置)原位进行等离子体灰化。等离子体灰化可以指在蚀刻之后去除光刻胶的工艺。可以通过灰化导管310从灰化气体来源(未图示)向工艺腔室300提供灰化气体以进行等离子体灰化。此灰化导管310可以例如在工艺腔室300的封闭区域302内提供用于等离子体灰化的灰化气体。此灰化气体可以是例如单原子(单一原子)物质(也称为反应性物质)。灰化气体可以与光刻胶结合形成灰化物，此灰化物可使用真空泵312从工艺腔室210去除(例如，通过吸力去除)。
在各种实施例中，通过将灰化气体(例如，反应性物质)在低压下(例如，小于100毫托)暴露于高功率无线电波来产生等离子体314，此高功率无线电波使灰化气体游离。在某些实施例中，此工艺可以在真空下完成以更好地产生等离子体314。在各种实施例中，灰化气体可以是下列气体中的至少一种：纯氧气(o2)、纯氮气(n2)以及氮气与氧气的混合物。在特定的实施例中，氮气与氧气的混合物可包含0至10％的氧气。
在特定实施例中，可以通过施加超过1600瓦的来源功率316来进行等离子体灰化。可以在工艺腔室内向多个线圈318中的每一个施加此来源功率316。为了简化说明，仅以具有单个线圈的单个连接示出来源功率316与线圈318之间的连接，以表示从每一个线圈318到来源功率316的个别连接。
在另外的实施例中，封闭区域302可以包括晶圆304被固定在其上的静电吸座320。可以向静电吸座320供应偏压功率322(例如，射频偏压功率)。可以施加此偏压功率以校准等离子体314可能遭受的向下力的量以轰击晶圆304。在某些实施例中，偏压功率在等离子体灰化期间可以为大约0瓦。在某些实施例中，在进行等离子体灰化期间，可向工艺腔室施加小于100毫托的压力。并且，工艺腔室可以保持在大约摄氏50度。在特定实施例中，在等离子体灰化之后，晶圆304可以被去吸(de-chucked)(例如，从静电吸座320移除)并且从工艺腔室300移除(例如，通过机械手臂)。
图4是根据一些实施例的工作站400的图示。工作站400可包括负载锁定404a、404b、传送腔室406、对准腔室408以及多个工艺腔室410a至410d，多个工艺腔室410a至410d中的每一个用于在其中原位蚀刻以及等离子体灰化。
传送腔室406可包括第一机械手臂412a以及第二机械手臂412b。第一机械手臂412a以及第二机械手臂412b可以被称为机械手臂系统。第一机械手臂412a以及第二机械手臂412b的机械手臂系统可以被配置为在负载锁定404a、404b、对准腔室408以及多个工艺腔室410a至410d之间传送晶圆。第一机械手臂412a可以与第二机械手臂412b相对，因此机械手臂系统可以被配置为一次搬送多达两个晶圆。并且，机械手臂系统可以配置为依需求旋转以面对负载锁定404a、404b、对准腔室408以及多个工艺腔室410a至410d中的每一个。并且，每一个机械手臂412a以及412b可以配置为依需求对负载锁定404a、404b、对准腔室408以及/或多个工艺腔室410a至410d进行伸出以及/或缩回动作，以依需求对负载锁定404a、404b、对准腔室408以及/或多个工艺腔室410a至410d放置以及/或移除晶圆。此外，每一个负载锁定404a、404b、对准腔室408以及/或多个工艺腔室410a至410d可包括每一个机械手臂412a以及412b可以延伸进入以及从中延伸出的入口。因此，当不需要通过机械手臂412a以及412b进入时，每一个个别的入口也可以关闭以密封负载锁定404a、404b、对准腔室408以及/或多个工艺腔室410a至410d的每一个。
负载锁定404a、404b可以被配置为与工作站400外部的系统相接。例如，负载锁定404a、404b可以被配置为与可以从负载锁定404a、404b放置以及/或移出晶圆的自动材料搬送系统相接。
对准腔室408可以被配置成在机械手臂系统上对准晶圆。例如，对准腔室408可以包括感测器以及/或致动器，以判断晶圆在机械手臂系统上的方位(例如，当在机械手臂412a、412b上或与机械手臂412a、412b相接时)，并以机械手臂系统将晶圆移动到期望的方位(例如，角度方位)。然后，机械手臂系统可以将在机械手臂系统上具有期望方向的晶圆移动到多个工艺腔室410a至410d中的一个中并沉积。
多个工艺腔室410a至410d中的每一个可以包括封闭的区域，在此封闭的区域中原位进行金属蚀刻以及等离子体灰化。因此，每一个工艺腔室410a至410d可包括限定封闭区域的壁。在某些实施例中，壁可以本质上形成为圆顶。晶圆可位于封闭区域内以用于蚀刻以及等离子体灰化。更具体地说，此晶圆可以包括用于在每一个工艺腔室410a至410d的封闭区域内蚀刻的金属层。可以通过蚀刻剂导管将蚀刻剂从蚀刻剂来源(未图示)提供到每一个工艺腔室410a至410d中。此蚀刻剂导管306可以例如提供蚀刻剂，此蚀刻剂是用于湿式蚀刻的湿式蚀刻剂以及/或用于干式蚀刻的干式蚀刻剂。
在各种实施例中，当金属层是铝(a1)时，用于湿式蚀刻的湿式蚀刻剂可以是例如在大约摄氏50度或从大约摄氏30度至约摄氏60度下施加的80％的磷酸(h3po4) 5％的乙酸 5％的硝酸(hno3) 10％水(h2o)。在另外的实施例中，当金属层是铝(al)时，施加的干式蚀刻剂可以是例如在大约摄氏50度或从大约摄氏30度至约摄氏60度下的氯气、四氯化碳、四氯化硅以及/或三氯化硼。在特定实施例中，蚀刻可产生蚀刻副产物三氯化铝。
如上所述，可以在每一个工艺腔室410a至410d的封闭区域内(例如，在进行蚀刻的相同位置)原位进行等离子体灰化。可以通过灰化导管从灰化气体来源(未图示)向每一个工艺腔室410a至410d提供灰化气体以进行等离子体灰化。此灰化导管可以例如在每一个工艺腔室410a至410d的封闭区域内提供用于等离子体灰化的灰化气体。灰化气体可以与光刻胶结合形成灰化物，此灰化物可使用个别的真空泵从每一个工艺腔室410a至410d去除。
在各种实施例中，通过将灰化气体(例如，反应性物质)在低压下(例如，小于100毫托)暴露于高功率无线电波来产生等离子体314，此高功率无线电波使灰化气体游离。此工艺可以在真空下完成以更好地产生等离子体314。在各种实施例中，灰化气体可以是下列气体中的至少一种：纯氧气(o2)、纯氮气(n2)以及氮气与氧气的混合物。在特定的实施例中，氮气与氧气的混合物可包含小于10％的氧气。
在特定实施例中，可以通过施加超过1600瓦的来源功率来进行等离子体灰化。此来源功率可以施加在每一个工艺腔室410a至410d内的多个线圈中的每一个。并且，每一个工艺腔室410a至410d可以包括被配置为在等离子体灰化期间固定晶圆的静电吸座。可以向静电吸座供应偏压功率(例如，射频偏压功率)。在某些实施例中，在等离子体灰化期间，偏压功率可以为大约0瓦。在某些实施例中，可以在进行等离子体灰化期间对每一个工艺腔室410a至410d施加小于100毫托的压力。并且，每一个工艺腔室410a至410d可以维持在大约摄氏50度。在特定实施例中，在等离子体灰化之后，晶圆可被去吸(例如，从静电吸座移除)并且可以通过第一机械手臂412a以及/或第二机械手臂412从个别的工艺腔室410a至410d移除。然后可以将晶圆移回到负载锁定404a、404b之一以从工作站400送出。
因此，可以在负载锁定404a、404b之一接收晶圆。然后，晶圆可以在对准腔室408被对准(例如，参考第一机械手臂412a以及第二机械手臂412b的机械手臂系统对准)。接着，晶圆可以在工艺腔室410a至410d中的一个被处理，在此工艺腔室中，金属蚀刻以及等离子体灰化都在原位进行(例如，在金属蚀刻以及等离子体灰化之间不去吸)。接着最后，可以将晶圆移动到负载锁定404a、404b之一以从工作站400中送出。在负载锁定404a、404b、对准腔室408以及/或多个工艺腔室410a至410d之间的移动可以是通过第一机械手臂412a以及第二机械手臂412b的机械手臂系统实现。在工作站400上方示出了各种箭头，以示出用于在工作站400进行工艺的晶圆的路径。因此，可以在工艺腔室410a至410d之一但不超过工艺腔室410a至410d之一处理晶圆。
图5是根据一些实施例的工作站400的各种功能模块的方框图。如上所述，工作站400可包括负载锁定、传送腔室、对准腔室以及多个工艺腔室，工艺腔室用于在多个工艺腔室中的每一个内原位进行蚀刻以及等离子体灰化。工作站400也可以包括处理器504。在进一步的实施例中，处理器504可被实现为一个或多个处理器。
处理器504可被操作地连接至计算机可读取储存模块506(例如，存储器以及/或数据储存器)、网络连接模块508、使用者接口模块510、控制器模块512、以及感测器模块514。在一些实施例中，计算机可读取储存模块506可包括工作站逻辑，工作站逻辑可配置处理器504以进行在此所讨论的各种处理。计算机可读取储存器506也可存储数据，像是用于表征晶圆与机械手臂系统对准的感测器数据、用于机械手臂对准晶圆的控制指令、晶圆的识别码、工作站的识别码、半导体工件制造工艺的识别码、以及可用于进行在此所讨论的各种工艺的任何其他参数或信息。
网络连接模块508可促进工作站400与工作站400的各种装置和/或构件的网络连接，而可以与工作站400的内部或外部通信(例如，发送信号、消息、指令、或数据)。在某些实施例中，网络连接模块508可促进实体连接，像是配线或总线。在其他实施例中，网络连接模块508可以通过使用发送器、接收器以及/或收发器促进无线连接，像是通过无线区域网络(wirelesslocalareanetwork,wlan)。举例来说，网络连接模块508可以促进与处理器504以及计算机可读取储存器506的无线或有线连接。
工作站400也可以包括使用者接口模块510。使用者接口可以包括供操作者用于输入以及/或输出到工作站400的任何类型的接口，包括但不限于显示器、笔记本电脑、平板电脑或移动装置等。
工作站400可以包括控制器模块512。控制器模块512可以被配置为控制各种实体设备，此实体设备控制工作站400的机械手臂、入口、工艺腔室、阀门或任何其他可控方面的移动或功能。例如，控制器模块512可被配置为控制负载锁定、对准腔室、以及/或工艺腔室之一的入口、使机械手臂系统绕轴旋转的旋转电动机等中的至少一个的移动或功能。例如，控制器模块512可以控制电动机或致动器。控制器可以由处理器控制，并且可以进行在此所讨论的各种工艺的各个方面。
感测器模块514可以代表被配置为收集感测器数据的感测器。如上所述，在某些实施例中，此感测器可以收集表征晶圆与机械手臂系统对准的感测器数据。在其他实施例中，此感测器可以被配置为收集表征金属蚀刻以及/或等离子体灰化是如何在工艺腔室内以原位进行蚀刻以及等离子体灰化的感测器数据。
在一实施例中，一种半导体制造的方法，包括在工艺腔室内接收在金属层上方具有光刻胶遮罩的晶圆，其中工艺腔室连接至气体来源。在工艺腔室内根据光刻胶遮罩而施加配置以蚀刻金属层的蚀刻剂。以及在工艺腔室中施加来自气体来源的气体以进行等离子体灰化。在一实施例中，气体具有下列气体中的至少一种：纯氧气、纯氮气、以及氮气与氧气的混合物。在一实施例中，氮气与氧气的混合物包括0％至10％的氧气。在一实施例中，方法还包括施加超过1600瓦的来源功率以进行等离子体灰化。在一实施例中，工艺腔室包括壁，同时线圈面对壁的第一表面，并且同时金属层面对相对第一表面的壁的第二表面，其中来源功率被施加到至少一个线圈。在一实施例中，方法还包括施加大约0瓦的偏压功率以进行等离子体灰化。在一实施例中，晶圆接触静电吸座，并且偏压功率被施加到静电吸座。
在另一个实施例中，一种半导体制造的方法，包括在工艺腔室内接收晶圆，此晶圆在金属层上方具有光刻胶遮罩，其中工艺腔室连接至气体来源。在工艺腔室内根据光刻胶遮罩而施加配置以蚀刻金属层的蚀刻剂。在工艺腔室中施加来自气体来源的气体以进行等离子体灰化。以及从工艺腔室移除在等离子体灰化期间产生的灰化物。在一实施例中，方法还包括在整个工艺腔室施加小于100毫托的压力以进行等离子体灰化。在一实施例中，方法还包括将工艺腔室维持在大约摄氏50度以进行等离子体灰化。在一实施例中，方法还包括在工艺腔室中将来自气体来源的气体转化成等离子体的形式以进行等离子体灰化。在一实施例中，金属层形成在包括氧化硅的下方层的顶部。在一实施例中，来自气体来源的气体包括氧气。在一实施例中，来自气体来源的气体包括0％至10％的氧气。
在又一个实施例中，一种工艺腔室包括静电吸座、至少一个线圈、蚀刻剂导管、气体吸入导管。静电吸座配置以固定晶圆，且静电吸座与偏压功率连接。至少一个线圈与来源功率连接。蚀刻剂导管配置以根据晶圆的光刻胶遮罩而在工艺腔室内提供蚀刻剂至晶圆金属。气体吸入导管与气体来源连接，其中气体吸入导管被配置以在工艺腔室内的等离子体灰化进行期间供应工艺腔室来自气体来源的气体。在一实施例中，工艺腔室是具有用以将晶圆送入或送出的负载锁定的半导体工艺工作站的一部分。在一实施例中，半导体工艺工作站被配置以将晶圆从对准腔室移动到工艺腔室，接着从工艺腔室移动到负载锁定以将晶圆送出。在一实施例中，工艺腔室包括吸抽导管，配置以通过吸力从工艺腔室移除在等离子体灰化期间产生的灰化物。在一实施例中，金属包括铝。在一实施例中，金属包括铝并具有氮化钛的顶部层。
前面概述数个实施例的特征，使得本技术领域中技术人员可更好地理解本公开的各方面。本技术领域中技术人员应理解的是，可轻易地使用本公开作为设计或修改其他工艺以及结构的基础，以实现在此介绍的实施例的相同目的及/或达到相同优点。本技术领域中技术人员亦应理解的是，这样的等效配置并不背离本公开的构思以及范围，且在不背离本公开的构思以及范围的情形下，可对本公开进行各种改变、替换以及更改。
除非另外特别说明，否则诸如“可”、“可以”、“可能”或“会”之类的条件用语，在上下文中通常被理解为用于表达特定实施例包括特定特征、元件以及/或步骤、而其他实施例不包括特定特征、元件以及/或步骤。因此，这种条件用语通常不意图隐含一个或多个实施例以任一种方式所需要的特征、元件以及/或步骤，或是不意图隐含一个或多个实施例必然包括具有或不具有使用者放入或驱使的判断逻辑，无论这些特征、元件以及/或步骤是否在任一特定实施例中被包括或进行。
除非另外特别说明，否则选言(disjunctive)用语像是句子“x、y、z中的至少一个”，在上下文中通常被理解为用于表现项目、条目等可为x、y、z中之一或是任一个它们的组合(例如，x、y、以及/或z)。因此，这种选言用语通常不意图，且不应该隐含需要至少一个x、至少一个y、或至少一个z出现的特定的实施例。
须强调的是，可对于上述的实施例、在其他可接受的范例中已知的元件作许多变化以及修改。所有这样的修改以及变化意图被包括本公开的范围中且由下述的权利要求被保护。
1.一种半导体制造方法，包括：
在一工艺腔室内接收一晶圆，该晶圆在一金属层上方具有一光刻胶遮罩，其中该工艺腔室连接至一气体来源；
在该工艺腔室内根据该光刻胶遮罩而施加配置以蚀刻该金属层的一蚀刻剂；以及
在该工艺腔室中施加来自该气体来源的气体以进行等离子体灰化。
2.如权利要求1所述的半导体制造方法，其中该气体具有下列气体中的至少一种：纯氧气、纯氮气、以及氮气与氧气的一混合物。
3.如权利要求2所述的半导体制造方法，其中氮气与氧气的该混合物包括0％至10％的氧气。
4.如权利要求1所述的半导体制造方法，还包括：
施加超过1600瓦的一来源功率以进行该等离子体灰化，
其中该工艺腔室包括一壁，以及一线圈面对该壁的一第一表面，并且该金属层面对相对于该第一表面的该壁的一第二表面，其中该来源功率被施加到至少一个线圈。
5.如权利要求1所述的半导体制造方法，还包括：
施加大约0瓦的一偏压功率以进行该等离子体灰化，
其中该晶圆接触一静电吸座，并且该偏压功率被施加到该静电吸座。
6.一种半导体制造方法，包括：
在一工艺腔室内接收一晶圆，该晶圆在一金属层上方具有一光刻胶遮罩，其中该工艺腔室连接至一气体来源；
在该工艺腔室内根据该光刻胶遮罩而施加配置以蚀刻该金属层的一蚀刻剂；
在该工艺腔室中施加来自该气体来源的气体以进行等离子体灰化；以及
从该工艺腔室移除在该等离子体灰化期间产生的灰化物。
7.如权利要求6所述的半导体制造方法，还包括：
对整个该工艺腔室施加小于100毫托的一压力以进行该等离子体灰化。
8.如权利要求6所述的半导体制造方法，还包括：
将该工艺腔室维持在大约摄氏50度以进行该等离子体灰化。
9.一种工艺腔室，包括：
一静电吸座，配置以固定一晶圆，且该静电吸座与一偏压功率连接；
至少一个线圈，与一来源功率连接；
一蚀刻剂导管，配置以根据该晶圆的一光刻胶遮罩而在该工艺腔室内提供一蚀刻剂至该晶圆的一金属；以及
一气体吸入导管，与一气体来源连接，其中该气体吸入导管被配置以在该工艺腔室内的等离子体灰化进行期间供应该工艺腔室来自该气体来源的一气体。
10.如权利要求9所述的工艺腔室，其中该工艺腔室是具有用以将该晶圆送入或送出的一负载锁定的一半导体工艺工作站的一部分。
技术总结