專利名稱：使用燃燒火焰的襯底處理方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用燃燒火焰處理襯底的方法和裝置，更具體地，涉及 一種在非電離的環(huán)境中采用氫氣和非氧類氧化劑的燃燒火焰蝕刻襯底表面 的方法和裝置。
背景技術(shù)：
在制造集成電路期間，硅襯底晶片接受廣泛的處理，包括電介質(zhì)、金屬 和其他材料的沉積和蝕刻。在制造過程中的不同階段，有必要"清潔"處理 中的晶片，以去除不想要的薄膜和污染物。這包括在晶片頂側(cè)(主要的處理 側(cè))、背側(cè)和邊緣區(qū)域(邊緣附近、斜面和頂部)上生長的薄膜和污染物。 具有挑戰(zhàn)性的是，以有效且經(jīng)濟(jì)的方式去除薄膜和污染物。這種挑戰(zhàn)由于可 能對最終產(chǎn)品有不利影響的化學(xué)方法和處理的使用而加劇。對于有效去除薄膜和污染物，存在多種不同的公知選擇?？梢栽诔睗窕?干燥的處理環(huán)境中進(jìn)行蝕刻。濕式化學(xué)蝕刻指的是采用液態(tài)化學(xué)蝕刻劑接觸 晶片表面。例如隨著攪拌液或噴霧經(jīng)過襯底表面上方，材料得到去除。干式 蝕刻通常指的是采用氣態(tài)等離子體蝕刻劑接觸襯底表面。濕式化學(xué)蝕刻廣泛應(yīng)用在晶片處理中。甚至在熱氧化或外延生長之前， 晶片就得到化學(xué)清潔以去除由于操作和存儲所出現(xiàn)的污染物。在濕式化學(xué)蝕面處發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并去除從該表面得到的產(chǎn)物。 一種通常用于硅蝕刻的濕式化學(xué)蝕刻的形式由硝酸(HN03)和氬氟酸(液態(tài)HF)的混合物形成。硝 酸使硅得到氧化而形成Si02層，而氫氟酸用于溶解Si02層。不過，化學(xué)蝕 刻具有其局限性，而并非在所有應(yīng)用場合中都得到廣泛歡迎。濕式化學(xué)蝕刻的 一 個(gè)相關(guān)問題在于，蝕刻材料成分會在晶片表面上的被蝕刻或局部被蝕刻 的開口中移動(dòng)。進(jìn)一步，濕式蝕刻可導(dǎo)致不完全或不均勻的蝕刻。另外，濕式蝕刻為各向同性，從而導(dǎo)致不精確的蝕刻。此外，濕式蝕刻需要在處理步 驟之間對晶片進(jìn)行重復(fù)干燥，從而增加處理時(shí)間和成本。干式蝕刻通常指等離子體輔助蝕刻，它代表采用形式為低壓放電的等離 子體的多種技術(shù)。干式蝕刻等離子體方法包括等離子體蝕刻、反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)、濺射蝕刻、反應(yīng)性離子束蝕刻和其他基于等離子體的蝕刻方法。 當(dāng)量級足夠的電場(或電磁場)施加于氣體時(shí)，導(dǎo)致該氣體分解并被離子化，于是就產(chǎn)生等離子體。因此等離子體為完全或局部離子化的氣體。 許多化學(xué)材料已經(jīng)用于晶片的等離子體處理，包括使用氫氣(H2)和三氟化氮(NF3)的等離子體。不過，基于等離子體的干式蝕刻具有其自身的局 限性和問題。這包括只對晶片的一部分(例如晶片邊緣)進(jìn)行處理所出現(xiàn) 的困難。在低操作壓力下擴(kuò)散效應(yīng)占主導(dǎo)，從而難于在晶片上控制暴露位 置。對于整個(gè)晶片處理，會出現(xiàn)離子和電荷所引發(fā)的損傷。進(jìn)一步，這些 處理所用的高架設(shè)備較為笨重，要求具有真空室和泵送設(shè)備。真空要求也 會降低產(chǎn)量，并增大設(shè)備和運(yùn)行成本。例如在美國專利No. 5,961,772中^^開的近大氣壓等離子體源也可用于 晶片處理。這些類型的活性反應(yīng)組分(reactive species)源更適用于局部晶 片處理，其中，在所述源的輸出氣流附近去除襯底的一部分。這類處理的困 難在于，需要保持穩(wěn)定排放的大量氦氣流。高度損耗的氦(不可恢復(fù)來源) 抬高了運(yùn)行成本。另外，采用這類工藝通常導(dǎo)致較低的材料去除速度，原因 在于氣流溫度較低，從而供給到襯底的活化能也成正比地較低。這些因素結(jié) 合起來擴(kuò)大了每個(gè)晶片的處理成本。由氫氣(H2)和氧氣(02)形成的燃燒火焰也已經(jīng)用于處理襯底表面， 例如在美國專利No. 5,314,847中所公開的。作為氧化劑的氧氣的引入，將 得到的活性反應(yīng)組分固有地限制于只對特定薄膜進(jìn)行蝕刻。除了濕式化學(xué)處理和基于等離子體的干式處理，已經(jīng)使用了研磨拋光方法來處理晶片邊緣的斜面和頂部區(qū)域。然而，這些方法固有地不潔凈，并且 往往導(dǎo)致在襯底中出現(xiàn)微粒污染物和隨后的缺陷。這就需要另行清潔的后續(xù) 處理步驟。研磨方法帶來的另一問題在于，處理之后遺留的亞表面(sub-surface )損傷。由于這種處理，在襯底Si水晶結(jié)構(gòu)中引發(fā)了上述損傷， 這種損傷在后續(xù)處理期間具有負(fù)面效果。因此，上述每項(xiàng)工藝具有內(nèi)在局限性和問題，限制了其針對特定應(yīng)用的 適用性，在要求從晶片中包括晶片頂側(cè)、邊緣區(qū)域和背側(cè)清潔薄膜或污染物 的情況下尤為如此。需要一種避免用濕式化學(xué)、干式等離子體和研磨方法處 理晶片的固有問題的處理襯底的方法。重要的是，該方法應(yīng)該有效且經(jīng)濟(jì)， 而不導(dǎo)致?lián)p傷，或者不導(dǎo)致在晶片上執(zhí)行進(jìn)一步處理步驟的必要。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，提供了 一種優(yōu)于前述處理方法和系統(tǒng)的襯底處理方法和裝 置。 一方面，本發(fā)明涉及一種在非電離的環(huán)境中采用氫氣和非氧類氧化劑氣 體(例如三氟化氮)的混合物的燃燒火焰來處理襯底的方法和裝置。在本發(fā) 明的另一方面中，處理可以在惰性環(huán)境中執(zhí)行，并且可采用預(yù)熱來對襯底進(jìn) 行預(yù)熱。在本發(fā)明的進(jìn)一步的方面中，用于預(yù)熱襯底的加熱器為光纖耦合激 光二極管陣列。在本發(fā)明的更進(jìn)一步的方面中，還包括一種由上述裝置和方 法處理得到的晶片襯底。本發(fā)明的又一方面包括一種用于處理襯底的方法，包括對氫氣和非氧 類氧化劑的燃燒火焰進(jìn)行點(diǎn)火；以及將燃燒火焰引導(dǎo)到襯底表面上。一種采用氬氣和非氧類氧化劑的燃燒火焰處理襯底的裝置包括處理室， 該處理室用于容納襯底并用于界定氬氣和非氧類氧化劑的燃燒火焰所用的 惰性環(huán)境，其中，在本發(fā)明更進(jìn)一步的方面中，所述處理室保持基本為大氣 壓并且是非電離的。在本發(fā)明的另一方面中，所述裝置還具有在處理室中的 噴嘴組件，其用于將燃燒火焰引導(dǎo)到襯底上。在本發(fā)明的另一方面中，噴嘴 組件包括由藍(lán)寶石、氧化釔(Y203 )、氟化鎂(MgF2)或氧化鎂(MgO)形成的噴嘴。因此，本發(fā)明有利地提供了一種經(jīng)濟(jì)有效的方法和裝置，用于通過將氫 氣和非氧類氧化劑的燃燒火焰引導(dǎo)到襯底表面上來處理襯底表面。允許采用 化學(xué)反應(yīng)而使薄膜或污染物從固態(tài)轉(zhuǎn)變成氣態(tài)副產(chǎn)物從而易于清除。進(jìn)一 步，氫氣和三氟化氮的放熱燃燒反應(yīng)使蝕刻速度較高，從而使處理襯底的產(chǎn)量較高。另外，燃燒火焰可被引導(dǎo)至襯底的謹(jǐn)慎區(qū)域(discreet area)(包括 襯底邊緣區(qū)域)，從而允許對襯底進(jìn)行精確處理。下文的詳細(xì)描述將使本發(fā)明的進(jìn)一步應(yīng)用領(lǐng)域變得清晰?？梢岳斫獾?是，所述詳細(xì)描述和具體示例盡管描述了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，不過其僅僅意 在示例，而并不意在限制本發(fā)明的范圍。


本發(fā)明將從詳細(xì)描述和附圖得到更為詳盡的理解，其中 圖1A - 1C示出了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的襯底表面處理方法的示意圖； 圖2示出了作為使用如圖1A- 1C所示方法來處理襯底的裝置的本發(fā)明 優(yōu)選實(shí)施方式的示意圖；圖3示出了如圖2所示的裝置的優(yōu)選實(shí)施方式的噴嘴組件的詳細(xì)示意圖；圖4示出了作為使用如圖1A- 1C所示方法來處理襯底晶片邊緣之裝置 的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的示意圖；圖5示出了如圖4所示的裝置的優(yōu)選實(shí)施例的邊緣型噴嘴組件的詳細(xì)示意圖。
具體實(shí)施方式
下文中對優(yōu)選實(shí)施例的描述在本質(zhì)上僅僅是示例性的，決不意在限制本 發(fā)明及其應(yīng)用或使用。參照圖1A- 1C，本發(fā)明的襯底加工方法10的優(yōu)選實(shí)施方式采用在氬氣的惰性周邊環(huán)境13中由氣態(tài)反應(yīng)物14點(diǎn)火燃燒而形成的燃燒火焰12，氣 態(tài)反應(yīng)物14包括氫氣(H2)和三氟化氮(NF3,作為非氧"氧化劑")。盡 管圖示為氬氣，不過其它惰性氣體也適合使用。氣態(tài)反應(yīng)物14的混合物在 點(diǎn)火形成燃燒火焰12之前穿過噴槍噴嘴16。盡管圖示為一個(gè)噴槍噴嘴16， 不過可以使用不止一個(gè)噴嘴。燃燒火焰12撞擊于襯底表面18上。氣態(tài)反應(yīng)物14在燃燒火焰12中反應(yīng)，而生成氣態(tài)氟化氫(HF)20(活 性組分)和氣態(tài)氮(N2) 22廢物。以下化學(xué)方程式描述的是，由基于化學(xué) 計(jì)量配比混合物(3:2的摩爾比)的氣態(tài)反應(yīng)物14生成氣態(tài)氟化氫20和氣 態(tài)氮22:3H2 (氣體)+ 2NF3 ■> 6HF (氣體)+ N2 (氣體)優(yōu)選基本在大氣壓下進(jìn)行上述反應(yīng)。這就允許利用粘性流(而不是分子 流)性質(zhì)來精確處理村底表面18的部分，并且最小化其它襯底區(qū)域暴露在 該反應(yīng)過程中的部分。盡管所述的摩爾比為3:2,不過根據(jù)所希望的結(jié)果也 可以使用更高或更低的比率。并且，上述反應(yīng)并不通過與等離子體一致的離子產(chǎn)生場(ion producing field)引發(fā)?？梢韵嘈诺氖?，等離子體為帶電粒子的集成，其中，由帶電粒 子共同構(gòu)建的長距離(long-range)的電磁場針對粒子行為具有重要影響。 也可以相信的是，燃燒火焰12大體上沒有離子組分存在。因此就不存在離 子損害襯底的風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)一步，由H2和NF3的放熱化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生豐富的熱。這種效應(yīng)使得由 于由結(jié)果溫度所代表的能量的量而生成了小體積的形式為HF的高度活性反 應(yīng)組分。接著，升高的溫度充分提高了反應(yīng)速度，從而導(dǎo)致較高的蝕刻速度。 其結(jié)果為較高的處理流量。根據(jù)如下總反應(yīng)由氣態(tài)氟化氫20來蝕刻二氧化硅薄膜24 (圖la): 4HF (氣體)+ Si02 (固體)■> SiF4 (氣體)+ 2H20 (蒸汽) 氣態(tài)四氟化硅26和水蒸氣28離開二氧化硅薄膜24的表面(圖la)。 有利地是，上述反應(yīng)使二氧化硅薄膜24 (圖la)從固態(tài)轉(zhuǎn)變到能夠容易排放的氣態(tài)副產(chǎn)物。氣態(tài)氟化氫20也將蝕刻硅30的襯底表面18 (圖lb)。硅30蝕刻遵循 如下總反應(yīng)4HF (氣體)+ Si (固體)^ SiF4 (氣體)+ 2H2 (氣體)在該反應(yīng)中，氣態(tài)四氟化硅26和氣態(tài)氫32離開石圭30襯底表面18 (圖lb)。上述反應(yīng)使襯底表面18 (圖lb)上的硅30從固態(tài)轉(zhuǎn)變成可以排放清除的氣態(tài)副產(chǎn)物。類似地，鉭薄膜34 (圖lc)的蝕刻遵循如下總反應(yīng)10HF (氣體)+ 2Ta (固體)^ 2TaF5 (氣體)+ 5H2 (氣體)在該反應(yīng)中，氣態(tài)五氟化鉭36和氣態(tài)氫32離開鉭34襯底表面18 (圖lc)。上述反應(yīng)使襯底表面18 (圖lc)上的鉭34從固體轉(zhuǎn)變成可以排放的氣態(tài)副產(chǎn)物。也可以使用上述化學(xué)方法去除有機(jī)和聚合物膜，不過，在某些情況下針 對Si和Si02的選擇性事項(xiàng)可能使上述方法較為不受歡迎。舉例而言，上述 化學(xué)方法能夠被用于蝕刻在Si上方的Si02，在該處期望蝕刻的是氧化物而 不是Si。通過首先將蝕刻場地暴露于帶氧氣的富氫火焰，可以促進(jìn)暴露出的 Si對于蝕刻化學(xué)方法的鈍化。然后，蝕刻場地在蝕刻氧化物之處暴露于H2 和NF3的燃燒火焰。其他優(yōu)選的用于在燃燒火焰中與氫氣反應(yīng)以進(jìn)行襯底蝕刻的非氧類氧 化劑包括氟氣(F2)、氯氣(Cl2)和三氟化氯(C1F3)。氫氣和氟氣在燃燒 火焰中反應(yīng)如下H2 (氣體)+ F2 (氣體) > 2HF (氣體)類似于H2和NF3的燃燒火焰，結(jié)果產(chǎn)生的HF活性反應(yīng)組分為如上文 所述的優(yōu)選蝕刻劑。氫氣和氯氣在燃燒火焰中反應(yīng)如下H2 (氣體)+ Cl2 (氣體)^ 2HC1 (氣體)氫氣和三氟化氯在燃燒火焰中反應(yīng)如下4H2 (氣體)+ 2C1F3 (氣體)今6HF (氣體)+ 2HC1 (氣體)在進(jìn)行的這兩個(gè)燃燒火焰反應(yīng)中，當(dāng)在堆疊膜中存在不易于被氟氣蝕刻 的材料時(shí)，結(jié)果產(chǎn)生的氯化氬活性反應(yīng)組分可以被有利地用于蝕刻。上述堆 疊膜包括含鋁的堆疊膜。作為活性反應(yīng)組分的氯化氫如下對鋁進(jìn)行蝕刻2A1 (固體)+ 6HC1 (氣體)^ 2A1C13 (氣體)+ 3H2 (氣體)氯化氫蝕刻硅，如下Si(固體)十4HC1(氣體)^ SiCl4 (氣體)+2H2 (氣體) 氯化氫蝕刻二氧化硅，如下Si02 (固體)+ 4HC1 (氣體)^ SiCU (氣體)+ 2H20 (蒸氣)三氟化氯代表其中產(chǎn)生氟基和氯基蝕刻劑活化反應(yīng)組分的混合蝕刻化學(xué)方法。在堆疊膜中存在多種材料，需要氟基和氯基化學(xué)方法來去除的情況下，這種化合物經(jīng)常與另一種含氟氣體(例如NF3或CF4)或者與Cl2以可變的比例混合來使用。上文所示的化學(xué)方程式是發(fā)生在燃燒火焰12中以及襯底表面18上的真實(shí)反應(yīng)的簡化圖。所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)相當(dāng)復(fù)雜，導(dǎo)致了中間和最終的反應(yīng)產(chǎn)物?，F(xiàn)在參照圖2和3,其中描述了用于采用上述處理方法來處理襯底表面 的襯底處理裝置40。處理室42圍繞連接到襯底卡盤46的襯底固定器44。噴嘴組件48被支撐元件47固定在保持于襯底固定器44上的晶片50的 上方。在噴嘴組件48中設(shè)置八個(gè)噴嘴51。支撐元件47連接到致動(dòng)機(jī)構(gòu)49, 該致動(dòng)機(jī)構(gòu)用于引導(dǎo)噴嘴組件48沿著晶片頂表面53并在其上方移動(dòng)。在處 理期間，噴嘴組件48保持與晶片頂表面53相距約1.5mm。氳氣源52和三氟化氮?dú)怏w源54被第一氣體管線56和第二氣體管線58 經(jīng)由第一氣體控制器60和第二氣體控制器62連接到與噴嘴組件48相連的 公用混合氣體管線64,以j更組合并混合H2和NF3。排氣口 #皮壓力通風(fēng)系統(tǒng) 67連接到鼓風(fēng)裝置70。排氣口 66將氣體和反應(yīng)物副產(chǎn)物通過鼓風(fēng)裝置70 抽出處理室42。氬氣源72被第三氣體管線74經(jīng)由第三氣體控制器76連接到處理室42。 氬氣源72還被第四氣體管線75經(jīng)由第四氣體控制器77連接到公用混合氣 體管線64。位于噴嘴組件48附近的點(diǎn)火器78由電線80連接到點(diǎn)火器電源 82。加熱器84位于待處理的晶片50的區(qū)域附近。加熱器84被示為紅外(IR ) 加熱器，并被IR加熱器電線86連接到IR加熱器電源88。在優(yōu)選實(shí)施方式 中，加熱器84為光學(xué)纖維耦合激光二極管陣列。在加熱器84的位置處可采 用纖維光纜組件。纖維光纜可傳送在遠(yuǎn)程放置的激光二極管組件中發(fā)生的高 功率照明。這種照明可以實(shí)現(xiàn)晶片50的加熱，例如在申請7>開號為 20050189329、題名為"釆用激光二極管放射的激光熱處理(Laser Thermal Processing with Laser Diode Radiation )"的美國專利申請中所論述的，該專 利申請通過引用并入于此。八個(gè)噴嘴51線性設(shè)置在噴嘴組件48中，并且每個(gè)噴嘴的孔的中心之間 隔開4.98mm。優(yōu)選地，噴嘴組件48由316L不銹鋼構(gòu)建，并在制成后進(jìn)行 電拋光。系統(tǒng)中暴露于活性化學(xué)物的鋁構(gòu)件被熱噴濺以氧化鋁陶瓷涂層，以 提供優(yōu)質(zhì)的化學(xué)抗性和熱抵抗性。八個(gè)噴嘴51中的每一個(gè)都由藍(lán)寶石構(gòu)建，其孔直徑為0.254mm,且在 出口端處的縱橫比為10:1。壓制八個(gè)噴嘴51中的每一個(gè)，使其適合進(jìn)入到 噴嘴組件48中。噴嘴被擠壓到在不銹鋼噴嘴組件48中切出的緊密耐受孔 (tolerance bore)中。噴嘴直徑為1.577mm,十0.003mm,陽0.000mm。用于 容納藍(lán)寶石噴嘴的噴嘴組件48的孔直徑為1.567mm, +0.003mm, -O.OOOmm。 這就給出了 0.007mm-0.013mm范圍內(nèi)的過盈配合。該配合的耐受是重要 的，因?yàn)樵谠摲秶鷥?nèi)的過盈使得在不銹鋼噴嘴組件48中的密封成為可能， 而同時(shí)只引起彈性形變。這就允許形成良好的密封，而不會在處理期間導(dǎo)致 產(chǎn)生微粒。在一個(gè)實(shí)施方式中，襯底固定器44被襯底卡盤46轉(zhuǎn)動(dòng)，而同時(shí)致動(dòng)機(jī) 構(gòu)49將噴嘴組件48從晶片50的邊緣處或晶片50的邊緣附近線性移動(dòng)到晶片50中心。這樣，整個(gè)晶片頂表面53都可以得到處理。致動(dòng)機(jī)構(gòu)49和襯 底卡盤46的移動(dòng)受計(jì)算機(jī)控制(未示出)。在另一個(gè)實(shí)施方式中，襯底固定器44沿一個(gè)或多個(gè)方向被襯底卡盤46 轉(zhuǎn)動(dòng)或平移，而同時(shí)噴嘴組件48保持靜止。因此，在上述兩個(gè)實(shí)施例中， 整個(gè)晶片頂表面53均可以得到處理。上述兩個(gè)實(shí)施例中的任一個(gè)均意在確 保晶片50均勻暴露于該處理化學(xué)方法中。在操作中，晶片50首先位于襯底卡盤46的襯底固定器44的中心，以 備晶片頂表面53的處理。村底卡盤46被指令來轉(zhuǎn)動(dòng)帶有晶片50的襯底固 定器44。接著，通過啟動(dòng)鼓風(fēng)裝置70來開動(dòng)排氣口 66。第三氣體控制器 76打開，以允許氬氣從氬氣源72流入處理室42中。氬氣被允許流入所述 室，從而在處理室42中基本形成惰性環(huán)境。在一個(gè)實(shí)施方式中，氬氣可被 引導(dǎo)到處理區(qū)域，并且處理室42可包含其他周圍氣體。處理室42基本保持 在大氣壓下。啟動(dòng)加熱器84，以加熱晶片頂表面53。該步驟對于防止作為化學(xué)反應(yīng) 副產(chǎn)物產(chǎn)生的蒸氣(例如水蒸氣)在晶片頂表面53上凝結(jié)是必需的。接著，點(diǎn)火器電源82為點(diǎn)火器78通電，并且第一氣體管線56和第二 氣體管線58被打開，以允許氫氣和三氟化氮?dú)饬鬟M(jìn)入噴嘴組件48中，并流 經(jīng)八個(gè)噴嘴51。 H2和NFs的燃燒火焰(未示出)點(diǎn)火。在處理期間，噴嘴 組件48中的八個(gè)噴嘴51中的每一個(gè)均需要400sccm的流量，從而導(dǎo)致總系 統(tǒng)流量為3,200sccm。隨著晶片50轉(zhuǎn)動(dòng)，或者晶片卡盤46平移(在優(yōu)選實(shí)施方式中)，或者 致動(dòng)機(jī)構(gòu)49移動(dòng)(在另一實(shí)施方式中)，以使噴嘴組件48和燃燒火焰越過 晶片頂表面53。結(jié)果，晶片頂表面53的期望部分得到處理。所述處理包括 去除例如二氧化硅或鉭的薄膜，如上文對于襯底處理方法所描述。在晶片得到處理之后，關(guān)閉第一氣體控制器60和第二氣體控制器62。 同時(shí)，打開第四氣體控制器77，以允許氬氣流入噴嘴組件48，并流經(jīng)八個(gè) 噴嘴51，以"吹滅"燃燒火焰。上述步驟對于防止逆燃很重要。在所述室排放出處理氣體和副產(chǎn)物后，可以取出晶片50。這樣，就處理了晶片頂表面53,以去除薄膜和/或污染物。上述處理可應(yīng)用于晶片頂表 面53或應(yīng)用于背側(cè)表面。背側(cè)表面處理經(jīng)常用于在先前處理步驟中去除不 希望的薄膜沉積物。 一 個(gè)示例為背側(cè)氮化硅的去除。加熱器84提供晶片頂表面53的加熱，以防止可在表面上凝結(jié)的反應(yīng)物 副產(chǎn)物的重新沉積。可以通過將晶片表面53加熱至反應(yīng)物副產(chǎn)物的沸點(diǎn)或 高于其沸點(diǎn)的溫度來防止凝結(jié)，例如將晶片表面53加熱至高于IO(TC以防 止水冷凝?；蛘?，可以通過加熱的襯底固定器44或通過對準(zhǔn)晶片周邊的紅 外能量，或者通過其他熱源，來進(jìn)行晶片50表面加熱。參照圖4和5，與上文所述的襯底處理方法一起使用的襯底邊緣處理裝 置100包括連接到支撐元件47并被固定在晶片50邊緣附近的邊緣型噴嘴組 件102。襯底邊緣處理裝置100的其他構(gòu)件與上文所述的襯底處理裝置40 的相同。邊緣型噴嘴組件102具有第一噴嘴112和第二噴嘴114。第一噴嘴112 用于將活性反應(yīng)組分的層流沿第一方向116引導(dǎo)朝向晶片50邊緣的頂斜面 和頂部。第二噴嘴114用于將活性反應(yīng)組分的層流沿第二方向118引導(dǎo)朝向 晶片50的邊緣附近。優(yōu)選地，第一噴嘴112和第二噴嘴114內(nèi)直徑為 0.254mm,而長度和直徑的縱橫比為大約10:1的縱橫比。優(yōu)選這樣設(shè)置以擴(kuò) 大噴嘴中的層流，并形成較為穩(wěn)定的燃燒釋放。第一噴嘴112和第二噴嘴 114由藍(lán)寶石構(gòu)成，并插入到邊緣型噴嘴組件102中，如上文針對噴嘴組件 48和八個(gè)噴嘴51所述。第一噴嘴112相對晶片頂表面53成80°的角度。 第二噴嘴114相對晶片頂表面53成45°的角度。邊緣處理裝置100的操作類似于上述的襯底處理裝置40的操作。在操 作中，晶片50首先位于襯底卡盤46的村底固定器44的中心，以備處理晶 片50邊緣。指令襯底卡盤46來以2rpm轉(zhuǎn)動(dòng)帶有晶片50的襯底固定器44。 接著，通過啟動(dòng)鼓風(fēng)裝置70來開動(dòng)排氣口 66。第三氣體控制器76被打開， 以允許氬氣從氬氣源72流入處理室42中。氬氣^皮允許流入所述室，以在處理室42中大體上構(gòu)建惰性環(huán)境。在一個(gè)實(shí)施方式中，氬氣可被引導(dǎo)至處理 區(qū)域，并且處理室42可包含其他周圍氣體。處理室42基本保持大氣壓或靠 近大氣壓。啟動(dòng)加熱器84，以在待處理的邊緣區(qū)域附近加熱晶片頂表面53。該步 驟對于防止作為化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)物而形成的蒸氣在晶片頂表面53和邊緣區(qū)域 上凝結(jié)是必需的。接著，點(diǎn)火電源82啟動(dòng)點(diǎn)火器78,第一氣體管線56和 第二氣體管線58打開，以允許H2和NF3氣流進(jìn)入邊緣型噴嘴組件102，并 流經(jīng)第一噴嘴112和第二噴嘴114。 H2和NF3的燃燒火焰(未示出)點(diǎn)火。 得到的火焰沖擊晶片50的邊緣附近、斜面和頂部區(qū)域，從而對晶片50進(jìn)行 處理。隨著晶片50轉(zhuǎn)動(dòng)，燃燒火焰沖擊晶片50的邊緣區(qū)域。結(jié)果，晶片50 的邊緣區(qū)域得到處理。上述處理包括去除例如二氧化硅或鉭的薄膜，如上文 關(guān)于襯底處理方法所描述。在所述晶片得到處理后，關(guān)閉第 一氣體控制器60和第二氣體控制器62。 同時(shí)，打開第四氣體控制器77，以允許氬氣流入邊緣型噴嘴組件102，并流 經(jīng)第一噴嘴112和第二噴嘴114，以"吹滅，，燃燒火焰。在所述室排放處理 氣體和副產(chǎn)物后，可以取出晶片50。這樣，晶片50的邊緣區(qū)域被處理，以 去除薄膜和/或污染物。盡管在以上實(shí)施例中采用NF3作為非氧類氧化劑，不過如之前所述的其 他非氧類氧化劑也適用于優(yōu)選實(shí)施例中。并且，用于根據(jù)上述方法對晶片進(jìn)行隔離和處理的另外的實(shí)施例公開于在2005年9月19日提交的、題名為"用 于處理隔離的襯底邊纟彖區(qū)域的方法和i殳備(Method and Apparatus for Isolative Substrate Edge Area Processing )，，、序歹寸號為11/230,263的美國專 利申請。上述申請的公開內(nèi)容通過引用并入于此。在氫分?jǐn)?shù)(fraction)在0.6 - 0.7的范圍內(nèi)的條件下，采用H2和NF;氣 體混合物從襯底去除諸如二氧化硅的電介質(zhì)薄膜。舉例而言，如果總流量為 800sccm，那么H2流量將在480sccm - 560sccm的范圍內(nèi)，而NF3流量在320sccm- 240sccm的范圍內(nèi)。在存在周圍氧氣的情況下，采用IR預(yù)熱以阻礙燃燒產(chǎn)物在襯底上凝結(jié)。采用與具體用于電介質(zhì)去除的配置相類似的蝕刻噴嘴配置，執(zhí)行如下過程，即，從襯底的近邊緣區(qū)域去除鉭?？倸怏w流量大約800sccm,而H2分 數(shù)在0.6-0.7的范圍內(nèi)。主要的鉭蝕刻產(chǎn)物為沸點(diǎn)為約230。C的TaF5。蝕刻結(jié)。在蝕刻火焰的沖擊之前的一刻，采用另外的燃燒火焰噴嘴(未示出)， 使其將火焰沖擊在襯底上，就易于實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目標(biāo)。上述預(yù)熱的噴嘴排放 出H2和02的火焰，優(yōu)選H2分?jǐn)?shù)在0.5-0.8的范圍內(nèi)，單一噴嘴總流量為 約400sccm。通過使用所述襯底邊緣處理裝置IOO采用所述襯底處理方法10 (圖1A -1C)，晶片50的邊緣區(qū)域的蝕刻以加快的速度進(jìn)行?？梢曰诒┞秾挾取?晶片周長和轉(zhuǎn)速的考慮，來計(jì)算晶片50的邊緣部分的蝕刻速度。例如，考 慮其中Si02為2，000人而周長為200mm的晶片，其以2rpm轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在其 邊緣區(qū)域上的Si02薄膜在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中被完全去除。假設(shè)在晶片邊緣(采 用0.256mm噴嘴孔)上流動(dòng)的燃燒火焰的保守暴露寬度為5mm,則暴露分 數(shù)可計(jì)算為5mm/(628mm x 2rev/min)=0.004min/rev。然后，通過將2,000人/rev 除以暴露分?jǐn)?shù)，就可以大致得出蝕刻速度。也就是說， 2,000A/rev/0.004min/rev=500,000A/min的Si02去除速率。如果假設(shè)為較小的 2mm暴露寬度，則去除速度變?yōu)?,256,000人/min?；谶@些考慮和假設(shè)，多 晶硅薄膜將在大約3x 106A/min的速率下進(jìn)行蝕刻；光阻薄膜將在大約4.6 x 106A/min的速率下進(jìn)行蝕刻；鉭薄膜將在大約1 x 106A/min的速率下進(jìn)行 蝕刻。這是非常高的蝕刻速度，導(dǎo)致了高晶片處理量。由此就提供了一種相對有效且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法和裝置，其不會導(dǎo)致襯底 受損或者執(zhí)行進(jìn)一步處理步驟的必要。所述村底處理方法和裝置避免了包括 對邊緣區(qū)域進(jìn)行處理的處理晶片的濕式化學(xué)處理、干式等離子體處理和研磨 方法的潛在問題。其有利方面包括但不限于加速所述處理和相關(guān)處理的處理能力；在基本為大氣壓下進(jìn)行處理；不會引起離子損害；并能夠精確處理 襯底表面的謹(jǐn)慎區(qū)域。關(guān)于處理晶片邊緣的進(jìn)一步的益處在于，從全厚度到 減小的厚度或到零厚度的光滑蝕刻過渡輪廓。這些是在襯底晶片處理中的重 要的優(yōu)點(diǎn)。對各實(shí)施例的描述本質(zhì)上僅為示例性，因此，不偏離本發(fā)明精神的改造 應(yīng)落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這類改造不應(yīng)被認(rèn)為偏離了本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、一種襯底表面蝕刻方法，包括對包含氫氣和非氧類氧化劑氣體的燃燒火焰進(jìn)行點(diǎn)火；以及將所述燃燒火焰引導(dǎo)到所述襯底表面上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的村底表面蝕刻方法，進(jìn)一步包括使惰性氣 體在所述襯底表面的至少 一部分的上方流動(dòng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述惰性氣體為氬氣。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底表面蝕刻方法，其中，所述方法在基本 是大氣壓的壓力下執(zhí)行。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底表面蝕刻方法，其中，在將所述燃燒火 焰引導(dǎo)到所述襯底表面上之前，使用光纖耦合激光二極管陣列來預(yù)熱所述襯 底表面。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底表面蝕刻方法，其中，在所述燃燒火焰 將被引到之處附近，預(yù)熱所述襯底表面。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底表面蝕刻方法，其中，所述方法在基本 非電離的環(huán)境中執(zhí)行。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底表面蝕刻方法，其中，所述非氧類氧化 劑為三氟化氮。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述氫氣與所述三氟化氮的摩 爾比為大約3:2。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底表面蝕刻方法，其中，向所述襯底表面 的邊緣部分引導(dǎo)所述燃燒火焰。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，轉(zhuǎn)動(dòng)所述襯底，對所述襯底 表面的邊緣區(qū)域進(jìn)行蝕刻。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底表面蝕刻方法，其中，被蝕刻的材料為Si02。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底表面蝕刻方法，其中，被蝕刻的材料為Si。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底表面蝕刻方法，其中，被蝕刻的材料為Ta。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底表面蝕刻方法，其中，所述非氧類氧化 劑為氟(F2)。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底表面蝕刻方法，其中，所述非氧類氧化 劑為氯(Cl2 )。
17、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯底表面蝕刻方法，其中，所述非氧類氧化 劑為三氟化氯(C1F3)。
18、 一種采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法處理的襯底晶片。
19、 一種從襯底表面去除至少一部分材料的方法，所述方法包括 將所述襯底表面暴露于氫氣和三氟化氮?dú)怏w的基本非電離的燃燒火焰。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述襯底表面的暴露也在惰 性氣體存在下進(jìn)行。
21、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述襯底表面的暴露基本在 大氣壓下進(jìn)行。
22、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括，在暴露所述襯底表面 之前，力。熱所述坤于底。
23、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括，向所述襯底的邊緣引 導(dǎo)所述燃燒火焰。
24、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進(jìn)一步包括，沿著徑向向外方向從 所述襯底的中心向所述襯底的邊緣所述燃燒火焰引導(dǎo)。
25、 一種采用根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法所蝕刻的襯底晶片。
26、 一種襯底處理方法，包括 提供惰性環(huán)境；在所述惰性環(huán)境中對氫氣和非氧類氧化劑的燃燒火焰進(jìn)行點(diǎn)火；以及 將所述燃燒火焰引導(dǎo)到襯底上。
27、 一種采用氫氣和非氧類氧化劑的燃燒火焰對村底進(jìn)行處理的襯底處 理裝置，包括處理室，其用于容納所述襯底，并用于界定用于所述氫氣和非氧類氧化 劑的燃燒火焰的惰性環(huán)境，其中，所述處理室保持基本為大氣壓； 氫氣和非氧類氧化劑源，其可操作地連接到所述處理室；和 在所述處理室內(nèi)的噴嘴組件，用于將所述燃燒火焰引導(dǎo)到所述襯底上。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的采用氬氣和非氧類氧化劑的燃燒火焰對襯 底進(jìn)行處理的村底處理裝置，其中，所述噴嘴組件包括兩個(gè)或更多個(gè)噴嘴。
29、 根據(jù)權(quán)利要求28所述的襯底處理裝置，其中，所述兩個(gè)或更多個(gè) 噴嘴由藍(lán)寶石制成。
30、 根據(jù)權(quán)利要求28所述的襯底處理裝置，其中，所述兩個(gè)或更多個(gè) 噴嘴由選自由氧化釔(Y203 )、氟化鎂(MgF2)和氧化鎂(MgO)組成的 組中的材料制成。
31、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的采用氫氣和非氧類氧化劑的燃燒火焰對襯 底進(jìn)行處理的襯底處理裝置，其中，所述噴嘴組件包括兩個(gè)或更多個(gè)噴嘴， 所述兩個(gè)或更多個(gè)噴嘴與待處理的襯底的頂表面保持成一定角度。
32、 一種襯底處理裝置，包括 處理室，其基本保持在大氣壓下；和噴嘴組件，其具有用于引導(dǎo)活性反應(yīng)組分流動(dòng)的多個(gè)噴嘴，其中，所述 噴嘴由選自由藍(lán)寶石、氧化釔(Y203 )、氟化鎂(MgF2)和氧化鎂(MgO) 所組成的組中的材料制成。
33、 根據(jù)權(quán)利要求32所述的襯底處理裝置，其中，所述噴嘴的長度與 直徑之比為大約10:1。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種使用氫氣和非氧類氧化劑的氣態(tài)混合物的燃燒火焰的襯底處理方法和裝置。所述方法使用氫氣和非氧類氧化劑燃燒火焰來沖擊襯底表面，以便與該表面上的薄膜進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)從而對襯底進(jìn)行蝕刻。所述方法在大致大氣壓下，基本為惰性和非電離的環(huán)境中進(jìn)行。一種用于采用上述方法處理襯底的裝置，具有處理室，其包含惰性環(huán)境；和噴嘴頭，其用于將燃燒火焰引向保持在襯底固定器上的襯底。在一個(gè)實(shí)施方式中，一種邊緣噴嘴組件與晶片邊緣成一定角度，以用于處理晶片的邊緣附近區(qū)域和邊緣。在該實(shí)施方式中，加熱器在待處理的邊緣區(qū)域附近對襯底進(jìn)行預(yù)熱。
文檔編號H01L21/3213GK101278379SQ200680034386
公開日2008年10月1日 申請日期2006年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月19日
發(fā)明者喬爾·B·貝利, 理查德·E·羅克, 約翰尼·D·奧爾蒂斯, 邁克爾·D·羅賓斯 申請人:美國阿可利技術(shù)有限公司