采用二氧化碳清潔處理來去除旋涂材料的邊緣珠粒的制作方法

專利名稱：采用二氧化碳清潔處理來去除旋涂材料的邊緣珠粒的制作方法
背景1.發明領域本發明涉及集成電路的生產。更具體地說，本發明涉及到如何從用于集成電路制造的襯底去除旋涂材料的邊緣珠粒。
2.相關技術的描述在集成電路制造中，已開發了幾種將材料淀積到襯底上的方法。一種普通方法是旋轉涂覆。旋轉涂覆是把一種液體混合物淀積到一個旋轉的襯底上，從而均勻地將襯底表面涂覆。旋轉涂覆已廣泛用于集成電路制造中，將有機和無機介質材料薄膜淀積在襯底上，例如用作光抗蝕劑，抗反射層，金屬間的介質層，犧牲層，和鈍化層等。
在旋轉涂覆過程中，作用在液體上的力可能使一定量的液體集結在襯底的邊緣部分而形成邊緣珠粒。部分邊緣珠粒可能與襯底中分離，從而成為以后的工藝步驟中一種微粒污染源。因此，一般在旋轉涂覆過程中或之后都要將包含邊緣珠粒的襯底邊緣區域的涂覆材料去除。
在傳統的邊緣珠粒去除過程中(如美國專利4,732,785中描述的那種過程)，是在襯底旋轉時將一股溶劑噴到襯底上。這種溶劑流使一部分包括邊緣珠粒的旋涂薄膜溶解并被去除掉。
傳統的邊緣珠粒去除工藝有幾個缺點。例如，當襯底是半導體晶片時，傳統的邊緣珠粒去除工藝對每個晶片需要5秒至20秒左右的時間。處理時間短一些將會更好。另外，傳統邊緣珠粒去除工藝所用的溶劑會增添集成電路制造過程中產生的廢物量。
此外，若旋涂材料包含低揮發性的溶劑，則傳統邊緣珠粒去除工藝的效果就不滿意。一般來說，含低揮發性溶劑的旋涂材料(如用于低介電常數納米孔隙硅薄膜的先質(precursor)混合物)在旋涂過程結束時仍為液態。在傳統邊緣珠粒去除工藝中，用來去除邊緣珠粒的溶劑后來在襯底旋轉時將會干燥。在干燥過程中，含低揮發性溶劑的旋涂薄膜將擴散回到原來邊緣珠粒被去除的區域。因此，旋涂材料被去除的區域必須足夠寬，以補償旋涂薄膜的擴散。這將減小襯底的可用表面積。
因而需要有一種用于含低揮發性溶劑的旋涂材料的快速、環保的邊緣珠粒去除工藝。
概要本發明提供了幾種去除旋涂薄膜的邊緣珠粒的方法。通過旋轉已經旋轉涂覆的襯底，使流體膨脹通過一個噴嘴形成低溫氣霧流，并在襯底旋轉中使低溫氣霧流指向邊緣區域的旋涂薄膜，就可把旋涂薄膜從鄰近表面邊緣的旋轉涂覆襯底表面區域分離出來。此薄膜可包含一種烷氧基硅烷和一種低揮發性溶劑。
在本發明的另一方面，通過將一種液體混合物散布在表面上，旋轉襯底將液體成分散在表面上形成一層基本上均勻的薄膜，使流體膨脹通過一個噴嘴形成低溫氣霧流，并在襯底旋轉中使低溫氣霧流指向鄰近表面邊緣的表面區域的薄膜，從而在襯底表面上形成一層薄膜。這種液體混合物包含至少一種烷氧基硅烷和至少一種沸點高于175℃左右的溶劑。
在一個實施例中，流體主要包括液態二氧化碳，并且低溫氣霧流包括氣體二氧化碳和基本上為固體的二氧化碳顆粒。
其好處是在邊緣珠粒去除過程中不需要有高速的溶劑旋轉-干燥步驟。因而含低揮發性溶劑的旋涂薄膜不會往回生長到原來薄膜被去除的區域。另外，邊緣珠粒去除過程的時間可降至10秒以下，因而可達到高生產率。再者，廢棄溶劑的量減少了，所以集成電路制造過程變得更為環保。
附圖簡介

圖1A示出一個經過旋轉涂覆的襯底的橫截面示意圖；圖1B示出一個經過旋轉涂覆的襯底的頂示圖；圖2A示出按照本發明的一個實施例將一部分薄膜從旋轉涂覆襯底上去除掉的低溫氣霧流的橫截面示意圖；圖2B是按照本發明另一個具體實施例將一部分薄膜從旋轉涂覆襯底去除掉的低溫氣霧流橫截面示意圖。
詳細描述參看圖1A和1B，根據本發明的一個具體實施裝置，薄膜1被旋轉涂覆在襯底3的表面2上。應該說明，圖1A和1B中的尺寸不是按比例的。通常襯底3比薄膜1要厚得多。
襯底3一般是一個適于加工成集成電路或其它微電子器件的襯底。合適的襯底包括但不限于半導體材料(如砷化鎵，硅，結晶硅，多晶硅，非晶體硅，外延硅，以及它們的混合物)晶片。在一種實施裝置中，襯底3的表面2包括一個集成電路中的金屬互連層。一般地說，金屬互連層包含導線，導電引線，和介質材料。適當的導電材料包括但不限于鋁，銅，鎢，以及它們的混合物。在一種實施裝置中，襯底3的表面2包括一個集成電路中的介質層。合適的介質層包括但不限于普通的介質材料(如氧化硅，氮氧化硅，氮化硅，以及它們的混合物)和低介電常數(低K)材料(如下面所列舉的那些)。
在一個實施例中，薄膜1是一種納米多孔硅先質烷氧基硅烷混合物薄膜，在以后要聚合或凝膠化并經干燥產生一個低介電常數納米多孔硅薄膜。本發明與用于形成薄膜1的納米多孔硅先質混合物的類型無關。美國專利6,042,994公布一種納米多孔硅先質烷氧基硅烷混合物的例子，它包含一種烷氧基硅烷，一種低揮發性溶劑，和一種高揮發性溶劑。該專利已與本申請共同轉讓，并被引用作為參考。用于此例的烷氧基硅烷先質混合物包括那些分子式為SiR4的混合物，其中R組中至少2個是獨立的C1至C4烷氧基組，其余的(如果有的話)是從下列組中獨立選出的氫，烷基，苯基，鹵素，和替代苯基。
高揮發性溶劑通常的沸點低于約160℃。合適的高揮發性溶劑包括但不限于苯甲醚等醚類；酯類，例如乳酸乙酯，乙酸丁酯，丙二醇乙醚乙酸酯，丙二醇甲醚乙酸酯，乙酸丙酯；酮類，例如丙酮，環己酮，2-庚酮，3-戊醇；醇類，例如甲醇，乙醇，n-丙醇，異丙醇，n-丁醇，以及它們的混合物。低揮發性溶劑通常的沸點高于約175℃。合適的低揮發性溶劑包括但不限于乙醇和多元醇(包括乙二醇，1，4-丁二醇，1，5-戊二醇，1，2，4-丁三醇，1，2，3-丁三醇，2-甲基-戊三醇，2-(羥甲基)-1，3-丙二醇，1，4-丁二醇，2-甲基-1，3-戊二醇，四甘醇，三甘醇一甲基醚，甘油，以及它們的混合物。
納米多孔硅先質混合物在旋轉涂覆過程中按下面的方法淀積。一定量的液態納米多孔硅先質混合物在分散周期內在或接近于它們中心分配到表面2上。在一個實施例中，襯底3在分配周期內保持靜止，而在另一些實施例中，襯底3以比較低的速度旋轉，一般對于6～8英寸直徑的晶片為約100轉/分(rpm)至約1000rpm。分配周期之后可以是一個短暫的靜止周期，接著是附加旋轉(以后稱為厚度旋轉)，其轉速一般大致在1000至5000rpm之間，雖然合適的話也可以采用其它的轉速。液態先質混合物在厚度旋轉過程中被分散開來，以在表面2上形成基本均勻的薄膜1。一般而言，較高揮發性的溶劑在分散過程及厚度旋轉過程中蒸發掉，而較低揮發性溶劑在厚度旋轉過程中及以后仍然存在于薄膜1內。
在另一實施例中，薄膜1是一種納米多孔硅凝膠，如上所述，它是通過將一種納米多孔硅先質混合物薄膜旋轉涂覆到表面2上，然后再將先質混合物薄膜用酸或堿催化水解反應進行聚合而形成的。
在另外一些實施例中，薄膜1是通過將一種含有溶劑和一種或多種低K絕緣材料的涂覆溶液經旋轉涂覆到表面2上而形成的，這些絕緣材料包括但不限于甲基硅氧烷，苯基硅氧烷，甲基苯基硅氧烷，methylsilsesquioxanes，methylphenylsilsesquioxanes，硅酸酯，perhydrosilazanes，氫硅氧烷，有機氫硅氧烷，其一般分子式為(H0.4-1.0SiO1.5-1.8)n(R0.4-1.0SiO1.5-1.8)m，其中n和m之和為8至5000左右，聚酰亞胺，聚對二甲苯，氟化或非氟化聚(芳撐醚)，由苯基-炔化芳香族單聚物和齊聚物得到的聚合材料，以及它們的混合物。另外，可通過將低揮發性聚合物液體(如聚碳酸酯)經旋轉涂覆到表面2上來形成薄膜1。在后一例中不需要使用溶劑。
在旋轉過程(通過該過程薄膜1已形成在表面2上)的最后部分或該部分之后，對一個典型寬度為2-4mm且與表面2的邊緣5相鄰的區域4，利用低溫氣霧，通過邊緣珠粒去除工藝對旋涂材料進行去除。如本領域所公知的，低溫氣霧可通過使流體(氣體，液體，或氣體和液體的混合物)迅速通過一個噴嘴形成包含基本為固體顆粒和/或液體微粒的氣體流而產生。一般來說，產生低溫氣霧的材料在標準溫度和壓力下為液態或氣態。
參看圖2A和2B，在一實施裝例中，貯存在液體貯存器6內的液態二氧化碳通過管道7，閥8，和管道9并膨脹通過噴嘴10。形成一個快速運動的低溫氣霧流11，它基本上是固態二氧化碳顆粒(以后把它稱為“二氧化碳雪”)和氣態二氧化碳。在一個實施例中，氣流11還包含液態二氧化碳。當襯底3旋轉時，氣流11指向至少一部分區域4，并將那里的旋涂材料去除。若薄膜1是由含低揮發性溶劑的旋涂材料形成的。襯底3一般要以低于100rpm的速度旋轉，才能防止薄膜1再次在區域4內生長。氣流11被表面2偏折形成偏轉流12，其中包含被去除的材料。不受理論的束縛，發明者認為是氣流11中的二氧化碳雪顆粒的沖擊將旋涂材料從表面2的區域4去除掉。被去除的材料然后由氣流11和12掃走。
這種方法的好處是，去除區域4的旋涂材料不需要溶劑。此外，二氧化碳雪蒸發很快，而且不留下液態溶劑殘跡。所以，在邊緣珠粒去除過程中，不需要高速溶劑旋轉-干燥步驟，而且低揮發性液體旋涂薄膜或含低揮發性溶劑的旋涂薄膜(如上面描述過的納米多孔硅先質混合物薄膜)，不會向區域4生長回去。此外，廢棄溶劑的量減少了，同時集成電路制造過程變得更為環保。除此之外，由于消除了邊緣珠粒去除過程中的旋轉-干燥步驟，這種邊緣珠粒去除過程的時間可減至約10秒以下，因此可以獲得較高的生產率。
在圖2A所示的實施裝置中，氣流11在表面2上的寬度至少與旋涂材料被去除的區域4一樣寬，而且噴嘴10的位置相對于襯底3的邊緣5是固定的，以使氣流11指向復蓋區域4的寬度那部分區域4。當襯底3旋轉時，區域4的全部都曝露在氣流11下面，并將旋涂材料去除掉。其好處是不需要將噴嘴10相對襯底3的邊緣挪動，就可把區域4的旋涂材料去除掉。也可以只讓襯底3轉一下來將旋涂材料去除掉。
在圖2B所示的實施裝置中，表面2上的氣流11比區域4要去除的旋涂材料要窄。當襯底3旋轉時，噴嘴10和襯底3彼此相對運動，使得氣流11指向區域4離邊緣5具有變化距離的部分，這樣區域4全部曝露在氣流11下面而將旋涂材料去除掉。例如，襯底3和噴嘴10可以通過一個裝在襯底3下面的移動臺等來彼此移動。它的好處是，形成區域4內邊界的薄膜1的邊緣13可由窄氣流11清晰地確定。
在另一些實施例中，低溫氣霧流11是由一種或幾種材料產生的，它們包括但不限于二氧化碳，一氧化二氮，氨氣，氪氣，氬氣，甲烷，乙烷，丙烷，丁烷，戊烷，己烷，丙烯，四氟甲烷，氯二氟甲烷，六氟化硫，全氟丙烷，以及它們的混合物。
在低溫氣霧邊緣珠粒去除過程中，由于低溫氣霧流11與區域4的相互作用引起的熱量損耗可以冷卻襯底3和區域4外面的那部分薄膜。這種冷卻可以造成潮氣凝結在薄膜1上并可能毀壞薄膜1。在一種實施裝置中，提供了一個局部熱源來保持襯底3和區域4外面那部分薄膜1有足夠的溫度，以防止在邊緣珠粒去除過程中有大量潮氣凝結在薄膜1上。局部熱源可以是一個輻射熱源(如燈或加熱絲)或一個熱氣流(如干燥的空氣或氮氣)。采用局部熱源不會影響從區域4將薄膜1去除。也可以通過控制周圍的濕度(如采用環境控制系統)來防止大量濕氣凝結到薄膜1上。
雖然本發明是用一些具體的實施裝置來說明的，但它要涵蓋包含落在下面的權利要求書范圍內的所有改型和改進。
權利要求
1.一種從已涂覆襯底的表面的一區域去除薄膜的方法，所述區域鄰近所述表面的邊緣，該方法包括使所述已涂覆的襯底旋轉；使一流體膨脹通過一噴嘴，以形成一低溫氣霧流；使該低溫氣霧流在所述襯底旋轉時從噴嘴指向鄰近所述邊緣的所述區域中的薄膜。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述低溫氣霧流包含一種氣體和一些基本上為固體的顆粒。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述流體包含一種從下列組選擇的材料，所述組包括二氧化碳，一氧化二氮，氨氣，氪氣，氬氣，甲烷，乙烷，丙烷，丁烷，戊烷，己烷，丙烯，四氟甲烷，氯二氟甲烷，六氟化硫，全氟丙烷，以及它們的混合物。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述流體主要包括液態二氧化碳，所述低溫氣霧流包含氣態二氧化碳和基本上為固態的二氧化碳顆粒。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述低溫氣霧流在所述表面上的寬度大于或等于該區域的寬度。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述低溫氣霧流在表面上的寬度小于該區域的寬度，且將所述低溫氣霧流定向包括讓噴嘴和襯底彼此相對運動，以使該區域的與所述邊緣具有變化的距離的部分暴露于所述低溫氣霧流。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述區域包含所述薄膜的邊緣珠粒。
8.如權利要求1所述的方法，其中所述區域的寬度約為2至4mm。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述襯底包含一種半導體材料。
10.如權利要求1所述的方法，還包括將襯底和所述區域外的薄膜加熱至一個足以防止大量潮氣凝結到薄膜上的溫度。
11.如權利要求1所述的方法，其中所述薄膜包含一種低揮發性液體。
12.如權利要求1所述的方法，其中所述薄膜包含一種沸點在約175℃以上的溶劑。
13.如權利要求1所述的方法，其中所述薄膜包含一種烷氧基硅烷和一種低揮發性溶劑。
14.如權利要求13所述的方法，其中所述烷氧基硅烷的通式為SiR4，其中R組中的至少兩個是獨立的C1至C4烷氧基組，如果有其余組成的話，它們獨立地從包括氫，烷基，苯基，鹵素，和替代苯基的組中選出的。
15.如權利要求13所述的方法，其中低揮發性溶劑是從包括下列組成的組中選出的乙二醇，1，4-丁二醇，1，5-戊二醇，1，2，4-丁三醇，1，2，3-丁三醇，2-甲基-戊三醇，2-(羥甲基)-1，3-丙二醇，1，4-丁二醇，2-甲基-1，3-戊二醇，四甘醇，三甘醇一甲醚，甘油，以及它們的混合物。
16.一種在襯底表面上形成薄膜的方法，所述方法包括將一種液體混合物分配得到所述表面上，使該襯底旋轉，由此將該液體混合物散開，以在所述表面上形成一基本均勻的薄膜；使流體膨脹通過噴嘴以形成低溫氣霧流；使該低溫氣霧流在襯底旋轉時從噴嘴指向與所述表面的邊緣相鄰的所述表面的區域內的所述薄膜。
17.如權利要求16所述的方法，其中所述液態混合物包含一種低揮發性液體。
18.如權利要求16所述的方法，其中所述液態混合物包含至少一種烷氧基硅烷和至少一種沸點高于約175℃的溶劑。
19.如權利要求16所述的方法，其中所述流體主要包含液態二氧化碳，且其中所述低溫氣霧流包含氣態二氧化碳和基本為固態的二氧化碳顆粒。
20.如權利要求16所述的方法，其中所述表面上的所述低溫氣霧流的寬度大于或等于該區域的寬度。
21.如權利要求16所述的方法，其中所述表面上的所述低溫氣霧流的寬度小于該區域的寬度，且使低溫氣霧流定向包括讓所述噴嘴和襯底彼此相對運動，以使所述區域的與所述邊緣具有變化的距離的部分暴露于低溫氣霧流。
22.如權利要求16所述的方法，其中還包括將所述襯底和所述區域外面的薄膜加熱至一個足以防止大量潮氣凝結到所述薄膜上的溫度。
23.如權利要求16所述的方法，還包括保持環境溫度，并將所述襯底和所述區域外的薄膜的溫度保持為足以防止大量潮氣凝結到該薄膜上。
全文摘要
本發明提供了從旋涂薄膜去除邊緣珠粒的方法。通過旋轉一旋轉涂覆的襯底(3)，使流體膨脹通過一個噴嘴(10)形成低溫氣霧流(11)，并在襯底(3)旋轉時，使低溫氣霧流(11)對準區域(4)中的旋涂薄膜(1)，則可從與表面(2)的邊緣(5)鄰近的旋轉涂覆襯底(3)的表面(2)的區域(4)除去旋涂薄膜(1)。此薄膜可能包含一種烷氧基硅烷和一種低揮發性溶劑。所述流體可以主要包括液態二氧化碳。含低揮發性溶劑的旋涂薄膜(1)不會往回生長到原來薄膜被去除的區域(4)，這種邊緣珠粒去除過程的時間可以降至約10秒以下，并且廢棄溶劑的量也減少了。
文檔編號H01L21/304GK1501846SQ01813839
公開日2004年6月2日 申請日期2001年6月5日 優先權日2000年6月8日
發明者D·恩迪施, D 恩迪施 申請人:霍尼韋爾國際公司