[发明专利]用于处理隔离的衬底边缘区域的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于处理衬底的边缘区域的方法和设备，而更具体涉及在与衬底的其余部分隔离的情况下用于干法化学处理衬底的边缘部分的方法和设备。

背景技术

在制造集成电路的过程中，硅衬底晶片接受大量处理，包括，电介质、金属和其他材料的沉积和蚀刻。在制造过程的不同阶段中，有必要“清洁”晶片的边缘区域以去除包括晶片处理中所致形成的颗粒在内的不需要的薄膜和杂质。这包括在近边缘顶表面(主要加工侧)、近边缘背表面和晶片的边缘(包括顶斜面、顶部和底斜面)上形成的薄膜和杂质(在下文中，以“边缘区域”总体上表示近边缘顶表面、近边缘底表面和边缘的单独部分或它们的组合)。希望去除薄膜和杂质以防止微粒移入晶片的器件部分中的可能性。杂质颗粒在晶片的处理、加工过程中，和由于膜应力的“剥落”作用而形成。

以经济有效的方式处理并去除边缘区域的薄膜和杂质，而不影响包含处理中的器件的晶片的其余部分是一个挑战。当使用可对晶片的处理中器件部分产生不利影响的化学物和工艺时，这一挑战更为严峻。

通常，存在不同的已知选择以去除膜和杂质。蚀刻可在湿或干的处理环境中进行。湿法化学蚀刻是指，采用液体化学蚀刻剂接触晶片表面。当例如搅动的液体或喷雾流过衬底表面时材料被去除。干法蚀刻通常是指采用气态等离子体接触衬底表面。

湿法化学蚀刻广泛用于晶片处理。在湿法化学蚀刻中，处于液态或气态的化学反应物通过扩散传输到反应表面，化学反应在该表面进行，而该表面产生的产物被去除。不过，化学蚀刻有其局限性，而且并非适应于所有应用中。困难的是，将湿法化学蚀刻仅局限于晶片的近边缘。进一步地，蚀刻材料组分可移入晶片表面上的蚀刻的或部分蚀刻的开放部分。而且，湿法蚀刻可能导致不完全的或不均匀的蚀刻，并且为各向同性的，从而导致不精确的蚀刻。此外，湿法蚀刻需要在各处理步骤之间重复干燥晶片，因而增加了处理的时间和成本。消耗品的成本和不希望的耗水量也是湿法处理的问题。

通常指等离子体辅助蚀刻的干法蚀刻指在低压放电形式中使用等离子体的几项技术。干法蚀刻等离子体方法包括等离子体蚀刻、活性离子蚀刻(RIE)、溅射蚀刻、活性离子束蚀刻和其他基于等离子体的蚀刻方法。当将足够强的电场(或电磁场)施加于气体而使气体分解并电离时形成等离子体。为此原因，等离子体为完全或部分电离的气体。

不过，干法的基于等离子体的蚀刻有其自身的局限性和问题。这包括难以仅对晶片的一部分，例如晶片边缘区域，进行处理。扩散效应在低操作压力下为主导，从而难以控制晶片上的暴露位置。进一步地，用于这些处理的装备的开销沉重，其中需要真空腔和泵设备。真空的要求还可能降低生产量并增加装备和操作成本。离子导致的晶片损坏也是问题。等离子体的电荷差还可能导致对晶片上器件的静电损坏。

处理衬底边缘的困难之处在于，限制活性反应化学物、副产物和杂质从进行处理的边缘区域移至远离边缘的非处理区域的能力。即使少量(基于十亿分之几的测量)杂质也可对最终产品产生显著影响。

除了湿法化学处理和干法等离子体类的处理之外，已使用研磨抛光方法用于处理晶片边缘的斜面和顶部区域。不过，这些方法本身并不清洁且易于导致微粒污染以及随后在衬底中形成的缺陷。这样有必要采取额外清洁的后处理步骤而进行。采用研磨方法的另一问题是在处理后留下的表面下的损伤。这种损伤由于处理而在衬底的Si晶体结构中形成，并在后续处理过程中可具有不利影响。

其他边缘区域处理系统受限于处理区域的控制，并可导致可能捕获颗粒并引起缺陷的边缘区域形貌。此外，一些这样的系统需要昂贵的消耗性化学品并产生大量的有害废料。

因此，上述方法和系统中的每一种均具有自身的局限性和问题，限制了其对于特定应用的适用性，特别是在需要从晶片边缘区域清除膜或杂质并将晶片的其余部分隔离于所述处理的情况下。需要一种设备和方法，用于处理衬底的边缘区域，其中避免了采用湿法化学方法、干法离子等离子体方法和研磨法处理晶片边缘区域时的固有问题。重要的是，所述方法和设备有效、经济、而且不会导致损伤或在晶片上执行必须的额外处理步骤。重要的是，所述方法和设备工作于非真空状态(大致在大气压下)，从而降低了与基于真空的系统相关的成本。

发明内容