CN100399504C - 一种硅片卸载工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可以去除刻蚀工艺过程中产生的聚合物的硅片卸载工艺，该工艺包括两个步骤：(1)初步硅片卸载；(2)消除静电卡盘表面残余电荷并去除图形硅片表面的聚合物。其中步骤(1)所使用的气体选自He和N2中的一种或其组合，步骤(2)所使用的气体为He和O2的混合气体或N2和O2的混合气体。利用本发明的工艺，在起到硅片卸载作用的同时还能够减少图形硅片刻蚀后表面的聚合物。

Description

一种硅片卸载工艺
技术领域
本发明涉及一种硅片卸载工艺，具体来说，涉及一种可以去除刻蚀工艺过程中产生的聚合物的硅片卸载工艺。
背景技术
在射频(13.56MHz)感应耦合等离子体(ICP)刻蚀机刻蚀图形硅片(pattern wafer)后，硅片(wafer)要和静电卡盘(ESC)分离，必须采用硅片卸载工艺将硅片表面的残余电荷释放掉，目前采用的方法：将给ESC提供电压的两极反接和利用Ar起辉，中和或消除硅片上的残余电荷。
目前的工艺中，硅片卸载recipe包括以下两个步骤：(1)消除工艺中的残气；(2)实现硅片卸载。其中步骤(1)中工艺参数为：腔室内的压强为80mT、上电极功率为200w、下电极功率为0w、以流量为300sccm的Ar作为载气，该步骤作用时间为3s；步骤(2)中工艺参数为腔室内的压强为80mT、上电极功率为100w、下电极功率为0w、以流量为300sccm的Ar作为载气，该步骤作用时间为1-10s。
但是上述技术还存在很大的缺陷，即只能起到硅片卸载的作用，不能改善刻蚀结束后硅片表面的聚合物(polymer)。聚合物的存在对半导体器件的性能和器件的寿命会造成很大的负面影响，尤其是尺寸比较大的聚合物的存在，会导致刻蚀工艺的成品率显著降低。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的旨在提供一种新的硅片卸载工艺，以在起到硅片卸载作用的同时减少图形硅片刻蚀后表面的聚合物。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明的发明人提供了一种新的硅片卸载recipe，该工艺包括以下两个步骤：(1)初步硅片卸载；(2)消除静电卡盘表面残余电荷并去除图形硅片表面的聚合物。其中：
在步骤(1)中所使用的气体为He和N2中的一种或其组合，优选He，气体流量为200-500sccm，优选300sccm；腔室内的压强为40-100mT，优选80mT；上电极功率为50-300W，优选200W；下电极功率为0w；该步骤作用时间为1-3s，优选3s。
在步骤(2)中所使用的气体为He和O2的混合气体或N2和O2的混合气体，优选He和O2的混合气体；气体总流量为200-600sccm，优选280sccm，其中O2流量为10-50sccm，优选30sccm；腔室内的压强为40-100mT，优选80mT；上电极功率为50-300W，优选100W；下电极功率为0w；该步骤作用时间为1-10s，优选1s。
本发明硅片卸载工艺的理论依据是：图形硅片刻蚀后表面的聚合物主要是溴硅、氯硅的聚合物，O2等离子体使得这种聚合物氧化，He的流动性比Ar更好，氧化物在这种流动性好的He等离子体中很容易被抽走，一方面减少了硅片表面的聚合物，另一方面也加速了静电卡盘表面残余电荷的消除。选用N2和O2的混合气体时，O2等离子体同样使得这种聚合物氧化，但此时这种混合气体的流动性相比He和O2稍差一点，所以此时腔室内的压强应低一些，以此改善等离子体的流动性。
(三)有益效果
本发明所提供的方法，能够在不改变硬件设计的前提下，仅通过改变所使用的气体种类和配比，在起到硅片卸载作用的同时减少图形硅片刻蚀后表面的聚合物，满足先进栅刻蚀工艺的需要。这种方法简单易行，不仅避免了系统硬件设计所增加的变数、保证工艺的稳定性；还可以避免系统升级、节约大笔开支。
附图说明
图1为图形硅片栅结构示意图；
图2为传统硅片卸载工艺得到的图形硅片表面扫描电子显微镜图；
图3-7本发明硅片卸载工艺得到的图形硅片表面扫描电子显微镜图。
其中图2-7所用仪器为Hitachi S-8820 CD-SEM，放大倍数为120,000倍。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
在进行栅刻蚀的工艺过程中，所用的设备是北方微电子基地设备工艺研究中心的PM2，进行刻蚀所用的图形硅片栅结构为：从上到下依次是光阻、氮氧化硅、多晶硅、二氧化硅、硅片(substrate，衬底)(见图1)。
刻蚀过程主要分为以下几步：
1、硅片送到腔室内的静电卡盘表面；
2、加静电卡盘电压，通过静电引力将硅片固定在静电卡盘表面；
3、通工艺气体；
4、摆阀调压到设定值；
5、加上下电极，起辉；
6、刻蚀工艺开始，刻蚀工艺主要包括以下几步：
(1)BT(Break through)，即自然氧化层的去除，工艺参数为：腔室内压  强7mT，上电极功率300W，下电极功率40W，流量为50sccm的CF4为载气，时间为5s，该步之前有一个BT stable步骤，主要工艺参数为上下电极功率均为0，时间为10s，其他参数和BT一样；
(2)ME(main etch)，即主刻蚀，其作用是刻蚀多晶硅，形成线条，工艺参数为：腔室内压强10mT，上电极功率350W，下电极功率40W，载气包括流量为190sccmHBr、5sccm的Cl2、15sccm的HeO2，刻蚀时间为终点检测控制，该步之前有一个ME stable步骤，主要工艺参数为上下电极功率均为0，时间为10s，其他参数和ME一样；
(3)OE(Over etch)，即过刻蚀，其作用是对刻蚀后的表面进行吹扫，工艺参数为：腔室内压强60mT，上电极功率350W，下电极功率40W，载气包括流量为150sccmHBr、15sccm的HeO2，100sccm的He，刻蚀时间40s，该步之前有一个OE stable步骤，主要工艺参数为上下电极功率均为0，时间为10s，其他参数和OE一样。
刻蚀工艺完成后，要进行硅片卸载，即将ESC表明的残余电荷消除掉，以便硅片能够稳定的和静电卡盘表面分离，具体的工艺分两步：(1)消除工艺中的残气；(2)实现硅片卸载。其中步骤(1)中：载气为300sccm的Ar，腔室内的压强为80mT，上电极功率为200w，下电极功率为0w，该步骤作用时间为3s；步骤(2)中：载气为300sccm的Ar，腔室内的压强为80mT，上电极功率为100w下电极功率为0w，该步骤作用时间为3s。
通过Hitachi S-8820 CD-SEM在放电倍数为120,000的条件下观察，可以明显看出硅片表面上附着的聚合物(见图2)。
实施例2
按照实施例1所述的方法，不同之处在于刻蚀工艺后的硅片卸载工艺中，步骤(1)即初步硅片卸载的工艺条件为：载气为He，流量为300sccm，腔室压强80mT，上电极功率为200W、下电极功率为0w、该步骤作用时间为3s；步骤(2)即消除静电卡盘表面残余电荷并去除图形硅片表面的聚合物的工艺条件为：载气为250sccmHe和30sccmO2的混合气，腔室压强为80mT，上电极功率100W，下电极功率0W，时间1s。
通过Hitachi S-8820 CD-SEM在放电倍数为120,000的条件下观察，可以明显看出硅片表面上没有聚合物附着(见图3)。
实施例3
按照实施例2所述的方法，不同之处在于硅片卸载工艺中，步骤(1)的工艺条件为：He的流量为250sccm，腔室压强60mT，上电极功率为300W、下电极功率为0w、该步骤作用时间为3s；步骤(2)的工艺条件为：载气为450sccmHe和20sccm O2的混合气，腔室压强为60mT，上电极功率300W，下电极功率0W，时间2s。
通过Hitachi S-8820 CD-SEM在放电倍数为120,000的条件下观察，可以明显看出硅片表面上没有聚合物附着(见图4)。
实施例4
按照实施例2所述的方法，不同之处在于硅片卸载工艺中，步骤(1)的工艺条件为：He的流量为500sccm，腔室压强40mT，上电极功率为160W、下电极功率为0w、该步骤作用时间为3s；步骤(2)的工艺条件为：载气为300sccmHe和10sccm O2的混合气，腔室压强为40mT，上电极功率100W，下电极功率0W，时间10s。
通过Hitachi S-8820 CD-SEM在放电倍数为120,000的条件下观察，可以明显看出硅片表面上没有聚合物附着(见图5)。
实施例5
按照实施例2所述的方法，不同之处在于硅片卸载工艺中，步骤(1)的工艺条件为：He的流量为500sccm，腔室压强100mT，上电极功率为50W、下电极功率为0w、该步骤作用时间为1s；步骤(2)的工艺条件为：载气为270sccmHe和30sccm O2的混合气，腔室压强为80mT，上电极功率50W，下电极功率0W，时间7s。
通过Hitachi S-8820 CD-SEM在放电倍数为120,000的条件下观察，可以明显看出硅片表面上没有聚合物附着(见图6)。
实施例6
按照实施例2所述的方法，不同之处在于硅片卸载工艺中，步骤(1)的工艺条件为：He的流量为500sccm，腔室压强80mT，上电极功率为100W、下电极功率为0w、该步骤作用时间为1s；步骤(2)的工艺条件为：载气为300sccmN2和20sccm O2的混合气，腔室压强为40mT，上电极功率100W，下电极功率0W，时间9s。
通过Hitachi S-8820 CD-SEM在放电倍数为120,000的条件下观察，可以明显看出硅片表面上没有聚合物附着(见图7)。

Claims (2)

1.一种硅片卸载工艺，包括以下两个步骤：
(1)初步硅片卸载；
(2)消除静电卡盘表面残余电荷并去除图形硅片表面的聚合物；
其特征在于，步骤(1)中所使用的气体为He，所述气体的流量为200～500sccm；腔室内的压强为40～100mT；上电极功率为50～300W；下电极功率为0w；步骤(2)中所使用的气体为He和O2的混合气体，气体流量为200～600sccm。
2.如权利要求1所述的硅片卸载工艺，其特征在于，步骤(2)中O2流量为10～50sccm。
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