CN102087958B - 反应室内副产物的处理方法 - Google Patents

Abstract

一种反应室内副产物的处理方法，主要是在在同一反应室内，交替执行晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺和晶片的接触孔的刻蚀工艺，从而能够增强旋涂氧化硅层的回刻工艺中产生的副产物的黏附性，降低其脱落至晶片的几率，提高工作效率和晶片的良率。

Description

反应室内副产物的处理方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及半导体制造工艺过程中反应室内副产物的处理方法。

背景技术

随着半导体制造技术的飞速发展，为了达到更快的运算速度、更大的数据存储量以及更多的功能，半导体芯片朝着微细化、高集成化、多层化等方向发展。

集成电路一般都是将大量有源器件成型在单板上，生产过程中每一器件成型和绝缘之后，进行某些部件的电连接，实现其所需的电路功能。例如，金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)及双极性超大规模集成电路(Very Large Scale Integrated circuits，VLSI)器件都具有其中互连大量器件的多水平互连结构。在这样的多水平互连结构中，顶层外形通常随着层数增加而越来越不规则和不平整，引起晶片畸变，造成例如金属互连结构存在缺陷而影响电性性能。

现已发展了多种平整化绝缘层的方法，例如硼磷硅酸盐氧化硅(BPSG)层，或旋涂氧化硅(SOG)层或化学机械抛光法(CMP)。以SOG为例，其原理为：利用旋涂芯片，将含有硅化物的液态溶液均匀地涂布在芯片表面，这时液态溶液会在晶圆表面流动，再利用加热方式，去除蒸发掉辅助的挥发性溶剂，并将固体硅化物硬化成稳定的非晶相氧化硅，以增加层与层之间的结合特性，避免空洞的形成以及层的剥裂。另外，在某些情况下，针对后续所需形成的层结构(例如金属层)的特点，还包括SOG回刻(SOG etch back)工艺，用以刻蚀掉SOG固化后形成的非晶相氧化硅的一部分。该SOG回刻工艺是在刻蚀处理装置中进行的。

易知，SOG工艺中固化形成的是非晶相氧化硅，在经过回刻工艺后，非晶相氧化硅会被刻蚀掉一部分，因此会在刻蚀处理装置的处理腔内(主要为内壁)残留有副产物，所述副产物主要含C、O、Si、F，其型态呈絮状。另外，所述副产物黏附性较弱，随着进行SOG回刻工艺的晶片批次越来越多，在处理腔室内壁上的副产物积聚得越来越多，所述积聚的副产物极易自所述内壁脱落下来，形成颗粒，并掉落至下面的晶片表面上，污损晶片，影响晶片中器件性能及其良率。有关SOG工艺和SOG回刻工艺的相关技术，在专利号为US5,894,640的美国专利文件中也有相应介绍。

为避免副产物掉落产生的不良影响，在现有技术中，一般的解决方法是：没过一段时间或者处理了一定数量批次的晶片之后，就暂停所述刻蚀处理装置，以对其腔室内壁作清理工作。显而易见，由于所述副产物的黏附性较弱，这个清理工作就得频繁地进行，影响了SOG回刻工艺的流畅性，大大降低了生产效率。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种反应室内副产物的处理方法，能够增加副产物的黏附性，降低其掉落至晶片表面形成残留的几率，提高晶片的性能及生产效率。

为解决上述问题，本发明提供了一种反应室内副产物的处理方法，包括一种反应室内副产物的处理方法，其特征在于，在同一反应室内，交替执行晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺和晶片的接触孔的刻蚀工艺，增强旋涂氧化硅层的回刻工艺中产生的副产物的黏附性。

可选地，执行旋涂氧化硅层的回刻工艺的晶片和接触孔的刻蚀工艺的晶片的批次或产品不同。

可选地，所述交替执行晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺和晶片的接触孔的刻蚀工艺包括：将多批次的晶片依序置于刻蚀装置的反应室内执行回刻工艺，平坦化旋涂氧化硅层；在所述回刻工艺过程中，产生有附着于所述反应室内壁的第一副产物；将至少一批次晶片置于所述刻蚀装置的反应室内执行刻蚀工艺，制作出接触孔；在所述刻蚀工艺过程中，产生第二副产物，所述第二副产物与第一副产物结合，增强二者的黏附性。

可选地，在所述交替执行晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺和接触孔的刻蚀工艺中，对三批次晶片执行旋涂氧化硅层的回刻工艺，对一批次的晶片执行接触孔的刻蚀工艺。

可选地，所述第一副产物包括碳、氧、硅和氟，而第二副产物包括碳、氢和氟。

可选地，所述接触孔的刻蚀工艺在完成所有旋涂氧化硅层的回刻工艺后连续执行。

可选地，所述旋涂氧化硅层的形成方法包括：旋涂芯片，将液态溶液均匀地涂布在芯片表面，所述液态溶液包括聚硅氮烷和溶剂；加热处理，蒸发掉所述液态溶液中的溶剂，固化形成氧化硅层。

与现有技术相比，本发明通过在同一反应室内交替执行晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺和接触孔的刻蚀工艺，能够增强所述旋涂氧化硅层的回刻工艺中产生的副产物的黏附性，降低其脱落至晶片的几率，提高晶片的性能及其生产效率。

附图说明

图1为本发明实施方式中反应室内副产物的处理方法的流程示意图；

图2至图1中步骤S10的详细流程示意图；

图3至图1中步骤S12的详细流程示意图。

具体实施方式

从背景技术可知，本发明的发明人发现在半导体器件制造工艺中，执行单一的旋涂氧化硅层的回刻工艺时，产生的副产物会附着于反应室内壁，且由于其黏附性较弱，极易形成颗粒并自内壁脱落至晶片表面，影响工艺进行，降低晶片的性能以及生产良率。

因此在半导体器件制造过程中，设想到可以在执行晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺过程中，在同一反应室内，穿插执行接触孔的刻蚀工艺，使得执行接触孔的刻蚀工艺所产生的副产物能与执行旋涂氧化硅层的回刻工艺所产生的副产物结合后增强其黏附性，降低脱落的几率。

基于上述考虑，在具体实施方式的以下内容中，提供一种反应室内副产物的处理方法，如图1所示，包括步骤：

步骤S10，执行多批次晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺；

步骤S12，在同一反应室内，执行至少一批次晶片的接触孔的刻蚀工艺；

步骤S14，交替执行步骤S10和步骤S12。

下面结合附图对上述步骤进行详细说明。

执行步骤S10，提供多批次晶片，对每一批次晶片执行旋涂氧化硅层的回刻工艺。

如图2所示，步骤S10可具体包括：步骤S100，提供多批次晶片，所述每一批次的晶片表面形成有旋涂氧化硅(SOG)层(以下简称为SOG层)；步骤S102，将所述各批次的晶片依序置于刻蚀装置的反应室内执行回刻工艺，在所述回刻工艺过程中，产生有附着于所述反应室内壁的第一副产物。

在本实施例中，所述晶片表面形成旋涂氧化硅层的方法包括：旋涂芯片，将液态溶液均匀地涂布在芯片表面，所述液态溶液包括聚硅氮烷和溶剂；加热处理，蒸发掉所述液态溶液中的溶剂，固化形成氧化硅层。所述氧化硅层能填充于缝隙或凹洼中，增加层与层之间的结合特性，避免空洞的形成以及层的剥裂。由于形成所述旋涂氧化硅层的工艺为本技术领域的技术人员所熟知，故不在此赘述。

在执行回刻工艺过程中，由于氧化硅层的刻蚀以及刻蚀反应气体(例如为CF₄、CHF₃或O₂，)的作用，会产生出附着于反应室内壁的副产物(第一副产物)，所述第一副产物的组成成分主要包括碳、氧、硅和氟。实验证明包括上述各组成成分的第一副产物具有较弱的黏附性，很容易会从反应室的内壁上脱落下来。更甚地，随着执行回刻工艺的晶片批次越来越多，在处理腔室内壁上的副产物也会积聚得越来越多，所述积聚的副产物由于自身重量存在更大的可能会自所述内壁脱落下来，形成颗粒，并掉落至下面的晶片表面上，污损晶片。

另外，如上所述，随着执行回刻工艺的晶片批次越来越多，在处理腔室内壁上的副产物也会积聚得越来越多，其脱落下来的几率就会陡增。因此，在本实施例中，需要同时控制好连续执行回刻工艺的晶片的批次数量，若过多，会造成前面批次中已执行回刻工艺的晶片所产生的第一副产物会在后面批次的晶片在执行回刻工艺时发生脱落等问题，影响所述后面批次晶片的正常执行并造成其污损；若过少，则会产生频繁更换工艺，降低工作效率。通过大量的实验证明，在本实施例中，连续执行回刻工艺的晶片的批次数量设定为三批次。当然，所述批次数量并不是一成不变的，其也可以根据实际应用情况，例如工艺条件或设备条件等，而作不同的变化。

接着，执行步骤S12，执行至少一批次晶片的接触孔的刻蚀工艺。

如图3所示，步骤S12可具体包括：步骤S120，提供至少一批次晶片，在所述晶片表面形成有光刻胶图形；步骤S122，将所述批次晶片置于所述刻蚀装置的反应室内执行刻蚀工艺，制作出接触孔，在所述刻蚀工艺过程中，产生能作用于所述第一副产物的第二副产物。

在本实施例中，步骤S12中执行刻蚀工艺所述晶片与步骤S10中执行回刻工艺所述晶片既可以是同种产品的不同批次，也可以是不同种产品；在为同一种产品时，还可以是处于不连续的不同工艺阶段。

所述晶片表面形成光刻胶图形的方法包括：通过例如旋转涂布等方式在所述晶片表面形成光刻胶；在涂布光刻胶后，通过曝光将接触孔掩膜图形从掩膜版上转移到光刻胶上，并利用显影液将相应部位的光刻胶去除以形成与接触孔掩膜图形一致的光刻胶图形。由于所述形成光刻胶图形的工艺为本技术领域的技术人员所熟知，故不在此赘述。

在执行回刻工艺过程中，由于氧化硅层的刻蚀以及刻蚀反应气体(例如为CF₄、CHF₃或O₂)的作用，会产生出附着于反应室内壁的副产物(第二副产物)，所述第二副产物的组成成分主要包括碳、氢和氟。实验证明包括碳、氢和氟的第二副产物与包括碳、氧、硅和氟的第一副产物相互作用后，至少能增强第一副产物的黏附性。

另外，如上所述，也需要同时控制好连续执行刻蚀工艺的晶片的批次数量，通过大量的实验证明，在本实施例中，连续执行回刻工艺的晶片的批次数量设定为一批次。当然，所述批次数量并不是一成不变的，其也可以根据实际应用情况，例如工艺条件，而作不同的变化。

步骤S14，交替执行步骤S10和步骤S12，得以完成所有晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺和接触孔的刻蚀工艺。

通过交替执行晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺和接触孔的刻蚀工艺，能够增强旋涂氧化硅层的回刻工艺中产生的副产物的黏附性，降低晶片因出现SOG残留而损伤甚至报废的几率。对所述刻蚀装置在采用交替执行晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺和接触孔的刻蚀工艺的新技术后观察其产品报废数，结果可见表1。

需特别说明的，在本实施例中，本发明的发明人通过实验，将每一次交替执行晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺和接触孔的刻蚀工艺设定为执行三批次的回刻工艺和执行一批次的刻蚀工艺。但并不以此为限，例如本发明的发明人发现，所述接触孔的刻蚀工艺也可以连续执行。也就是说，在后续没有需要执行旋涂氧化硅层的回刻工艺的晶片时，仍可以连续地执行多批次晶片的接触孔的刻蚀工艺，同样能取得较好的效果。同时，也提高了所述刻蚀装置的利用率，增加产能。

比较例：

提供多批次晶片，所述每一批次的晶片表面都形成有SOG层。

将所述多批次晶片依序置入刻蚀装置的反应室中进行回刻工艺以刻蚀掉部分的SOG层。特别地，在所述刻蚀装置的反应室内仅进行SOG回刻工艺。由于，所述SOG回刻工艺中产生的副产物黏附性较弱，随着进行SOG回刻工艺的晶片批次越来越多，在处理腔室内壁上的副产物积聚得越来越多，所述积聚的副产物极易自所述内壁脱落下来，形成颗粒，并掉落至下面的晶片表面上，污损晶片，导致晶片的报废。对所述刻蚀装置在单独采用晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺后观察其产品报废数，结果可见表1。

表1

	本实施例	比较例
			晶片处理总数	153838	12543
晶片报废数	0	42

由表1可知：本实施例中晶片的报废数量显著少于比较例中晶片的报废数量，取得了意料不到的改善效果。

综上所述，本发明通过在执行晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺过程中，穿插执行接触孔的刻蚀工艺，通过刻蚀工艺所产生的副产物与回刻工艺所产生的副产物的相互作用，能够增强所述旋涂氧化硅层的回刻工艺中产生的副产物的黏附性，降低其脱落至晶片的几率，提高晶片的性能及其生产效率。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种反应室内副产物的处理方法，其特征在于，包括：

步骤1：执行多批次晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺；

步骤2：在同一反应室内，执行至少一批次晶片的接触孔的刻蚀工艺；

交替执行所述步骤1和步骤2以增强旋涂氧化硅层的回刻工艺中产生的副产物的黏附性。

2.如权利要求1所述的反应室内副产物的处理方法，其特征在于，执行旋涂氧化硅层的回刻工艺的晶片和接触孔的刻蚀工艺的晶片的批次或产品不同。

3.如权利要求2所述的反应室内副产物的处理方法，其特征在于，所述交替执行晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺和晶片的接触孔的刻蚀工艺包括：

将多批次的晶片依序置于刻蚀装置的反应室内执行回刻工艺，平坦化旋涂氧化硅层；在所述回刻工艺过程中，产生有附着于所述反应室内壁的第一副产物；

将至少一批次晶片置于所述刻蚀装置的反应室内执行刻蚀工艺，制作出接触孔；在所述刻蚀工艺过程中，产生第二副产物，所述第二副产物与第一副产物结合，增强二者的黏附性。

4.如权利要求3所述的反应室内副产物的处理方法，其特征在于，在所述交替执行晶片的旋涂氧化硅层的回刻工艺和接触孔的刻蚀工艺中，对三批次晶片执行旋涂氧化硅层的回刻工艺，对一批次的晶片执行接触孔的刻蚀工艺。

5.如权利要求3所述的反应室内副产物的处理方法，其特征在于，所述第一副产物包括碳、氧、硅和氟，而第二副产物包括碳、氢和氟。

6.如权利要求3所述的反应室内副产物的处理方法，其特征在于，所述接触孔的刻蚀工艺在完成所有旋涂氧化硅层的回刻工艺后连续执行。

7.如权利要求1所述的反应室内副产物的处理方法，其特征在于，所述旋涂氧化硅层的形成方法包括：

旋涂芯片，将液态溶液均匀地涂布在芯片表面，所述液态溶液包括聚硅氮烷和溶剂；

加热处理，蒸发掉所述液态溶液中的溶剂，固化形成氧化硅层。

Images