CN103107080A - 一种解决深沟槽刻蚀工艺中圆片表面糊胶的刻蚀方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种解决深沟槽刻蚀工艺中圆片表面糊胶的刻蚀方法，包括如下步骤：a.利用静电吸盘对圆片进行静电吸附，并稳定工艺所需要的气氛；b.进行圆片主工艺子步骤，所述主工艺子步骤的时间小于圆片主工艺要求的时间；c.解除所述静电吸盘对所述圆片的静电吸附，并进行静电释放；d.判断之前进行的所有的所述主工艺子步骤的累积时间是否达到要求，如果判断结果为“是”，则进行步骤e，如果判断结果为“否”，则再次进行步骤a；e.圆片制造结束，进行圆片的传输。该刻蚀方法避免圆片持续与静电吸盘接触，减少了圆片表面静电积聚，从而解决了DSIE工艺中圆片表面糊胶和位置碎片的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体制造工艺领域，尤其涉及一种解决深沟槽刻蚀（DSIE）工艺中圆片表面糊胶的刻蚀方法。
背景技术
在半导体制造工艺中，通常在圆片上刻蚀形成沟槽。在一些特殊的应用领域中，例如集成电路所使用的半导体器件，需要刻蚀较深的沟槽。深沟槽刻蚀（DSIE）工艺是一种用来蚀刻深沟槽的刻蚀方法。该工艺主要使用薄片作为衬底片、以光刻胶（PR）作为掩蔽层，通过该刻蚀工艺在薄片上实现图形的转移,实现某些特殊的功能。
参见附图1，在现有技术中，主要通过如下的步骤完成深沟槽刻蚀工艺。在100开始深沟槽刻蚀工艺，首先进行步骤110，在圆片工艺前，利用静电吸盘（E-CHUCK）对圆片进行静电吸附，并稳定工艺所需要的气氛。然后进行到步骤120，圆片主工艺刻蚀步骤，在该步骤中主要利用等离子态的刻蚀气体对已经制备好掩膜的圆片进行刻蚀。圆片主工艺刻蚀步骤是DSIE的主要刻蚀步骤，由于在圆片中刻蚀沟槽的深度比较深（深度可达几百μm），该步骤持续时间比较长（通常刻蚀深度在400μm左右，刻蚀时间根据不同的菜单速率设置略有差异）。完成步骤120后，进行到步骤130，即圆片主工艺刻蚀步骤结束，解除静电吸盘对圆片的静电吸附，并进行静电释放。最后到达步骤140，圆片刻蚀结束，对圆片进行传输。
对于现有的DSIE工艺，由于DSIE工艺时间长、刻蚀深度深（深度可达几百μm），并且存在着PR厚度限制，在进行完深沟槽刻蚀后，在圆片表面常常出现糊胶的现象，甚至在圆片出现局部光刻胶被刻蚀干净的现象。上述的两个现象导致工艺后圆片图形不完整，尺寸出现很大的偏差和不规则、工艺后圆片表面光刻胶难以去除的问题。同时由于光刻胶保护不足，严重限制了DSIE刻蚀深度继续增加满足更多工艺需求的目的。因此，DSIE工艺后圆片表面糊胶的问题成为某些产品研发的工艺瓶颈。
为了解决在DSIE中使用光刻胶而导致的圆片表面糊胶，工艺后圆片图形不完整、圆片表面光刻胶难以去除的问题。现有技术中提出了改用SiO2或者SiN作为刻蚀掩蔽层取代光刻胶，以试图规避由于使用光刻胶作为掩膜层而导致的各种问题。但使用SiO2或者SiN作为刻蚀掩蔽层实际上并没有真正意义上的解决用光刻胶作为掩蔽层导致的工艺中圆片表面糊胶的问题，并且还带来了新的问题。
采用SiO2或者SiN作为掩蔽层，在DSIE工艺后SiO2和SiN无法去除干净，同时在圆片表面会出现碎片的情况，这也进一步限制了更加广泛的应用DSIE工艺的需求。
因此，如何能较好的解决DSIE工艺中圆片表面糊胶问题从而能较好适应更加广泛的DSIE工艺成为现有技术急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决DSIE工艺中圆片表面糊胶问题以满足广泛使用DSIE工艺的需要，因此本发明提出了一种解决DSIE工艺中圆片表面糊胶问题的刻蚀方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种解决深沟槽刻蚀工艺中圆片表面糊胶的刻蚀方法，其特征在于，包括如下步骤：a.利用静电吸盘对圆片进行静电吸附，并稳定工艺所需要的气氛；b.进行圆片主工艺子步骤，所述主工艺子步骤的时间小于圆片主工艺要求的时间；c.解除所述静电吸盘对所述圆片的静电吸附，并进行静电释放；d.判断之前进行的所有的所述主工艺子步骤的累积时间是否达到预期设定，如果判断结果为“是”，则进行步骤e，如果判断结果为“否”，则再次进行步骤a，从而顺次再进行一次主工艺子步骤；e.圆片制造结束，进行圆片的传输。
优选地，在所述判断结果为“是”，进行步骤e之前，还有步骤f:将所述圆片与地极接触，进行静电的完全释放。
优选地，在步骤d中的所述预期设定为圆片主工艺要求的时间。
优选地，所述主工艺子步骤的时间小于等于30分钟。
优选地，所述静电释放的时间为1-2分钟。
优选地，在所述主工艺子步骤的过程中，利用氦气流对所述圆片进行冷却。所述氦气流是对所述圆片的背部进行冷却。更优选地，所述氦气流的气流强度为1.5mbar。
所述主工艺为相同的工艺或者不同的工艺的组合。优选地，所述主工艺为刻蚀。
本发明采用了分步刻蚀的原则，并增加了静电释放步骤。避免圆片持续与静电吸盘接触，长时间接受等离子体轰击而使圆片表面温度变高，产生圆片表面糊胶，甚至PR被刻蚀干净的现象；同时不断的静电释放减少了圆片长时间工艺产生的表面静电积聚的数量保证圆片工艺结束后静电释放不净而偏离静电吸盘位置碎片。
附图说明
图1是现有技术中常规的深沟槽刻蚀（DSIE）刻蚀工艺的流程图；
图2是根据本发明的实施例1的一种解决圆片表面糊胶的刻蚀方法的流程图；
图3是根据本发明的实施例2的一种解决圆片表面糊胶的刻蚀方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例1
附图2示出了本发明的第一实施例的解决圆片表面糊胶的刻蚀方法的流程图。实施例1中，将常规的单一的圆片主工艺刻蚀步骤分成若干个主工艺刻蚀子步骤，子步骤的时间小于原先的单一的主工艺刻蚀步骤，优选为远远小于原先的单一的主工艺刻蚀步骤，在每一个主工艺刻蚀子步骤结束后，对圆片进行静电释放（DECHUCK）步骤，然后再次利用静电吸盘吸附圆片，并重新稳定工艺气氛，以便进行下一步主刻蚀子步骤，下一步刻蚀子步骤结束后，再次对圆片进行静电释放，如此循环，直到之前进行的所有主工艺刻蚀子步骤的累积时间达到预期设定。
具体而言，实施例1包括如下步骤：首先是步骤200，开始流程。其次进行圆片前的准备工作，即步骤210，在该步骤中，利用静电吸盘（E-CHUCK）对圆片进行静电吸附，并稳定工艺所需要的气氛。然后进行到步骤220，圆片主工艺刻蚀子步骤，在步骤220中主要利用等离子态的刻蚀气体对已经制备好掩膜的圆片进行刻蚀。与现有技术不同的是，步骤220的持续时间小于原先的单一的主工艺刻蚀步骤，优选为远远小于原先的单一的主工艺刻蚀步骤。在主工艺子步骤220结束后，进行到步骤230，在该步骤中，解除静电吸盘对圆片的静电吸附，并进行静电释放。接下来进行到步骤240，判断之前进行的所有主工艺刻蚀子步骤的累积时间是否达到预期设定，具体来说，是否达到主工艺刻蚀所要求的累积时间，如果判断的结果为“是”，则进行到步骤250，圆片制造结束，进行圆片的传输；如果判断的结果为“否”，则说明主工艺刻蚀子步骤的累积时间没有达到主工艺刻蚀的要求，步骤重新回到步骤210，圆片重新被静电吸盘吸附（RECHUCK），并稳定主工艺所需要的气氛；然后进行圆片主工艺刻蚀子步骤，在步骤220中主要利用等离子态的刻蚀气体对已经制备好掩膜的圆片进行刻蚀。在主工艺子步骤220结束后，进行到步骤230，解除静电吸盘对圆片的静电吸附，并进行静电释放。接下来进行到步骤240，再一次判断之前进行的所有主工艺刻蚀子步骤的累积时间是否达到主工艺刻蚀所要求的累积时间，以此循环，直到所有主工艺刻蚀子步骤的累积时间达到主工艺刻蚀所要求的时间，则进行到步骤250，圆片制造结束，进行圆片的传输。
从实施例1中可见，整个工艺过程不同于常规的单步刻蚀，而是采用分步刻蚀原则，将单一的刻蚀改成若干步循环的刻蚀子步骤，在每一小步刻蚀工艺结束后增加静电释放步骤，避免圆片持续与静电吸盘（E-CHUCK）接触，长时间接受等离子（plasma）轰击而使圆片表面温度变高，光刻胶（PR）损失速率增大，产生圆片表面糊胶，甚至PR被刻蚀干净的现象。
此外，该方法可以减少圆片长时间工艺产生的表面静电积聚的数量保证圆片工艺结束后静电释放不净而偏离静电吸盘位置碎片。
实施例2
附图3示出了本发明的第二实施例的解决圆片表面糊胶的刻蚀方法的流程图。实施例2与实施例1基本相同，将常规的单一的圆片主工艺刻蚀步骤分成若干个主工艺刻蚀子步骤，子步骤的时间远远小于原先的单一的主工艺刻蚀步骤，在每一个主工艺刻蚀子步骤结束后，对圆片进行静电释放（DECHUCK）步骤，然后再次利用静电吸盘吸附圆片，并重新稳定工艺气氛，以便进行下一步主刻蚀子步骤，下一步刻蚀子步骤结束后，再次对圆片进行静电释放，如此循环，直到之前进行的所有主工艺刻蚀子步骤的累积时间达到预期设定。所不同的是，当判断所有主工艺刻蚀子步骤的累积时间达到预期设定后，圆片不是直接传输送走，而是在圆片传输前增加一个步骤，在该步骤中，让圆片与地极接触，使得圆片中的静电完全的释放，再将圆片传输传出主工艺腔体。
实施例2中与实施例1相同的步骤，采用了相同的附图标记，不同的是数目增加了100。具体而言，实施例2包括如下步骤：首先是步骤300，开始流程。其次进行圆片前的准备工作，即步骤310，在该步骤中，利用静电吸盘对圆片进行静电吸附，并稳定工艺所需要的气氛。然后进行到步骤320，圆片主工艺刻蚀子步骤，在步骤320中主要利用等离子态的刻蚀气体对已经制备好掩膜的圆片进行刻蚀。与现有技术不同的是，步骤320的持续时间小于原先的单一的主工艺刻蚀步骤，优选为远远小于原先的单一的主工艺刻蚀步骤。在主工艺子步骤320结束后，进行到步骤330，在该步骤中，解除静电吸盘对圆片的静电吸附，并进行静电释放。接下来进行到步骤340，判断之前进行的所有主工艺刻蚀子步骤的累积时间预期设定，具体来说，是否达到主工艺刻蚀所要求的时间，如果判断的结果为“是”，则进行到步骤350，使得圆片与地极接触，进行静电的完全释放；如果判断的结果为“否”，则说明主工艺刻蚀子步骤的累积时间没有达到主工艺刻蚀的要求，步骤重新回到步骤310，圆片重新被静电吸盘吸附（RECHUCK），并稳定主工艺所需要的气氛；然后进行圆片主工艺刻蚀子步骤，如此循环，直到所有主工艺刻蚀子步骤的累积时间达到主工艺刻蚀所要求的累积时间，则进行到步骤350，使得圆片与地极接触，进行静电的完全释放。最后进行步骤360，在该步骤中圆片制造结束，进行圆片的传输。
在该实施例中，整个工艺过程采用分步刻蚀原则，将单一的刻蚀改成若干步循环的刻蚀子步骤，在每一小步刻蚀工艺结束后增加静电释放步骤，避免圆片持续与静电吸盘接触，长时间接受等离子轰击而使圆片表面温度变高，光刻胶损失速率增大，产生圆片表面糊胶，甚至PR被刻蚀干净的现象。
同时，该方法还可以减少圆片长时间工艺产生的表面静电积聚的数量，此外该实施例在最后的刻蚀工艺结束后除了常规的静电释放外，还增加了圆片与地极的接触，相比与实施例1，静电释放更加完全彻底，使得圆片工艺结束后位置碎片更少。
实施例3
实施例3是对实施例1、2的进一步的改进。从实施例1、2的描述可知，只要采用了该方法，将主工艺刻蚀步骤改成若干步小的主工艺刻蚀子步骤，使得主工艺刻蚀子步骤的时间小于原先的主工艺步骤的时间，就能够改进糊胶问题和静电聚积造成的吸盘位置碎片的问题。
虽然将主工艺刻蚀步骤改成若干步小的主艺刻蚀子步骤能够改进糊胶问题和静电聚积造成的吸盘位置碎片的问题。但由于沟槽的深度较深，刻蚀子步骤的持续时间也可能比较长，从而造成即使采用了该方法，由于沟槽过深，还可能存在轻微的糊胶问题和吸盘位置碎片的问题。因此，主工艺刻蚀子步骤的时间不应过长，应当尽量的小，以解决上述问题。优选地，每一个主工艺刻蚀子步骤的时间应当小于等于30分钟，以实现较优的效果。
实施例4
从实施例1、2的描述可知，根据本发明的原理，静电释放步骤有两个作用，一个作用是避免了圆片与静电吸盘的持续接触，长时间接受等离子轰击而导致的圆片表面温度升高，进而产生的圆片糊胶问题。第二个作用是对圆片长时间工艺中累积的表明静电进行释放，以减弱静电吸盘的碎片。
因此，静电释放的时间将与圆片表面温度的降低，以及静电释放的程度有关。过短的静电释放时间不利于圆片表面温度降低，和静电释放；过长的静电释放时间使得在圆片表面温度有效降低后，静电有效释放后，工艺流程时间无谓的浪费，从而导致整个工艺流程时间过长，降低了生产效率。
因此，静电释放的时间优选为1-2分钟之间。
实施例5
本实施例是对上述实施例的进一步改进，虽然采用了循环的刻蚀子步骤的方法来降低圆片的温度，但在主刻蚀工艺的过程中，仍然可能出现圆片温度过高的问题。如果仅仅依靠增加刻蚀子步骤，以及静电释放来降低圆片温度，比如导致整个工艺时间增加，甚至过长，降低整体生产效率。
因此，可以优选在整个主工艺过程中采用氦气流（He Flow）对圆片进行冷却，保持圆片整体良好的冷却效果。即，在每个工工艺刻蚀子步骤中采用氦气流对圆片进行冷却。
优选地，氦气流对圆片背面进行冷却，这样不至于影响整个主工艺刻蚀过程，可使得刻蚀不受任何的影响。
优选地，应当设定氦气流一定的气压强度。氦气流气压强度过低将起不到冷却的效果，氦气流气压强度过高将可能冲击圆片，影响刻蚀工艺中的圆片的稳定性。因此，氦气流的气压强度为优选为1.5mbar（毫巴）。
应当知道，上述的各个实施例之间并不是相互排斥的，本领域技术人员完全可以结合不同的实施例以获得最优的效果。还应当知道，虽然在本发明的实施例中，采用了刻蚀说明了主工艺步骤，但这只是一种例举而非限定，该主工艺步骤可以是相同的工艺步骤，也可以是不同工艺步骤的组合，只要是在深沟槽刻蚀工艺任何长时间工作而导致晶片制造效果不佳的工艺，均可以是主工艺步骤。
因此，本发明采用了分步刻蚀的原则，并增加了静电释放步骤。避免圆片持续与静电吸盘接触，长时间接受等离子体轰击而使圆片表面温度变高，产生圆片表面糊胶，甚至PR被刻蚀干净的现象；同时不断的静电释放减少了圆片长时间工艺产生的表面静电积聚的数量保证圆片工艺结束后静电释放不净而偏离静电吸盘位置碎片。
此外，选择适当的分步刻蚀时间和静电释放时间将进一步的优化本发明的避免糊胶和减少碎片的效果。
同时，在整个刻蚀过程中利用在圆片背面的1.5mbar的氦气流持续对圆片进行冷却在减少圆片表面温度的同时，缩短了整体工艺持续时间。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种解决深沟槽刻蚀工艺中圆片表面糊胶的刻蚀方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.利用静电吸盘对圆片进行静电吸附，并稳定工艺所需要的气氛；
b.进行圆片主工艺子步骤，所述主工艺子步骤的时间小于圆片主工艺要求的时间；
c.解除所述静电吸盘对所述圆片的静电吸附，并进行静电释放；
d.判断之前进行的所有的所述主工艺子步骤的累积时间是否达到预期设定，如果判断结果为“是”，则进行步骤e，如果判断结果为“否”，则再次进行步骤a，从而顺次再进行一次主工艺子步骤；
e.圆片制造结束，进行圆片的传输。
2.根据权利要求1所述的刻蚀方法，其特征在于：
在所述判断结果为“是”，进行步骤e之前，还有步骤f:
f.将所述圆片与地极接触，进行静电的完全释放。
3.根据权利要求1或2所述的刻蚀方法，其特征在于：
在步骤d中的所述预期设定为圆片主工艺要求的时间。
4.根据权利要求3所述的刻蚀方法，其特征在于：
所述主工艺子步骤的时间小于等于30分钟。
5.根据权利要求3所述的刻蚀方法，其特征在于：
所述静电释放的时间为1-2分钟。
6.根据权利要求3所述的刻蚀方法，其特征在于：
在所述主工艺子步骤的过程中，利用氦气流对所述圆片进行冷却。
7.根据权利要求6所述的刻蚀方法，其特征在于：
所述氦气流是对所述圆片的背部进行冷却。
8.根据权利要求7所述的刻蚀方法，其特征在于：
所述氦气流的气流强度为1.5mbar。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的刻蚀方法，其特征在于：
所述主工艺为相同的工艺或者不同的工艺的组合。
10.根据权利要求9所述的刻蚀方法，其特征在于：
所述主工艺为刻蚀。
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