CN103311098B - 一种改善晶圆背面色差的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的改善晶圆背面色差的方法，包括：将晶圆置于刻蚀腔内的下电极上，对晶圆表面进行光刻工艺；多晶硅膜上且对应于所述下电极孔隙处被氧化而形成氧化层；采用氢氟酸溶液湿法腐蚀去除氧化层；采用清洗液对晶圆背面进行清洗。本发明的方法，通过在对晶圆背面进行清洗之前，增加采用氢氟酸溶液去除晶圆背面氧化层的步骤，利用稀释的氢氟酸溶液对氧化层具有腐蚀性而对多晶硅膜不具腐蚀性的特点，能够将晶圆背面的氧化层去除，然后再利用清洗液对晶圆背面进行清洗，从而得到较为平整的晶圆背面表面，消除了晶圆背面的台阶形貌，改善了晶圆背面的色差问题，使晶圆背面色泽均匀。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种改善晶圆背面色差的方法。
背景技术
在半导体制造过程中，光刻工艺是重要的干法刻蚀工艺之一。在光刻工艺过程中，晶圆放置于刻蚀腔内，并与下电极直接接触。光刻工艺包括涂覆光刻胶、光刻和去胶等过程，由于下电极一般为网格状结构，在去胶过程中，刻蚀腔内含有大量的氧等离子体，这些氧等离子体能够从下电极的孔隙处渗入到晶圆背面，将晶圆背面的局部区域氧化，去胶清洗过程中，晶圆背面被氧化的部位不能够被清洗液腐蚀，晶圆背面的其它部位被腐蚀，从而在晶圆背面形成了大量的台阶形貌，造成晶圆背面的色差，进一步影响产品的外观。
请参阅图1，图1是晶圆背面膜结构示意图，晶圆背面膜结构包括：位于晶圆衬底1’背面的栅氧化层2’，位于栅氧化层2’背面的多晶硅膜3’，该多晶硅膜3’通常采用炉管生长。
请参阅图2-6，图2是下电极结构示意图，图3是晶圆背面产生色差的过程的流程示意图，图4-6是晶圆背面产生色差的过程各步骤所对应的截面结构示意图，晶圆背面产生色差的过程包括：
步骤S01：请参阅图4，将晶圆置于刻蚀腔内的下电极4’上，对晶圆表面进行光刻工艺；其中，晶圆背面膜结构包括：位于晶圆衬底1’背面的栅氧化层2’，位于栅氧化层2’背面的多晶硅膜3’。请参阅图2，下电极4’为网格状结构，这导致多晶硅膜3’上有一部分被下电极4’遮挡住，另一部分没有被遮挡住。
步骤S02：请参阅图5，多晶硅膜3’上且对应于下电极4’孔隙处被氧化而形成氧化层3’1；这是由于氧等离子体从下电极4’的孔隙处进入晶圆背面的多晶硅膜3’中，将对应于下电极4’空隙处的多晶硅膜3’氧化形成的。
步骤S03：请参阅图6，对晶圆背面进行清洗，多晶硅膜3’未被氧化的部位被腐蚀，而被氧化的部位未被腐蚀，从而在多晶硅膜3’表面形成台阶形貌。这里，在多晶硅膜3’表面就包含有下电极4’的网格图案。
上述过程中，由于清洗液对多晶硅膜的腐蚀速率远大于对氧化层的腐蚀速率，因而在晶圆背面膜上形成台阶形貌，造成晶圆背面的色差，需要改进清洗工艺，从而改善晶圆背面产生的色差问题。
发明内容
为了克服上述问题，本发明旨在提出改善晶圆背面色差的方法，从而使晶圆背面具有较高的平整度，并且色泽均匀。
本发明提供一种改善晶圆背面色差的方法，所述的晶圆背面的膜结构包括位于晶圆衬底背面的栅氧化层，位于栅氧化层背面的多晶硅膜，本发明的改善晶圆背面色差的方法包括：
步骤S01：将晶圆置于刻蚀腔内的下电极上，对晶圆表面进行光刻工艺；
步骤S02：多晶硅膜上且对应于下电极孔隙处被氧化而形成氧化层；
步骤S03：采用氢氟酸溶液湿法腐蚀去除所述氧化层；
步骤S04：采用清洗液对晶圆背面进行清洗。
优选地，所述步骤03中，所述的氢氟酸溶液中氢氟酸与水的比例为1:120-1:80。
优选地，所述步骤03中，所述的氢氟酸溶液中氢氟酸与水的比例为1:100。
优选地，所述步骤03中，所述的氢氟酸溶液腐蚀所述氧化层的速率为500-900A/min。
优选地，所述步骤S03中所述氢氟酸溶液腐蚀所述氧化层的速率为步骤S04中清洗液腐蚀所述氧化层的速率的15-17倍。
优选地，所述步骤04中，所述清洗液为硝酸和氢氟酸的混合溶液。
优选地，所述步骤04中，所述硝酸和氢氟酸的比例为50:1。
优选地，所述步骤04中，所述清洗液腐蚀所述多晶硅膜的速率为500A/S，腐蚀所述氧化层的速率为50A/min。
优选地，所述氧化层的材料为氧化硅。
优选地，所述氧化层的厚度为10-100A。
本发明的改善晶圆背面色差的方法，通过在对晶圆背面进行清洗之前，增加采用氢氟酸溶液去除晶圆背面氧化层的步骤，利用稀释的氢氟酸溶液对氧化层具有腐蚀性而对多晶硅膜不具腐蚀性的特点，能够将晶圆背面的氧化层去除，然后再利用清洗液对晶圆背面进行清洗，由于没有氧化层的阻碍，所以清洗液能够将晶圆背面的多晶硅膜同步腐蚀，从而得到较为平整的晶圆背面表面，消除了晶圆背面的台阶形貌，改善了晶圆背面的色差问题，使晶圆背面色泽均匀。
附图说明
图1是晶圆背面膜结构示意图
图2是下电极结构示意图
图3是晶圆背面产生色差的过程的流程示意图
图4-6是晶圆背面产生色差的过程各步骤所对应的截面结构示意图
图7是本发明的一个较佳实施例的改善晶圆背面色差的方法的工艺流程图
图8-11是本发明的上述较佳实施例的改善晶圆背面色差的方法的各制备步骤所对应的截面结构示意图
具体实施方式
体现本发明特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上当做说明之用，而非用以限制本发明。
本发明的改善晶圆背面色差的方法可以应用于95nmd技术节点，也可以应用于65/55nm的技术节点；可以应用的技术平台可以是逻辑存储器、闪存半导体器件、记忆器件等，本发明对此不作任何限制。
以下结合附图7-11，通过具体实施例对本发明的改善晶圆背面色差的方法作进一步详细说明，其中，图7是本发明的一个较佳实施例的改善晶圆背面色差的方法的工艺流程图；图8-11是本发明的上述较佳实施例的改善晶圆背面色差的方法的各制备步骤所对应的截面结构示意图。
需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、明晰地达到辅助说明本发明实施例的目的。
请参阅图7，本发明的本实施例的改善晶圆背面色差的方法包括：
步骤S01：请参阅图8，将晶圆置于刻蚀腔内的下电极上，对晶圆表面进行光刻工艺；本发明中采用的晶圆背面膜结构包括位于晶圆衬底1背面的栅氧化层2，位于栅氧化层2背面的多晶硅膜3，该多晶硅膜3通常采用炉管生长。晶圆衬底1通常为硅衬底，可以是N型硅衬底或P型硅衬底，也可以是带有源、漏区等和用于晶体管的硅衬底，本发明对此不作任何限制。栅氧化层2的材料可以但不限于为氧化硅。
这里，刻蚀腔可以但不限于为等离子体刻蚀腔，可以但不限于采用等离子体刻蚀工艺进行光刻过程；该光刻过程可以但不限于是以氮化钛为硬掩膜且以光刻胶为掩膜进行等离子体干法刻蚀。
步骤S02：请参阅图9，多晶硅膜3上且对应于下电极4孔隙处被氧化而形成氧化层31；本实施例中，下电极4为网格状结构，由于下电极4和晶圆背面直接接触，在去胶过程中，大量的氧等离子体可以穿过下电极4的网格状结构的孔隙和晶圆背面的多晶硅膜3接触，将孔隙对应的多晶硅膜3氧化，该处则形成氧化层31，本实施例中，氧化层31的材料可以是氧化硅，氧化层31的厚度可以为10-100A。
步骤S03：请参阅图10，采用氢氟酸溶液湿法腐蚀去除氧化层31；具体的，本实施例中，由于氧化层31的存在，使得后续的清洗过程中清洗液对氧化层31和多晶硅膜3的腐蚀速率相差较大，从而导致多晶硅膜3上形成台阶形貌，所以，采用氢氟酸溶液先将氧化层31去除；氢氟酸溶液不能腐蚀多晶硅膜3，只将氧化层31腐蚀去除。
这里，考虑到工艺效率和节约时间，本实施例中，氢氟酸溶液腐蚀氧化层31的速率可以为后续的步骤S04中清洗液腐蚀氧化层31的速率的15-17倍，这不用于限制本发明的范围；氢氟酸溶液中氢氟酸与水的比例可以为1:120-1:80，较佳的，氢氟酸溶液中氢氟酸与水的比例为1:100；氢氟酸溶液腐蚀氧化层的速率可以为500-900A/min，本实施例中，氢氟酸溶液腐蚀氧化层的速率为800A/min。
需要说明的是，由于氧化层31的厚度相对于多晶硅膜3的厚度很薄，比如，氧化层31的厚度为10-100A，而多晶硅膜3的厚度通常为1000A以上，所以在去除氧化层31后，多晶硅膜3中留下的痕迹所形成的凹槽可以忽略，多晶硅膜3的表面基本接近平整。
步骤S04：请参阅图11，采用清洗液对晶圆背面进行清洗；具体的，本实施例中，将氧化层31去除后，采用清洗液进行清洗，清洗液可以是硝酸和氢氟酸的混合溶液，硝酸和氢氟酸的比例可以但不限于为50:1；
在实际光刻工艺中，会有各类金属离子比如铜金属离子等进入晶圆背面，通常采用硝酸和氢氟酸的混合溶液清除这些金属离子，硝酸对多晶硅膜具有很大的腐蚀速率，而氢氟酸可以去除多晶硅膜中的氧化层，但是，由于实际清洗工艺中，硝酸对多晶硅膜的腐蚀速率远大于氢氟酸对氧化层31的腐蚀速率，如果不能够先将氧化层31去除，则由于清洗液对多晶硅膜的腐蚀速率远远大于腐蚀氧化31层的速率，就造成了多晶硅膜3上未被氧化的部位被腐蚀的快，而氧化层31被腐蚀的慢，氧化层31起到了阻碍腐蚀的作用，从而形成了台阶形貌。本发明的本实施例中，将氧化层31去除之后再进行清洗，这样可以确保清洗液在整个多晶硅膜3表面各处的腐蚀速率相同或相近，从而在清洗之后，得到平整的多晶硅膜3表面，也即是达到了使晶圆背面平整的目的。
需要说明的是，在实际光刻工艺中，对晶圆背面清洗后，多晶硅膜3变薄，也可以将多晶硅膜3去除，也可以将栅氧化层2去除，只要能够确保晶圆背面平整和不产生色差问题即可，本发明对此不作限制。
本实施例中，采用硝酸和氢氟酸的比例为50:1，则清洗液腐蚀多晶硅膜3的速率为500A/S，腐蚀氧化层31的速率为50A/min，这不用于限制本发明的范围。
本发明的改善晶圆背面色差的方法，通过在对晶圆背面进行清洗之前，增加采用氢氟酸溶液去除晶圆背面氧化层的步骤，利用稀释的氢氟酸溶液对氧化层具有腐蚀性而对多晶硅膜不具腐蚀性的特点，能够将晶圆背面的氧化层去除，然后再利用清洗液对晶圆背面进行清洗，由于没有氧化层的阻碍，所以清洗液能够将晶圆背面的多晶硅膜同步腐蚀，从而得到较为平整的晶圆背面表面，消除了晶圆背面的台阶形貌，改善了晶圆背面的色差问题，使晶圆背面色泽均匀。
以上所述的仅为本发明的实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种改善晶圆背面色差的方法，所述的晶圆背面的膜结构包括位于晶圆衬底背面的栅氧化层，位于所述栅氧化层背面的多晶硅膜，其特征在于，所述改善晶圆背面色差的方法包括：
步骤S01：将晶圆置于刻蚀腔内的下电极上，对所述晶圆表面进行光刻工艺；
步骤S02：所述多晶硅膜上且对应于所述下电极孔隙处被氧化而形成氧化层；
步骤S03：采用氢氟酸溶液湿法腐蚀去除所述多晶硅膜上的所述氧化层；所述氢氟酸溶液不腐蚀所述多晶硅膜，只将所述氧化层腐蚀去除；所述的氢氟酸溶液中氢氟酸与水的比例为大于1:100且不大于1:80；
步骤S04：采用清洗液对所述晶圆背面进行清洗。
2.根据权利要求1所述的改善晶圆背面色差的方法，其特征在于，所述步骤S03中，所述的氢氟酸溶液腐蚀所述氧化层的速率为
3.根据权利要求1或2所述的改善晶圆背面色差的方法，其特征在于，所述步骤S03中所述氢氟酸溶液腐蚀所述氧化层的速率为步骤S04中清洗液腐蚀所述氧化层的速率的15-17倍。
4.根据权利要求1所述的改善晶圆背面色差的方法，其特征在于，所述步骤S04中，所述清洗液为硝酸和氢氟酸的混合溶液。
5.根据权利要求4所述的改善晶圆背面色差的方法，其特征在于，所述步骤S04中，所述硝酸和氢氟酸的比例为50:1。
6.根据权利要求4或5所述的改善晶圆背面色差的方法，其特征在于，所述步骤S04中，所述清洗液腐蚀所述多晶硅膜的速率为腐蚀所述氧化层的速率为
7.根据权利要求1所述的改善晶圆背面色差的方法，其特征在于，所述氧化层的材料为氧化硅。
8.根据权利要求1所述的改善晶圆背面色差的方法，其特征在于，所述氧化层的厚度为
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