CN103700610A - 一种改善晶圆腐蚀均匀性装置及方法 - Google Patents

一种改善晶圆腐蚀均匀性装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善晶圆腐蚀均匀性装置及方法，包括晶圆载具，所述晶圆载具包括旋转机构及固定机构，所述晶圆载具上端承载晶圆；所述晶圆载具下端设有至少一个扇形部件，所述晶圆载具可旋转并带动晶圆或扇形部件，所述扇形部件与晶圆半径一致且与晶圆位于同心轴上，所述扇形部件表面上设有可向晶圆背面垂直喷射液体的喷射孔，所述喷射孔按照扇形部件从圆心到圆弧的方向分为不同的扇区，所述每个扇区的喷射孔独立连接供喷射液体通过的管道，所述管道上设有可控制喷射液体通过的时间或/和流量的阀。本发明结构简单、操作简易，改善了晶圆中间薄、边缘厚的现象，最终达到晶圆腐蚀均匀的效果。

Description

一种改善晶圆腐蚀均匀性装置及方法
技术领域
本发明涉及半导体器件及加工制造领域，更具体地说，涉及一种改善晶圆腐蚀均匀性装置及方法。
背景技术
众所周知，湿法腐蚀和湿法清洗在很早以前就在半导体生产上被广泛接受，湿法腐蚀工艺由于其低成本、高产出、高可靠性以及其优良的选择比等优点而被广泛使用。然而，湿法腐蚀工艺在应用的过程当中也不可避免地出现了许多问题，如晶圆表面的腐蚀均匀性差的问题。晶圆表面腐蚀不均匀会直接影响后续工艺的质量，从而导致集成电路芯片的性能变差，产品合格率下降。
现有工艺中，利用喷淋臂结构喷射化学药液至旋转的晶圆表面，会与晶圆表面物质发生化学反应从而腐蚀掉晶圆表面不需要的氧化膜或者镀层膜层，晶圆边缘线性速度远大于中心位置线速度，当化学药液从喷淋臂沿晶圆径向方向均匀垂直喷射到晶圆表面时，边缘液膜厚度明显小于中心位置，腐蚀速率较慢。在腐蚀过程中总是存在晶圆中间位置腐蚀速度快而边缘位置腐蚀速度慢的问题，如图1所示，晶圆表面很容易出现中间薄，边缘厚的凹陷结构，而腐蚀均匀性差会严重影响晶圆质量。因此，解决晶圆腐蚀均匀性差的问题成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善晶圆腐蚀均匀性装置及方法，从而解决晶圆腐蚀不均匀的问题。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种改善晶圆腐蚀均匀性装置，包括晶圆载具、所述晶圆载具上端承载晶圆，所述晶圆载具包括旋转机构及固定机构；所述晶圆载具下端设有至少一个扇形部件，所述晶圆载具可旋转并带动晶圆或扇形部件，所述扇形部件与晶圆半径一致且与晶圆位于同心轴上，所述扇形部件表面上设有可向晶圆背面垂直喷射液体的喷射孔，所述喷射孔按照扇形部件从圆心到圆弧的方向分为不同的扇区，所述每个扇区的喷射孔独立连接供喷射液体通过的管道，所述管道上设有可控制喷射液体通过的时间或/和流量的阀。
优选的，所述每个扇区的喷射孔连接两路管道，两路管道上分别设有可控制喷射液体通过的阀。
优选的，所述晶圆安装在旋转机构上，所述扇形部件安装在固定机构上。
优选的，所述扇形部件安装在旋转机构上，所述晶圆安装在固定机构上。
优选的，所述喷射孔在扇形部件表面均匀分布。
优选的，所述扇形部件水平轴中心的反方向设有条状体，所述条状体与扇形部件的圆心处连接，所述条状体上设有若干用于干燥气体通过的干燥孔。
优选的，所述条状体的长度与晶圆半径一致。
本发明还提供一种改善晶圆腐蚀均匀性的方法，包括以下步骤：
步骤一S1：提供待均匀的半导体晶圆；
步骤二S2：预设喷射液体通过每个扇区管道的时间，对晶圆背面喷射液体的时间按照扇形部件从圆心到圆弧的方向逐渐变长；或/和预设喷射液体通过每个扇区管道的流量，对晶圆背面喷射液体的流量按照扇形部件从圆心到圆弧的方向逐渐变大；
步骤三S3：打开如权利要求1～7任一所述的改善晶圆腐蚀均匀性装置中每个扇区管道上的阀；
步骤四S4：根据预设的时间或/和流量，对晶圆背面进行液体喷射，所述喷射孔喷射液体的温度按照扇形部件从圆心到圆弧的方向逐渐增高。
步骤五S5：关闭管道上的阀，完成晶圆表面腐蚀均匀。
优选的，所述步骤二S2中每个扇区包括两路管道，第一管道上的阀用于控制热喷射液，第二管道上的阀用于控制冷喷射液；其中所述热喷射液通过的流量恒定，所述冷喷射液通过的流量按照扇形部件从圆心到圆弧的方向逐渐变小。
优选的，所述步骤四S4中，还包括供干燥气体通过的干燥孔对晶圆背面进行气体干燥。
本发明提供的一种改善晶圆腐蚀均匀性装置及方法，通过阀控制喷射液体通过的时间或/和流量，从而改善晶圆中间薄、边缘厚的现象，进一步的，通过阀控制第一管道通过的冷喷射液的流量，与第二管道通过的热喷射液混合，从而使得每个扇区喷射孔喷射液体的温度不同，使得喷射液的温度按照扇形部件从圆心到圆弧的方向逐渐增高，最终达到晶圆腐蚀均匀的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有晶圆的结构示意图；
图2为本发明第一实施例改善晶圆腐蚀均匀性装置的结构示意图；
图3为本发明第三实施例改善晶圆腐蚀均匀性装置的结构示意图；
图4为本发明第一实施例改善晶圆腐蚀均匀性装置的原理图；
图5为本发明第二实施例改善晶圆腐蚀均匀性装置的原理图。
图中标号说明如下：
1、晶圆，2、扇形部件，3、喷射孔，4、管道，41、第一管道，42、第二管道，5、阀，6、条状体，7、干燥孔。
具体实施方式
下面结合图1至图5对本发明中的一种改善晶圆腐蚀均匀性装置及方法作进一步的说明：
如图1所示，现有的晶圆1表面很容易出现中间薄，边缘厚的凹陷结构，而腐蚀均匀性差会严重影响晶圆质量。
实施例一：
请参考图2及图4，本发明提供的一种改善晶圆腐蚀均匀性装置，包括晶圆载具(图中未标出)、所述晶圆载具上端承载晶圆1，所述晶圆载具包括旋转机构及固定机构；所述晶圆载具下端设有至少一个扇形部件2，所述晶圆载具可旋转并带动晶圆1或扇形部件2，所述扇形部件2与晶圆1半径一致且与晶圆1位于同心轴上，所述扇形部件2表面上设有可向晶圆1背面垂直喷射液体的喷射孔3，所述喷射孔3按照扇形部件2从圆心到圆弧的方向分为不同的扇区，所述每个扇区的喷射孔3独立连接供喷射液体通过的管道4，所述管道4上设有可控制喷射液体通过的时间或/和流量的阀5。
所述阀5控制对晶圆1背面喷射液体的时间按照扇形部件2从圆心到圆弧的方向逐渐变长；或/和对晶圆1背面喷射液体的流量按照扇形部件2从圆心到圆弧的方向逐渐变大。
其中，所述喷射孔3的分布密度在扇形部件2上均匀分布。所述喷射液体优选为UPW（即超纯水），通过阀5控制喷射液体通过的时间长短或/流量，从而改善晶圆1中间薄、边缘厚的现象，当所需处理区域晶圆1厚度较厚时，打开控制阀5的时间较长或/和流量较大；当所需处理区域晶圆1厚度较薄时，打开控制阀5的时间较短或/和流量较小，通过控制不同区域管路上阀5的开关时间，来解决晶圆腐蚀均匀性差的问题。
进一步的，所述喷射孔3的大小可按照扇形部件2从圆心到圆弧的方向逐渐变大，通过对孔径大小的改变，控制喷射液体流量的大小，从而改变晶圆腐蚀均匀性差的问题。
实施例二：
请参考图2及图5，在实施例一的基础上，所述各区域的喷射孔3连接两路管道4，两路管道4上分别设有可控制喷射液通过的阀5，所述喷射液优选为超纯水（即UPW）,第一管道41上的阀5控制热超纯水（即Hot UPW）通过的流量，第二管道42上的阀5控制冷超纯水（即Cold UPW）通过的流量。
本实施例中，所述热喷射液通过的流量恒定，所述冷喷射液通过的流量按照扇形部件2从圆心到圆弧的方向逐渐变小。通过控制每个扇区管道4通过的冷喷射液的流量，使冷喷射液与热喷射液混合，使每个扇区的喷射孔3喷射不同温度的喷射液，使所述喷射孔3喷射的喷射液的温度按照扇形部件2从圆心到圆弧的方向逐渐增高，从而改善晶圆1中间薄、边缘厚的现象。
进一步的，所述第一管道41通过的热喷射液的温度是恒热温的，同时所述第二管道42通过的冷喷射液的温度可按照扇形部件2从圆心到圆弧的方向逐渐增高。
实施例三：
请参考图3，在实施例一或实施例二的基础上，所述扇形部件2水平轴中心的反方向设有条状体6，所述条状体6与扇形部件2的圆心处连接，所述条状体6上设有若干用于干燥气体通过的干燥孔7。优选的，所述条状体6的长度与晶圆1半径一致，所述干燥孔7内通过的气体为氮气。
为了进一步提高本发明，所述晶圆1安装在旋转机构上时，所述扇形部件2安装在固定机构上；所述晶圆1与扇形部件2做相对旋转运动，即所述晶圆1做水平旋转运动，所述扇形部件2固定不动，所述扇形部件2上的喷射孔3向晶圆1背面垂直喷射液体。
或所述扇形部件2安装在旋转机构上，所述晶圆1安装在固定机构上；所述晶圆1固定不动，所述扇形部件2做水平旋转运动，所述扇形部件2上的喷射孔3向晶圆1背面垂直喷射液体。
本发明还提供一种改善晶圆腐蚀均匀性的方法，包括以下步骤：
步骤一S1：提供待均匀的半导体晶圆；
步骤二S2：预设喷射液体通过每个扇区管道的时间，对晶圆背面喷射液体的时间按照扇形部件从圆心到圆弧的方向逐渐变长；或/和预设喷射液体通过每个扇区管道的流量，对晶圆背面喷射液体的流量按照扇形部件从圆心到圆弧的方向逐渐变大；
步骤三S3：打开如权利要求1～7任一所述的改善晶圆腐蚀均匀性装置中每个扇区管道上的阀；
步骤四S4：根据预设的时间或/和流量，对晶圆背面进行液体喷射，所述喷射孔喷射液体的温度按照扇形部件从圆心到圆弧的方向逐渐增高。
步骤五S5：关闭管道上的阀，完成晶圆表面腐蚀均匀。
优选的，所述步骤二S2中每个扇区包括两路管道，第一管道上的阀用于控制热喷射液，第二管道上的阀用于控制冷喷射液；其中所述热喷射液通过的流量恒定，所述冷喷射液通过的流量按照扇形部件从圆心到圆弧的方向逐渐变小。进一步的，所述步骤四S4中每个区域通过的热喷射液的温度是恒热温的，所述每个区域通过的冷喷射液的温度按照扇形部件从圆心到圆弧的方向逐渐增高。
优选的，所述步骤四S4中，还包括通过设有干燥孔的条状体对晶圆背面进行气体干燥，所述气体干燥优选为氮气干燥。
本发明提供的一种改善晶圆腐蚀均匀性装置及方法，通过阀控制喷射液体通过的时间长短，从而改善晶圆中间薄、边缘厚的现象，进一步的，通过阀控制第一管道通过的冷喷射液的流量，与第二管道通过的热喷射液混合，从而使得每个扇区喷射孔喷射液体的温度不同，使得喷射液的温度按照扇形部件从圆心到圆弧的方向逐渐增高，最终达到晶圆腐蚀均匀的效果。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，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 (10)

1.一种改善晶圆腐蚀均匀性装置，包括晶圆载具，所述晶圆载具包括旋转机构及固定机构，所述晶圆载具上端承载晶圆，其特征在于，所述晶圆载具下端设有至少一个扇形部件，所述晶圆载具可旋转并带动晶圆或扇形部件，所述扇形部件与晶圆半径一致且与晶圆位于同心轴上，所述扇形部件表面上设有可向晶圆背面垂直喷射液体的喷射孔，所述喷射孔按照扇形部件从圆心到圆弧的方向分为不同的扇区，所述每个扇区的喷射孔独立连接供喷射液体通过的管道，所述管道上设有可控制喷射液体通过的时间或/和流量的阀。
2.根据权利要求1所述的改善晶圆腐蚀均匀性装置，其特征在于，所述每个扇区的喷射孔连接两路管道，两路管道上分别设有可控制喷射液体通过的阀。
3.根据权利要求1所述的改善晶圆腐蚀均匀性装置，其特征在于，所述晶圆安装在旋转机构上，所述扇形部件安装在固定机构上。
4.根据权利要求1所述的改善晶圆腐蚀均匀性装置，其特征在于，所述扇形部件安装在旋转机构上，所述晶圆安装在固定机构上。
5.根据权利要求1所述的改善晶圆腐蚀均匀性装置，其特征在于，所述喷射孔在扇形部件表面均匀分布。
6.根据权利要求1～5任一所述的改善晶圆腐蚀均匀性装置，其特征在于，所述扇形部件水平轴中心的反方向设有条状体，所述条状体与扇形部件的圆心处连接，所述条状体上设有若干用于干燥气体通过的干燥孔。
7.根据权利要求5所述的改善晶圆腐蚀均匀性装置，其特征在于，所述条状体的长度与晶圆半径一致。
8.一种改善晶圆腐蚀均匀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一S1：提供待均匀的半导体晶圆；
步骤二S2：预设喷射液体通过每个扇区管道的时间，对晶圆背面喷射液体的时间按照扇形部件从圆心到圆弧的方向逐渐变长；或/和预设喷射液体通过每个扇区管道的流量，对晶圆背面喷射液体的流量按照扇形部件从圆心到圆弧的方向逐渐变大；
步骤三S3：打开如权利要求1～7任一所述的改善晶圆腐蚀均匀性装置中每个扇区管道上的阀；
步骤四S4：根据预设的时间或/和流量，对晶圆背面进行液体喷射，所述喷射孔喷射液体的温度按照扇形部件从圆心到圆弧的方向逐渐增高。
步骤五S5：关闭管道上的阀，完成晶圆表面腐蚀均匀。
9.根据权利要求8所述的改善晶圆腐蚀均匀性的方法，其特征在于，所述步骤二S2中每个扇区包括两路管道，第一管道上的阀用于控制热喷射液，第二管道上的阀用于控制冷喷射液；其中所述热喷射液通过的流量恒定，所述冷喷射液通过的流量按照扇形部件从圆心到圆弧的方向逐渐变小。
10.根据权利要求8所述的改善晶圆腐蚀均匀性的方法，其特征在于，所述步骤四S4中，还包括供干燥气体通过的干燥孔对晶圆背面进行气体干燥。
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