CN103972051B - 一种消除晶边颗粒残留的铝刻蚀前置工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除晶边颗粒残留的铝刻蚀前置工艺方法，通过在通常的铝刻蚀工艺之前，在干法刻蚀机台内增加一道针对晶圆边缘的晶边部位存在的前层工序中的膜堆积残留物的干法刻蚀处理工艺，将刻蚀工艺细分为三个工艺阶段，在不同工艺条件下，通入不同的混合反应气体，对晶圆晶边的一定区域进行选择性刻蚀处理，预先去除了晶圆晶边部位的膜堆积残留物，从而避免了在之后通常的铝刻蚀时发生因前层工序中的膜堆积残留物没法完全去除，而造成晶圆晶边颗粒残留的现象，解决了对后续湿法清洗带来的交叉污染问题，降低了颗粒的整体水平，并由此降低了机台清扫的频度，降低了人力成本及维护风险，使产品得以正常流通。

Description

一种消除晶边颗粒残留的铝刻蚀前置工艺方法
技术领域
本发明涉及一种在半导体制造中消除晶圆晶边颗粒残留的工艺方法，更具体地，涉及一种为改善铝刻蚀工艺后晶圆晶边颗粒残留不能被完全去除的状况，在铝刻蚀工艺前增加一道消除晶圆晶边颗粒残留的前置工艺方法。
背景技术
在半导体铝制程中的铝刻蚀工艺时，由于刻蚀腔体内环绕晶圆设置的用于屏蔽阴极的聚焦环部件与晶圆边缘存在一定间隙，因此，位于晶边(晶圆的边缘)部位的铝膜，仍然会受到等离子体的轰击而被一定程度刻蚀。这种刻蚀作用是不均匀的，同时，在工艺中的应力、高温受热等因素的作用下，晶边铝膜容易产生龟裂并剥落，形成晶圆边缘的晶边铝膜剥落缺陷。该缺陷产生的铝膜剥落物，在铝刻蚀后进行湿法清洗时，会转移到晶圆的正表面。即使通过在晶边增加进行冲刷，也不能完全去除剥落物，反而，冲刷还易造成铝膜颗粒剥落的进一步交叉污染。
针对上述现象，对铝刻蚀机台内部进行了改进，将聚焦环部件与晶圆之间的间隙进行缩小，以便减少位于晶边部位的铝膜在后道铝刻蚀工艺时受到的等离子体的轰击。经过设备改进后的铝刻蚀后，晶圆晶边发生铝膜剥落缺陷的状况有了很大改善，但在晶圆晶边仍然存在轻微颗粒残留的状况，其原因与前层工序中的膜堆积残留物在铝刻蚀后没法完全去除有关。这种情况在后续的清洗时，仍然会对晶圆造成污染。因此，在铝制程中，现有的工艺难以完全消除晶边颗粒残留的污染现象，工艺上还存在一定的不足。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种在铝制程中消除晶圆晶边颗粒残留的铝刻蚀前置工艺方法，通过在通常的铝刻蚀工艺之前，在干法刻蚀机台内增加一道针对晶圆边缘的晶边部位存在的前层工序中的膜堆积残留物的干法刻蚀处理工艺，并对晶圆的非刻蚀有效芯片区域进行选择性遮蔽保护，以预先去除晶圆晶边部位的膜堆积残留物，从而避免了在之后通常的铝刻蚀时发生因前层工序中的膜堆积残留物没法完全去除，而造成晶圆晶边颗粒残留的现象。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种消除晶边颗粒残留的铝刻蚀前置工艺方法，其特征在于，所述前置工艺方法是在通常的铝刻蚀工艺之前，在干法刻蚀机台内增加一道针对晶圆边缘的晶边部位存在的前层工序中的膜堆积残留物的干法刻蚀处理工艺，以预先去除晶圆晶边部位的膜堆积残留物，避免在之后通常的铝刻蚀时发生因前层工序中的膜堆积残留物没法完全去除，而造成晶圆晶边颗粒残留的现象，包括以下步骤：
步骤一：提供进行前层工序后的晶圆，对晶圆的非刻蚀区域进行选择性遮蔽保护；将所述晶圆置于干法刻蚀机台反应腔体内的晶圆放置区并进行对中，对所述晶圆上、下表面的有效芯片区域进行遮蔽，留出所述晶圆的晶边部位处于裸露状态，并使所述晶圆裸露的晶边非遮蔽部位处于所述刻蚀机台的等离子体的有效轰击范围内；
步骤二：分三个工艺阶段，在不同工艺条件下，通入不同的混合反应气体，对所述晶圆进行晶边选择性刻蚀；其中，在第一工艺阶段，向腔体内通入一定流量比的N2、O2和CF4的混合反应气体，保持4750～5250mtorr的腔体内压力，打开刻蚀机台的RF射频电源，开始工艺，在第二工艺阶段，向腔体内通入一定流量比的N2、CF4和CO2的混合反应气体，保持1800～2000mtorr的腔体内压力，进入主工艺，在第三工艺阶段，向腔体内通入一定流量比的N2和O2的混合反应气体，恢复保持4750～5250mtorr的腔体内压力，并持续到工艺结束；
步骤三：刻蚀结束；关闭RF射频电源，进行工艺气体吹扫降温，将所述晶圆移出反应腔体，等待进行后续通常的铝刻蚀工艺。
进一步地，步骤一中，所述晶圆的晶边非遮蔽部位是由所述晶圆边部的上、下表面向内1.75mm以内的范围。
进一步地，步骤一中，所述晶圆的晶边非遮蔽部位是由所述晶圆边部的上表面向内0.75mm以内、下表面向内1.75mm以内的范围。
进一步地，步骤一中，对所述晶圆进行对中，其中心偏移量在±75μm范围内。
进一步地，步骤二中，在第一工艺阶段，向腔体内通入流量范围分别为330～370sccm、190～210sccm、9.5～10.5sccm的N2、O2和CF4的混合反应气体，RF射频电源的发射功率为360～440W，工艺时间为18～22秒。
进一步地，步骤二中，在第二工艺阶段，向腔体内通入流量范围分别为330～370sccm、85～95sccm、19～21sccm的N2、CF4和CO2的混合反应气体，RF射频电源的发射功率为450～550W，主工艺时间为58～62秒。
进一步地，步骤二中，在第三工艺阶段，向腔体内通入流量范围分别为330～370sccm、190～210sccm的N2和O2的混合反应气体，RF射频电源的发射功率为360～440W，工艺时间为4～6秒。
从上述技术方案可以看出，本发明通过在通常的铝刻蚀工艺之前，在干法刻蚀机台内增加一道针对晶圆边缘的晶边部位存在的前层工序中的膜堆积残留物的干法刻蚀处理工艺，将刻蚀工艺细分为三个工艺阶段，在不同工艺条件下，通入不同的混合反应气体，对晶圆晶边的一定区域进行选择性刻蚀处理，预先去除了晶圆晶边部位的膜堆积残留物，从而避免了在之后通常的铝刻蚀时发生因前层工序中的膜堆积残留物没法完全去除，而造成晶圆晶边颗粒残留的现象，解决了对后续湿法清洗带来的交叉污染问题，降低了颗粒的整体水平，并由此降低了机台清扫的频度，降低了人力成本及维护风险，使产品得以正常流通。
附图说明
图1是本发明一种消除晶边颗粒残留的铝刻蚀前置工艺方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
在本实施例中，请参阅图1，图1是本发明一种消除晶边颗粒残留的铝刻蚀前置工艺方法的工艺流程图。本发明的前置工艺方法是在通常的铝刻蚀工艺之前，在干法刻蚀机台内增加一道针对晶圆边缘的晶边部位存在的前层工序中的膜堆积残留物的干法刻蚀处理工艺，以预先去除晶圆晶边部位的膜堆积残留物，避免在之后通常的铝刻蚀时发生因前层工序中的膜堆积残留物没法完全去除，而造成晶圆晶边颗粒残留的现象。如图所示，本发明的前置工艺方法包括以下步骤：
步骤一：提供进行了前层工序之后、通常的铝刻蚀工艺之前的晶圆，对晶圆的非刻蚀区域进行选择性遮蔽保护；将所述晶圆置于干法刻蚀机台反应腔体内的晶圆放置区并进行对中，要保证晶圆的中心偏移量在±75μm的范围内；对所述晶圆上、下表面的有效芯片区域进行遮蔽，留出所述晶圆的晶边部位处于裸露状态，并使所述晶圆裸露的晶边非遮蔽部位处于所述刻蚀机台的等离子体的有效轰击范围内；其中，晶圆的晶边非遮蔽部位是由所述晶圆边部的上、下表面向内1.75mm以内的范围，最好控制在由所述晶圆边部的上表面向内0.75mm以内、下表面向内1.75mm以内的范围内，以最大限度地保护晶圆的有效芯片区域不会受到等离子体的轰击；
步骤二：分三个工艺阶段，在不同工艺条件下，通入不同的混合反应气体，对上述进行选择性遮蔽保护后的晶圆进行晶边选择性刻蚀；其中，在第一工艺阶段，向腔体内通入流量范围分别为330～370sccm、190～210sccm、9.5～10.5sccm的N2、O2和CF4的混合反应气体，保持4750～5250mtorr的较高的腔体内压力，打开刻蚀机台的RF射频电源，保持RF射频电源的发射功率为360～440W，开始工艺，此阶段的工艺时间为18～22秒；在第二工艺阶段，向腔体内通入流量范围分别为330～370sccm、85～95sccm、19～21sccm的N2、CF4和CO2的混合反应气体，保持1800～2000mtorr的较低的腔体内压力，将RF射频电源的发射功率调整为450～550W，此阶段为主工艺阶段，主工艺时间为58～62秒；在第三工艺阶段，向腔体内通入流量范围分别为330～370sccm、190～210sccm的N2和O2的混合反应气体，恢复保持4750～5250mtorr的腔体内压力，RF射频电源的发射功率为360～440W，工艺时间进行4～6秒后工艺结束；
步骤三：刻蚀结束；关闭RF射频电源，进行工艺气体吹扫降温，将所述晶圆移出反应腔体，等待进行后续通常的铝刻蚀工艺。
根据上述工艺步骤，在本实施例中采用如下具体工艺进行针对晶圆边缘的晶边部位存在的前层工序中的膜堆积残留物的干法刻蚀处理工艺：
步骤一：将进行前层工序后的尺寸为300mm的晶圆，放入干法刻蚀机台反应腔体内的晶圆放置区，通过手动外观检查晶圆边缘膜堆积残留物堆积区域的状况，确定对晶圆边缘上、下表面的遮蔽设定位置，对晶圆上、下表面的有效芯片区域进行遮蔽；为最大限度地保护晶圆的有效芯片区域不受到等离子体的轰击，将晶圆边部的上表面向内0.75mm以内、下表面向内1.75mm以内的范围留出不作遮蔽，使该部位处于裸露状态，并处于刻蚀机台的等离子体的有效轰击范围内；然后，对晶圆进行位置对中，此过程中通过对晶圆位置的测量及计算，将晶圆的中心偏移量控制在±75μm的范围内；
步骤二：在第一工艺阶段，向腔体内通入流量分别为370sccm、210sccm、10.5sccm的N2、O2和CF4的混合反应气体，保持5250mtorr的较高的腔体内压力，打开刻蚀机台的RF射频电源，保持RF射频电源的发射功率为400W，持续20秒的工艺时间；在第二工艺阶段，向腔体内通入流量分别为350sccm、90sccm、20sccm的N2、CF4和CO2的混合反应气体，保持1800mtorr的较低的腔体内压力，将RF射频电源的发射功率调整为500W，主工艺时间为60秒；在第三工艺阶段，向腔体内通入流量范围分别为360sccm、200sccm的N2和O2的混合反应气体，保持5000mtorr的腔体内压力，RF射频电源的发射功率为400W，工艺时间进行5秒后工艺结束；
步骤三：刻蚀结束；关闭RF射频电源，进行工艺气体吹扫降温，将所述晶圆移出反应腔体，使用扫描电子显微镜检查晶圆晶边的刻蚀状况，必要时可进一步分析残留缺陷化学成分；确认刻蚀结果符合工艺要求时，经本发明的前置工艺后的晶圆，即可等待进行后续通常的铝刻蚀工艺。
通过对比实验，在后续经过通常的铝刻蚀工艺后，使用扫描电子显微镜检查晶圆晶边的残留膜堆积区域刻蚀状况可以看出，采用现有工艺、经铝刻蚀后的晶圆晶边存在沉积膜及颗粒残留的状况，而采用本发明的前置工艺后的晶圆，在扫描电子显微镜下，已看不出有沉积膜及颗粒残留的存在，说明采用本发明可以很好地消除在原有铝刻蚀工艺中发生的刻蚀后晶圆晶边颗粒残留不能完全去除的情况。
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 (7)

1.一种消除晶边颗粒残留的铝刻蚀前置工艺方法，其特征在于，所述前置工艺方法是在通常的铝刻蚀工艺之前，在干法刻蚀机台内增加一道针对晶圆边缘的晶边部位存在的前层工序中的膜堆积残留物的干法刻蚀处理工艺，以预先去除晶圆晶边部位的膜堆积残留物，避免在之后通常的铝刻蚀时发生因前层工序中的膜堆积残留物没法完全去除，而造成晶圆晶边颗粒残留的现象，包括以下步骤：
步骤一：提供进行前层工序后的晶圆，对晶圆的非刻蚀区域进行选择性遮蔽保护；将所述晶圆置于干法刻蚀机台反应腔体内的晶圆放置区并进行对中，对所述晶圆上、下表面的有效芯片区域进行遮蔽，留出所述晶圆的晶边部位处于裸露状态，并使所述晶圆裸露的晶边非遮蔽部位处于所述刻蚀机台的等离子体的有效轰击范围内；
步骤二：分三个工艺阶段，在不同工艺条件下，通入不同的混合反应气体，对所述晶圆进行晶边选择性刻蚀；其中，在第一工艺阶段，向腔体内通入一定流量比的N2、O2和CF4的混合反应气体，保持4750～5250mtorr的腔体内压力，打开刻蚀机台的RF射频电源，开始工艺，在第二工艺阶段，向腔体内通入一定流量比的N2、CF4和CO2的混合反应气体，保持1800～2000mtorr的腔体内压力，进入主工艺，在第三工艺阶段，向腔体内通入一定流量比的N2和O2的混合反应气体，恢复保持4750～5250mtorr的腔体内压力，并持续到工艺结束；
步骤三：刻蚀结束；关闭RF射频电源，进行工艺气体吹扫降温，将所述晶圆移出反应腔体，等待进行后续通常的铝刻蚀工艺。
2.如权利要求1所述的消除晶边颗粒残留的铝刻蚀前置工艺方法，其特征在于，步骤一中，所述晶圆的晶边非遮蔽部位是由所述晶圆边部的上、下表面向内1.75mm以内的范围。
3.如权利要求1所述的消除晶边颗粒残留的铝刻蚀前置工艺方法，其特征在于，步骤一中，所述晶圆的晶边非遮蔽部位是由所述晶圆边部的上表面向内0.75mm以内、下表面向内1.75mm以内的范围。
4.如权利要求1所述的消除晶边颗粒残留的铝刻蚀前置工艺方法，其特征在于，步骤一中，对所述晶圆进行对中，其中心偏移量在±75μm范围内。
5.如权利要求1所述的消除晶边颗粒残留的铝刻蚀前置工艺方法，其特征在于，步骤二中，在第一工艺阶段，向腔体内通入流量范围分别为330～370sccm、190～210sccm、9.5～10.5sccm的N2、O2和CF4的混合反应气体，RF射频电源的发射功率为360～440W，工艺时间为18～22秒。
6.如权利要求1所述的消除晶边颗粒残留的铝刻蚀前置工艺方法，其特征在于，步骤二中，在第二工艺阶段，向腔体内通入流量范围分别为330～370sccm、85～95sccm、19～21sccm的N2、CF4和CO2的混合反应气体，RF射频电源的发射功率为450～550W，主工艺时间为58～62秒。
7.如权利要求1所述的消除晶边颗粒残留的铝刻蚀前置工艺方法，其特征在于，步骤二中，在第三工艺阶段，向腔体内通入流量范围分别为330～370sccm、190～210sccm的N2和O2的混合反应气体，RF射频电源的发射功率为360～440W，工艺时间为4～6秒。
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