CN104091758B - 一种改善通孔刻蚀后晶圆表面微环境的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善通孔刻蚀后晶圆表面微环境的方法，在对晶圆进行通孔刻蚀后、清洗步骤之前，通过先向放入净化设备并处于旋转状态的晶圆的上表面喷射一定时间的较高温度的净化气体并形成旋流状态，使晶圆粘附的刻蚀副产物在净化气体的携带下从晶圆分离抽出，然后，再继续向晶圆的上表面短时喷射温热态氧化还原性气体，与晶圆上残留的刻蚀副产物进行反应并将其分解抽出，使晶圆得到净化，从而消除了刻蚀副产物在晶圆清洗之前的等待过程中与水反应产生凝结物缺陷的可能，使晶圆表面的微环境得以改善，为产品良率的提升提供了保障。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造工艺领域，更具体地，涉及一种在半导体晶圆的通孔刻蚀工艺后、清洗工艺前，通过消除通孔刻蚀副产物凝结缺陷来改善晶圆表面微环境的方法。
背景技术
随着集成电路工艺的发展以及关键尺寸按比例缩小，半导体工艺生产将应用越来越先进的工艺制程。比如通孔刻蚀工艺，将应用最先进的金属层硬掩膜工艺。同时，由于CD的缩小，所用的刻蚀反应物将更复杂，而其刻蚀的副产物成分对后续的清洗工艺提出了更大的挑战。例如，在55纳米产品通孔刻蚀后的等待清洗时，由于等待时间过长，其刻蚀的副产物将与空气中的水汽等反应产生凝结物缺陷。此类缺陷在晶圆盒里的分布存在明显的规律性，这是由于处于不同位置的晶圆之间存在明显的空间效应，使得晶圆盒中不同位置的晶圆表面的微环境存在差异。此缺陷将挡住后续金属的填充，成为制约良率提升的一大障碍。
通孔刻蚀通常应用等离子体进行，它是部分电离的气体，由电子，离子，自由基，中性粒子，及光子组成。等离子体本身是含有物理和化学活泼粒子的电中性混合物。这些活泼自由基粒子能够做化学功，而带电原子和分子通过溅射能够做物理功，结果，通过物理轰击和化学反应，等离子工艺能够完成各种材料表面改性，包括表面活化、污染物去除、刻蚀等功效。
目前，针对刻蚀后的副产物，通常采取控制其清洗前的等待时间，或应用刻蚀腔在刻蚀完成后应用等离子体对晶圆进行处理。以上两种方法一种难以控制，一种将降低生产率，而且由于等离子体的特性，很难控制其不对晶圆特别是对CD造成损伤，以及造成金属硅化物损失等。另外一种常用的方式是通过增加后续清洗步骤的清洗时间来去除刻蚀后副产物的凝结物。此种方式同样会降低生产率，而且很难清洗干净。即使几种方式同时应用，也反而只会使生产率加倍降低，同时存在损伤CD等潜在问题，以及造成缺陷去除不净的风险。所以，以上方式均存在很大的弊端。
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，提供一种改善通孔刻蚀后晶圆表面微环境的方法，在对所述晶圆进行通孔刻蚀后、清洗步骤之前，通过先向放入净化设备并处于旋转状态的所述晶圆的上表面喷射净化气体，使所述晶圆粘附的刻蚀副产物在所述净化气体的携带下从所述晶圆分离抽出，然后，再继续向所述晶圆的上表面喷射氧化还原性气体作为反应气体，与所述晶圆上残留的所述刻蚀副产物进行反应并将其分解抽出，使所述晶圆得到净化，从而消除了所述刻蚀副产物在所述晶圆清洗之前的等待过程中与水反应产生凝结物缺陷的可能，使所述晶圆表面的微环境得以改善。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种改善通孔刻蚀后晶圆表面微环境的方法，其特征在于，所述方法在对所述晶圆进行通孔刻蚀后的清洗步骤之前实施，包括以下步骤：
步骤一：提供经通孔刻蚀后的所述晶圆，将所述晶圆放入净化设备，并使所述晶圆处于旋转状态；
步骤二：向所述晶圆的上表面喷射一定时间的氮气、氩气、氦气或其混合气体作为净化气体，利用所述晶圆的旋转作用，使所述净化气体在所述晶圆表面形成旋流状态，同时，设定所述净化气体与所述晶圆之间的喷射距离、喷射角度及喷射流量，对所述晶圆的上表面施以一定的气流冲击作用，使所述晶圆粘附的刻蚀副产物松动，并通过所述晶圆旋转产生的离心力，使所述刻蚀副产物在所述净化气体的携带下从所述晶圆分离；在此过程中，将所述净化设备内的所述净化气体及其携带的自所述晶圆分离的所述刻蚀副产物抽出，从而使所述晶圆得到净化；
步骤三：继续向所述晶圆的上表面喷射一定时间的氧化还原性气体作为反应气体，使所述氧化还原性气体与所述晶圆上残留的所述刻蚀副产物进行反应并分解所述刻蚀副产物；在此过程中，将所述净化设备内的所述氧化还原性气体及其携带的反应产物抽出，以消除所述刻蚀副产物在所述晶圆清洗之前的等待过程中与水反应产生凝结物缺陷的可能，使所述晶圆表面的微环境得以改善。
进一步地，步骤二中，以二个方向向所述晶圆的上表面喷射所述净化气体，其中，一路所述净化气体以垂直方向向所述晶圆的上表面进行喷射，另一路所述净化气体以一定的倾斜方向向所述晶圆的上表面进行喷射。由于晶圆表面具有通孔的立体结构，从二个不同方向喷射净化气体，可以从不同方位冲击刻蚀副产物，更好地将通孔部位粘附的刻蚀副产物冲刷掉。
进一步地，所述一路所述净化气体以垂直方向向所述晶圆的上表面中心进行喷射，通过离心作用从晶圆的中心向外侧漫延，使晶圆均匀地受到净化。
进一步地，所述另一路所述净化气体以0～90度的角度向所述晶圆的上表面进行喷射，可根据晶圆的具体条件，调整净化气体与晶圆之间的喷射角度。
进一步地，所述喷射距离在10～100毫米之间可调，可根据晶圆的具体条件，调整净化气体与晶圆之间的喷射距离。
进一步地，所述净化气体为氮气、氩气、氦气或其混合气体，这些气体都具有对晶圆粘附的刻蚀副产物的冲刷净化作用。
进一步地，所述净化气体的喷射温度为100～400摄氏度，可使得晶圆表面的刻蚀副产物在较高温度下具有较高活性，容易从晶圆分离。所述净化气体的喷射时间为10～60秒。
进一步地，所述氧化还原性气体为O2、O3、H2其中之一，也可以是其他能与刻蚀副产物进行反应并分解刻蚀副产物的氧化还原性气体。所述氧化还原性气体的喷射时间为1～5秒，并可根据残留的刻蚀副产物的特征控制喷射的流量，避免过多的反应气体喷射量对晶圆造成损伤；喷射温度为20～100摄氏度，以利于加速与残留的刻蚀副产物发生反应。
从上述技术方案可以看出，本发明通过从垂直及倾斜二个方向先向放入净化设备并处于旋转状态的晶圆的上表面喷射一定时间的较高温度的氮气、氩气、氦气或其混合气体作为净化气体，使净化气体在晶圆表面形成旋流状态，并通过设定净化气体与晶圆之间的喷射距离、喷射角度及喷射流量，使晶圆粘附的刻蚀副产物在较高温度下具有较高活性，发生松动并在净化气体的携带下从晶圆分离抽出，然后，再继续向晶圆的上表面短时喷射温热态氧化还原性气体作为反应气体，与晶圆上残留的刻蚀副产物进行反应并将其分解抽出，使晶圆得到净化，从而消除了刻蚀副产物在晶圆清洗之前的等待过程中与水反应产生凝结物缺陷的可能，使晶圆表面的微环境得以改善，为产品良率的提升提供了保障。
附图说明
图1是本发明一种改善通孔刻蚀后晶圆表面微环境的方法的流程图。
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。
实施例一
在本实施例中，请参阅图1，图1是本发明一种改善通孔刻蚀后晶圆表面微环境的方法的流程图。本发明的方法在对所述晶圆进行通孔刻蚀后、清洗步骤之前实施，如图所示，包括以下步骤：
步骤1：提供经通孔刻蚀后的所述晶圆，将所述晶圆放入净化设备，并使所述晶圆处于旋转状态；
步骤2：先向所述晶圆的上表面喷射一定时间的氮气、氩气、氦气或其混合气体作为净化气体，利用所述晶圆的旋转作用，使所述净化气体在所述晶圆表面形成旋流状态，同时，设定所述净化气体与所述晶圆之间的喷射距离、喷射角度及喷射流量，对所述晶圆的上表面施以一定的气流冲击作用，使所述晶圆粘附的刻蚀副产物松动，并通过所述晶圆旋转产生的离心力，使所述刻蚀副产物在所述净化气体的携带下从所述晶圆分离；
步骤3：将所述净化设备内的所述净化气体及其携带的自所述晶圆分离的所述刻蚀副产物抽出，从而使所述晶圆得到净化；
步骤4：然后，再继续向所述晶圆的上表面喷射一定时间的氧化还原性气体作为反应气体，使所述氧化还原性气体与所述晶圆上残留的所述刻蚀副产物进行反应并分解所述刻蚀副产物；
步骤5：将所述净化设备内的所述反应气体及其携带的反应产物抽出，完成对所述晶圆的净化处理过程，以消除所述刻蚀副产物在所述晶圆清洗之前的等待过程中与水反应产生凝结物缺陷的可能，使所述晶圆表面的微环境得以改善。
根据上述步骤所述的方法，进一步地，步骤2中，以二个方向向所述晶圆的上表面喷射所述净化气体，其中，一路所述净化气体以垂直方向向所述晶圆的上表面进行喷射，另一路所述净化气体以一定的倾斜方向向所述晶圆的上表面进行喷射。由于晶圆表面具有通孔的立体结构，从二个不同方向喷射净化气体，可以从不同方位冲击刻蚀副产物，更好地将通孔部位粘附的刻蚀副产物冲刷掉。
进一步地，所述一路所述净化气体以垂直方向向所述晶圆的上表面中心进行喷射，通过离心作用从晶圆的中心向外侧漫延，使晶圆均匀地受到净化。
进一步地，所述另一路所述净化气体以0～90度的角度向所述晶圆的上表面进行喷射，可根据晶圆的具体条件，调整净化气体与晶圆之间的喷射角度。
进一步地，所述喷射距离在10～100毫米之间可调，可根据晶圆的具体条件，调整净化气体与晶圆之间的喷射距离。
进一步地，所述净化气体为氮气、氩气、氦气或其混合气体，这些气体都具有对晶圆粘附的刻蚀副产物的冲刷净化作用，且不会与刻蚀副产物发生反应。
进一步地，所述净化气体的喷射温度为100～400摄氏度，可使得晶圆表面的刻蚀副产物在较高温度下具有较高活性，容易从晶圆分离。所述净化气体的喷射时间为10～60秒。
进一步地，所述氧化还原性气体为O2、O3、H2其中之一，也可以是其他能与刻蚀副产物进行反应并分解刻蚀副产物的氧化还原性气体。所述氧化还原性气体的喷射时间为1～5秒，并可根据残留的刻蚀副产物的特征控制喷射的流量，避免过多的反应气体喷射量对晶圆造成损伤；喷射温度为20～100摄氏度，以利于加速与残留的刻蚀副产物发生反应。
上述方法可通过以下形式来具体实施。
首先，将经过通孔刻蚀后的晶圆放入净化设备，并使晶圆旋转。例如可利用净化设备内设置的晶圆支撑台的转动，来带动晶圆一起旋转。晶圆支撑台如具有垂直移动功能，还可以调整晶圆与净化气体之间的喷射距离。
其次，可利用净化设备内设置的喷射枪，先向晶圆的上表面喷射300摄氏度的氮气作为净化气体，使晶圆粘附的刻蚀副产物受热后具有较高活性，以便容易从晶圆分离。喷射时间设定为40秒，并可根据晶圆表面状况，在10～60秒的喷射时间范围内进行调整。在喷射氮气时，以垂直和倾斜于晶圆的二个方向的各一路氮气向晶圆的上表面同时喷射。其中，垂直方向的一路氮气以50毫米的喷射距离向晶圆上表面的中心进行喷射；倾斜方向的另一路氮气以45度的喷射角度向晶圆上表面中心以外的区域进行喷射。并可根据晶圆表面状况，调整净化气体在垂直方向的喷射距离和倾斜方向的喷射角度。二路氮气之间不要产生交叉干扰。在喷射的过程中，还可根据需要，对喷射流量进行调整，大的流量相对净化效果较好。可利用分别按垂直和倾斜方向设置并可调整位置及喷射角度的喷射枪来实现上述喷射氮气的功能。
运用上述氮气喷射的组合形式，并利用晶圆的旋转作用，使氮气在晶圆表面形成旋流状态，可流经整个晶圆的表面，使全部的晶圆图形结构所粘附的刻蚀副产物都接触到净化气体，并通过晶圆旋转产生的离心力，使氮气发挥最佳的气流冲击和冲刷作用，使晶圆粘附的刻蚀副产物松动，从而将刻蚀副产物从晶圆有效分离，将净化设备内悬浮的氮气及其携带的自晶圆分离的刻蚀副产物抽出，使晶圆得到净化。
接着，再继续向晶圆的上表面喷射80摄氏度的O2气体作为反应气体，与晶圆上残留的刻蚀副产物进行反应并将其分解。喷射时间设定为3秒，并控制喷射的流量小于净化气体喷射时的流量，避免过多的反应气体喷射量对晶圆造成损伤。
最后，将净化设备内悬浮的O2气体及其携带的反应产物抽出，完成对晶圆的净化处理过程。
抽出净化气体和反应气体的过程，可利用净化设备设置的抽气系统来实现。
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 (9)
1.一种改善通孔刻蚀后晶圆表面微环境的方法，其特征在于，所述方法在对所述晶圆进行通孔刻蚀后的清洗步骤之前实施，包括以下步骤：
步骤一：提供经通孔刻蚀后的所述晶圆，将所述晶圆放入净化设备，并使所述晶圆处于旋转状态；
步骤二：向所述晶圆的上表面喷射一定时间的氮气、氩气、氦气或其混合气体作为净化气体，利用所述晶圆的旋转作用，使所述净化气体在所述晶圆表面形成旋流状态，同时，设定所述净化气体与所述晶圆之间的喷射距离、喷射角度及喷射流量，对所述晶圆的上表面施以一定的气流冲击作用，使所述晶圆粘附的刻蚀副产物松动，并通过所述晶圆旋转产生的离心力，使所述刻蚀副产物在所述净化气体的携带下从所述晶圆分离；在此过程中，将所述净化设备内的所述净化气体及其携带的自所述晶圆分离的所述刻蚀副产物抽出，从而使所述晶圆得到净化；
步骤三：继续向所述晶圆的上表面喷射一定时间的氧化还原性气体作为反应气体，使所述氧化还原性气体与所述晶圆上残留的所述刻蚀副产物进行反应并分解所述刻蚀副产物；在此过程中，将所述净化设备内的所述氧化还原性气体及其携带的反应产物抽出，以消除所述刻蚀副产物在所述晶圆清洗之前的等待过程中与水反应产生凝结物缺陷的可能，使所述晶圆表面的微环境得以改善。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中，以二个方向向所述晶圆的上表面喷射所述净化气体，其中，一路所述净化气体以垂直方向向所述晶圆的上表面进行喷射，另一路所述净化气体以一定的倾斜方向向所述晶圆的上表面进行喷射。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一路所述净化气体以垂直方向向所述晶圆的上表面中心进行喷射。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述另一路所述净化气体以0～90度的角度向所述晶圆的上表面进行喷射。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷射距离在10～100毫米之间可调。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述净化气体的喷射温度为100～400摄氏度。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述净化气体的喷射时间为10～60秒。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化还原性气体为O2、O3、H2其中之一。
9.如权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述氧化还原性气体的喷射时间为1～5秒，喷射温度为20～100摄氏度。
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