CN104201095A - 一种晶边刻蚀工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请一种晶边刻蚀工艺，涉及半导体器件的制备领域，即在采用化学溶液清洗(如高浓度的氢氟酸溶液)晶圆背面金属污染的过程中，通过调整喷洒在晶圆正面保护气体的流量，来控制清洗液与晶圆正面边沿的接触距离，进而在不对晶圆产生负面影响的前提下，实现对晶圆边沿斜边的清洗，以去除经过诸如CVD、PVD、炉管工艺、光刻及刻蚀等工艺后，在晶边上形成的表面粗糙的薄膜结构，有效的降低晶边上薄膜剥落的风险，进而提高半导体器件产品的良率。

Description

一种晶边刻蚀工艺
技术领域
本发明涉及半导体器件的制备领域，具体涉及一种晶边刻蚀工艺。
背景技术
随着半导体工艺的发展，半导体器件的尺寸不断缩小，相应的技术节点不断提高，相应的晶边(wafer bevel)对制程影响越来越大。在经过诸如化学气相沉积工艺(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)、物理化学气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)、炉管工艺(furnace)、光刻及刻蚀(etch)等工艺后，位于晶边上的薄膜(film)结构表面会变得很粗糙，尤其是该薄膜结构中含有氧化物和金属(如呈现夹心三明治结构的氧化物-金属氧化物(oxide-metal-oxide，简称OMO)时，在一定的加热(thermal)及应力(stress)的作用下，晶边(wafer bevel)上的薄膜很容易剥落，进而造成工艺缺陷，降低产品的良率。
发明内容
本申请记载了一种晶边刻蚀工艺，可应用于制备各种半导体器件时，去除位于晶圆边缘的薄膜结构(如氧化物薄膜等)，所述工艺包括：
提供一制备有氧化物薄膜的晶圆；
采用清洗溶液对所述晶圆的背面去除金属污染的同时，对所述晶圆的正面进行保护气体喷洒工艺，以保护所述晶圆的正面部分区域不受所述清洗溶液的侵蚀；
其中，通过调整喷洒所述保护气体的流量及所述晶圆的转速，以利用所述清洗溶液去除位于所述晶圆晶边的所述氧化物薄膜。
上述的晶边刻蚀工艺，所述晶圆上设置有器件区和非器件区；
其中，利用所述氢氟酸溶液去除位于所述晶圆晶边的覆盖所述非器件区的所述氧化物薄膜。
上述的晶边刻蚀工艺，所述保护气体为惰性气体。
上述的晶边刻蚀工艺，所述保护气体为氮气。
上述的晶边刻蚀工艺，所述清洗溶液为氢氟酸溶液。
上述的晶边刻蚀工艺，所述氢氟酸溶液的浓度配比大于30％。
上述的晶边刻蚀工艺，所述氢氟酸溶液的浓度配比为49％。
上述的晶边刻蚀工艺，所述晶圆的转速为400～600转/分钟。
上述的晶边刻蚀工艺，所述晶圆的转速为500转/分钟。
上述的晶边刻蚀工艺，所述工艺还包括：
保持所述晶圆的转速为一恒定值，通过调整喷洒所述保护气体的流量，以利用所述清洗溶液去除位于所述晶圆晶边的所述氧化物薄膜。
综上所述，本申请一种晶边刻蚀工艺，在采用化学溶液清洗(如高浓度的氢氟酸溶液)晶圆背面金属污染的过程中，通过调整喷洒在晶圆正面保护气体的流量，来控制清洗液与晶圆正面边沿的接触距离，进而在不对晶圆产生负面影响的前提下，实现对晶圆边沿斜边(wafer bevel)的清洗，以去除经过诸如CVD、PVD、炉管工艺、光刻及刻蚀等工艺后，在晶边上形成的表面粗糙的薄膜结构，有效的降低晶边上薄膜剥落的风险，进而提高半导体器件产品的良率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为本申请实施例中进行晶边刻蚀工艺的流程示意图；
图2为本申请实施例中进行晶边刻蚀工艺时晶圆正面的俯视图；
图3为本申请实施例中进行晶边刻蚀工艺时保护气体流量与清洗液覆盖晶圆正面晶边距离的函数关系图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
图1为本申请实施例中进行晶边刻蚀工艺的流程示意图；如图1所示，本实施例晶边刻蚀工艺包括：
步骤S1：在进行半导体器件制备工艺中，先提供一晶圆作为衬底，该晶圆具有一用于制备半导体器件结构的正面及相对于该正面的背面，且该晶圆的正面表面上设置有器件区和非器件区，优选的上述非器件区设置在临近晶圆正面的边缘位置，后续的工艺中会致使覆盖在该区域上的氧化物薄膜的表面造成的一定缺陷(如进行过化学气相沉积工艺(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)、物理化学气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)、炉管工艺(furnace)、光刻及刻蚀(etch)等工艺后，会致使薄膜的表面较为粗糙，在一定温度及应力的条件，甚至会造成薄膜脱落现象的发生)。
步骤S2：在上述晶圆的正面表面上制备氧化物薄膜(如氧化硅等)(步骤S2操作可在其他制备半导体器件之后或之前进行，即只要制备有氧化薄膜即可)，该氧化物薄膜可全覆盖晶圆正面表面(即只要该氧化物薄膜将晶圆边缘及晶圆的侧边上(即晶边，wafer bevel)均予以覆盖，且在后续的工艺中会产生缺陷即可)；优选的，制备的氧化物薄膜的厚度均匀。
步骤S3：继续在上述的氧化物薄膜表面上进行其他半导体器件结构的制备工艺，以形成包括金属结构(如金属层、金属互连线等)的半导体器件结构。
步骤S4：进行上述的每个工艺步骤后，只要对晶圆的背面产生了如金属污染等缺陷时，则均可采用清洗液对晶圆的背面进行清洗，以去除诸如金属污染、颗粒污染等缺陷；在对晶圆背面进行清洗工艺的同时，可对晶圆的正面喷洒保护气体(该保护气体优选的为氮气或惰性气体如氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)等，只要能起到保护晶圆正面上器件区免受清洗液侵蚀，不会对已经形成或后续制备的器件结构造成负面影响即可)，以避免在晶圆正面上制备的半导体器件结构受到上述清洗液的侵蚀。
作为一个优选的实施例，在上述晶圆的背面产生金属污染时，可通过利用高浓度配比(配比浓度大于39％，如39％、45％、50％或75％等)的氢氟酸(HF)溶液作为清洗液去除上述金属污染，该处的金属污染可为结构膜层制备时产生的，也可为机器设备造成的，即只要在晶圆背面产生金属污染，均可采用该清洗步骤对上述晶圆背面的金属污染进行去除。
进一步的，在对位于晶圆背面上进行清洗工艺时，可保持晶圆的转速在一预设的范围内(如可设置晶圆的转速在400～600转/分钟)，即可在不同的时间段可根据不同的工艺需求设定不同的转速，但上述清洗液清洗晶圆正面晶边的距离是由最小的转速决定。而作为一个优选的实施例中，在进行上述清洗工艺时可保持晶圆转速在一个恒定值(如400转/分钟、500转/分钟或600转/分钟等)，以便于通过调节喷洒在晶圆正面表面的保护气体，来调整上述清洗液侵蚀晶圆晶边的区域。
图2为本申请实施例中进行晶边刻蚀工艺时晶圆正面的俯视图；参见图2所示，在进行上述清洗工艺的过程中，在对晶圆1的背面进行清洗工艺时，清洗液2会侵蚀到晶圆1的侧边11及正面边缘区域的表面上，而为了避免清洗液侵蚀位于晶圆1正面器件区域中的器件结构，可在进行上述清洗工艺的同时，喷洒诸如惰性气体或氮气等之类的保护气体至晶圆1的正面表面上，并通过调整喷洒时保护气体的流量来调整清洗液侵蚀晶圆1正面表面的距离H(该距离H为沿着圆1的中心点M向外延伸的半径方向上，清洗液接触晶圆1的正面表面的距离)。
图3为本申请实施例中进行晶边刻蚀工艺时保护气体流量与清洗液覆盖晶圆正面晶边距离的函数关系图(BSC Bevel etch coverfront side W/E distance)；如图3所示，在进行上述的清洗工艺时，通过设定不同的工艺条件，可获取保护气体的流量与清洗液清洗晶圆正面边缘距离H之间的函数关系，并通过利用该函数关系，可广泛推广至不同的生产工艺制程中，以用于清除晶边的薄膜(如氧化物薄膜等)。下面就以采用氢氟酸溶液进行清洗工艺，并同时采用氮气保护晶圆正面表面的进行详细的说明，具体的：
图3中横轴x表示喷洒至晶圆正面表面的氮气流量(N2 flow)，纵轴y表示氢氟酸溶液侵蚀晶圆正面表面区域在半径方向上的距离(cover front side W/E dist)；选择在硅上生长具有相同厚度的氧化物的晶圆，并调整晶圆背面酸洗的程式(即采用浓度为49％的氢氟酸溶液，调整晶圆转速为400～600转/分钟，优选的为500转/分钟)，并分别采用流量为50sccm、150sccm和250sccm的氮气喷洒至晶圆的正面表面上，以对不同的晶圆的进行清洗工艺后，采用光学显微镜(OM)或扫描式电子显微镜(SEM)检查上述进行过清洗工艺的晶圆后，可获知：采用50sccm流量的氮气喷洒至晶圆表面时，进行清洗工艺的晶圆正面表面被清洗液侵蚀的距离H为3.0mm左右，即图3中所示的A点；采用150sccm流量的氮气喷洒至晶圆表面时，进行清洗工艺的晶圆正面表面被清洗液侵蚀的距离H为2.3mm左右，即图3中所示的B点；采用250sccm流量的氮气喷洒至晶圆表面时，进行清洗工艺的晶圆正面表面被清洗液侵蚀的距离H为1.7mm左右，即图3中所示的C点。
所以，根据上述图3中可知y与x之间的函数关系式为：y＝0.65x+1.033(该函数关系式中x与y的相关性系数R2为0.988；其中，R2表示函数关系式的可行性，R2的值越高标示函数关系式的可行性越高，且0＜R2≤1)，x表示喷洒至晶圆正面表面的氮气流量，y表示氢氟酸溶液侵蚀晶圆正面表面区域在半径方向上的距离。即随着晶圆正面表面喷洒保护气体的流量减小，晶圆背面的酸液清洗到正面边缘的距离和区域逐渐增大，且当晶圆转速调整为500转/分钟，且采用浓度为49％的氢氟酸进行晶圆背面清洗时，晶圆正面表面喷洒的氮气流量与清洗晶圆正面表面边缘的距离呈现线性关系，而利用该线性关系即可根据具体的工艺需要，通过调整氮气的流量，即可精确的对晶圆正面表面的氧化物薄膜进行选择性的去除。
综上所述，本申请一种晶边刻蚀工艺，在采用化学溶液清洗(如高浓度的氢氟酸溶液)晶圆背面金属污染的过程中，通过调整喷洒在晶圆正面保护气体的流量，来控制清洗液与晶圆正面边沿的接触距离，进而在不对晶圆产生负面影响的前提下，实现对晶圆边沿斜边(wafer bevel)的清洗，以去除经过诸如CVD、PVD、炉管工艺、光刻及刻蚀等工艺后，在晶边上形成的表面粗糙的薄膜结构，有效的降低晶边上薄膜剥落的风险，进而提高半导体器件产品的良率。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种晶边刻蚀工艺，其特征在于，所述工艺包括：
提供一制备有氧化物薄膜的晶圆；
采用清洗溶液对所述晶圆的背面去除金属污染的同时，对所述晶圆的正面进行保护气体喷洒工艺，以保护所述晶圆的正面部分区域不受所述清洗溶液的侵蚀；
其中，通过调整喷洒所述保护气体的流量及所述晶圆的转速，以利用所述清洗溶液去除位于所述晶圆晶边的所述氧化物薄膜。
2.如权利要求1所述的晶边刻蚀工艺，其特征在于，所述晶圆上设置有器件区和非器件区；
其中，利用所述氢氟酸溶液去除位于所述晶圆晶边的覆盖所述非器件区的所述氧化物薄膜。
3.如权利要求1所述的晶边刻蚀工艺，其特征在于，所述保护气体为惰性气体。
4.如权利要求1所述的晶边刻蚀工艺，其特征在于，所述保护气体为氮气。
5.如权利要求1所述的晶边刻蚀工艺，其特征在于，所述清洗溶液为氢氟酸溶液。
6.如权利要求5所述的晶边刻蚀工艺，其特征在于，所述氢氟酸溶液的浓度配比大于30％。
7.如权利要求6所述的晶边刻蚀工艺，其特征在于，所述氢氟酸溶液的浓度配比为49％。
8.如权利要求7所述的晶边刻蚀工艺，其特征在于，所述晶圆的转速为400～600转/分钟。
9.如权利要求8所述的晶边刻蚀工艺，其特征在于，所述晶圆的转速为500转/分钟。
10.如权利要求1～9中任意一项所述的晶边刻蚀工艺，其特征在于，所述工艺还包括：
保持所述晶圆的转速为一恒定值，通过调整喷洒所述保护气体的流量，以利用所述清洗溶液去除位于所述晶圆晶边的所述氧化物薄膜。
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