CN104637791A - 一种提高晶圆返工优良率的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高晶圆返工优良率的方法及装置,涉及半导体器件制造领域,用以提高经过返工后晶圆的优良率。该方法包括:对需要进行光刻返工的晶圆,进行等离子去胶步骤;对完成所述等离子去胶步骤的晶圆进行用于清洗等离子去胶步骤后残留的有机物质的有机清洗步骤;对完成所述有机清洗步骤的晶圆,再进行溶液去胶步骤;对完成所述溶液去胶步骤的晶圆重新进行光刻流程。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制造领域,具体设计一种提高晶圆返工优良率的方法及装置。
背景技术
互补型金属氧化物半导体(CMOS,Complementary Metal OxideSemiconductor)是一种由晶圆在刻蚀后形成的产品,其源极、漏极、栅极等各个电极通过金属导线引出后连接,越复杂的芯片中金属线条越密集,金属线条间短路是芯片制程中常见的异常。当CMOS产品特征尺寸小到1um以下,金属线条形貌和尺寸就成为金属干刻工艺的难点。制程中常用Metal Comb这个参数来监控金属线条间是否短路。其测试模块示意图如图1,梳状结构的金属线条连接在两个测试焊盘PAD之间,在两个焊盘之间加电压V,测试两个PAD之间的电流I,计算出电阻值R=V/I。正常情况下,由于金属条间是绝缘的、所以电阻应该无穷大,即两个PAD之间的电阻无穷大。实际测试时外加电压V=2V,限定电流I=1.0E-8A,R的典型测试值应为V/I=2E+08欧姆,如果MetalComb实测值远小于这个值,说明由于一些原因导致了金属线条间出现微短路,致使该测试失败,这样的CMOS产品是不合格的,需要进行返工,重新进行光刻和干刻步骤。
而现有技术下的光刻返工过程一般包括如下步骤:
1,光刻胶去除;
(1),等离子去胶步骤:去除晶圆表面的光刻胶;
(2),溶液去胶步骤:用溶液进一步的对晶圆表面进行去胶,并带有洗边效果,一般采用EBR清边液进行洗边;
(3),检查步骤:检查光刻胶是否去除干净;
2,光刻返工;
(1),光刻胶覆盖步骤:对去除干净光刻胶的晶圆重新涂胶;
(2),曝光步骤:对完成涂胶步骤的晶圆进行曝光;
(3),显影步骤:用显影剂对晶圆表面需要去除的光刻胶进行去除;
3、检查;
(1),尺寸检查:对最后成型的晶圆表面的光刻胶形状、尺寸进行检查;
(2),对位检查:对晶圆上光刻胶的图形之间的位置关系进行检查;
(3),外观检查:对晶圆的外观进行检查。
在光刻返工完成后,进行干刻步骤重新在晶圆上形成金属线路,最后进行金属线条间是否短路的测试,但是由于晶圆在进行等离子去胶步骤时,极易在晶圆表面残留一些有机物残渣,而后续的步骤又没有有效的去除手段,导致了经过返工的晶圆还是容易出现短路的情况,所以现在CMOS产品的返工过程难以保证其优良率。
发明内容
本发明提供了一种提高晶圆返工优良率的方法及装置,用以提高经过返工后晶圆的优良率。
本发明提供的一种提高晶圆返工优良率的方法,该方法包括:
对需要进行光刻返工的晶圆,进行等离子去胶步骤;
对完成所述等离子去胶步骤的晶圆进行用于清洗等离子去胶步骤后残留的有机物质的有机清洗步骤;
对完成所述有机清洗步骤的晶圆,再进行溶液去胶步骤;
对完成所述溶液去胶步骤的晶圆重新进行光刻流程。
在本发明方法中,在对需要返工的晶圆进行光刻返工时,在等离子去胶步骤与溶液去胶步骤之间,加入了有机清洗的步骤,对晶圆上残留的有机物质进行清洗,使得晶圆的表面干净,保证测试时不会由于这些有机物质阻挡刻蚀导致微短路情况的出现。
更佳地,所述有机清洗步骤包括:
对所述晶圆进行有机溶剂清洗;
对完成所述有机溶剂清洗的晶圆进行用于清洗有机溶剂残留物的异丙醇清洗;
对完成所述异丙醇清洗的晶圆用去离子水进行表面冲洗。
可以理解的是,在进行有机溶剂清洗时,可以采用ACT溶液,ACT溶液是有机溶剂,碱性,可以有效去除在金属表面的有机残留物;IPA是异丙醇,用于清洗残留的ACT溶液,最后用去离子水(通CO2)将晶圆表面冲洗干净并中和ACT残液的碱性。本有机清洗步骤采用三步相结合的过程实现了对晶圆上有机物质残渣的清洗。
一般地,所述刻蚀参数包括刻蚀压力、刻蚀气体、气体流量和刻蚀功率,根据标准的刻蚀参数确定实际的刻蚀参数,具体包括:
降低标准刻蚀压力得到实际刻蚀压力;
提高标准刻蚀功率得到实际刻蚀功率。
在本发明方案中,改变了对晶圆干刻时的标准参数,目的在于改变干刻形成的金属线条的形状,降低了刻蚀压力,压力的减小使得分子和离子的平均自由程增加,这样减小了分子和离子碰撞的几率,使得分子和离子具备足够的能量对金属线条的底部进行刻蚀。另外,为了提高分子和离子的能量,增加了刻蚀功率,使得分子和离子的能量增强。
一般地,所述干刻过程包括预刻蚀、主刻和过刻,在主刻时,所述刻蚀气体包括氯气、三氯化硼和氮气,三种气体的气体流量比为10:10:1。
在本发明上述实施例中可以看出,本发明在主刻时,刻蚀气体并不仅仅采用通常的氯气和三氯化硼,还加入了氮气,对金属线条的侧壁起到一个保护气体的作用,因为在调整了刻蚀压力和刻蚀功率的前提下,分子和离子的能量非常强,如果不加入氮气进行侧壁保护的话,极有可能造成过度刻蚀使金属线条的侧剖面呈现一种倒梯形的形状。所以氮气加入能够让金属线条的侧剖面呈现一种垂直的形状。侧壁形貌变直大大减小了残留有机物质的几率。
本发明提供的一种提高晶圆返工优良率的装置,该装置包括:
等离子去胶模块,用于对需要进行光刻返工的晶圆,进行等离子去胶步骤;
有机清洗模块,用于对完成所述等离子去胶步骤的晶圆进行用于清洗等离子去胶步骤后残留的有机物质的有机清洗步骤;
溶液去胶模块,用于对完成所述有机清洗步骤的晶圆,再进行溶液去胶步骤;
光刻模块,用于对完成所述溶液去胶步骤的晶圆重新进行光刻流程。
在本发明实施例中,提供了一种提高晶圆返工优良率的装置,通过设置的有机清洗模块对等离子去胶模块对晶圆进行等离子去胶步骤后残留的有机物质进行清除。保证了晶圆表面干净,不会发生微短路的情况,提高了晶圆返工的优良率。
本发明开发了一种新的对晶圆金属层的光刻返工流程和新的干刻参数菜单,新的光刻返工流程主要是增加了有机清洗的步骤,去除刻蚀前金属表面的有机杂质;新的金属干刻参数菜单通过调整气压、反应气体流量及刻蚀功率等,使干刻后的金属线条侧壁接近90度,增大了金属线条间隙,减少了金属线条间微短路的几率,提高了晶圆返工后的优良率
附图说明
图1为现有技术中一种微短路测试的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的一种提高晶圆返工优良率的方法的方法流程示意图;
图3为现有技术下采用标准刻蚀参数经过刻蚀后的金属线条侧剖面形状示意图;
图4为本发明实施例提供的采用实际刻蚀参数经过刻蚀后的金属线条侧剖面形状示意图;
图5为本发明实施例提供的一种提高晶圆返工优良率的装置的装置结构示意图。
具体实施方式
由于现有技术的光刻返工步骤难以保证晶圆返工后的优良率,所以本发明实施例提供了一种提高晶圆返工优良率的方法及装置,用以提高经过返工后晶圆的优良率。
首先,本发明实施例提供了一种提高晶圆返工优良率的方法,如图2所示,该方法包括:
S101,对需要进行光刻返工的晶圆,进行等离子去胶步骤;
S102,对完成所述等离子去胶步骤的晶圆进行用于清洗等离子去胶步骤后残留的有机物质的有机清洗步骤;
S103,对完成所述有机清洗步骤的晶圆,再进行溶液去胶步骤;
S104,对完成所述溶液去胶步骤的晶圆重新进行光刻流程。
在本发明方法实施例中,在对需要返工的晶圆进行光刻返工时,在等离子去胶步骤与溶液去胶步骤之间,加入了有机清洗的步骤,对晶圆上残留的有机物质进行清洁,使得晶圆的表面干净,保证测试时不会由于这些有机物质阻挡刻蚀导致微短路情况的出现。
在本发明上述实施例的基础上,更佳地,所述有机清洗步骤包括:
对所述晶圆进行有机溶剂清洗;
对完成所述有机溶剂清洗的晶圆进行用于清洗有机溶剂残留物的异丙醇清洗;
对完成所述异丙醇清洗的晶圆用去离子水进行表面冲洗。
可以理解的是,在进行有机溶剂清洗时,可以采用ACT溶液,ACT溶液是有机溶剂,碱性,可以有效去除在金属表面的有机残留物;IPA是异丙醇,用于清洗残留的ACT溶液,最后用去离子水(通CO2)将晶圆表面冲洗干净并中和ACT残液的碱性。本有机清洗步骤采用三步相结合的过程实现了对晶圆上有机物质残渣的清洗。
在本发明上述实施例的基础上,更佳地,在光刻流程完成后,对所述晶圆进行干刻过程时,根据标准的刻蚀参数确定实际的刻蚀参数;
根据所述实际的刻蚀参数对完成所述光刻流程的晶圆进行干刻过程。
一般地,所述刻蚀参数包括刻蚀压力、刻蚀气体、气体流量和刻蚀功率,根据标准的刻蚀参数确定实际的刻蚀参数,具体包括:
降低标准刻蚀压力得到实际刻蚀压力;
提高标准刻蚀功率得到实际刻蚀功率。
在本发明实施例中,改变了对晶圆干刻时的标准参数,目的在于改变干刻形成的金属线条的形状,在现有技术中,金属线条一般如图3所示,金属线条的剖面呈梯形,相邻金属线条的底部明显间距较窄,一旦过刻不足,金属线条密集区很容易因残留物而导致微短路,所以在本发明上述实施例中,降低了刻蚀压力,压力的减小使得分子和离子的平均自由程增加,这样减小了分子和离子碰撞的几率,使得分子和离子具备足够的能量对金属线条的底部进行刻蚀。另外,为了提高分子和离子的能量,增加了刻蚀功率,使得分子和离子的能量增强。
一般地,所述干刻过程包括预刻蚀、主刻和过刻,预刻蚀的目的是去除金属表面的自然氧化层,主刻的目的是刻蚀气体与金属发生化学反应、将需刻开部分反应掉,过刻的目的是在金属层大部刻完后再多刻蚀一段时间,保证金属刻净。在主刻时,所述刻蚀气体包括氯气、三氯化硼和氮气,三种气体的气体流量比为10:10:1。
在本发明上述实施例中可以看出,本发明在主刻时,刻蚀气体并不仅仅采用通常的氯气和三氯化硼,还加入了氮气,对金属线条的侧壁起到一个保护气体的作用,因为在调整了刻蚀压力和刻蚀功率的前提下,分子和离子的能量非常强,如果不加入氮气进行侧壁保护的话,极有可能造成过度刻蚀使金属线条的侧剖面呈现一种倒梯形的形状。所以氮气加入能够让金属线条的侧剖面呈现一种垂直的形状。侧壁形貌变直大大减小了残留有机物质的几率。
可以理解的是,上述三种气体的流量比可以根据经验值进行设置,一般来说,氮气的流量仅需通入一点,保证起到保护侧壁的作用即可,优选地三种气体的气体流量比可为10:10:1。
为了更好的理解本发明在干刻时的参数调整,本发明提供一个详细实施例:
由于实际刻蚀参数是根据标准刻蚀参数决定的,在本实施例中,表1是一个标准刻蚀参数表。
表1
表2是根据表1进行调整后的实际刻蚀参数表。
表2
首先,需要解释的是,刻蚀功率包括上功率和下功率,上功率用于将气体电离为离子和分子,下功率用于让电离后的离子和分子加速运动,从而轰击圆片表面进行刻蚀。
根据表2与表1的对比可知,本实施例降低了主刻和过刻步骤中的刻蚀压力,由9毫托降低为8毫托,并且将氯气、三氯化硼和氮气的气体流量比由5:3:0调整为10:10:1,在微调了氯气和三氯化硼的气体流量比例的同时加入氮气作为保护气体,加大了上功率和下功率以加速气体的分解和运动。
可以理解的是,氯气和三氯化硼的气体流量比并不是固定的,可以左右小范围的浮动,一般采用经验值设置,只要保证刻蚀的正常进行即可。
通过本实施例及上述其他实施例可知,本发明方法开发一种新的对晶圆金属层的光刻返工流程和新的干刻参数菜单。新的光刻返工流程,主要是增加了有机清洗的步骤,去除刻蚀前金属表面的有机杂质;新的金属干刻参数菜单通过调整气压、反应气体流量及刻蚀功率等,如图4所示,使干刻后的金属线条侧壁能够接近90度,增大了金属线条间隙,减少了金属线条间微短路的几率,有效地解决了微短路引起的低良。经申请人的测试,本发明应用于生产,能够保证CMOS产品在返工后的低良率从50%下降到1%以下,效益非常可观。
与上述方法相对应,本发明实施例还提供了一种提高晶圆返工优良率的装置,如图5所示,该装置包括:
等离子去胶模块1,用于对需要进行光刻返工的晶圆,进行等离子去胶步骤;
有机清洗模块2,用于对完成所述等离子去胶步骤的晶圆进行用于清洗等离子去胶步骤后残留的有机物质的有机清洗步骤;
溶液去胶模块3,用于对完成所述有机清洗步骤的晶圆,再进行溶液去胶步骤;
光刻模块4,用于对完成所述溶液去胶步骤的晶圆重新进行光刻流程。
在本发明实施例中,提供了一种提高晶圆返工优良率的装置,通过设置的有机清洗模块对等离子去胶模块对晶圆进行等离子去胶步骤后残留的有机物质进行清除。保证了晶圆表面干净,不会发生微短路的情况,提高了晶圆返工的优良率。
在本发明上述实施例的基础上,更佳地,所述有机清洗模块具体包括:
对所述晶圆进行有机溶剂清洗;
对完成所述有机溶剂清洗的晶圆进行用于清洗有机溶剂残留物的异丙醇清洗;
对完成所述异丙醇清洗的晶圆用去离子水进行表面冲洗。
在本发明上述实施例的基础上,更佳地,该装置还包括干刻模块,用于对完成光刻流程的所述晶圆进行干刻过程,具体包括:
根据标准的刻蚀参数确定实际的刻蚀参数;
根据所述实际的刻蚀参数对完成所述光刻流程的晶圆进行干刻过程。
在本发明上述实施例的基础上,更佳地,所述刻蚀参数包括刻蚀压力、刻蚀气体、气体流量和刻蚀功率,根据标准的刻蚀参数确定实际的刻蚀参数,具体包括:
降低标准刻蚀压力得到实际刻蚀压力;
提高标准刻蚀功率得到实际刻蚀功率。
在本发明上述实施例的基础上,更佳地,所述干刻过程包括预刻蚀、主刻和过刻,在主刻时,所述刻蚀气体包括氯气、三氯化硼和氮气,三种气体的气体流量比为10:10:1。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种提高晶圆返工优良率的方法,其特征在于,该方法包括:
对需要进行光刻返工的晶圆,进行等离子去胶步骤;
对完成所述等离子去胶步骤的晶圆进行用于清洗等离子去胶步骤后残留的有机物质的有机清洗步骤;
对完成所述有机清洗步骤的晶圆,再进行溶液去胶步骤;
对完成所述溶液去胶步骤的晶圆重新进行光刻流程。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述有机清洗步骤包括:
对所述晶圆进行有机溶剂清洗;
对完成所述有机溶剂清洗的晶圆进行用于清洗有机溶剂残留物的异丙醇清洗;
对完成所述异丙醇清洗的晶圆用去离子水进行表面冲洗。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,在光刻流程完成后,对所述晶圆进行干刻过程时,根据标准的刻蚀参数确定实际的刻蚀参数;
根据所述实际的刻蚀参数对完成所述光刻流程的晶圆进行干刻过程。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述刻蚀参数包括刻蚀压力、刻蚀气体、气体流量和刻蚀功率,根据标准的刻蚀参数确定实际的刻蚀参数,具体包括:
降低标准刻蚀压力得到实际刻蚀压力;
提高标准刻蚀功率得到实际刻蚀功率。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述干刻过程包括预刻蚀、主刻和过刻,在主刻时,所述刻蚀气体包括氯气、三氯化硼和氮气,三种气体的气体流量比为10:10:1。
6.一种提高晶圆返工优良率的装置,其特征在于,该装置包括:
等离子去胶模块,用于对需要进行光刻返工的晶圆,进行等离子去胶步骤;
有机清洗模块,用于对完成所述等离子去胶步骤的晶圆进行用于清洗等离子去胶步骤后残留的有机物质的有机清洗步骤;
溶液去胶模块,用于对完成所述有机清洗步骤的晶圆,再进行溶液去胶步骤;
光刻模块,用于对完成所述溶液去胶步骤的晶圆重新进行光刻流程。
7.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述有机清洗模块具体包括:
对所述晶圆进行有机溶剂清洗;
对完成所述有机溶剂清洗的晶圆进行用于清洗有机溶剂残留物的异丙醇清洗;
对完成所述异丙醇清洗的晶圆用去离子水进行表面冲洗。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,该装置还包括干刻模块,用于对完成光刻流程的所述晶圆进行干刻过程,具体包括:
根据标准的刻蚀参数确定实际的刻蚀参数;
根据所述实际的刻蚀参数对完成所述光刻流程的晶圆进行干刻过程。
9.如权利要求8所述的装置,其特征在于,所述刻蚀参数包括刻蚀压力、刻蚀气体、气体流量和刻蚀功率,根据标准的刻蚀参数确定实际的刻蚀参数,具体包括:
降低标准刻蚀压力得到实际刻蚀压力;
提高标准刻蚀功率得到实际刻蚀功率。
10.如权利要求9所述的装置,其特征在于,所述干刻过程包括预刻蚀、主刻和过刻,在主刻时,所述刻蚀气体包括氯气、三氯化硼和氮气,三种气体的气体流量比为10:10:1。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150520 |