CN105047529A - 改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,包括以下步骤:首先提供一半导体硅片,将硅片固定在硅片托架上,由托架带动其旋转,接着向硅片表面喷洒并浸渍低表面张力药液,然后向硅片表面喷洒去离子水,再接着向硅片表面喷洒刻蚀或清洗药液;最后向硅片表面喷洒去离子水并干燥。本发明提供的改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,增加湿法药液对小尺寸高深宽比结构的润湿性,从而使湿法药液可以进入到小尺寸高深宽比结构的底部对其进行彻底的清洗,本发明提高了湿法工艺的效果,以确保后续工艺的有效性,从而提高了器件的电学性能以及生产良率。
Description
技术领域
本发明属于半导体集成电路制造设备领域,涉及一种改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法。
背景技术
在自然界中,物质以多种相态存在,其中包括固态和液态,当液态物质与固态物质接触时,液态物质与固态物质之间产生表面张力作用,不同相态物质接触时,由于表面张力的互相作用使得不同相态物质之间的接触方式不同,例如固液相物质接触,即有润湿或者不润湿状态。
由于半导体制造过程中,有很多小尺寸结构和/或高深宽比结构,小尺寸结构比如55nm制程的后道互联的通孔,其尺寸小于100nm,而高深宽比结构是指深宽比(深度:高度)大于5的结构。在半导体制造工艺中,湿法工艺包括湿法刻蚀以及湿法清洗,湿法刻蚀是指将一定数量的薄膜去除,而湿法清洗是将硅片表面杂质去除。
在湿法工艺中,液体对固体的润湿性显得非常重要,因为只有液体对固体完全润湿,才能将结构中的杂质清洗掉,或者将需要去除的薄膜润湿后刻蚀掉。然而随着结构尺寸减小,和/或深宽比增大,液体对固体结构越来越难以润湿,湿法药液无法进入到小尺寸高深宽比结构的底部对其进行彻底清洗或刻蚀。
以深通孔(TSV)结构为例,深通孔(TSV)结构具有高深宽比,深通孔(TSV)结构被认为是实现3D芯片堆叠的关键技术之一。
TSV深通孔结构形成的过程是:首先在硅片表面上刻蚀出深通孔,接着淀积隔离介质膜,然后在通孔中填入需要的金属,最后形成了TSV深通孔结构。其中,在第一步通过刻蚀工艺形成深通孔后,深通孔内的光刻胶和刻蚀残留聚合物需要去除,这就需要使用到湿法清洗工艺。然而当深通孔的深宽比(深度:高度)大于5时,药液进入到通孔底部就会变得非常困难,因而无法达到将深通孔底部的刻蚀残留聚合物去除的目的。
请参阅图1,图1为现有技术中TSV深通孔结构的结构示意图;在硅衬底10上形成TSV深通孔结构20后,再淀积了一层薄的二氧化硅层,采用湿法药液来去除通孔中的二氧化硅层。由图1可以看出,在深度为37um,长度和宽度为5um的通孔中,此时TSV深通孔结构的深宽比约7:1,湿法药液仅能进入到通孔约9um左右,而9um以下的区域的二氧化硅层30则无法去除。
请参阅图2,图2为现有的湿法工艺的流程示意图,包括以下步骤:步骤S01、提供一半导体硅片,将硅片固定在硅片托架上,由托架带动其旋转;步骤S02、向硅片表面喷洒刻蚀或清洗药液;步骤S03、向硅片表面喷洒去离子水;步骤S04、对硅片进行干燥,并将硅片存放至硅片盒中。
此外,随着半导体技术的不断发展,芯片上关键尺寸的不断减小,尤其是后道互连的通孔结构,尺寸小,深度大,如果互联中刻蚀形成的通孔刻蚀后没有清洗干净,后续埋层淀积以及铜淀积都将受到影响,从而影响到整个芯片的工作效果或寿命。
因此,本领域技术人员亟需提供一种改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,增加湿法药液对小尺寸高深宽比结构的润湿性,从而实现湿法药液可以进入到小尺寸高深宽比结构的底部对其进行彻底的清洗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,增加湿法药液对小尺寸高深宽比结构的润湿性,从而实现湿法药液可以进入到小尺寸高深宽比结构的底部对其进行彻底的清洗。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,包括以下步骤:
步骤S01、提供一半导体硅片,将硅片固定在硅片托架上,由所述托架带动其旋转;
步骤S02、向硅片表面喷洒低表面张力药液,并持续第一喷洒时间;
步骤S03、使药液浸渍硅片,并持续第一浸渍时间;
步骤S04、向硅片表面喷洒去离子水,并持续第二喷洒时间;
步骤S05、向硅片表面喷洒刻蚀或清洗药液,并持续第三喷洒时间;
步骤S06、向硅片表面喷洒去离子水,并持续第四喷洒时间;
步骤S07、对硅片进行干燥,并将硅片存放至硅片盒中。
优选的,步骤S02中,所述低表面张力药液为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、甲基丙酮、丁酮中的一种。
优选的,步骤S02中,硅片的转速保持300~600转/分钟,第一喷洒时间为5~20秒。
优选的,步骤S03中,硅片的转速保持5~20转/分钟,第一浸渍时间为20~60秒。
优选的,步骤S04中,硅片的转速保持300~800转/分钟,第二喷洒时间为20~40秒。
优选的,步骤S05中,所述刻蚀药液为DHF、HF、HNO3中的一种或几种,所述清洗药液为APM、DHF、SPM中的一种或几种。
优选的,步骤S05中,硅片的转速保持100~500转/分钟。
优选的,步骤S06中,硅片的转速保持500~1000转/分钟,第四喷洒时间为30~90秒,所述去离子水温度为20~70℃。
优选的,步骤S07中,硅片干燥时的转速保持1000~2500转/分钟,干燥时间不小于30秒。
优选的,通入氮气对硅片进行干燥工艺。
与现有的方案相比,本发明提供的改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,解决了现有工艺过程中湿法药液无法进入到小尺寸高深宽比结构的底部对其进行彻底清洗的问题,在现有工艺基础上对小尺寸高深宽比结构进行预处理,对其表面喷洒并浸渍低表面张力药液,增加湿法药液对小尺寸高深宽比结构的润湿性,从而使湿法药液可以进入到小尺寸高深宽比结构的底部对其进行彻底的清洗,本发明提高了湿法工艺的效果,以确保后续工艺的有效性,从而提高了器件的电学性能以及生产良率。
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为现有技术中TSV深通孔结构的结构示意图;
图2为现有技术中湿法工艺的流程示意图;
图3为本发明改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法的流程示意图。
图中标号说明如下:
10、硅衬底;20、TSV深通孔结构;30、二氧化硅层。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
上述及其它技术特征和有益效果,将结合实施例及附图3对本发明的改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法进行详细说明,图3为本发明改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法的流程示意图。
如图3所示,本发明提供了一种改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,包括以下步骤:
步骤S01、提供一半导体硅片,将硅片固定在硅片托架上,由所述托架带动其旋转;其中,硅片包括硅衬底以及硅衬底中的小尺寸高深宽比结构,本实施例中硅片包括硅衬底以及硅衬底中的TSV深通孔结构。
具体的,首先将硅片由机械手从硅片盒中取出,放置于工艺腔内的硅片托架上,硅片托架上方设有第零喷嘴,第一喷嘴、第二喷嘴等,其中第零喷嘴用于喷洒低表面张力药液,本实施例采用异丙醇(IPA),第一喷嘴用于喷洒去离子水,第二喷嘴用于喷洒清洗或刻蚀药液,如有一种以上清洗或者刻蚀药液,则根据药液数量配置有相应的喷嘴。其中,第零喷嘴和第一喷嘴以及第二喷嘴可以设置在同一个机械手臂上,也可以设置在不同的机械手臂上。固定好硅片后,由硅片托架带动硅片旋转到设定值。
步骤S02、向硅片表面喷洒低表面张力药液,并持续第一喷洒时间;低表面张力药液优选为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、甲基丙酮、丁酮中的一种。
本步骤中的机械手臂伸向硅片中心后开始喷洒低表面张力药液,机械手臂以硅片中心为中心,进行左右摆动,摆幅控制在50~100mm范围内。同时,硅片的转速保持300~600转/分钟,第一喷洒时间优选为5~20秒。
具体的,低表面张力药液的表面张力值优选小于25.0mN/m,一般有机醇和酮类的表面张力较小,如甲醇22.55mN/m,乙醇22.27mN/m,丙醇23.8mN/m,异丙醇21.7mN/m,正丁醇23.0mN/m,异丁醇23.0mN/m,丙酮23.7mN/m,甲基丙酮23.97mN/m,丁酮24.6mN/m等。这些有机液体都可以作为低表面张力药液对硅片进行与清洗。其中,异丙醇(IPA)是半导体湿法清洗中常用的一种有机化学药液,其表面张力为21.7mN/m,仅为去离子水的三分之一,且异丙醇可以与水无限互溶。本实施例中使用IPA作为低表面张力药液进行预清洗。本发明中使用的低表面张力药液不限于上述药液,凡是由碳C、氢H、氧O组成的具有低表面张力且可与去离子互溶的药液均可作用为本发明中使用的低表面张力药液。
步骤S03、使药液浸渍硅片,并持续第一浸渍时间。
具体的,喷洒低表面张力药液作业完成后,调整硅片转速,使硅片的转速保持5~20转/分钟,第一浸渍时间优选为20~60秒。
步骤S04、向硅片表面喷洒去离子水,并持续第二喷洒时间。
具体的,浸渍作业完成后,调整硅片转速,硅片的转速保持300~800转/分钟,将第一喷嘴的机械手臂移动至硅片上方,喷洒去离子水,第二喷洒时间优选为20~40秒。去离子水的浸润,承接前面低表面张力药液润湿硅片表面结构,使得后面的清洗或者刻蚀等无机药液可以顺利的浸润硅片上的小尺寸高深宽比结构。
步骤S05、向硅片表面喷洒刻蚀或清洗药液,并持续第三喷洒时间;所述刻蚀药液为DHF、HF、HNO3中的一种或几种,所述清洗药液为APM(NH4OH、H2O2、H2O的混合液)、DHF(diluteHF,稀释HF)、SPM(H2SO4、H2O2、H2O的混合液)中的一种或几种。其中,向硅片表面喷洒刻蚀或清洗药液作业前,先调整硅片转速,使硅片的转速保持100~500转/分钟,第三喷洒时间的根据实际工艺需求而定。
步骤S06、向硅片表面喷洒去离子水,并持续第四喷洒时间;在喷洒去离子水前,调整硅片转速,使硅片的转速保持500~1000转/分钟,第四喷洒时间优选为30~90秒,去离子水温度优选为20~70℃。
步骤S07、对硅片进行干燥,并将硅片存放至硅片盒中。硅片干燥时需加快转速,使硅片转速保持1000~2500转/分钟,干燥时间不小于30秒,此外,还可通入氮气对硅片进行干燥工艺,干燥工艺完成后,通过机械手将硅片放入硅片盒中。
综上所述,本发明提供的改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,解决了现有工艺过程中湿法药液无法进入到小尺寸高深宽比结构的底部对其进行彻底清洗的问题,在现有工艺基础上对小尺寸高深宽比结构进行预处理,对其表面喷洒并浸渍低表面张力药液,增加湿法药液对小尺寸高深宽比结构的润湿性,从而使湿法药液可以进入到小尺寸高深宽比结构的底部对其进行彻底的清洗,本发明提高了湿法工艺的效果,以确保后续工艺的有效性,从而提高了器件的电学性能以及生产良率。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例,但如前所述,应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述发明构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S01、提供一半导体硅片,将硅片固定在硅片托架上,由所述托架带动其旋转;
步骤S02、向硅片表面喷洒低表面张力药液,并持续第一喷洒时间;
步骤S03、使药液浸渍硅片,并持续第一浸渍时间;
步骤S04、向硅片表面喷洒去离子水,并持续第二喷洒时间;
步骤S05、向硅片表面喷洒刻蚀或清洗药液,并持续第三喷洒时间;
步骤S06、向硅片表面喷洒去离子水,并持续第四喷洒时间;
步骤S07、对硅片进行干燥,并将硅片存放至硅片盒中。
2.根据权利要求1所述的改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,其特征在于,步骤S02中,所述低表面张力药液为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、丙酮、甲基丙酮、丁酮中的一种。
3.根据权利要求1所述的改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,其特征在于,步骤S02中,硅片的转速保持300~600转/分钟,第一喷洒时间为5~20秒。
4.根据权利要求1所述的改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,其特征在于,步骤S03中,硅片的转速保持5~20转/分钟,第一浸渍时间为20~60秒。
5.根据权利要求1所述的改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,其特征在于,步骤S04中,硅片的转速保持300~800转/分钟,第二喷洒时间为20~40秒。
6.根据权利要求1所述的改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,其特征在于,步骤S05中,所述刻蚀药液为DHF、HF、HNO3中的一种或几种,所述清洗药液为APM、DHF、SPM中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,其特征在于,步骤S05中,硅片的转速保持100~500转/分钟。
8.根据权利要求1所述的改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,其特征在于,步骤S06中,硅片的转速保持500~1000转/分钟,第四喷洒时间为30~90秒,所述去离子水温度为20~70℃。
9.根据权利要求1所述的改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,其特征在于,步骤S07中,硅片干燥时的转速保持1000~2500转/分钟,干燥时间不小于30秒。
10.根据权利要求9所述的改善小尺寸高深宽比结构的湿法工艺润湿性的方法,其特征在于,通入氮气对硅片进行干燥工艺。
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