CN108666203A - 改善晶圆边缘形貌的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种改善晶圆边缘形貌的方法。包括：提供待处理晶圆，所述待处理晶圆包括衬底和形成于衬底上的功能层；在所述功能层上形成掩膜层并对所述掩膜层进行图案化；采用一遮蔽覆盖所述待处理晶圆，暴露出所述待处理晶圆的边缘部分；对所述待处理晶圆进行边缘灰化处理；对所述待处理晶圆进行边缘刻蚀；移除所述遮蔽并清洗所述待处理晶圆。由此先通过边缘灰化处理，去除了晶圆边缘的有机物，再通过刻蚀，去除了基于硅的残余、金属残余和其他杂质微粒，而同时通过遮蔽的覆盖避免了灰化和刻蚀对晶圆整体的损伤。这样将能够确保晶圆边缘基本不存在杂质，也就避免了边缘剥离现象发生，提高了晶圆边缘形貌的平整度。

Description

改善晶圆边缘形貌的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种改善晶圆边缘形貌的方法。
背景技术
随着半导体制程工艺的复杂程度越来越高，芯片的膜层数量也越来越多，各道制程工艺在晶圆边缘部分的表现也越来越难控制。因而，晶圆边缘异常成为良率的一大杀手。
因此，如何改善这一状况，优化晶圆边缘的异常，成为目前业界的一个重大挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善晶圆边缘形貌的方法，改善晶圆的边缘形貌，防止剥离现象发生。
为解决上述技术问题，本发明提供一种改善晶圆边缘形貌的方法，包括：
提供待处理晶圆，所述待处理晶圆包括衬底和形成于衬底上的功能层；
在所述功能层上形成掩膜层；
采用一遮蔽覆盖所述待处理晶圆，暴露出所述待处理晶圆的边缘部分；
对所述待处理晶圆进行边缘灰化处理；
对所述待处理晶圆进行边缘刻蚀；
移除所述遮蔽并清洗所述待处理晶圆。
可选的，对于所述的改善晶圆边缘形貌的方法，暴露出的所述边缘部分的宽度为大于0小于等于10mm。
可选的，对于所述的改善晶圆边缘形貌的方法，所述灰化处理采用包括O2等离子体和O3等离子体的至少一种。
可选的，对于所述的改善晶圆边缘形貌的方法，对所述待处理晶圆进行刻蚀为采用非选择性刻蚀进行刻蚀。
可选的，对于所述的改善晶圆边缘形貌的方法，所述非选择性刻蚀为采用干法刻蚀工艺。
可选的，对于所述的改善晶圆边缘形貌的方法，所述非选择性刻蚀采用含氟气体和含氯气体的至少一种。
可选的，对于所述的改善晶圆边缘形貌的方法，所述功能层包括金属层和硅层的至少一种。
可选的，对于所述的改善晶圆边缘形貌的方法，所述灰化处理为去除光刻胶残留、底部抗反射涂层残留和有机绝缘层残留。
可选的，对于所述的改善晶圆边缘形貌的方法，所述刻蚀为去除基于硅的膜层残留和金属材料残留。
可选的，对于所述的改善晶圆边缘形貌的方法，所述掩膜层为氮化硅层。
可选的，对于所述的改善晶圆边缘形貌的方法，在所述功能层上形成掩膜层之后；在采用一遮蔽覆盖所述待处理晶圆之前，还包括：
在所述掩膜层上涂覆光刻胶；
对所述光刻胶进行光刻以图案化；
以图案化后的光刻胶为掩膜刻蚀所述掩膜层。
可选的，对于所述的改善晶圆边缘形貌的方法，采用氢氟酸溶液清洗所述待处理晶圆。
可选的，对于所述的改善晶圆边缘形貌的方法，在清洗所述待处理晶圆之后，还包括：
进行一体化刻蚀。
本发明提供的改善晶圆边缘形貌的方法，包括：提供待处理晶圆，所述待处理晶圆包括衬底和形成于衬底上的功能层；在所述功能层上形成掩膜层；采用一遮蔽覆盖所述待处理晶圆，暴露出所述待处理晶圆的边缘部分；对所述待处理晶圆进行边缘灰化处理；对所述待处理晶圆进行边缘刻蚀；移除所述遮蔽并清洗所述待处理晶圆。由此先通过边缘灰化处理，去除了晶圆边缘的有机物，再通过刻蚀，去除了基于硅的残余、金属残余和其他杂质微粒，而同时通过遮蔽的覆盖避免了灰化和刻蚀对晶圆整体的损伤。这样将能够确保晶圆边缘基本不存在杂质，也就避免了边缘剥离现象发生，提高了晶圆边缘形貌的平整度。
附图说明
图1为一种晶圆边缘形貌的电子显微镜图；
图2为本发明一实施例的改善晶圆边缘形貌的方法的流程图；
图3为本发明一实施例中提供待处理晶圆的示意图；
图4为本发明一实施例中在晶圆上形成图案化的掩膜层的示意图；
图5为本发明一实施例中进行边缘灰化处理的示意图；
图6为本发明一实施例中进行非选择性刻蚀的示意图；
图7为本发明一实施例中清洗所述待处理晶圆的示意图；
图8为采用本发明改善晶圆边缘形貌的方法处理后的晶圆边缘检测示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的改善晶圆边缘形貌的方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，发明人研究发现，目前晶圆边缘处很容易有着剥离1、凸起2等各种缺陷。经进一步研究发现，凸起2可能是残留物所致，而且残留物会导致膜层发生剥离，而剥离掉的部分会进一步导致凸起，从而恶性循环。
这种边缘异常现象发生在整个半导体制程过程中，并且后段(BEOL)晶圆的边缘尤为显著。发明人经过仔细研究发现，例如对于后段晶圆的边缘，既包括光刻材料的各种光刻胶、底部抗反射涂层(BARC)、有机绝缘层(ODL)等残留，又有各种基于硅的膜层残留(例如多晶硅、氧化硅等)，还有金属材料的残留等。这些异常残留物都会成为晶圆边缘剥离(peeling)的诱因，并且，由于残留物的存在导致晶圆边缘形貌异常，还能够导致晶圆边缘失焦(defocus)。
发明人通过调整光刻机上边缘光刻胶去除(EBR)和晶圆边缘曝光(WEE)的设置，确保光刻过程尽可能不出现异常；发现并不能够改善晶圆边缘异常这种缺陷。发明人还提供采用单纯的非选择性刻蚀，来去除晶圆边缘的各种残留，但是实验结果依然不够理想。因此，发明人认为应当是有机残留和无机(金属)残留参合在一起，形成顽固残留，难以被去除。
基于此，本发明提供一种改善晶圆边缘形貌的方法，包括：
步骤S11，提供待处理晶圆，所述待处理晶圆包括衬底和形成于衬底上的功能层；
步骤S12，在所述功能层上形成掩膜层；
步骤S13，采用一遮蔽覆盖所述待处理晶圆，暴露出所述待处理晶圆的边缘部分；
步骤S14，对所述待处理晶圆进行边缘灰化处理；
步骤S15，对所述待处理晶圆进行边缘刻蚀；
步骤S16，移除所述遮蔽并清洗所述待处理晶圆。
下面请参考图2-图8对本发明提供的改善晶圆边缘形貌的方法进行详细说明。
如图2和图3所示，对于步骤S11，提供待处理晶圆10，所述待处理晶圆10包括衬底101和形成于衬底101上的功能层102。例如，所述晶圆10可以是8英寸、12英寸等常见晶圆，其上可以通过一系列的前段工艺制备出器件层、金属层等，即所述功能层102可以包括有硅层，例如外延硅层、多晶硅层等，还可以包括有金属层，例如金、银、铜、钛、铝、镍、铬、钼、钨、锌、锗等。自然，在所述功能层102中还夹杂有各种介质层，例如氮化硅层、氧化硅层等。如上文所述，由于光刻工艺和各个膜层的形成时和/或去除不尽时会产生残留，而且混合后变得更为顽固，严重影响晶圆边缘形貌。
接着请参考图4，对于步骤S12，在所述功能层102上形成掩膜层103。可选的，并对所述掩膜层103进行图案化。本步骤中，以所述掩膜层103为氮化硅为例，可以采用化学气象沉积工艺在所述功能层102上形成所述掩膜层103。所述掩膜层103可以覆盖在所述功能层102边缘，从而在后续灰化、刻蚀等过程中保护功能层102。然后在所述掩膜层103上涂覆光刻胶，依据实际工艺需要，还可以在涂覆光刻胶之前先形成底部抗反射涂层(BARC)。之后，对所述光刻胶进行曝光显影，使得所述光刻胶图案化。以所述图案化后的光刻胶为掩膜，刻蚀所述掩膜层103，获得具有图案化区域104的掩膜层103。例如，图案化可以是在掩膜层103中开出开口、沟槽等，依据实际需要暴露出功能层的相关部分。
然后，请参考图5，对于步骤S13，采用一遮蔽105覆盖所述待处理晶圆10，暴露出所述待处理晶圆10的边缘部分。具体的，所述遮蔽105可以是刻蚀设备中的挡块，该遮蔽105覆盖在所述待处理晶圆10上，可以适当的压紧所述遮蔽105，以防止遮蔽105与所述晶圆10接触不严密而导致后续刻蚀过程对待处理晶圆10中央部分产生影响，例如在本实施例中，所述遮蔽105覆盖了图案化区域104。
在本发明的一个实施例中，暴露出的所述边缘部分的宽度W为大于0小于等于10mm，例如1mm、3mm、5mm等。可以理解的是，所述边缘部分的宽度W实际上就是容易产生边缘形貌异常的主要范围的宽度，因此，所述宽度W并不限于本实施例所列举范围，本领域技术人员可以依据实际工艺水平和容易产生边缘异常的范围进行灵活调整。
请继续参考图5，对于步骤S14，对所述待处理晶圆10进行边缘灰化处理①。这是考虑到在之前的光刻等过程中形成或残留的有机物，主要积累在边缘部分，因此通过进行边缘灰化处理①，将有机物灰化消耗掉，使得有机物与无机金属残留分离开，也就能够将残留全部去除掉。
在一个实施例中，所述边缘灰化处理①可以是强氧灰化过程，例如是包括O2等离子体和O3等离子体的至少一种，这样有助于消耗掉有机物，例如是光刻胶、底部抗反射涂层(BARC)、有机绝缘层(ODL)等残留，并且借助于遮蔽105的存在，尽可能避免对其他膜层产生影响。以采用O2等离子体为例，在一个实施例中，灰化过程参数可以是：压强大于0小于等于500mTorr，O2流量大于0小于等于500sccm，功率大于0小于等于500W。所述边缘灰化处理①的具体处理时间、压强、流量等参数本发明并不加以限制，针对于不同工艺获得不同的待处理晶圆，在本发明给出的基础上，本领域技术人员可以灵活设定处理条件，以使得所述有机物被去除干净。
在一个实施例中，也可以采用多次灰化处理，以使得所述有机物被去除干净。
然后请参考图6，对于步骤S15，对所述待处理晶圆10进行边缘刻蚀。本步骤在上一步骤S14执行完后进行，是由于边缘处的有机物基本消除，避免了由于无机金属等物质依然被有机物粘结在一起，难以被去除掉的情况。同样的，步骤S14的具体处理时间、离子流量等参数本发明并不加以限制，针对于不同工艺获得不同的待处理晶圆，在本发明给出的基础上，本领域技术人员可以灵活设定处理条件，以使得所述有机物被去除干净。
在一个实施例中，本步骤采用非选择性刻蚀②，所述非选择性刻蚀②为采用干法刻蚀工艺。更具体的，所述非选择性刻蚀②可以是采用含氟气体或含氯气体的至少一种。通过采用含氟气体或含氯气体的非选择性刻蚀②，能够有效且较为全面的去除各种基于硅的残留(例如多晶硅残留、氧化硅残留、氮化硅残留等)和金属残留(如金、银、铜、钛、铝、镍、铬、钼、钨、锌、锗等金属的残留)。以采用含氯气体为例，在一个实施例中，灰化过程参数可以是：压强大于0小于等于500mTorr，Cl2流量大于0小于等于500sccm，功率大于0小于等于500W。同样的，对于具体的非选择性刻蚀②的时间、压强、流量等参数本发明并不加以限制，对于不同工艺获得不同的待处理晶圆，在本发明给出的基础上，本领域技术人员可以灵活设定处理条件。
此外，也可以是在结合实际经验的基础上，针对无机残留，分别进行单纯针对某一种杂质的刻蚀，即采用多次选择性刻蚀来完成。
之后，请参考图7，对于步骤S16，移除所述遮蔽并清洗所述待处理晶圆10。在本发明一个实施例中，采用氢氟酸溶液20清洗所述待处理晶圆10，具体例如是稀释的氢氟酸溶液(DHF)。所述清洗可以采用浸泡式清洗、喷液式清洗等方式，如图7示出了浸泡式清洗。本步骤主要是将上面过程中的边缘灰化处理①和非选择性刻蚀②中激发下来的残留物冲洗掉，由此使得晶圆边缘整洁，形貌平坦，避免了残留物影响晶圆边缘异常的缺陷发生。
进一步的，在步骤S16之后，还可以进行一体化刻蚀。以所述图案化的掩膜层103为掩膜，对所述功能层进行刻蚀。当然，一体化刻蚀是为了降低光刻数量，避免引入新的缺陷。若对于只需要刻蚀一层的特殊情况，也依然可以在步骤S16后进行。
请参考图8，示出了对于生产中的一种晶圆采用本发明的改善晶圆边缘形貌的方法进行处理后获得的晶圆边缘形貌检测图，可见在边缘处仅检测到了很少数量(4个)的缺陷30，这表明晶圆边缘形貌非常正常。
综上所述，本发明提供的改善晶圆边缘形貌的方法，包括：提供待处理晶圆，所述待处理晶圆包括衬底和形成于衬底上的功能层；在所述功能层上形成掩膜层；采用一遮蔽覆盖所述待处理晶圆，暴露出所述待处理晶圆的边缘部分；对所述待处理晶圆进行边缘灰化处理；对所述待处理晶圆进行边缘刻蚀；移除所述遮蔽并清洗所述待处理晶圆。由此先通过边缘灰化处理，去除了晶圆边缘的有机物，再通过刻蚀，去除了基于硅的残余、金属残余和其他杂质微粒，而同时通过遮蔽的覆盖避免了灰化和刻蚀对晶圆整体的损伤。这样将能够确保晶圆边缘基本不存在杂质，也就避免了边缘剥离现象发生，提高了晶圆边缘形貌的平整度。。
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 (13)

1.一种改善晶圆边缘形貌的方法，包括：
提供待处理晶圆，所述待处理晶圆包括衬底和形成于衬底上的功能层；
在所述功能层上形成掩膜层；
采用一遮蔽覆盖所述待处理晶圆，暴露出所述待处理晶圆的边缘部分；
对所述待处理晶圆进行边缘灰化处理；
对所述待处理晶圆进行边缘刻蚀；
移除所述遮蔽并清洗所述待处理晶圆。
2.如权利要求1所述的改善晶圆边缘形貌的方法，其特征在于，暴露出的所述边缘部分的宽度为大于0小于等于10mm。
3.如权利要求1所述的改善晶圆边缘形貌的方法，其特征在于，所述灰化处理采用包括O2等离子体和O3等离子体的至少一种。
4.如权利要求1所述的改善晶圆边缘形貌的方法，其特征在于，对所述待处理晶圆进行刻蚀为采用非选择性刻蚀进行刻蚀。
5.如权利要求4所述的改善晶圆边缘形貌的方法，其特征在于，所述非选择性刻蚀为采用干法刻蚀工艺。
6.如权利要求5所述的改善晶圆边缘形貌的方法，其特征在于，所述非选择性刻蚀采用含氟气体和含氯气体的至少一种。
7.如权利要求1所述的改善晶圆边缘形貌的方法，其特征在于，所述功能层包括金属层和硅层的至少一种。
8.如权利要求1所述的改善晶圆边缘形貌的方法，其特征在于，所述灰化处理为去除光刻胶残留、底部抗反射涂层残留和有机绝缘层残留。
9.如权利要求1所述的改善晶圆边缘形貌的方法，其特征在于，所述刻蚀为去除基于硅的膜层残留和金属材料残留。
10.如权利要求1所述的改善晶圆边缘形貌的方法，其特征在于，所述掩膜层为氮化硅层。
11.如权利要求1所述的改善晶圆边缘形貌的方法，其特征在于，在所述功能层上形成掩膜层之后；在采用一遮蔽覆盖所述待处理晶圆之前，还包括：
在所述掩膜层上涂覆光刻胶；
对所述光刻胶进行光刻以图案化；
以图案化后的光刻胶为掩膜刻蚀所述掩膜层。
12.如权利要求1所述的改善晶圆边缘形貌的方法，其特征在于，采用氢氟酸溶液清洗所述待处理晶圆。
13.如权利要求1所述的改善晶圆边缘形貌的方法，其特征在于，在清洗所述待处理晶圆之后，还包括：
对所述待处理晶圆进行一体化刻蚀。
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