CN111312583B - 一种制备半导体硅芯片的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备半导体硅芯片的生产工艺，能够将裸硅晶圆片原料在一个工作腔体内实现加工步骤，且最终完成符合产品要求质量及规格的半导体硅芯片，从而可以节省晶圆制造和加工工具的成本，也可以降低工厂厂房的占地面积及成本的一种制备半导体硅芯片的生产工艺；本发明是对现有技术一次扩展性的技术创新，具有很好的推广和使用价值。

Description

一种制备半导体硅芯片的生产工艺

技术领域

本发明涉及半导体加工和制造领域，具体为制备半导体硅芯片的生产工艺。

背景技术

导体硅材料的现状，在当今全球超过2000亿美元的半导体市场中，95%以上的半导体器件和99%以上的集成电路（LSI）都是用高纯优质的硅抛光片和外延片制作的。在未来30-50年内，它仍将是LSI工业最基本和最重要的功能材料。半导体硅材料以丰富的资源、优质的特性、日臻完善的工艺以及广泛的用途等综合优势而成为了当代电子工业中应用最多的半导体材料，它还是可获得的纯度最高的材料之一，其实验室纯度可达12个“9” 的本征级，工业化大生产也能达到7～11 个“9’的高纯度。产品应用半导体或芯片是由硅生产出来的。晶圆片上刻蚀出数以百万计的晶体管，这些晶体管比人的头发要细小上百倍。半导体通过控制电流来管理数据，形成各种文字、数字、声音、图象和色彩。它们被广泛用于集成电路，并间接被地球上的每个人使用。这些应用有些是日常应用，如计算机、电信和电视，还有的应用于先进的微波传送、激光转换系统、医疗诊断和治疗设备、防御系统和NASA航天飞机。

加工硅芯片的工艺包括长晶、切割、抛光、清洗等等工序，集成电路制造中的重复工艺步骤如下扩散→薄膜淀积→光刻→刻蚀→离子注入→CMP→金属化→热处理→测试等等细节步骤，其中离子注入过程到扩散在实际应用过程中进行检测并重复若干次是常态，在制备过程中因所需环境为洁净室要求极高，每个工位的机械化、自动化生产器材占用场地及其复杂和昂贵，此制备流程又较为复杂，成本相当高；就拿台积电在16nm和10nm技术上的投资预估要在115亿至120亿美元之间，为此如何节约成本是本领域技术面临革新的首要问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是如何提供一种制备半导体硅芯片的生产工艺，能够将裸硅晶圆片原料在一个工作腔体内实现重复的加工步骤，且最终完成符合产品要求质量及规格的半导体硅芯片，从而可以节省晶圆制造和加工工具的成本，也可以降低工厂厂房的占地面积及成本，的一种制备半导体硅芯片的生产工艺。

一种制备半导体硅芯片的生产工艺，在本发明半导体硅芯片制备工艺在同一设备腔体内完成，其特征在于，工艺流程步骤如下：

步骤1，光面硅片载入第二操作腔体然后抽真空：

打开第二操作腔体（2）闸门（11）→将原材料裸硅晶圆片（以下简称硅片）通过机械手臂放置至第二操作腔体（2）内的硅片举起支架上→关闭第二腔体闸门（11）→然后抽真空；

步骤2，湿式清洗光面硅片的表面：

平衡第二操作腔体（2）和第三操作腔体（3）的压力→开启第二操作腔体（2）和第三操作腔体（3）之间设置的开关闸阀，→硅片载盘（17）上升接住光面硅片→下降至第三操作腔体内化学溶液排放捕捉槽位置→关闭闸阀→将第二操作腔体（2）抽真空→将第三操作腔体（3）泄压至大气压→执行SC1，SC2，BHF及漂净制程工艺；

作为优选，所述第二操作腔体（2）和第三操作腔体（3）设置有开关闸阀，为了能够实现两真空腔体间的闸阀要开启前，两腔体的气压或压力约略相同，否则会被高压的一端压住无法开启。

此处所述SC1，SC2，BHF及漂净制程工艺为现有已知技术；

步骤3：将等离子辅助化学气相沉积镀氧化硅薄膜于光面硅片表面：

将第三操作腔体（3）通过丙醇酒精蒸气进行喷刷→将第三操作腔体（3）抽真空→开启第二操作腔体（2）和第三操作腔体（3）之间设置的开关闸阀，→光面硅片上升至第二操作腔体（2）的硅片举起支架上→关闭第二操作腔体（2）和第三操作腔体（3）之间设置的开关闸阀，→将第二操作腔体（2）抽真空→平衡第一操作腔体（1）和第二操作腔体（2）的压力→开放无靶闸阀→电浆模组移至第二操作腔体（2）正中央→开始通气等离子镀膜氧化硅；

步骤4：硅片下降至第三操作腔体（3）涂布光刻胶：

将第二操作腔体（2）硅片举起支架移至腔体正中央→开启闸阀→将硅片下降至第三操作腔体（3）→关闭闸阀→将第三操作腔体破真空至大气压→执行光刻胶涂布制成工艺

此步骤所指的光刻胶涂布制成工艺是指任何习知的光刻胶涂布制成工艺执行一次。光刻胶涂布制成工艺是半导体业界使用超过四十年的习知技艺，再此不再进行详述。；

步骤5:硅片移至最上方由光刻术模组曝光：

将第三操作腔体抽真空→开启闸阀→用载盘将硅片上升至第一操作腔体→第一操作腔体硅片升降器移到中心以保持硅片→载盘下降至第三操作腔体→关闭闸阀→硅片曝光载台支撑硅片→关闭无靶闸阀→将第二操作腔体抽净真空→将第一操作腔体真空通风至大气压→开放曝光闸阀→执行曝光制成工艺；

步骤6：硅片下降到第三操作腔体执行硅片光刻胶显影

硅片举起支架移至中央撑住硅片 晶圆升降器移到中心以保持晶圆→硅片曝光载台离开硅片→关闭曝光闸阀→将第一操作腔体抽高真空，第一操作腔体泵关闭→开放无靶空闸阀→开启闸阀→硅片由载盘下降至第三操作腔体→关闭闸阀→关闭无靶空闸阀→将第二腔体抽高真空→将第三操作腔体破真空至大气压→执行硅片光刻胶显影制成工艺；

此步骤所指的硅片光刻胶显影制成工艺是指任何习知的硅片光刻胶显影制成工艺执行一次。硅片光刻胶显影制成工艺是半导体业界使用超过四十年的习知技艺，不再详述。；

步骤7：硅片上移至第二操作腔体蚀刻氧化硅然后去除光刻胶

将第三操作腔体抽高真空→开放第二操作腔体无靶空闸阀→将第二操作腔体电浆模组移至中央→开放闸阀→用载盘将硅片上移至第二操作腔体→用第二操作腔体硅片举起支架撑起硅片且载盘降至第三操作腔体→关闭闸阀→将第二操作腔体硅片举起支架退回外侧→将第二操作腔体抽高真空（室泵关闭）→将多孔圆盘退至外围后通气蚀刻氧化硅→将多孔圆盘移至中央后执行干式光刻胶剥除制程工艺；

此步骤所指的干式光刻胶剥除制程工艺是指任何习知的干式光刻胶剥除制程工艺执行一次。干式光刻胶剥除制程工艺是半导体业界使用超过四十年的习知技艺，不再详述。）；

步骤8：将氮化钽及铜种子层溅镀于已图案化之氧化硅上

将第二操作腔体电浆模组移出→溅镀遮板移至中央上方→将钽靶移入后溅镀氮化钽→将铜靶移入后溅镀铜；

步骤9：硅片下降至V3腔体之电镀槽执行铜电镀成长

用第二操作腔体之硅片举起支架支撑硅片→开放闸阀；用载盘将硅片降至第三操作腔体→关闭闸阀；将第二操作腔体抽高真空（室泵关闭）→将第三操作腔体破真空至大气压→铜电镀槽开始循环电镀液→执行电镀铜制成工艺→排放掉电镀废液→用去离子纯水冲洗电镀槽；

此步骤所指的去离子纯水冲洗电镀槽程序是指任何习知的去离子纯水冲洗电镀槽程序执行一次。去离子纯水冲洗电镀槽程序是半导体业界使用超过四十年的习知技艺，不再详述。）；

步骤10：用冰粒喷射抛光来平坦化铜而最后将硅片由匣门退出此设备

硅片在用纯水冲洗后旋干→硅片移至化学捕捉槽执行冰粒平坦化制程；

硅片以异丙醇旋转冲洗→开放闸阀→用载盘将硅片升至第二操作腔体→用第二操作腔体的硅片举起支架支撑硅片而后用载盘降至第三操作腔体→关闭闸阀→将第二操作腔体抽高真空→硅片从匣门退出此设备→关闭匣门且将第二操作腔体抽高真空→将第三操作腔体抽高真空；

此步骤所指的腔体抽高真空程序是指任何习知的腔体抽高真空程序执行一次。腔体抽高真空程序是半导体业界使用超过百年的习知技艺，不再详述。。

本发明有益效果：

本发明能够有效解决了原始工艺制备用占地空间使用的问题,提供一种制备半导体硅芯片的生产工艺，能够将裸硅晶圆片原料在一个工作腔体内实现重复的加工步骤，且最终完成符合产品要求质量及规格的半导体硅芯片，从而可以节省晶圆制造和加工工具的成本，也可以降低工厂厂房的占地面积及成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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它的附图，其中：

图1是本发明实施例生产设备的X向结构示意图；

图2是本发明实施例生产设备的Y向结构示意图；

图3是现有技术一般步进机或扫描机之光罩图案成像之硅片聚焦位置示意图；

图4是本发明区块图案由X和Y方向的步进反射镜Y方向多一个反射镜移动或扫描完成示意图；

图5是本发明电浆模组结构关系示意图；

图6是本发明加热机构X向结构关系示意图；

图7是本发明加热机构Y向结构关系示意图；

图8是本发明硅片在硅片载盘及硅片举起机构间转移流程过程示意图；

图9是本发明加热盘在硅片载盘及硅片举起机构的俯视图；

图10是本发明冰粒喷射高压喷射管与硅片载盘及硅片举起机构结构示意图；

图11是本发明旋转蚀刻制成工艺流程状态结构图；

图12是本发明旋转蚀刻结构部分结构示意图；

图13是本发明高压吹起结构放大结构示意图；

图14是本发明图13所示A部与硅片关系结构示意图；

图15是本发明旋转蚀刻结构部分与硅片关系结构俯视图；

图16是本发明电镀结构示意图；

图17是本发明第一操作腔体内硅片及工具架构俯视图；

图18是本发明第二操作腔体内电浆模组俯视图；

图19是本发明硅片及加热盘俯视结构示意图；

附图标记：

1-第一操作腔体； 2-第二操作腔体； 3-第三操作腔体； 4-曝光基材载台； 5-腔内通风管道及阀件a； 51-通风管道及阀件b； 52-通风管道及阀件c； 6-真空泵接入端及连接件a； 61-真空泵接入端及连接件b；

62-真空泵接入口及排气阀c； 7-磁控管； 8-溅镀铜靶材； 9-模拟闸阀； 10-曝光片夹持器； 11-硅片进出腔体的闸门； 12-电浆模组； 12.1-O型环； 12.2-具有石英套筒的磁铁； 12.3-具偏压格栅一； 12.4-石英窗； 12.5-厚圆柱形石英柱状桶环； 12.6-具偏压格栅二； 12.7-多孔金属阳极化圆盘； 13-丙醛醇蒸气接入口； 14-加热结构部分； 14.1-供电浆辅助化学气相沉积镀膜的电阻加热盘； 14.2-底部抗反射层加热盘； 14.3-非接触式热对流加热底部抗反射层； 14.4-供低压或有机金属化学气相沉积镀膜的电阻加热盘；14.5-光刻胶层加热盘； 14.6-加热光刻胶层；

15-冰粒平坦化制程结构部分； 15.1-高压空气输入管路； 15.2-冰珠冰粒输入管路； 15.3-去离子水输入管路； 15.4-选择性化学品输入管路； 15.5-热绝缘管路； 15.6-冰粒与水雾混合区域； 15.7-高压空气喷射嘴； 16-旋转蚀刻结构部分； 16.1-高压吹起结构； 16.11-顶部管路；16.12-底部管路； 16.2-电镀结构； 16.21-参考电极； 16.22-惰性电极； 16.23-铜阳极； 16.24-电镀阴极； 16.25-阳离子交换膜； 16.3-稀释纯水进水管路； 16.4-滚轮； 16.5-具有缓冲机制的管轮； 16.6-触控传感器； 17-硅片载盘及硅片举起机构； 17.1-高压空气喷射口； 18-阀门A； 19-化学溶液排放捕捉槽； 20-稀释用纯水接入口； 21-电镀铜水溶液的帮浦输送管及回流管和排放管；22-硅片。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-19所示，在本发明的一个具体实施例中一种制备半导体硅芯片的生产工艺，在本发明半导体硅芯片制备工艺在同一设备腔体内完成，其特征在于，工艺流程步骤如下：

步骤1，光面硅片载入第二操作腔体然后抽真空：

打开第二操作腔体闸门→将原材料裸硅晶圆片（以下简称硅片）通过机械手臂放置至第二操作腔体内的硅片举起支架上→关闭第二腔体闸门→然后抽真空（闸门外设置有载锁真空辅助腔体）；

步骤2，湿式清洗光面硅片的表面：

平衡第二操作腔体和第三操作腔体的压力→开启闸阀→硅片载盘上升接住光面硅片→下降至第三操作腔体内化学溶液排放捕捉盘位置→关闭闸阀→将第二操作腔体抽真空→将第三操作腔体泄压至大气压→执行SC1，SC2，BHF及漂净制程工艺；

步骤3：将等离子辅助化学气相沉积镀氧化硅薄膜于光面硅片表面：

将第三操作腔体通过丙醇酒精蒸气进行喷刷→将第三操作腔体抽真空

→开启闸阀→光面硅片上升至第二操作腔体的硅片举起支架上→关闭闸阀→将第二操作腔体抽真空→平衡第一操作腔体和第二操作腔体的压力→开放无靶闸阀→电浆模组移至第二操作腔体正中央→开始通气等离子镀膜氧化硅；

步骤4：硅片下降至V3腔体涂布光刻胶：

将第二操作腔体硅片举起支架移至腔体正中央→开启闸阀→将硅片下降至第三操作腔体→关闭闸阀→将第三操作腔体破真空至大气压→执行光刻胶涂布制成工艺；

步骤5:硅片移至最上方由光刻术模组曝光：

将第三操作腔体抽真空→开启闸阀→用载盘将硅片上升至第一操作腔体→第一操作腔体晶圆升降器移到中心以保持晶圆→载盘下降至第三操作腔体→关闭闸阀→硅片曝光载台支撑硅片→关闭无靶闸阀→将第二操作腔体抽净真空→将第一操作腔体真空通风至大气压→开放曝光闸阀→执行曝光制成工艺；

步骤6：硅片下降到第三操作腔体执行硅片光刻胶显影

硅片举起支架移至中央撑住硅片 晶圆升降器移到中心以保持晶圆→硅片曝光载台离开硅片→关闭曝光闸阀→将第一操作腔体抽高真空，第一操作腔体泵关闭→开放无靶空闸阀→开启闸阀→硅片由载盘下降至第三操作腔体→关闭闸阀→关闭无靶空闸阀→将第二腔体抽高真空→将第三操作腔体破真空至大气压→执行硅片光刻胶显影制成；

步骤7：硅片上移至第二操作腔体蚀刻氧化硅然后去除光刻胶

将第三操作腔体抽高真空→开放第二操作腔体无靶空闸阀→将第二操作腔体电浆模组移至中央→开放闸阀→用载盘将硅片上移至第二操作腔体→用第二操作腔体硅片举起支架撑起硅片且载盘降至第三操作腔体→关闭闸阀→将第二操作腔体硅片举起支架退回外侧→将第二操作腔体抽高真空（室泵关闭）→将多孔圆盘退至外围后通气蚀刻氧化硅→将多孔圆盘移至中央后执行光刻胶剥除制程工艺；

步骤8：将氮化钽及铜种子层溅镀于已图案化之氧化硅上

将第二操作腔体电浆模组移出→溅镀遮板移至中央上方→将钽靶移入后溅镀氮化钽→将铜靶移入后溅镀铜；

步骤9：硅片下降至第三操作腔体之电镀槽执行铜电镀成长

用第二操作腔体之硅片举起支架支撑硅片→开放闸阀；用载盘将硅片降至第三操作腔体→关闭闸阀；将第二操作腔体抽高真空（室泵关闭）→将第三操作腔体破真空至大气压→铜电镀槽开始循环电镀液→执行电镀铜制成工艺→排放掉电镀废液→用去离子纯水冲洗电镀槽；

步骤10：用冰粒喷射抛光来平坦化铜而最后将硅片由匣门退出此设备

硅片在用纯水冲洗后旋干→硅片移至化学捕捉槽执行冰粒平坦化制程；

硅片以异丙醇旋转冲洗→开放闸阀→用载盘将硅片升至第二操作腔体→用第二操作腔体的硅片举起支架支撑硅片而后用载盘降至第三操作腔体→关闭闸阀→将第二操作腔体抽高真空→硅片从匣门退出此设备→关闭匣门且将第二操作腔体抽高真空→将第三操作腔体抽高真空。

具体实施过程中，此工艺设备可以与自动化控制系统连接实现自动化控制。

具体实施过程中，所述本发明半导体硅芯片制备装置由上至下设置有第一操作腔体（1）、第二操作腔体（2）、第三操作腔体（3）；

第一操作腔体（1）顶部位置设置有硅片下降至第一操作腔体（1）、第二操作腔体（2）、第三操作腔体（3）内执行其它工艺过程及抽真空时使用的阀门A（18），此阀门的开关不限定其开关的方式，可使用现有技术中开关阀门的任意一种方式；第一操作腔体（1）顶部中间位置设置有曝光基材载台（4），曝光基材载台（4）之上设置有从上方光刻部件照射的光束；

第一操作腔体（1）内一侧设置有腔内通风管道及阀件a（5）和真空泵接入端及连接件a（6），第一操作腔体（1）内相对设置有磁控管（7）及溅镀铜靶材（8）和模拟闸阀（9）及曝光片夹持器（10）；上述磁控管（7）、溅镀铜靶材（8）、模拟闸阀（9）及曝光片夹持器（10）通过外接电源控制其行进、闸阀开闭及夹持功能，完成硅片上之光刻胶的曝光工作。

第二操作腔体(2)内一侧设置有通风管道及阀件b（51）和真空泵接入端及连接件b（61）实现腔内破真空及抽真空帮助，另一侧设置有硅片进出腔体的闸门（11），闸门外设置有载锁真空辅助腔体；第二操作腔体(2)作为完成所有干式制成工艺的操作腔，因此设置有电浆模组（12）；第二操作腔体(2)通过主渠道及阀件分别依次接入超高纯度氮气，三氢化砷，三氢化磷，三氟化硼，氟化碳类特气(可含氢)，氯化氢、 氯气、 三氯化硼，氮氢混气、 氨气，超高纯度氧气、水气，超高纯度氩气、超高纯度氦气；完成电浆离子布值、溅镀钽金属制成工艺、溅镀铜金属制成工艺、电浆辅助化学气相沉积介电层或氮化钛TiN金属或钨W金属制成工艺、原子层镀膜金属或介电层制成工艺、反应式离子蚀刻金属或硅材或介电层制成工艺、光刻胶剥除或灰化制成工艺。

第三操作腔体（3）内一侧壁设置有丙醛醇蒸气接入口（13）、真空泵接入口及排气阀c(62)、另一侧壁相对设置有通风管道及阀件c(52)实现腔内破真空、排气、吹扫工作，第三操作腔体（3）内一侧通过管路及阀件分别连接有旋涂介电材料液供应管、旋涂玻璃材料液供应管、旋涂碳材料液供应管、底部抗反射材料液供应管、光刻胶供应管、显影液供应管、碱液供应管、酸液供应管、去离子超纯水供应管完成 湿式清洗光面硅片及执行电镀铜制成工艺；

第三操作腔体（3）内部由上至下依次安装设置有加热结构部分（14）、冰粒平坦化制程结构部分（15）、旋转蚀刻结构部分（16）；第三操作腔体内以上结构分别完成湿式清洗光面硅片、底部抗反射材料涂布及洗边制成工艺、光刻胶涂布及洗边制成工艺、硅片光刻胶显影制成工艺、旋涂介电材料制成工艺、旋涂玻璃材料制成工艺、旋涂碳材料制成工艺、旋转溼式蚀刻硅片正面及反面制成工艺及执行电镀铜制成工艺；

旋转蚀刻结构部分（16）中间设置有硅片载盘（17），两侧壁上设置有化学溶液排放捕捉槽（19）作为排放口，分别设置为旋涂介电材料、旋涂玻璃液排放口，旋涂碳材料排放口，底部抗反射材料、光刻胶排放口，三甲基氢氧化氨显影液排放口，碱液排放口，酸液排放口，及旋转刻蚀平坦化工艺的排放口；

第三操作腔体（3）内底部旋转蚀刻结构部分（16）一侧通过管道及阀件连接设置有稀释用纯水接入口（20），另一侧设置有电镀铜水溶液的帮浦输送管及回流管和排放管（21）。

具体实施过程中，光刻胶显影步骤中，现有技术图3所示一般步进机或扫描机之光罩图案成像之硅片聚焦位置，一个硅片上之光罩区块图案，在此技术方案中如图4所示区块图案由X和Y方向的步进反射镜Y方向多一个反射镜移动或扫描来完成，整个曝光程序硅片不动。

具体实施过程中，电浆模组（12）如图5所示，通过射频电源及机械传动机构实现移动，其结构由上至下依次设置有O型环（12-1）、具有石英套筒的磁铁（12-2）、具偏压格栅一（12-3）、石英窗（12-4）、厚圆柱形石英柱状桶环（12-5）、具偏压格栅二（12-6）、多孔金属阳极化圆盘（12-7）且分别与机械传动机构连接，以上结构都是圆形，所述O型环为具有外环线圈的闸阀，所述O型环、具有石英套筒的磁铁、厚圆柱形石英柱状桶环具有石英套筒的感应耦合电浆线圈，在石英窗上方具有偏压格栅的内环铁氧体耦合线圈，所述厚圆柱形石英柱状桶环、具偏压格栅二具有偏压格栅的感应耦合电浆辅助线圈；O型环作为闸阀的密封、开启是利用两腔体间的气压差异。

具体实施过程中，加热结构部分（14）如图6所示；左边结构由上至下依次包括供电浆辅助化学气相沉积镀膜的电阻加热盘（14.1），材料是316不锈钢的静电吸附载盘、底部抗反射层加热盘（14.2）、非接触式热对流加热底部抗反射层（14.3），电阻加热盘（14.1）和抗反射层加热盘（14.2）之间可增加热交换机制来节省电能及加快升温或降温速率，

右边结构由上至下依次包括供低压或有机金属化学气相沉积镀膜的电阻加热盘（14.4），材料是石墨，光刻胶层加热盘（14.5）、非接触式热对流加热光刻胶层（14.6），供低压或有机金属化学气相沉积镀膜的电阻加热盘（14.4）和光刻胶层加热盘（14.5）之间可增加热交换机制来节省电能及加快升温或降温速率；上述加热机构设置有两组，分别设置在硅片的四周且每组相对设置。

具体实施过程中，硅片（22）在硅片载盘及硅片举起机构（17）间转移流程如图8所示，第一步硅片（22）由硅片载盘及硅片举起机构（17）支撑，第二步硅片（22）由加热盘（14.1/14.2/14.4/14.5）举起，第三步硅片举起机构离开加热盘区域外，为了温度均匀度考量，硅片尺寸可以不完全需要与加热盘尺寸相同。

如图9所示为加热盘（14.1/14.2/14.4/14.5）在硅片载盘及硅片举起机构（17）的俯视图。

具体实施过程中如图10所示，冰粒喷射抛光平坦化是将参水选择性混合化学溶液的冰粒喷射嘴可在旋转的硅片上，左右前后来回扫描对全晶圆表面做喷砂的动作来平坦化铜、 介电膜或钨，完成制程工艺后，参水冰粒喷射嘴会回到载盘外的停驻位置，参水冰粒喷射嘴的横截面可以是同心圆、同心方形、矩形结构是由高压喷射管的方式进行；其中高压喷射管中间为高压空气输入管路（15.1），两侧依次设置为冰珠冰粒输入管路（15.2），去离子水输入管路（15.3）、选择性化学品输入管路（15.4），去离子水输入管路（15.3）与冰珠冰粒输入管路（15.2）之间设置有热绝缘管路（15.5），高压空气输入管路（15.1）与两侧的冰珠冰粒输入管路（15.2）之间设置有热绝缘管路（15.5），选择性化学品输入管路（15.4）与去离子水输入管路（15.3）相连通用于稀释化学品，去离子水输入管路（15.3）与冰珠冰粒输入管路（15.2）相连通与冰珠冰粒在冰粒与水雾混合区域（15.6）混合后通过高压空气喷射嘴（15.7）的喷出。

具体实施过程中，冰粒平坦化铜制程工艺流程如下：

a.选取制程程序后下载

b.参水冰粒喷射嘴移出至硅片载盘上方任意制程程序决定之位置

c.参水冰粒喷射嘴开始以低抛光率前后左右全硅片区域移动喷射参水冰粒来预抛铜表面

d.参水冰粒喷射嘴开始混合制程程序决定之化学溶液而后以高抛光率喷射参水冰粒来加速抛光铜表面

e.当目标铜抛光厚度达到后参水冰粒喷射嘴停止供应冰粒及化学溶液但持续以去离子纯水冲洗硅片铜表面至程序决定之时间(是否达到铜抛光厚度可用内建或外部量测机制）

f.参水冰粒喷射嘴停止喷水并退回停泊位置

d.被处理的硅片旋干后退出此装置。

具体实施过程中，如图12所示：旋转蚀刻结构部分（16）设置有多组平均分布在硅片载盘及硅片举起机构（17）四周并通过高压吹起结构（16.1）和电镀结构（16.2）提供高压空气喷吹气流和执行电镀铜制成工艺，每组旋转蚀刻机构（16）都设置有稀释纯水进水管路（16.3）冲洗旋转蚀刻工艺产生的化学溶液废液排放捕捉槽区，高压吹起结构（16.1）分为顶部管路（16.11）和底部管路（16.12），顶部管路（16.11）高压空气喷吹使得湿液不至于跑到硅片正面，底部管路（16.12）高压空气喷吹使得硅片在滚轮（16.4）上悬浮但被带动旋转，

高压吹起结构（16.1）左侧设置有具有缓冲机制的管轮（16.5）用以使硅片固定在中心位置，右侧开口处之上设置有触控传感器（16.6），硅片碰触至触控传感器（16.6）时停止高压空气喷吹；右侧开口处之下设置有滚轮（16.4），由马达控制用以在启动时使硅片转动；

电镀结构（16.2）从左至右依次设置为参考电极16.21、惰性电极16.22、铜阳极16.23、电镀阴极16.24，其中参考电极16.21为饱和甘汞电极；惰性电极16.22为白金，铜阳极16.23、电镀阴极16.24之间设置有阳离子交换膜16.25。

硅片载盘及硅片举起机构（17）正中央外可增加高压空气喷射口（17.1）来维持液体在硅片正背面流动。旋转蚀刻结构部分（16）四周设置有化学溶液排放捕捉槽（19）；

具体实施过程中，如图11所示，旋转蚀刻制成工艺流程如下：

a.移动手臂伸出抓住硅片

b.化学溶液喷射手臂伸出

c.开始喷射湿式蚀刻化学溶液

d.高压空气同时开始吹气使液体保持在硅片背面向外流动

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

Claims (9)

1.一种制备半导体硅芯片的生产工艺，在同一设备腔体内完成，其特征在于，工艺流程步骤如下：

步骤1，光面硅片载入第二操作腔体然后抽真空：

打开第二操作腔体闸门→将原材料硅片通过机械手臂放置至第二操作腔体内的硅片举起支架上→关闭第二腔体闸门→然后抽真空；

步骤2，湿式清洗光面硅片的表面：

平衡第二操作腔体和第三操作腔体的压力→开启闸阀→硅片载盘上升接住光面硅片→下降至第三操作腔体内化学溶液排放捕捉盘位置→关闭闸阀→将第二操作腔体抽真空→将第三操作腔体泄压至大气压→执行SC1，SC2，BHF及漂净制程工艺；

步骤3：将等离子辅助化学气相沉积镀氧化硅薄膜于光面硅片表面：

将第三操作腔体通过丙醇酒精蒸气进行喷刷→将第三操作腔体抽真空→开启闸阀→光面硅片上升至第二操作腔体的硅片举起支架上→关闭闸阀→将第二操作腔体抽真空→平衡第一操作腔体和第二操作腔体的压力→开放无靶闸阀→电浆模组移至第二操作腔体正中央→开始通气等离子镀膜氧化硅；

步骤4：硅片下降至V3腔体涂布光刻胶：

将第二操作腔体硅片举起支架移至腔体正中央→开启闸阀→将硅片下降至第三操作腔体→关闭闸阀→将第三操作腔体破真空至大气压→执行光刻胶涂布制成工艺；

步骤5:硅片移至最上方由光刻术模组曝光：

将第三操作腔体抽真空→开启闸阀→用载盘将硅片上升至第一操作腔体→第一操作腔体晶圆升降器移到中心以保持晶圆→载盘下降至第三操作腔体→关闭闸阀→硅片曝光载台支撑硅片→关闭无靶闸阀→将第二操作腔体抽净真空→将第一操作腔体真空通风至大气压→开放曝光闸阀→执行曝光制成工艺；

步骤6：硅片下降到第三操作腔体执行硅片光刻胶显影：

硅片举起支架移至中央撑住硅片 晶圆升降器移到中心以保持晶圆→硅片曝光载台离开硅片→关闭曝光闸阀→将第一操作腔体抽高真空，第一操作腔体泵关闭→开放无靶空闸阀→开启闸阀→硅片由载盘下降至第三操作腔体→关闭闸阀→关闭无靶空闸阀→将第二腔体抽高真空→将第三操作腔体破真空至大气压→执行硅片光刻胶显影制成；

步骤7：硅片上移至第二操作腔体蚀刻氧化硅然后去除光刻胶：

将第三操作腔体抽高真空→开放第二操作腔体无靶空闸阀→将第二操作腔体电浆模组移至中央→开放闸阀→用载盘将硅片上移至第二操作腔体→用第二操作腔体硅片举起支架撑起硅片且载盘降至第三操作腔体→关闭闸阀→将第二操作腔体硅片举起支架退回外侧→将第二操作腔体室泵关闭抽高真空→将多孔圆盘退至外围后通气蚀刻氧化硅→将多孔圆盘移至中央后执行光刻胶剥除制程工艺；

步骤8：将氮化钽及铜种子层溅镀于已图案化之氧化硅上：

将第二操作腔体电浆模组移出→溅镀遮板移至中央上方→将钽靶移入后溅镀氮化钽→将铜靶移入后溅镀铜；

步骤9：硅片下降至第三操作腔体之电镀槽执行铜电镀成长：

用第二操作腔体之硅片举起支架支撑硅片→开放闸阀；用载盘将硅片降至第三操作腔体→关闭闸阀；将第二操作腔体室泵关闭抽高真空→将第三操作腔体破真空至大气压→铜电镀槽开始循环电镀液→执行电镀铜制成工艺→排放掉电镀废液→用去离子纯水冲洗电镀槽；

步骤10：用冰粒喷射抛光来平坦化铜而最后将硅片由匣门退出此设备。

2.根据权利要求1所述的一种制备半导体硅芯片的生产工艺，在同一设备腔体内完成，其特征在于，硅片在用纯水冲洗后旋干→硅片移至化学捕捉槽执行冰粒平坦化制程；硅片以异丙醇旋转冲洗→开放闸阀→用载盘将硅片升至第二操作腔体→用第二操作腔体的硅片举起支架支撑硅片而后用载盘降至第三操作腔体→关闭闸阀→将第二操作腔体抽高真空→硅片从匣门退出此设备→关闭匣门且将第二操作腔体抽高真空→将第三操作腔体抽高真空。

3.根据权利要求1所述的一种制备半导体硅芯片的生产工艺，在同一设备腔体内完成，其特征在于，同一设备腔体内由上至下设置有第一操作腔体、第二操作腔体、第三操作腔体；

第一操作腔体顶部位置设置有硅片下降至第一操作腔体、第二操作腔体、第三操作腔体内执行其它工艺过程及抽真空时使用的阀门，此阀门的开关不限定其开关的方式，使用现有技术中开关阀门的任意一种方式；第一操作腔体顶部中间位置设置有曝光基材载台，曝光基材载台之上设置有从上方光刻部件照射的光束；

第一操作腔体内一侧设置有腔内通风管道及阀件和真空泵接入端及连接件，第一操作腔体内相对设置有磁控管及溅镀铜靶材和模拟闸阀及曝光片夹持器；上述磁控管、溅镀铜靶材、模拟闸阀及曝光片夹持器通过外接电源控制其行进、闸阀开闭及夹持功能；

第二操作腔体内一侧设置有通风管道及阀件和真空泵接入端及连接件实现腔内破真空及抽真空帮助，另一侧设置有硅片进出腔体的闸门，闸门外设置有载锁真空辅助腔体；第二操作腔体作为完成湿式清洗光面硅片及执行电镀铜制成工艺的操作腔； 因此设置有电浆模组；第二操作腔体通过主渠道及阀件分别依次接入超高纯度氮气，三氢化砷，三氢化磷，三氟化硼，氟化碳类特气，氯化氢、 氯气、 三氯化硼，氮氢混气、 氨气，超高纯度氧气、水气，超高纯度氩气、超高纯度氦气；

第三操作腔体内一侧壁设置有丙醛醇蒸气接入口、真空泵接入口及排气阀、另一侧壁相对设置有通风管道及阀件实现腔内破真空、排气、吹扫工作，第三操作腔体内一侧通过管路及阀件分别连接有旋涂介电材料液供应管、旋涂玻璃材料液供应管、旋涂碳材料液供应管、底部抗反射材料液供应管、光刻胶供应管、显影液供应管、碱液供应管、酸液供应管、去离子超纯水供应管；第三操作腔体内部由上至下依次安装设置有加热结构部分、冰粒平坦化制程结构部分、旋转蚀刻结构部分；旋转蚀刻结构部分中间设置有硅片载盘，两侧壁上设置有化学溶液排放捕捉槽作为排放口，分别设置为旋涂介电材料、旋涂玻璃液排放口，旋涂碳材料排放口，底部抗反射材料、光刻胶排放口，三甲基氢氧化氨显影液排放口，碱液排放口，酸液排放口，及旋转刻蚀平坦化工艺的排放口；

第三操作腔体内底部旋转蚀刻结构部分一侧通过管道及阀件连接设置有稀释用纯水接入口，另一侧设置有电镀铜水溶液的帮浦输送管及回流管和排放管。

4.根据权利要求2所述的一种制备半导体硅芯片的生产工艺，其特征在于：电浆模组，通过射频电源及机械传动机构实现移动，其结构由上至下依次设置有O型环、具有石英套筒的磁铁、具偏压格栅一、石英窗、厚圆柱形石英柱状桶环、具偏压格栅二、多孔金属阳极化圆盘且分别与机械传动机构连接，以上结构都是圆形；所述O型环为具有外环线圈的闸阀，所述O型环、具有石英套筒的磁铁、厚圆柱形石英柱状桶环具有石英套筒的感应耦合电浆线圈，在石英窗上方具有偏压格栅的内环铁氧体耦合线圈，所述厚圆柱形石英柱状桶环、具偏压格栅二具有偏压格栅的感应耦合电浆辅助线圈；O型环作为闸阀的密封、开启是利用两腔体间的气压差异。

5.根据权利要求2所述的一种制备半导体硅芯片的生产工艺，其特征在于：加热结构部分，左边结构由上至下依次包括供电浆辅助化学气相沉积镀膜的电阻加热盘，材料是316不锈钢的静电吸附载盘、底部抗反射层加热盘、非接触式热对流加热底部抗反射层，电阻加热盘和抗反射层加热盘之间增加热交换机制来节省电能及加快升温、降温速率；

右边结构由上至下依次包括供低压.有机金属化学气相沉积镀膜的电阻加热盘，材料是石墨，光刻胶层加热盘、非接触式热对流加热光刻胶层，供低压、有机金属化学气相沉积镀膜的电阻加热盘和光刻胶层加热盘之间增加热交换机制来节省电能及加快升温、降温速率；上述加热机构设置有两组，分别设置在硅片的四周且每组相对设置。

6.根据权利要求2所述的一种制备半导体硅芯片的生产工艺，其特征在于：硅片在硅片载盘及硅片举起机构间转移流程：第一步硅片由硅片载盘及硅片举起机构支撑，第二步硅片由加热盘举起，第三步硅片举起机构离开加热盘区域外，为了温度均匀度考量，硅片尺寸不完全需要与加热盘尺寸相同。

7.根据权利要求2所述的一种制备半导体硅芯片的生产工艺，其特征在于：冰粒喷射抛光平坦化是将参水选择性混合化学溶液的冰粒喷射嘴安装在旋转的硅片上，左右前后来回扫描对全晶圆表面做喷砂的动作来平坦化铜、介电膜、钨，完成制程工艺后，参水冰粒喷射嘴会回到载盘外的停驻位置，参水冰粒喷射嘴的横截面是同心圆、同心方形、矩形结构是由高压喷射管的方式进行；其中高压喷射管中间为高压空气输入管路，两侧依次设置为冰珠冰粒输入管路，去离子水输入管路、选择性化学品输入管路，去离子水输入管路与冰珠冰粒输入管路之间设置有热绝缘管路，高压空气输入管路与两侧的冰珠冰粒输入管路之间设置有热绝缘管路，选择性化学品输入管路与去离子水输入管路相连通用于稀释化学品，去离子水输入管路与冰珠冰粒输入管路相连通与冰珠冰粒在冰粒与水雾混合区域混合后通过高压空气喷射嘴的喷出。

8.根据权利要求1或2或6任意一项所述的一种制备半导体硅芯片的生产工艺，其特征在于：冰粒平坦化制程工艺流程如下：

a.选取制程程序后下载；

b.参水冰粒喷射嘴移出至硅片载盘上方任意制程程序决定之位置；

c.参水冰粒喷射嘴开始以低抛光率前后左右全硅片区域移动喷射参水冰粒来预抛铜表面；

d.参水冰粒喷射嘴开始混合制程程序决定之化学溶液而后以高抛光率喷射参水冰粒来加速抛光铜表面；

e.当目标铜抛光厚度达到后参水冰粒喷射嘴停止供应冰粒及化学溶液但持续以去离子纯水冲洗硅片铜表面至程序决定之时间，是否达到铜抛光厚度用内建、外部量测机制；

f.参水冰粒喷射嘴停止喷水并退回停泊位置；

d.被处理的硅片旋干后退出此装置；

旋转蚀刻结构部分设置有多组平均分布在硅片载盘及硅片举起机构四周并通过高压吹起结构和电镀结构提供高压空气喷吹气流和执行电镀铜制成工艺，每组旋转蚀刻机构都设置有稀释纯水进水管路冲洗旋转蚀刻工艺产生的化学溶液废液排放捕捉槽区，高压吹起结构分为顶部管路和底部管路，顶部管路高压空气喷吹使得湿液不至于跑到硅片正面，底部管路高压空气喷吹使得硅片在滚轮上悬浮但被带动旋转；

高压吹起结构左侧设置有具有缓冲机制的管轮用以使硅片固定在中心位置，右侧开口处之上设置有触控传感器，硅片碰触至触控传感器时停止高压空气喷吹；右侧开口处之下设置有滚轮，由马达控制用以在启动时使硅片转动；

硅片载盘及硅片举起机构正中央外增加高压空气喷射口来维持液体在硅片正背面流动；旋转蚀刻结构部分四周设置有化学溶液排放捕捉槽。

9.根据权利要求1和2任意一项所述的一种制备半导体硅芯片的生产工艺，其特征在于，旋转蚀刻制成工艺流程如下：

a.移动手臂伸出抓住硅片；

b.化学溶液喷射手臂伸出；

c.开始喷射湿式蚀刻化学溶液；

d.高压空气同时开始吹气使液体保持在硅片背面向外流动。

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