CN112289669A - 一种在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法及晶圆处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法及晶圆处理方法,该镀膜方法包含以下步骤:步骤1:向无晶圆的真空反应腔内输送沉积气体并点燃等离子体,在暴露于等离子体的真空反应腔内壁及内部部件表面沉积一定厚度的保护膜;步骤2:向无晶圆的真空反应腔内输送刻蚀气体并点燃等离子体,等离子体对步骤1沉积的保护膜进行修饰处理;步骤3:重复步骤1‑步骤2若干次以得到高致密度的保护膜。本发明通过重复沉积‑刻蚀的方式在真空反应腔内表面所形成致密的保护膜,从而减小晶圆表面颗粒的尺寸和数量,工艺简单,易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺,具体涉及一种在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法及晶圆处理方法。
背景技术
真空反应腔内的等离子体与晶圆发生进行工艺反应时,会在真空反应腔的内壁及其部件表面产生聚合物沉积,产生沉淀物,污染晶片。
通常在晶圆完成工艺处理后会移出真空反应腔,随后在真空反应腔内进行无晶圆自动清洁(Waferless Auto Clean,简称WAC)工艺,利用清洁气体产生的等离子体对暴露在等离子体中的真空反应腔内壁和其他部件表面进行刻蚀清洁。清洁步骤目的旨在减少真空反应腔内的残余物(如聚合物)以减少残余物导致的腔室记忆效应并降低缺陷率。
然而,随着集成电路工艺的发展,真空反应腔内处理晶圆精度越来越高,对刻蚀表面杂质颗粒(particle)的数目和尺寸的控制越来越严格,现有技术已经无法满足晶圆工艺处理的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法及晶圆处理方法,以避免等离子体对暴露在等离子体中的真空反应腔内壁及其他部件造成腐蚀,并进而对晶圆表面杂质颗粒的数目和尺寸进行严格的控制。
为达到上述目的,本发明提供了一种在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其包含以下步骤:
步骤1:向无晶圆的真空反应腔内输送沉积气体并点燃等离子体,在暴露于等离子体的真空反应腔内壁及内部部件表面沉积一定厚度的保护膜;
步骤2:向无晶圆的真空反应腔内输送刻蚀气体并点燃等离子体,等离子体对步骤1沉积的保护膜进行修饰处理;
步骤3:重复步骤1-步骤2若干次以得到高致密度的保护膜。
上述的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其中,步骤1中,所述沉积气体为含硅的气体以及O2。
上述的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其中,所述含硅的气体为SiF4和SiCl4中的至少一种。
上述的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其中,步骤1采用沉积反应压强为30mT~60mT、沉积反应时间为3s-5s的条件进行。
上述的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其中,步骤2所使用的刻蚀气体为NF3。
上述的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其中,步骤2所使用的刻蚀气体为NF3和Ar;NF3和Ar在真空反应腔内混合后再对步骤1沉积的保护膜进行修饰处理。
上述的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其中,步骤2所使用的刻蚀气体为NF3和Ar;先向真空反应腔内通入NF3对步骤1沉积的保护膜进行修饰处理,之后再向真空反应腔内通入Ar对步骤1沉积的保护膜进行修饰处理。
上述的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其中,步骤2采用刻蚀反应压强为30mT~60mT、刻蚀反应时间为3s-5s的条件进行。
本发明还提供了一种晶圆处理方法,所述方法在一真空反应腔内进行,其包括以下步骤:
镀膜步骤,包括步骤1:向无晶圆的真空反应腔内输送沉积气体并点燃等离子体,在暴露于等离子体的真空反应腔内壁及内部部件表面沉积一定厚度的保护膜;步骤2:向无晶圆的真空反应腔内输送刻蚀气体并点燃等离子体,刻蚀等离子体对步骤1沉积的保护膜进行修饰处理;重复步骤1-步骤2至少两次以得到高致密度的保护膜;
晶圆处理步骤,将待处理晶圆移入所述真空反应腔内,向所述真空反应腔内输送反应气体,完成对晶圆的工艺处理,将所述晶圆移出真空反应腔;
清洁步骤,向无晶圆的真空反应腔输送清洁气体,实现对暴露于等离子体的真空反应腔内壁及内部部件表面的清洁;
保护膜移除步骤,利用清洁步骤中的清洁气体产生的等离子体对保护膜进行刻蚀移除,然后利用上述镀膜步骤重新在暴露于等离子体的真空反应腔内壁及内部部件表面设置一定厚度的保护膜。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
为了改善晶圆处理方法以优化晶圆表面颗粒的表现,本发明所提供的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法及晶圆处理方法,对暴露于等离子体的真空反应腔内壁及内部部件表面通过循环若干次沉积-刻蚀步骤以形成一定厚度的保护膜,所形成的保护膜具有致密、一致和稳定的特点,避免了晶圆处理时等离子体对暴露在等离子体中的真空反应腔内壁及其他部件造成腐蚀的问题。由于真空反应腔内的表面本身的粗糙度不同以及沉积过程中的均一性存在差别,先通入沉积气体并点燃等离子体以沉积一定厚度的保护膜;再通入刻蚀气体通过物理轰击将沉积后多余的保护膜刻蚀掉,从而获得一个较为平坦的表面。以此类推,在此基础上通过重复沉积和刻蚀步骤,最终获得高致密度的保护膜,从而解决晶圆表面出现大尺寸颗粒的问题,实现对晶圆表面杂质颗粒的数目和尺寸进行严格的控制。
附图说明
图1为本发明所述真空反应腔结构示意图;
图2为本发明一较佳实施例流程示意图;
图3为本发明一较佳实施例步骤1的实施示意图;
图4为本发明一较佳实施例步骤2的实施示意图;
图5为本发明一较佳实施例在第一次沉积-刻蚀后再进行沉积的示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书,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。
为了清楚,不描述实际一实施例的全部特征。在下列描述中,不详细描述公知的功能和结构,因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际一实施例的开发中,必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标,例如按照有关系统或有关商业的限制,由一个一实施例改变为另一个一实施例。另外,应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的,但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
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率,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明一实施例的目的。
图1示出一种处理晶圆的真空反应腔1的结构示意图,该真空反应腔1可以为等离子体刻蚀反应腔,也可以为其他可能在反应腔内壁产生聚合物,需要进行清洁防护预处理的真空反应腔1。本实施例将以等离子体刻蚀反应腔为例进行介绍。
在对晶圆进行工艺处理时,真空反应腔1内的等离子体不仅会对晶圆进行处理,还会对暴露在等离子体中的真空反应腔1内壁及其他部件造成腐蚀,尽管这些内壁和部件表面都设置有耐等离子体腐蚀的涂层,但由于真空反应腔1的内壁及部件多为氧化铝基底材料,当暴露在等离子体环境中时,有发生金属污染的风险。同时由于反应腔内部件在加工制作时难以保证完全一致,为了实现不同批次的晶圆之间有良好的均一性处理,本发明在晶圆移出反应腔后增加一步镀膜工艺。
具体而言,本发明提供了一种在无晶圆的真空反应腔1内镀膜的方法,如图2所示,其包含以下步骤:
步骤1:如图3所示,向无晶圆的真空反应腔1内输送沉积气体并点燃等离子体,在暴露于等离子体的真空反应腔1内壁及内部部件表面沉积一定厚度的保护膜3;
具体地,本发明所提供的镀膜方法的应用范围是:只要是真空反应腔1内,能够暴露于等离子体下的表面均采用本发明所提供的高致密度镀膜方法进行处理。例如整个真空反应腔1内,也包括真空反应腔1内的绝缘窗体、内衬及静电夹盘2等零件表面均有采用本发明所提供的方法获得的保护膜3覆盖。
上述步骤1中所使用的沉积气体可以是本领域中常见的各种沉积气体。在一优选的实施例中,可以将含硅的气体以及O2作为步骤1所述的沉积气体。进一步地,所述含硅的气体优选为SiF4和SiCl4中的至少一种。在一优选的实施例中,可以选择SiCl4和O2的组合。在该实施例中,真空反应腔1内的沉积物主要就是在等离子体条件下生成的SiOClx。该沉积过程必须在真空反应腔1处于等离子体模式的情况下由SiCl4和O2解离反应得到。
上述步骤1中等离子体化学气相沉积较佳实施例的工艺参数可以选择为:SiCl4的气体流量为50-100sccm,O2的气体流量为250-500sccm,沉积反应压强为30mT~60mT,沉积反应时间为3s-5s,保护膜3沉积的厚度为在此给出的具体工艺参数仅是说明本发明沉积工艺优选方案,具体的参数范围可以通过试验优化得到,利用本实施例的30mT~60mT较高压强可以在较短的时间得到厚度较大的保护膜,但此时保护膜的致密度和光滑度都不够理想,因此需要步骤2进行修饰。
步骤2:如图4所示,向无晶圆的真空反应腔1内输送刻蚀气体并点燃等离子体,等离子体对步骤1沉积的保护膜3进行修饰处理;
上述步骤2中所使用的刻蚀气体优选NF3和Ar的混合气体,此时真空反应腔1选择处于刻蚀模式。该步骤中通过使用NF3和Ar的混合气对步骤1新形成的保护膜3进行刻蚀,其中NF3可以修正沉积工艺所得保护膜3生长过程中表面的粗糙度,Ar的物理轰击可以使保护膜3更稳定牢固。值得注意的是,该步主要是对前一步沉积形成的保护膜3进行修正。该步并不产生新的保护膜3,只是起到刻蚀修饰的作用。NF3和Ar是一个既有化学刻蚀能力又有物理轰击能力的气体组合。能够去除沉积所形成保护膜3的过度残余,提高保护膜3的平整度,物理轰击也可以夯实保护膜3,提高保护膜3的致密度。该步骤可以仅使用NF3气体,效果上更注重化学刻蚀,同样也能够提高保护膜3的平整度和致密度。
上述步骤2的实施例中等离子体刻蚀工艺一较佳实施例的工艺参数可以选择为:NF3的气体流量为250-500sccm,Ar的气体流量为250-500sccm,刻蚀反应压强为30mT~60mT,刻蚀反应时间为3s-5s,保护膜3被刻蚀的深度为在此给出的具体工艺参数仅是说明本发明刻蚀工艺优选方案,具体的参数范围可以通过试验优化得到。
作为上述步骤2的实施例变形,刻蚀步骤可以改成两个分步:先向真空反应腔1内通入NF3进行等离子体刻蚀工艺,之后再向真空反应腔1内通入Ar进行等离子体刻蚀工艺。
步骤2.1:仅使用NF3进行刻蚀工艺,目的是化学去除沉积所形成保护膜3的过度残余,提高保护膜3的平整度。一较佳实施例的刻蚀反应工艺的具体参数为:NF3的气体流量为250-500sccm,刻蚀反应压强为30mT~60mT,刻蚀反应时间为3s-5s。在此给出的具体工艺参数仅是说明本发明刻蚀工艺优选方案,具体的参数范围可以通过试验优化得到。
步骤2.2:仅使用Ar进行刻蚀工艺,目的是通过物理轰击夯实保护膜3以提高致密度。一较佳实施例的刻蚀反应工艺的具体参数为:Ar的气体流量为250-500sccm,刻蚀反应压强为30mT~60mT,刻蚀反应时间为3s-5s。在此给出的具体工艺参数仅是说明本发明刻蚀工艺优选方案,具体的参数范围可以通过试验优化得到。
实验结果表明,步骤2中的刻蚀步骤无论是单独仅使用刻蚀气体NF3,还是NF3和Ar混合后再进行刻蚀,以及NF3和Ar先后进行刻蚀,这三种优选方式均可以实现去除沉积所形成保护膜3的过度残余以及夯实保护膜3,最终提高保护膜3的致密度和平整度。
步骤3:重复步骤1-步骤2若干次以得到高致密度的保护膜3。
在上述步骤2之后,即如图5所示,在经过刻蚀修饰的保护膜3基础上再进行新的沉积,以重复沉积-刻蚀的步骤,若干循环后即可获得稳定性和均一性增强的保护膜3,在一较佳实施例中,通过本发明镀膜方法所得到的保护膜3的厚度优选为
除此之外,本发明还公开了一种晶圆处理方法,所述方法包括以下步骤:按照上文描述的方法进行的镀膜步骤,包括步骤1:向无晶圆的真空反应腔1内输送沉积气体并点燃等离子体,在暴露于等离子体的真空反应腔1内壁及内部部件表面沉积一定厚度的保护膜3;步骤2:向无晶圆的真空反应腔1内输送刻蚀气体并点燃等离子体,刻蚀等离子体对步骤1沉积的保护膜3进行修饰处理;重复步骤1-步骤2至少两次以得到高致密度的保护膜3;晶圆处理步骤,将待处理晶圆移入所述真空反应腔1内,向所述真空反应腔1内输送反应气体,完成对晶圆的工艺处理,将所述晶圆移出真空反应腔1;
清洁步骤,向无晶圆的真空反应腔1输送清洁气体,实现对暴露于等离子体的真空反应腔1内壁及内部部件表面的清洁;
保护膜3移除步骤,利用清洁步骤中的清洁气体产生的等离子体对保护膜3进行刻蚀移除,然后利用上述镀膜步骤重新在暴露于等离子体的真空反应腔1内壁及内部部件表面设置一定厚度的保护膜3。
为了改善现有的晶圆处理方法,优化晶圆表面颗粒的表现,降低晶圆的缺陷率,本发明通过一种重复沉积-刻蚀的镀膜方式来控制真空反应腔1内镀膜的致密度、均一性和稳定性。为了减少晶圆表面颗粒的尺寸和数量,降低晶圆的缺陷率,在晶圆处理前增加镀膜步骤,以及本发明所提供的高平整度和致密度的镀膜方法与减少晶圆表面颗粒的因果关系皆是本申请发明人付出了创造性劳动才发现的。
由于真空反应腔1内的表面的粗糙度不同,在比较快的沉积速率下,成膜的质量也会凹凸不平,本发明再进一步使用等离子体(例如NF3和Ar为主体)通过物理轰击将多余的保护膜3残余刻蚀掉,从而获得一个较平坦的表面。以此类推,接着以沉积-刻蚀的方式重复若干次,能够获得高致密度的保护膜3,从而解决晶圆表面存在大尺寸颗粒的问题,进而减少晶圆表面颗粒的尺寸和数量,降低晶圆的缺陷率。
综上所述,本发明所提供的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法及晶圆处理方法,对真空反应腔内在刻蚀处理期间等离子体的真空反应腔内壁及内部部件的表面通过循环采用沉积和刻蚀的步骤,来提高所形成保护膜的致密性、一致性和稳定性,从而解决晶圆表面大尺寸杂质颗粒的问题。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (11)
1.一种在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其特征在于,包含以下步骤:
步骤1:向无晶圆的真空反应腔内输送沉积气体并点燃等离子体,在暴露于等离子体的真空反应腔内壁及内部部件表面沉积一定厚度的保护膜;
步骤2:向无晶圆的真空反应腔内输送刻蚀气体并点燃等离子体,等离子体对步骤1沉积的保护膜进行修饰处理;
步骤3:重复步骤1-步骤2若干次以得到高致密度的保护膜。
2.如权利要求1所述的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其特征在于,步骤1中,所述沉积气体为含硅的气体以及O2。
3.如权利要求2所述的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其特征在于,所述含硅的气体为SiF4和SiCl4中的至少一种。
5.如权利要求1所述的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其特征在于,步骤1采用沉积反应压强为30mT~60mT、沉积反应时间为3s-5s的条件进行。
7.如权利要求1所述的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其特征在于,步骤2所使用的刻蚀气体为NF3。
8.如权利要求1所述的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其特征在于,步骤2所使用的刻蚀气体为NF3和Ar;NF3和Ar在真空反应腔内混合后再对步骤1沉积的保护膜进行修饰处理。
9.如权利要求1所述的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其特征在于,步骤2所使用的刻蚀气体为NF3和Ar;先向真空反应腔内通入NF3对步骤1沉积的保护膜进行修饰处理,之后再向真空反应腔内通入Ar对步骤1沉积的保护膜进行修饰处理。
10.如权利要求1所述的在无晶圆的真空反应腔内镀膜的方法,其特征在于,步骤2采用刻蚀反应压强为30mT~60mT、刻蚀反应时间为3s-5s的条件进行。
11.一种晶圆处理方法,所述方法在一真空反应腔内进行,其特征在于,包括以下步骤:
镀膜步骤,包括步骤1:向无晶圆的真空反应腔内输送沉积气体并点燃等离子体,在暴露于等离子体的真空反应腔内壁及内部部件表面沉积一定厚度的保护膜;步骤2:向无晶圆的真空反应腔内输送刻蚀气体并点燃等离子体,刻蚀等离子体对步骤1沉积的保护膜进行修饰处理;重复步骤1-步骤2至少两次以得到高致密度的保护膜;
晶圆处理步骤,将待处理晶圆移入所述真空反应腔内,向所述真空反应腔内输送反应气体,完成对晶圆的工艺处理,将所述晶圆移出真空反应腔;
清洁步骤,向无晶圆的真空反应腔输送清洁气体,实现对暴露于等离子体的真空反应腔内壁及内部部件表面的清洁;
保护膜移除步骤,利用清洁步骤中的清洁气体产生的等离子体对保护膜进行刻蚀移除;
利用上述镀膜步骤重新在暴露于等离子体的真空反应腔内壁及内部部件表面设置一定厚度的保护膜。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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