CN112420485A - 晶圆加工方法 - Google Patents

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Abstract

本公开是关于一种晶圆的加工方法，该加工方法包括：提供待加工的晶圆；将晶圆水平放置于一转盘上，转盘位于反应室中，且转盘以预设速度带着晶圆同步转动；向反应室内持续通入清洁气体，并用化学溶液对晶圆表面进行化学处理；在化学处理完成后，采用纯水对晶圆进行清洗；在纯水清洗完成后，将通入的清洁气体切换为第一预设温度的干燥气体，使干燥气体充满所述反应室；采用异丙醇置换晶圆上的纯水，同时向反应室内持续通入第二预设温度的干燥气体；待异丙醇完全置换出纯水后，向反应室内持续通入第三预设温度的干燥气体，使异丙醇完全蒸发。本公开提供的晶圆加工方法，能够避免晶圆表面形成凝结，避免晶圆图案坍塌。

Description

晶圆加工方法
技术领域
本公开涉及半导体制造技术领域，具体而言，涉及一种晶圆的加工方法。
背景技术
在半导体器件的整个制造工艺中，清洗是其中最重要和最频繁的步骤之一，高达20％的工艺步骤为清洗工艺，使得晶圆表面的清洗度成为影响半导体器件可靠性的重要因素。清洗的目的是为了避免微尘颗粒，微量离子和金属杂质对半导体器件的污染，从而提高半导体器件的性能和合格率。
在常用的半导体工艺中，例如：沉积、等离子体刻蚀、旋涂光刻胶、光刻、电镀等等，都有可能会在晶圆表面引入污染和/或颗粒，导致晶圆表面的清洁度下降，制造的半导体器件良率降低的问题。
目前，在单片式清洗的机台反应腔室中，通常先采用纯水(DIW)对晶圆表面的残留的化学溶液进行清洗，然后采用异丙醇(IPA)置换出晶圆表面的纯水，最后采用旋转甩干的方式使异丙醇蒸发，但目前的工艺异丙醇很难完全置换出纯水，晶圆表面就容易形成水渍和凝结缺陷。此外，异丙醇的置换效果不好，还会导致晶圆图案倒塌，从而影响半导体器件的性能，导致产品良率降低。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种能够避免晶圆表面形成水渍与凝结，避免晶圆图案坍塌的晶圆加工方法。
根据本公开的一个方面，提供了一种晶圆加工方法，该加工方法包括：
提供待加工的晶圆；
将所述晶圆水平放置于一转盘上，所述转盘位于反应室中，且所述转盘以预设速度带着所述晶圆同步转动；
向所述反应室内持续通入清洁气体，并用化学溶液对所述晶圆表面进行化学处理；
在化学处理完成后，采用纯水对所述晶圆表面上的所述化学溶液进行清洗；
在纯水清洗完成后，将通入的所述清洁气体切换为第一预设温度的干燥气体，使所述干燥气体充满所述反应室；
采用异丙醇置换所述晶圆上的纯水，同时向所述反应室内持续通入第二预设温度的所述干燥气体；
待异丙醇完全置换出纯水后，向所述反应室内持续通入第三预设温度的所述干燥气体，使异丙醇完全蒸发。
在本公开的一种示例性实施例中，所述加工方法还包括：
异丙醇完全蒸发后，将所述干燥气体切换为所述清洁气体。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第三预设温度大于或等于所述第二预设温度，所述第二预设温度大于所述第一预设温度。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一预设温度大于20℃，所述第三预设温度小于80℃。
在本公开的一种示例性实施例中，所述清洁气体的温度为20℃～60℃。
在本公开的一种示例性实施例中，所述干燥气体的湿度小于0.2g/m3。
在本公开的一种示例性实施例中，所述反应室上设有一加热装置，所述干燥气体通过所述加热装置加热至预设温度后通入所述反应室内。
在本公开的一种示例性实施例中，所述加热装置为加热板，所述加热板上设有多个通孔，所述清洁气体与所述干燥气体通过所述通孔通入所述反应室内。
在本公开的一种示例性实施例中，多个所述通孔阵列排布在所述加热板上。
在本公开的一种示例性实施例中，在对所述晶圆加工的过程中，所述反应室的内压维持在正压状态。
本公开提供的晶圆加工方法，采用纯水对晶圆上的化学溶液清洗完成后，将清洁气体切换为第一预设温度的干燥气体，使干燥气体充满反应室，然后采用异丙醇置换晶圆上的纯水，同时向反应室内持续通入第二预设温度的干燥气体，异丙醇完全置换出纯水后，接着向反应室内持续通入第三预设温度的干燥气体，使异丙醇完全蒸发。采用异丙醇置换纯水，由于异丙醇表面张力较小，能够避免晶圆上图案倒塌；尤其是通过控制反应腔室温度的增高，使得异丙醇的温度也随之增高，异丙醇的表面张力随着温度的增高而降低，因此，通过设置较高的预设温度，可降低异丙醇的表面张力，进一步避免晶圆上图案倒塌；此外，向反应室内持续通入第三预设温度的干燥气体，有助于晶圆在干燥完成后保持一定温度，避免水汽在晶圆表面冷凝的现象，进一步提高了晶圆加工后的产品良率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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为本公开的一种实施例提供的晶圆加工方法的流程图；
图2为本公开的另一种实施例提供的晶圆加工方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”、“第三”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
本示例实施方式中首先提供了一种晶圆的加工方法，如图1所示，该加工方法包括步骤S100～步骤S700：
步骤S100、提供待加工的晶圆；
步骤S200、将晶圆水平放置于一转盘上，转盘位于反应室中，且转盘以预设速度带着晶圆同步转动；
步骤S300、向反应室内持续通入清洁气体，并用化学溶液对晶圆表面进行化学处理；
步骤S400、在化学处理完成后，采用纯水对晶圆表面上的化学溶液进行清洗；
步骤S500、在纯水清洗完成后，将通入的清洁气体切换为第一预设温度的干燥气体，使干燥气体充满反应室；
步骤S600、采用异丙醇置换晶圆上的纯水，同时向反应室内持续通入第二预设温度的干燥气体；
步骤S700、待异丙醇完全置换出纯水后，向反应室内持续通入第三预设温度的干燥气体，使异丙醇完全蒸发。
本公开提供的晶圆加工方法，采用纯水对晶圆上的化学溶液清洗完成后，将清洁气体切换为第一预设温度的干燥气体，使干燥气体充满反应室，然后采用异丙醇置换晶圆上的纯水，同时向反应室内持续通入第二预设温度的干燥气体，异丙醇完全置换出纯水后，接着向反应室内持续通入第三预设温度的干燥气体，使异丙醇完全蒸发。采用异丙醇置换纯水，由于异丙醇表面张力较小，能够避免晶圆上图案倒塌；尤其是通过控制反应腔室温度的增高，使异丙醇的温度也随之增高，异丙醇的表面张力随着温度的增高而降低，因此，通过设置较高的预设温度，可降低异丙醇的表面张力，进一步避免晶圆上图案倒塌；此外，向反应室内持续通入第三预设温度的干燥气体，有助于晶圆在干燥完成后保持一定温度，避免水汽在晶圆表面冷凝的现象，进一步提高了晶圆加工后的产品良率。
在一实施例中，如图2所示，晶圆加工方法还包括：
步骤S800、异丙醇完全蒸发后，将干燥气体切换为清洁气体。
异丙醇完全蒸发后，将干燥气体切换为清洁气体，能够降低干燥气体的耗费量，从而降低晶圆清洗成本。
下面，将对本公开的示例实施方式中的晶圆加工方法的各步骤进行进一步的说明。
在步骤S100中，提供待加工的晶圆。
具体地，选取目标晶圆作为代加工的晶圆。
在步骤S200中，将晶圆水平放置于一转盘上，转盘位于反应室中，且转盘以预设速度带着晶圆同步转动。
具体地，提供一与单片式晶圆大小匹配转盘，将转盘设于一反应室中，接着将单片式晶圆放置于该转盘上，然后使转盘以预设速度进行转动，以带动晶圆同步转动。其中，加工阶段包括化学处理阶段、纯水清洗阶段、异丙醇阶段与干燥阶段，在每个加工阶段的预设速度可以是相同，也可以是不同的。通常，干燥阶段的预设速度会比之前的加工阶段的转速较快一些，以增加干燥效率，提高干燥效果。
申请人发现，由于转盘的角速度一定，线速度等于角速度乘半径，转盘边缘的线速度最大，晶圆边缘的气体流动速度较晶圆中心的气体流动速度快，造成晶圆边缘的温度小于晶圆中心部的温度，进而导致晶圆边缘异丙醇置换纯水的效果较差，异丙醇不能完全置换晶圆边缘处纯水，从而导致在晶圆的边缘形成水渍和凝结，造成晶圆缺陷。
在步骤S300中，向反应室内持续通入清洁气体，并用化学溶液对晶圆进行化学处理。
具体地，反应室的顶部具有敞开端，可通过该敞开端向反应室持续通入清洁气体，然后对晶圆进行化学处理，即对晶圆进行化学清洗，或对单片晶圆进行刻蚀，或对目标单片晶圆同时进行刻蚀和清洗，例如化学溶液为双氧水，主要对晶圆进行清洗，同时还能够对晶圆进行轻微刻蚀。本公开对化学溶液不做限制，本领域人员可根据实际情况进行选择。
其中，化学溶液可通过一喷淋装置从敞开端喷洒在晶圆的表面上。在此过程中，转盘在以预设速度持续转动，能够使化学溶液均匀的分布在晶圆表面上。
优选地，化学溶液的温度大于20℃，以保证化学溶液在晶圆上的流动性，避免温度过低时化学溶液粘度过大造成晶圆图案倒塌。清洁气体的温度为20℃～60℃。当然，化学溶液的温度也可小于20℃，清洁气体的温度可小于20℃或大于60℃，本公开对此不做限制。
在步骤S400中，化学处理完成后，采用纯水对晶圆表面上的化学溶液进行清洗。
具体地，当目标单片晶圆化学清洗完成后，采用纯水(去离子水)对晶圆上的化学溶液进行处理，即对对晶圆上的化学溶液进行清洗，纯水可通过一喷洒装置喷淋在晶圆上，直至将晶圆上的化学溶液完全清洗掉。
优选地，纯水的温度的大于20℃，以避免温度过低时降低化学溶液的温度，从而避免温度过低时化学溶液粘度过大造成晶圆图案倒塌。当然，纯水的温度也可小于20℃，本公开对此不做限制。
在步骤S500中，纯水清洗完成后，将清洁气体切换为第一预设温度的干燥气体，使干燥气体充满反应室。
具体地，纯水将化学冲洗完成后，将清洁气体切换为第一预设温度的干燥气体，使干燥气体充满反应室，降低反应室的湿度。
其中，第一预设温度大于20℃，优选地为20℃～80℃，能够相对提高反应室的温度。干燥气体可为干燥空气，降低晶圆处理工艺的成本。
在步骤S600中，采用异丙醇置换目标晶圆上的纯水，同时向反应室内持续通入第二预设温度的干燥气体。
具体地，干燥气体充满反应室后，可通过一喷洒装置向晶圆上喷淋异丙醇溶液，采用异丙醇置换目标晶圆上的纯水，同时将通入反应室内的干燥气体的温度调整为第二预设温度。
其中，第二预设温度大于第一预设温度，提高干燥气体的温度，可有效减少置换纯水所需异丙醇的用量，降低晶圆的处理工艺成本，能够提高异丙醇对纯水的置换效率。随着干燥气体温度的提升，反应室内的湿度也随之降低。
在步骤S700中，待异丙醇完全置换出纯水后，向反应室内持续通入第三预设温度的干燥气体，使异丙醇完全蒸发。
具体地，在向反应室中持续喷淋异丙醇，完全置换出纯水后，通过换盘的转动以及在干燥气体的作用下开始蒸发，此时，可将干燥气体的温度提升至第三预设温度，第三预设温度小于80℃。进一步提升干燥气体的温度，可提高晶圆上异丙醇的温度，进而降低异丙醇的表面张力，进一步防止晶圆图案倒塌。
此外，异丙醇蒸发的过程为吸热反应，晶圆的表面的温度会降低，由于干燥气体的持续通入，可大大降低反应内的湿度，使反应室内的湿度保持在0.2g/m3内，从而可以避免异丙醇蒸发后晶圆上水渍或凝结的形成，提高晶圆加工后的良率。
在步骤S800中，异丙醇完全蒸发后，将干燥气体切换为清洁气体。
具体地，晶圆上的异丙醇完整蒸发后，停止供应加热的干燥气体，将干燥气体切换为清洁气体，转盘停止转动，取出单片晶圆，完成单片晶圆的加工工艺。异丙醇完全蒸发后，将干燥气体切换为清洁气体可以减少干燥气体的消耗量，能够降低晶圆加工工艺的成本。
具体地，对清洁气体和干燥气体温度的控制，可通过在反应室的敞开端上设置一加热装置，使清洁气体与干燥气体穿过加热装置后再进入反应室，从而实现对清洁气体与干燥气体温度的控制。
其中，加热装置可为设于反应室敞开端上的加热板，加热板上设有多个通孔，清洁气体与干燥气体通过通孔通入反应室内，清洁气体与干燥气体通过通孔时能够被加热板产生的热量加热，通过调整加热板的温度即可实现对清洁气体与干燥气体温度的控制。
进一步地，加热板上多个通孔以阵列的方式密布，通过以阵列的方式设置通过，可以将气体均匀的通入反应室内，避免气体进行反应室内时局部气流速度过大造成对晶圆表面的吹扫。优选地，通孔为圆形孔，本领域还可以选取其他形状的通孔，例如椭圆孔，本领域技术人员可根据反应室的大小和形状对加热板的大小和形状进行设计，以及对通孔的数量、大小和形状进行设计，本公开对此不做限制，凡是能够达到同样技术效果的技术方案，均属于本公开的保护范围。
此外，本领域技术人员还可选取其他类型的加热装置，例如采用设置在反应室敞开端的多个加热丝对进入反应室的气体进行加热，通过调整加热丝的功率实现对气体加热温度的调整，本公开对加热装置的具体类型不做限制。
具体地，在对目标晶圆加工的过程中，反应室的内压维持在正压状态。干燥气体流量与反应室的结构设计相关，控制干燥气体流量与排气管维持反应室内压的平衡，其内压与只通清洁气体时反应室内的压力相近，反应室内压一般维持在正压，避免外界其它气体进入反应室。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种晶圆加工方法，其特征在于，包括：
提供待加工的晶圆；
将所述晶圆水平放置于一转盘上，所述转盘位于反应室中，且所述转盘以预设速度带着所述晶圆同步转动；
向所述反应室内持续通入清洁气体，并用化学溶液对所述晶圆表面进行化学处理；
在化学处理完成后，采用纯水对所述晶圆表面上的所述化学溶液进行清洗；
在纯水清洗完成后，将通入的所述清洁气体切换为第一预设温度的干燥气体，使所述干燥气体充满所述反应室；
采用异丙醇置换所述晶圆上的纯水，同时向所述反应室内持续通入第二预设温度的所述干燥气体；
待异丙醇完全置换出纯水后，向所述反应室内持续通入第三预设温度的所述干燥气体，使异丙醇完全蒸发。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述加工方法还包括：
异丙醇完全蒸发后，将所述干燥气体切换为所述清洁气体。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述第三预设温度大于或等于所述第二预设温度，所述第二预设温度大于所述第一预设温度。
4.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述第一预设温度大于20℃，所述第三预设温度小于80℃。
5.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述清洁气体的温度为20℃～60℃。
6.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述干燥气体的湿度小于0.2g/m3。
7.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述反应室上设有加热装置，所述干燥气体通过所述加热装置加热至预设温度后通入所述反应室内。
8.根据权利要求7所述的加工方法，其特征在于，所述加热装置为加热板，所述加热板上设有多个通孔，所述清洁气体与所述干燥气体通过所述通孔通入所述反应室内。
9.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于，多个所述通孔阵列排布在所述加热板上。
10.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，在对所述晶圆加工的过程中，所述反应室的内压维持在正压状态。
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