CN112652530A - 一种提高斜面刻蚀良率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高斜面刻蚀良率的方法，属于半导体制造技术领域，所述提高斜面刻蚀良率的方法，包括以下步骤：步骤一：提供一带膜层的晶圆；步骤二：旋转所述晶圆，对以晶圆中心为圆心、不大于晶圆半径80%以内的膜层喷去离子水形成水性保护膜；步骤三：对所述晶圆边缘区域的膜层喷化学溶液进行刻蚀，直至晶圆边缘区域的膜层被刻蚀干净。本发明提供的提高斜面刻蚀良率的方法，能够减少对晶圆边缘区域的膜层进行斜面刻蚀时，化学溶液反溅对晶圆中心区域膜层的损坏，从而提高斜面刻蚀后的晶圆良率。

Description

一种提高斜面刻蚀良率的方法
技术领域
本发明属于半导体制造领域，具体涉及一种提高斜面刻蚀良率的方法。
背景技术
在互补式金属氧化膜半导体（CMOS）工艺流程中，部分膜层的沉积是由化学气相沉积（CVD）完成的，利用CVD沉积膜层可以进行单面沉积，在需要沉积的晶圆表面沉积膜层，在不需要沉积的晶圆表面则不会沉积膜层。但是CVD沉积膜层也存在不足之处，其在晶圆边缘处沉积的膜层质量相对较差且有些许翘曲，在后续制程中容易出现剥离缺陷。为了防止剥离缺陷的发生，通常在CVD沉积膜层后，会对晶圆边缘区域的膜层进行斜面刻蚀。
对晶圆边缘区域的膜层进行斜面刻蚀的常用方法包括干法刻蚀和湿法刻蚀，采用湿法刻蚀晶圆边缘区域的膜层时，通常将装有化学溶液的喷嘴倾斜一角度，在靠近晶圆边缘3mm范围内喷化学溶液。当化学溶液接触到晶圆边缘区域的膜层后会发生反溅，从而损坏晶圆边缘3mm往里位置的膜层，导致斜面刻蚀后的晶圆良率降低。因此，需要一种可以有效防止对晶圆边缘区域进行斜面刻蚀时化学溶液反溅而导致晶圆良率降低的方法。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种提高斜面刻蚀良率的方法，能够减少对晶圆边缘区域的膜层进行斜面刻蚀时，化学溶液反溅对晶圆中心区域膜层的损坏，从而提高斜面刻蚀后的晶圆良率。
为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种提高斜面刻蚀良率的方法，包括以下步骤：
步骤一：提供一带膜层的晶圆；
步骤二：旋转所述晶圆，对以晶圆中心为圆心、不大于晶圆半径80%以内的膜层喷去离子水形成水性保护膜；
步骤三：对所述晶圆边缘区域的膜层喷化学溶液进行刻蚀，直至晶圆边缘区域的膜层被刻蚀干净。
本发明在晶圆上以晶圆中心为圆心、不大于晶圆半径80%以内的膜层喷去离子水形成水性保护膜，避免了化学溶液反溅对晶圆中心区域膜层的损坏，提高了斜面刻蚀后的晶圆良率。去离子水喷射的范围超过晶圆半径80%时，反溅的化学溶液在去离子水形成的水性保护膜中快速扩散、回流至晶圆中心区域，会增加晶圆中心区域膜层的损坏，因此，本发明将去离子水喷射范围控制在晶圆半径的80%以内，对晶圆良率的提升更加显著。
所述步骤二早于或与所述步骤三同时开始，并持续至刻蚀结束。所述水性保护膜改变晶圆表面膜层的疏水性，当化学溶液反溅时，晶圆表面膜层和化学溶液之间被所述水性保护膜阻隔，从而保护晶圆中心区域的膜层免被化学溶液损坏。因此，只有所述步骤二中水性保护膜的形成过程早于或与所述步骤三中的湿法刻蚀过程同时开始，并持续至刻蚀结束，才能对晶圆中心区域的膜层起到较好的保护作用。本发明方案中，还包括: 步骤四，用去离子水对晶圆边缘区域或者整个晶圆进行清洁。步骤五，对晶圆进行烘干。来保证尽可能降低缺陷的产生。
所述化学溶液的流量控制在1200ml/min-1500ml/min之间。将所述化学溶液的流量控制在上述范围内，可以在保证晶边斜面刻蚀速率的同时，防止因化学溶液喷射流量过大而导致化学溶液的反溅量增多，从而减少对晶圆中心区域的膜层的损坏。
所述去离子水的流量控制在60ml/min-80ml/min之间。所述去离子水的流量对所形成水性保护膜的厚度有较大影响，如果水性保护膜过厚，会对晶圆边缘区域处用于刻蚀的化学溶液造成稀释，从而影响到晶边斜面刻蚀过程，如果水性保护膜太薄，也就无法起到保护晶圆中心区域膜层的作用。
在进行晶圆边缘区域的湿法刻蚀和晶圆中心区域的水性保护膜的形成过程中，所述晶圆的转速设置在600rpm-800rpm。晶圆的转速影响离心作用，离心作用不同会影响水性保护膜的形成和厚度，还会影响化学溶液和去离子水从晶圆表面离开的速度，如果化学溶液和去离子水不能及时离开晶圆，会影响到斜面刻蚀过程，还会导致化学溶液残留在晶圆中心区域。因此，晶圆的转速对最终的斜面刻蚀效果以及对晶圆中心区域膜层的保护作用均有非常大的影响。
所述化学溶液通过第一喷嘴进行固定角度喷射，所述第一喷嘴位于晶圆边缘区域的上方。所述第一喷嘴的喷射角度在与所述晶圆垂直方向呈5-10度范围内。调整所述第一喷嘴的喷射角度，可以改变化学溶液反溅的轨迹方向，当调整到合适的角度即5-10度范围内，可以减少化学溶液对晶圆中心区域膜层的损坏。
所述去离子水通过第二喷嘴进行扫描式喷射，所述第二喷嘴位于晶圆中心区域的上方，并围绕所述中心区域旋转喷射。使用喷嘴进行扫描式喷射，可以使喷射范围更广泛、喷射位置更精准。所述第二喷嘴通过软件控制，所述第二喷嘴的喷射位置和流速都由软件控制，无需单独使用由ARM控制的喷嘴，可以根据现有的单片清洗机配置并通过软件控制所述第二喷嘴。因此，所述第一喷嘴和第二喷嘴之间不存在联动关系，两个喷嘴之间不会发生操作关联，可以对两个喷嘴分别进行控制，从而解决了同时喷射化学溶液和去离子水时，两只ARM无法同时工作的问题。当机台在做其他工艺时，用于喷射去离子水的第二喷嘴可以放置在清洗室外。与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1、本发明在晶圆中心区域的膜层上形成水性保护膜，晶圆边缘区域用于斜面刻蚀的化学溶液反溅时落到水性保护膜上，被水性保护膜的介质稀释并在离心作用下从晶圆膜层表面被带走，解决了斜面刻蚀时化学溶液反溅导致晶圆中心区域膜层损坏的问题，提高了斜面刻蚀后的晶圆良率。
2、本发明水性保护膜的介质为去离子水，去离子水为晶圆清洗机常用的清洗液体，可以由晶圆清洗机自带的喷嘴喷出，因此，本发明的水性保护膜形成过程简单、成本低。去离子水可以改变晶圆表面的疏水性，当化学溶液反溅时，形成的水膜可以避免化学溶液与晶圆表面直接接触，从而减少了化学溶液对晶圆中心区域膜层的损坏。而且，与其他液体相比，去离子水不具有污染性，仅对化学溶液进行稀释，而不会与化学溶液发生反应，可以避免反应产物对晶圆膜层造成损坏，也不会影响废液的排放。
3、本发明将去离子水的喷射范围控制在以晶圆中心为圆心、不大于晶圆半径80%以内的膜层上，可以避免化学溶液在水性保护膜中快速扩散后回流至晶圆中心，可以减少化学溶液对晶圆中心区域膜层的损坏，最终使斜面刻蚀后的晶圆良率得到更大的提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体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，下面描述的附图仅仅是本发明的一实施例，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，还可以根据以下附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一种提高斜面刻蚀良率的工艺所采用的结构示意图；
图2是本发明实施例一种提高斜面刻蚀良率的工艺流程图。
附图标记：1-晶圆；2-膜层；3-第一喷嘴；4-第二喷嘴；201-中心区域；202-边缘区域。
具体实施方式
下面将对本发明具体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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例一提供一种提高斜面刻蚀良率的方法，其所采用的结构请参考图1，提供一带膜层2的晶圆1，所述膜层2在本实施例中覆盖整个晶圆1的上表面，由于在晶圆1的边缘区域202的部分膜层质量不好，需要对其进行刻蚀。本实施例中的刻蚀装置例如为第一喷嘴3，所述第一喷嘴3位于晶圆1的边缘区域202的上方，并与晶圆1在垂直方向呈一定角度，优选在5-10度的角度范围内，在其他实施例中，可以根据化学溶液的种类或刻蚀的其他工艺条件要求调整所述第一喷嘴3的喷射角度，以实现斜面刻蚀。所述第一喷嘴3以上述角度固定在所述边缘区域202的上方。由于在晶圆1的中心区域201内的膜层生长质量好，无需对其进行刻蚀，而刻蚀时化学溶液会反溅到中心区域201的膜层上，因此需要对位于中心区域201内的膜层进行保护，本实施例中例如通过第二喷嘴4喷射去离子水来稀释飞溅到中心区域201内的化学溶液实现此目的。所述第二喷嘴4位于晶圆1的中心区域201的上方，并围绕所述中心区域201进行旋转扫描式喷射，扫描的范围不超过晶圆半径的80%。第二喷嘴4通过软件控制，所述第二喷嘴4的喷射位置和流速都由软件控制。在其他实施例中，也可以采用其他形式设置的喷嘴来喷射去离子水。当机台在做其他工艺时，第二喷嘴4可以放置在清洗室外。
基于上述结构，本实施例还提供一种提高斜面刻蚀良率的方法，其工艺流程请参考图2。本实施例的提高斜面刻蚀良率的方法包括以下步骤：
步骤一：提供一带膜层2的晶圆1。
步骤二：晶圆1例如安装在卡盘上，旋转卡盘带动晶圆1旋转，对以晶圆1中心为圆心、不大于晶圆半径80%以内的膜层喷去离子水形成水性保护膜。
步骤三：对晶圆1边缘区域202的膜层喷化学溶液进行刻蚀，直至晶圆1边缘区域202的膜层被刻蚀干净。在本实施例中，步骤二中水性保护膜的形成过程早于步骤三中湿法刻蚀过程，并持续至刻蚀结束。在其他实施例中，步骤二和步骤三也可以同时开始，并持续至刻蚀结束。
步骤四：用去离子水对晶圆1边缘区域202或者整个晶圆1进行清洁。
步骤五：对晶圆1进行烘干。
将化学溶液的流量控制在1200ml/min-1500ml/min之间，将去离子水的流量控制在60ml/min-80ml/min之间，将晶圆1的转速设置在600rpm-800rpm。
本实施例中使用的化学溶液例如可以为硫酸溶液，在其他实施例中还可以根据晶圆1表面需要刻蚀的膜层2材料等因素对化学溶液进行合适的选择，当使用的化学溶液种类、去离子水的流量或晶圆1的转速发生改变时，相应的化学溶液流量范围也可进行调整，可以低于1200ml/min或高于1500ml/min。
本实施例中使用去离子水形成水性保护膜，根据去离子水的性质来选择合适的去离子水流量。考虑到去离子水的黏性等性质，当去离子水的流量和晶圆1的转速相互配合以控制合适的水膜厚度来确保既不影响晶边斜面刻蚀又不影响化学溶液随去离子水被带离晶圆1的速度，从而提高斜面刻蚀后的晶圆良率。当去离子水或化学溶液的流量发生改变时，晶圆1的转速也要进行相应的调整。去离子水的流量不限于60ml/min-80ml/min之间，此时，晶圆1的转速也不限于600rpm-800rpm。
通过本实施例阐述本发明的原理：晶圆1在卡盘的带动下持续旋转，在以晶圆1中心为圆心、不大于晶圆半径80%以内的膜层上通过第二喷嘴4喷射去离子水形成一层水性保护膜，同时在晶圆1的边缘区域202通过第一喷嘴3喷硫酸溶液进行斜面刻蚀，直至晶圆1边缘区域202需要被刻蚀的膜层被刻蚀干净。硫酸溶液接触到晶圆1边缘区域202的膜层，发生反溅，反溅的硫酸溶液落到中心区域201的水性保护膜上，硫酸溶液被去离子水稀释，而且疏水作用使硫酸溶液无法接触到晶圆1中心区域201的膜层。晶圆1在卡盘的带动下持续旋转，在旋转产生的离心作用下，硫酸溶液和去离子水被带离晶圆1表面，成为废液并被收集，关闭第一喷嘴3，然后关闭第二喷嘴4，最后再使用去离子水对晶圆1表面膜层2进行清洗，除去残留的硫酸溶液，并将晶圆1烘干。
以上对本发明所提供的一种提高斜面刻蚀良率的方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的发明原理进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种提高斜面刻蚀良率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：提供一带膜层的晶圆；
步骤二：旋转所述晶圆，对以晶圆中心为圆心、不大于晶圆半径80%以内的膜层喷去离子水形成水性保护膜；
步骤三：对所述晶圆边缘区域的膜层喷化学溶液进行刻蚀，直至晶圆边缘区域的膜层被刻蚀干净。
2.根据权利要求1所述的一种提高斜面刻蚀良率的方法，其特征在于，所述步骤二早于或与所述步骤三同时开始，并持续至刻蚀结束。
3.根据权利要求2所述的一种提高斜面刻蚀良率的方法，其特征在于，所述化学溶液的流量控制在1200ml/min-1500ml/min之间。
4.根据权利要求2所述的一种提高斜面刻蚀良率的方法，其特征在于，所述去离子水的流量控制在60ml/min-80ml/min之间。
5.根据权利要求3或4所述的一种提高斜面刻蚀良率的方法，其特征在于，所述晶圆的转速设置在600rpm-800rpm。
6.根据权利要求1所述的一种提高斜面刻蚀良率的方法，其特征在于，所述化学溶液通过第一喷嘴进行固定角度喷射，所述第一喷嘴位于晶圆边缘区域的上方。
7.根据权利要求6所述的一种提高斜面刻蚀良率的方法，其特征在于，所述第一喷嘴的喷射角度在与所述晶圆垂直方向呈5-10度范围内。
8.根据权利要求1所述的一种提高斜面刻蚀良率的方法，其特征在于，所述去离子水通过第二喷嘴进行扫描式喷射，所述第二喷嘴位于晶圆中心区域的上方，并围绕所述中心区域旋转喷射。
9.根据权利要求1所述的一种提高斜面刻蚀良率的方法，其特征在于，还包括: 步骤四，用去离子水对晶圆边缘区域或者整个晶圆进行清洁。
10.根据权利要求9所述的一种提高斜面刻蚀良率的方法，其特征在于，还包括: 步骤五，对晶圆进行烘干。
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