CN115142048A - 晶圆载具及氮化硅介质膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种晶圆载具及氮化硅介质膜的制备方法，用于使晶圆在晶圆载具上生长氮化硅介质膜，晶圆载具包括：底座，底座内设置有间隔分布的多个容置槽，容置槽用于承载晶圆；以及盖体，盖体盖合于底座，盖体和底座盖合后形成用于容纳晶圆的腔体，盖体上开设有与多个容置槽分别对应的多个进气槽，腔体内通过进气槽通入硅烷和氨气的混合气体，进气槽沿其对应晶圆的周向方向延伸。本申请提供的晶圆载具，在晶圆上生长氮化硅介质膜的时候，设置了可以盖合的底座和盖体，在底座和盖体之间的腔体放置晶圆，使得晶圆载具较为密闭，颗粒度容易控制，另外，由于进气槽沿其对应晶圆的周向方向延伸，提升了均匀性。

Description

晶圆载具及氮化硅介质膜的制备方法
技术领域
本申请涉及半导体制备技术领域，特别是涉及一种晶圆载具及氮化硅介质膜的制备方法。
背景技术
在半导体制造过程中，常用低压氮化硅(LP SIN)沉积技术将二氯二氢硅(DCS)与氨气(NH3)按一定比例在真空下生长氮化硅介质膜(SIN膜)，使用标准的石英舟载片在真空下进行作业。
但是现有的二氯二氢硅与氨气按一定比例在真空下生长氮化硅介质膜，需要进行高温加热，故采用硅烷与氨气在室温下生长氮化硅介质膜即可，不需要加热。
然而，采用硅烷与氨气生长氮化硅介质膜的缺点是晶圆表面的氮化硅介质膜均匀性和颗粒度不易控制。
发明内容
本申请旨在提供一种晶圆载具及氮化硅介质膜的制备方法，旨在提升氮化硅介质膜的均匀性、同时控制氮化硅介质膜的颗粒度。
第一方面，本申请实施例提供一种晶圆载具，用于使晶圆在所述晶圆载具上生长氮化硅介质膜，所述晶圆载具包括：底座，所述底座内设置有间隔分布的多个容置槽，所述容置槽用于承载晶圆；以及盖体，所述盖体盖合于所述底座，所述盖体和所述底座盖合后形成用于容纳晶圆的腔体，所述盖体上开设有与多个所述容置槽分别对应的多个进气槽，所述腔体内通过所述进气槽通入硅烷和氨气的混合气体，所述进气槽沿其对应所述晶圆的周向方向延伸。
本申请的一种实施例中，所述容置槽贴合所述晶圆的外周设置，所述容置槽沿所述晶圆厚度方向的尺寸为d1，所述进气槽沿所述晶圆厚度方向的尺寸为d2,两个所述晶圆的厚度之和为d3,其中d1、d2和d3需满足以下条件：d2≤d1＝d3。
本申请的一种实施例中，所述进气槽沿所述晶圆厚度方向的尺寸d2需要满足以下调节：0.8mm≤d2≤1.5mm。
本申请的一种实施例中，所述进气槽沿所述晶圆周向方向的弧长为第一弧长,所述晶圆的周长为第一圆周长,其中第一弧长和第一圆周长的第一比值X需满足以下条件：0.25≤X≤0.5。
本申请的一种实施例中，相邻所述容置槽的中心距为D1，相邻所述进气槽之间的中心距为D2，其中，D1、D2需满足一下条件：12mm≤D1＝D2≤13mm。
本申请的一种实施例中，所述盖体和所述底座盖合的位置尺寸相同，所述盖体和所述底座盖合后密封连接。
本申请的一种实施例中，所述底座用于与所述盖体盖合的一侧设有第一扣合件，所述盖体用于与所述底座盖合的一侧设有第二扣合件，所述第一扣合件和所述第二扣合件相互扣合。
本申请的一种实施例中，所述盖体和所述底座均为半圆形筒体，所述盖体盖合于所述底座形成圆柱形筒体。
第二方面，本申请实施例提供一种氮化硅介质膜的制备方法，基于第一方面任一所述的晶圆载具，包括：
将晶圆放置在所述晶圆载具的容置槽内；
将盖体盖合在底座上；
将安装有所述晶圆的所述晶圆载具放入相沉积炉内，向所述相沉积炉内通入硅烷和氨气的混合气体，以使所述混合气体通过所述进气槽进入所述晶圆载具内，使晶圆表面进行氮化硅淀积，以形成氮化硅介质膜。
在所述将晶圆放置在所述晶圆载具的容置槽内的步骤中，包括：
将两个晶圆用于生长氮化硅的一面相背设置，且两个所述晶圆背离生长氮化硅的一面相贴合，并将两个所述晶圆放入同一容置槽内。
根据本申请实施例提供的一种晶圆载具，首先，盖体和底座之间形成腔体，且仅有盖体上开设多个进气槽，使得晶圆表面沉积是在相对封闭的盖体和底座形成的腔体内发生化学反应，反应稳定，从而生长的氮化硅介质膜均匀；其次，由于多个进气槽为间隔设置，在反应时产生的颗粒大部分被挡在进气槽外，不会进入晶圆载具内，故晶圆表面的颗粒度控制比较好，极大的提升了氮化硅介质膜的均匀性，并且更好地控制晶圆表面的颗粒度。
附图说明
下面将参考附图来描述本申请示例性实施例的特征、优点和技术效果。在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制，仅用于示意相对位置关系，某些部位的层厚采用了夸大的绘图方式以便于理解，附图中的层厚并不代表实际层厚的比例关系。
图1示出本申请实施例的晶圆载具的盖体的结构示意图；
图2示出本申请实施例的晶圆载具的底座的结构示意图；
图3示出本申请实施例的晶圆载具的结构示意图；
图4示出本申请实施例的两个晶圆背对背安装的结构示意图；
图5示出本申请实施例的氮化硅介质膜的制备方法的流程图。
附图标记说明：
1、盖体；11、进气槽；12、第一扣合件；2、底座；21、容置槽；22、第二扣合件；3、腔体；4、晶圆。
具体实施方式
下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本申请造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了区域结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、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例中。
第一实施例
图1示出本申请实施例的晶圆载具的盖体的结构示意图；图2示出本申请实施例的晶圆载具的底座的结构示意图；图3示出本申请实施例的晶圆载具的结构示意图。
如图1-图3所示，本申请实施例提供一种晶圆载具，本申请实施例提供一种晶圆载具，用于使晶圆4在所述晶圆载具上生长氮化硅介质膜，所述晶圆载具包括：底座2，所述底座2内设置有间隔分布的多个容置槽21，所述容置槽21用于承载晶圆4；以及盖体1，所述盖体1盖合于所述底座2，所述盖体1和所述底座2盖合后形成用于容纳晶圆4的腔体3，所述盖体1上开设有与多个所述容置槽21分别对应的多个进气槽11，所述腔体内通过所述进气槽11通入硅烷和氨气的混合气体，所述进气槽11沿其对应所述晶圆4的周向方向延伸。
根据本申请实施例提供的一种晶圆载具，首先，盖体1和底座2之间形成腔体，且仅有盖体1上开设多个进气槽11，使得晶圆4表面沉积是在相对封闭的盖体1和底座2形成的腔体内发生的化学反应，反应稳定，从而生长的氮化硅介质膜均匀；其次，由于颗粒落在晶圆4表面可导致晶圆4失效，降低产品良率，因此多个进气槽11间隔设置，反应时产生的颗粒大部分被挡在进气槽11外，不会进入晶圆载具内，颗粒控制比较好，并能提升产品良率，极大的提升了氮化硅介质膜的均匀性，并且更好地控制晶圆4表面的颗粒度；另外，由于腔体内通入硅烷和氨气的混合气体，二者反应时无需高温加热，节约了能源和成本，硅烷管路与二氯二氢管路相比也不易堵塞。
在半导体制程中，氮化硅介质膜是一种重要的介质膜，低压氮化硅的制作方法中，常用的低压氮化硅沉积技术采用二氯二氢硅与氨气按一定比例在真空下生长氮化硅介质膜。现有的二氯二氢硅与氨气按一定比例在真空下生长氮化硅介质膜，需要进行高温加热。故本实施例采用硅烷与氨气在室温下生长氮化硅介质膜即可，不需要加热。通过晶圆载具的应用，采用硅烷与氨气生长氮化硅介质膜生长速率低可以从15A/min提升至30A/min，与常用方法中采用二氯二氢硅与氨气制备的氮化硅介质膜的生长速率相近，并且本实施例中制备出的晶圆，氮化硅介质膜的均匀性在片内可以达到3％，在片间可以达到6％，氮化硅介质膜的折射率为2.02，与常规方法中采用二氯二氢硅与氨气制备的氮化硅介质膜折射率相同。
在一些实施例中，所述容置槽21贴合所述晶圆4的外周设置，所述容置槽21沿所述晶圆4厚度方向的尺寸为d1，所述进气槽11沿所述晶圆4厚度方向的尺寸为d2,两个所述晶圆4的厚度之和为d3,其中d1、d2和d3需满足以下条件：d2≤d1＝d3。
一方面，为了使得晶圆4更好地固定在容置槽21内，使容置槽21沿所述晶圆4厚度方向的宽度与两个晶圆4的厚度之和相同，两个晶圆4正好背对背卡在容置槽21内，提升晶圆4的稳定性；另一方面，为了更好地控制颗粒度，防止硅烷产生的颗粒进入腔体3内，将进气槽11的沿所述晶圆4厚度方向的尺寸设置为小于两片晶圆4的厚度之和，在保证正常进气的基础上，能够更好地控制颗粒度，提升产品良率。
具体地，所述进气槽11沿所述晶圆4厚度方向的尺寸d2需要满足以下调节：0.8mm≤d2≤1.5mm。进气槽11沿所述晶圆4厚度方向的尺寸若小于0.8mm，则影响进气槽11正常进气，无法提升氮化硅介质膜的生长速率，进气槽11沿所述晶圆4厚度方向的尺寸若大于1.5mm,则硅烷产生的颗粒容易通过进气槽11进入腔体3内，不容易控制颗粒度，因此d2满足0.8mm≤d2≤1.5mm的条件，在不影响氮化硅介质膜的生长速率的情况下，可以有效控制颗粒度。
进一步地，所述进气槽11沿所述晶圆4周向方向的弧长为第一弧长,所述晶圆4的周长为第一圆周长，其中第一弧长和第一圆周长的第一比值X需满足以下条件：0.25≤X≤0.5。进气槽11的弧长若小于0.25倍的晶圆4周长，无法满足进气量的需求，可以无法控制均匀性，进气槽11的弧长若大于0.5倍的晶圆4周长，则硅烷产生的颗粒会更容易落入腔体3内，无法控制颗粒度，因此L1、L2需满足以下条件：0.25L2≤L1≤0.5L2，在不影响氮化硅介质膜的生长速率的情况下，可以有效控制颗粒度和均匀性。
在另一些实施例中，相邻所述容置槽21的中心距为D1，相邻所述进气槽11之间的中心距为D2，其中，D1、D2需满足一下条件：12mm≤D1＝D2≤13mm。相邻容置槽21之间的中心距等于相邻进气槽11之间的中心距，保证容置槽21的中心和进气槽11的中心相对设置，每个容置槽21对应的晶圆4均可进气，有效提升均匀性，且容置槽21的槽宽大于等于进气槽11的槽宽，保证晶圆4底部能够被容置槽21卡住，顶部能够通过进气槽11进气，且能够控制颗粒度，相邻容置槽21的中心距和相邻进气槽11的中心距若小于12mm，则进气槽11的数量过多，导致颗粒度无法控制，相邻容置槽21的中心距和相邻进气槽11的中心距若大于13mm，则进气槽11数量过少，无法提升生长速率以及作业的数量，因此，D1、D2需满足一下条件：12mm≤D1＝D2≤13mm，在控制颗粒度的前提下，提高作业数量和生产效率。其中，中心距指两个槽的槽宽中间点之间的垂直距离。
本实施例中，所述盖体1和所述底座2盖合的位置尺寸相同，所述盖体1和所述底座2盖合后密封连接。具体地，所述底座2和所述盖体1的盖合处设有密封圈。为了保证密封性，所述盖体1和所述底座2盖合的位置尺寸相同且盖合面设有密封圈，进一步地控制颗粒度，防止硅烷产生的颗粒从二者盖合处进入腔体3内，并且可以随时打开，操作方便。
作为进一步的方案，所述底座2用于与所述盖体1盖合的一侧设有第一扣合件12，所述盖体1用于与所述底座2盖合的一侧设有第二扣合件22，所述第一扣合件12和所述第二扣合件22相互扣合。作为示例，参见图3所示，底座2设有一个第一扣合件12，盖体1设有两个第二扣合件22，底座2上对应第二扣合件22的位置有凹槽，盖体1对应第一扣合件12的位置有凹槽，第一扣合件12凸出于底座2，第二扣合件22凸出于盖体1，相互盖合时，第一扣合件12位于两个第二扣合件22中间，保证正好盖合。
结合图1-图3所示，在本实施例中，所述盖体1和所述底座2均为半圆形筒体，所述盖体1盖合于所述底座2形成圆柱形筒体，该圆柱形筒体的底座2以及盖体1和底座2之间密封，仅盖体1上开设进气槽11，用于更好地控制颗粒度。
需要指出的是，底座2和盖体1均可以采用其他结构，只要能够满足提升生长速率，控制均匀性和颗粒度即可，例如方形等，在此不再列举。
第二实施例
图5示出本申请实施例的氮化硅介质膜的制备方法的流程图。
如图5所示，在第一实施例的基础上，本实施例提供一种氮化硅介质膜的制备方法，基于第一实施例所述的晶圆载具，包括：
S1、将晶圆4放置在所述晶圆载具的容置槽21内；
S2、将盖体1盖合在底座2上；
S3、将安装有所述晶圆4的所述晶圆载具放入相沉积炉内，向所述相沉积炉内通入硅烷和氨气的混合气体，以使所述混合气体通过所述进气槽11进入所述晶圆载具内，使晶圆4表面进行氮化硅淀积，以形成氮化硅介质膜。
在第一实施例的基础上，本申请实施例提供的氮化硅介质膜的制备方法，采用硅烷与氨气生长氮化硅介质膜，在室温下即可进行，不需要加热，减少能耗，也节约了设备成本，使得低压设备更加稳定，并且，硅烷管路相较于现有技术的二氯二氢硅不容易堵塞。
图4示出本申请实施例的两个晶圆4背对背安装的结构示意图。
如图4所示，在所述S1步骤中，即在将晶圆4放置在所述晶圆载具的容置槽21内的步骤中，包括：将两个晶圆4用于生长氮化硅的一面相背设置，且两个所述晶圆4背离生长氮化硅的一面相贴合，并将两个所述晶圆4放入同一容置槽21内。
常规的低压氮化硅沉积是一个容置槽21装一片晶圆4，晶圆4双面沉积氮化硅介质膜，后续还需要干法刻蚀的方式对晶圆4无需沉积生长氮化硅介质膜的一侧进行去除，具体为处理一面氮化硅介质膜，先进行另一面涂胶保护，然后湿法去除背面氮化硅介质膜，然后再去除另一面光刻胶，增加了三个工步，步骤繁琐。与常规技术相比，本案是一个容置槽21内放置两个晶圆4，两个晶圆4背对背装片(即两个晶圆4需要生长氮化硅介质膜的一侧相背离，两个晶圆4另一侧相贴合放置)，从而只有晶圆4需要生长氮化硅介质膜的一侧生长氮化硅介质膜，适用于干法刻蚀要求，节省了上述三个步骤，节约成本，提高了生产效率。
本实施例实现了单面沉积氮化硅介质膜，改善干法刻蚀后处理背面的氮化硅介质膜的无效工艺，采用本方法，可以使总产能提高25％，干法刻蚀产能提高50％，减少了因背面氮化硅介质膜处理不干净对湿法腐蚀槽的化学污染的潜在风险，在半导体工艺制程中具有重大意义。
在所述S3步骤中，通入的硅烷(SiH4)与氨气(NH3)体积比为4:1，再结合晶圆载具的应用，可以使沉积速率达到30A/min以上，沉积时，需满足以下参数要求：相沉积炉内反应压力200mt-500mt，反应时间40min-60min。在不同的压力和时间下，生长氮化硅介质膜的均匀性和折射率不同，当相沉积炉内反应压力为300mt，反应时间在50min时，氮化硅介质膜的均匀性＜3％，折射率2.02，此时效果最佳。
并且，在沉积过程中，可以通过改变沉积时间生长不同的氮化硅介质膜。其中，本实施例的每个相沉积炉可以同时对100片晶圆进行沉积作业，相较于现有技术可以同时对多个晶圆4表面进行氮化硅介质膜的沉积，提升了工作效率。
另外，还可对相沉积炉作抽真空处理，抽真空的过程中可以抽取部分颗粒，防止颗粒进入腔体3内，进一步控制晶圆表面颗粒度。
在所述S3步骤之后，还包括：测试参数：测试氮化硅介质膜的厚度及折射率，以保证氮化硅介质膜的厚度(即均匀性)及折射率符合产品要求。本实施例中生长的氮化硅介质膜厚度为1300A-1600A，折射率为2.02。
在所述测试参数步骤之后，还包括：氮化硅介质膜光刻：采用正性光刻胶，正性光刻胶的胶厚度为1.2um-1.8um，也可以根据氮化硅介质膜厚度选择其他不同的胶厚，对氮化硅介质膜进行自动曝光、显影以及视觉检测后送到刻蚀进行作业，显影后的视觉检测是对显影图形的是否显影完整、显影不足、显影过度等进行判断，为后期刻蚀作好准备。
在所述氮化硅介质膜光刻步骤之后，还包括：干法刻蚀：在干法刻蚀的过程中，需满足以下参数要求：干法刻蚀机内的反应压力160mt-250mt，射频功率120W-180W，氧气流量10sccm-20sccm，氩气流量120sccm-180sccm，六氟化硫流量120sccm-160sccm，刻蚀时间为30S-40S。根据前述可知，检测后的氮化硅介质膜的均匀性＜3％，折射率2.02，再进行干法刻蚀，此时能保证需要刻蚀的区域可以同时刻掉氮化硅介质膜，且过刻时间短。另外，由于二氧化硅是与硅接触，对产品的电性有重要影响，故二氧化硅损失越小越好，在上述参数条件下，若刻蚀厚度为1500A的氮化硅介质膜，过刻余量一般加10％的时间，只要过刻5％就可以保证全部刻蚀干净，这样对氮化硅介质膜下面的二氧化硅损失最小。
应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本申请中的“在……上”、“在……以上”和“在……之上”，以使得“在……上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在……以上”或者“在……之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即，直接处于某物上)的含义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种晶圆载具，用于使晶圆在所述晶圆载具上生长氮化硅介质膜，其特征在于，所述晶圆载具包括：
底座，所述底座内设置有间隔分布的多个容置槽，所述容置槽用于承载晶圆；以及
盖体，所述盖体盖合于所述底座，所述盖体和所述底座盖合后形成用于容纳晶圆的腔体，所述盖体上开设有与多个所述容置槽分别对应的多个进气槽，所述腔体内通过所述进气槽通入硅烷和氨气的混合气体，所述进气槽沿其对应所述晶圆的周向方向延伸。
2.根据权利要求1所述的晶圆载具，其特征在于，所述容置槽贴合所述晶圆的外周设置，所述容置槽沿所述晶圆厚度方向的尺寸为d1，所述进气槽沿所述晶圆厚度方向的尺寸为d2,两个所述晶圆的厚度之和为d3,其中d1、d2和d3需满足以下条件：d2≤d1＝d3。
3.根据权利要求1或2所述的晶圆载具，其特征在于，所述进气槽沿所述晶圆厚度方向的尺寸d2需要满足以下调节：0.8mm≤d2≤1.5mm。
4.根据权利要求1或2所述的晶圆载具，其特征在于，所述进气槽沿所述晶圆周向方向的弧长为第一弧长,所述晶圆的周长为第一圆周长,其中第一弧长和第一圆周长的第一比值X需满足以下条件：0.25≤X≤0.5。
5.根据权利要求1所述的晶圆载具，其特征在于，相邻所述容置槽的中心距为D1，相邻所述进气槽之间的中心距为D2，其中，D1、D2需满足一下条件：12mm≤D1＝D2≤13mm。
6.根据权利要求1所述的晶圆载具，其特征在于，所述盖体和所述底座盖合的位置尺寸相同，所述盖体和所述底座盖合后密封连接。
7.根据权利要求1所述的晶圆载具，其特征在于，所述底座用于与所述盖体盖合的一侧设有第一扣合件，所述盖体用于与所述底座盖合的一侧设有第二扣合件，所述第一扣合件和所述第二扣合件相互扣合。
8.根据权利要求1所述的晶圆载具，其特征在于，所述盖体和所述底座均为半圆形筒体，所述盖体盖合于所述底座形成圆柱形筒体。
9.一种氮化硅介质膜的制备方法，应用于权利要求1-8任一所述的晶圆载具，其特征在于，包括：
将晶圆放置在所述晶圆载具的容置槽内；
将盖体盖合在底座上；
将安装有所述晶圆的所述晶圆载具放入相沉积炉内，向所述相沉积炉内通入硅烷和氨气的混合气体，以使所述混合气体通过所述进气槽进入所述晶圆载具内，使晶圆表面进行氮化硅淀积，以形成氮化硅介质膜。
10.根据权利要求9所述的氮化硅介质膜的制备方法，其特征在于，在所述将晶圆放置在所述晶圆载具的容置槽内的步骤中，包括：
将两个晶圆用于生长氮化硅的一面相背设置，且两个所述晶圆背离生长氮化硅的一面相贴合，并将两个所述晶圆放入同一容置槽内。
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