CN117219561B - 降低harp工艺中晶圆滑片风险的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法，在执行HARP工艺之前，先开启HARP设备的加热台，并至少在所述加热台的表面形成粘附层，然后向HARP设备的反应腔室内通入氦气以对所述粘附层进行表面处理，由于氦气质轻，会先吸附于所述粘附层中，同时由于氦气具有优异的导热性，在受热后容易脱离所述粘附层，脱离的同时会带走所述粘附层表面的化学基团，之后再将晶圆放置于所述加热台上并执行HARP工艺，可以避免在执行HARP工艺时所述粘附层析出气体，在晶圆背面形成气垫导致晶圆滑片的问题，提高了晶圆的良率，降低了制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法。
背景技术
在半导体集成电路制造工艺中，针对技术节点为亚45nm、器件深宽比较大（5:1~10:1）的半导体结构来说，通常采用HARP（High Aspect-ratio Process，高深宽比制程）工艺进行薄膜沉积，其制程温度较高（通常大于400摄氏度），易导致晶圆翘曲，故HARP设备的反应腔室内部的加热台上配置有真空吸附孔，通过将晶圆背面的气体抽走，同时升高反应腔室的压力，在晶圆正背面形成压力差，从而将晶圆固定在加热台上。
HARP工艺与其它CVD（Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积）工艺相似，在对晶圆进行HARP工艺之前以及之后均需要在HARP设备的反应腔室的内壁和加热台的表面沉积一层粘附层（Season Film），粘附层可以很好地吸附反应腔室中的一些生成物，避免生成物在HARP工艺过程中掉落至晶圆表面，形成缺陷。然而，粘附层的表面会残留较多诸如H2O、OH、O、C2H4、OC2H5、C2H5以及O2等化学基团，受热时，粘附层会析出气体，这些气体存在于晶圆背面，形成气垫，导致吸附失效，进而导致晶圆发生滑片。
晶圆滑片时，加热台可能裸露在反应气体下，生成物在加热台的表面积聚，容易产生缺陷，影响晶圆的良率；并且，晶圆发生一旦发生滑片，机械手臂在抓取晶圆时，可能会碰触到晶圆，导致其刮伤甚至破碎，造成损失；再者，晶圆滑片会使得HARP工艺之后晶圆表面某一块区域膜厚过高或过低（膜厚不均匀），对后续的黄光工艺造成不良影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法，以解决现有的HARP工艺中晶圆容易发生滑片的问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法，包括：
提供HARP设备，所述HARP设备包括反应腔室及位于所述反应腔室内的加热台；
开启所述加热台，并至少在所述加热台的表面形成粘附层；
向所述反应腔室内通入氦气以对所述粘附层进行表面处理；以及，
将晶圆放置于所述加热台上并执行HARP工艺。
可选的，向所述反应腔室内通入氦气的时间为5s~10s；和/或，向所述反应腔室内通入氦气的流量为12000sccm~15000sccm。
可选的，向所述反应腔室内通入氦气时，还向所述反应腔室内通入惰性气体，并且，氦气由上至下吹至所述加热台上，所述惰性气体由下至上吹至所述加热台的边缘及底部。
可选的，所述惰性气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种。
可选的，吹至所述加热台的边缘及底部的所述惰性气体的流量均为200sccm~500sccm。
可选的，所述HARP工艺的需求压力大于预定值，将晶圆放置于所述加热台上之后，执行所述HARP工艺之前，所述方法还包括：
在第一预定时间范围内对所述反应腔室进行抽气，以将所述反应腔室内的压力提升至所述预定值的1/3~2/1；
在第二预定时间范围内对所述反应腔室进行抽气，以将所述反应腔室内的压力提升至大于所述预定值；以及，
对所述加热台内的真空吸附孔进行抽气，以将晶圆吸附在所述加热台上。
可选的，所述预定值大于或等于400torr。
可选的，所述第一预定时间范围为20s~40s；和/或，所述第二预定时间范围为30s~40s。
可选的，所述粘附层的材料包括氧化硅和/或氮化硅。
可选的，形成所述粘附层之前，所述方法还包括：
采用等离子体处理工艺对所述反应腔室及所述加热台进行清洁。
在本发明提供的降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法中，意想不到的技术效果是，在执行HARP工艺之前，先开启HARP设备的加热台，并至少在所述加热台的表面形成粘附层，然后向HARP设备的反应腔室内通入氦气以对所述粘附层进行表面处理，由于氦气质轻，会先吸附于所述粘附层中，同时由于氦气具有优异的导热性，在受热后容易脱离所述粘附层，脱离的同时会带走所述粘附层表面的化学基团，之后再将晶圆放置于所述加热台上并执行HARP工艺，可以避免在执行HARP工艺时所述粘附层析出气体，在晶圆背面形成气垫导致晶圆滑片的问题，提高了晶圆的良率，降低了制造成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的HARP设备的简化示意图；
图3为本发明实施例提供的在加热台的表面形成粘附层的示意图；
图4为本发明实施例提供的向反应腔室内通入氦气的示意图；
图5为本实施例提供的直接将反应腔室内的压力提升至大于400torr时以及采用阶梯式的抽气方式将反应腔室内的压力提升至大于400torr时反应腔室的压力变化曲线；
图6为本发明实施例提供的未对粘附层进行表面处理直接执行HARP工艺时一批晶圆的滑片情况图；
图7为本发明实施例提供的对粘附层进行表面处理后再执行HARP工艺时一批晶圆的滑片情况图；
其中，附图标记为：
100-反应腔室；101-进气管路；102-出气管路；200-加热台；201-真空吸附孔；300-粘附层。
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，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。
图1为本实施例提供的降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法的流程图。如图1所示，本实施例提供的降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法包括：
步骤S100：提供HARP设备，所述HARP设备包括反应腔室及位于所述反应腔室内的加热台；
步骤S200：开启所述加热台，并至少在所述加热台的表面形成粘附层；
步骤S300：向所述反应腔室内通入氦气以对所述粘附层进行表面处理；以及，
步骤S400：将晶圆放置于所述加热台上并执行HARP工艺。
图2为本实施例提供的HARP设备的简化示意图，如图2所示，首先执行步骤S100，提供所述HARP设备，所述HARP设备具有所述反应腔室100及所述加热台200，所述加热台200位于所述反应腔室100内。
所述反应腔室100具有进气管路101和出气管路102，所述进气管路101用于向所述反应腔室100通入气体，如通入反应气体、清洁气体或保护气体等，所述出气管路102用于将所述反应腔室100中的气体排出，如排出所述反应腔室100中的废气等。
应理解，图2仅示意性地展示出所述进气管路101和所述出气管路102，并不用于限制所述进气管路101和所述出气管路102的数量、位置以及分布方式。
进一步地，所述加热台200用于承载晶圆，其内部设置有加热元件，可用于对晶圆进行加热。所述加热台200具有若干真空吸附孔201，所述真空吸附孔201可以将晶圆背面的气体抽走从而吸附住晶圆，当升高所述反应腔室100的压力时，在晶圆正背面可以形成压力差，从而将晶圆固定在所述加热台200上。
需要说明的是，本实施例中，所述反应腔室100内具有1个所述加热台200，但不应以此为限，在其他实施例中，所述反应腔室100内还可以具有两个以上的所述加热台200；此外，本实施例中，所述加热台200上具有两个真空吸附孔201，但不应以此为限，在其他实施例中，所述加热台200上还可以具有三个以上的所述真空吸附孔201。
执行步骤S200，开启所述加热台200，所述加热台200开始升温，例如可以升温至430摄氏度，但不应以此为限。
作为一个优选实施例，接下来可以对所述反应腔室100及所述加热台200进行清洁，从而去除所述反应腔室100内及所述加热台200上的杂质，例如可以采用等离子体处理工艺对所述反应腔室100及所述加热台200进行清洁。
接下来，在所述加热台200的表面形成所述粘附层300。图3为本实施例提供的在所述加热台200的表面形成所述粘附层300的示意图，如图3所示，所述粘附层300的材料可以是氧化硅和/或氮化硅，本实施例中，所述粘附层300的材料为氧化硅，也即所述粘附层300为氧化硅层。需要说明的是，可以通过所述进气管路101向所述反应腔室100内通入反应气体从而形成所述粘附层300，因此，所述粘附层300不仅会形成在所述加热台200的表面，还会形成在所述反应腔室100的内壁上（图3中未展示出所述反应腔室100的内壁上的所述粘附层300）。所述粘附层300可以很好地吸附所述反应腔室100中的一些生成物，避免生成物在后续的HARP工艺中掉落至晶圆表面，形成缺陷，但此时，所述粘附层300的表面残留有较多诸如H2O、OH、O、C2H4、OC2H5、C2H5以及O2等化学基团，在受热时，所述粘附层300容易析出气体，当将晶圆放置于所述加热台200上时，这些气体存在于晶圆背面，形成气垫，导致吸附失效，进而导致晶圆发生滑片。
基于此，执行步骤S300，向所述反应腔室100内通入氦气，以对所述粘附层300进行表面处理。图4为本实施例提供的在所述反应腔室100内通入氦气的示意图，如图4所示，保持所述加热台200开启，并通过所述进气管路101向所述反应腔室100内通入氦气，由于氦气质轻，会先吸附于所述粘附层300中，同时由于氦气具有优异的导热性（0.144W/(m•℃)），在受热后容易脱离所述粘附层300，脱离的同时会带走所述粘附层300表面的化学基团，避免在后续执行HARP工艺时所述粘附层300析出气体，在晶圆背面形成气垫导致晶圆滑片的问题，提高了晶圆的良率，降低了制造成本。
作为可选实施例，在所述反应腔室100内通入氦气的时间可以为5s~10s，本发明不作限制。
作为可选实施例，在所述反应腔室100内通入氦气的流量可以为12000sccm~15000sccm，本发明不作限制。
请继续参阅图4，本实施例中，通过所述进气管路101向所述反应腔室100内通入氦气时，氦气是从所述反应腔室100的顶部通入的，并由上至下吹至所述加热台200的表面，从而能够更大程度的带走所述粘附层300表面的化学基团。并且，在通过所述进气管路101向所述反应腔室100内通入氦气的同时，还向所述反应腔室100内通入惰性气体，所述惰性气体由下至上吹至所述加热台200的边缘及底部（参见图4中的虚线箭头）。如此一来，所述惰性气体可以在所述加热台200的周围形成“气墙”，将一部分氦气局限在所述加热台200的顶部，有利于氦气与所述加热台200上的所述粘附层300的接触，提高对所述粘附层300的表面处理效果。
本实施例中，所述惰性气体为氩气，但并不以此为限，所述惰性气体可以是氮气、氩气或氦气中的至少一种。
作为可选实施例，吹至所述加热台200的边缘及底部的所述惰性气体的流量均可以为200sccm~500sccm，本发明不作限制。
需要说明的是，图4中并未展示出用于通入惰性气体的管路，但实际应用中，可以根据所述反应腔室100内的空间布置用于通入惰性气体的管路，使得惰性气体可以由下至上吹至所述加热台200的边缘及底部，此处不再过多赘述。
执行步骤S400，将晶圆放置于所述加热台200上，此时，需要对所述真空吸附孔201以及所述反应腔室100进行抽气，从而将晶圆固定在所述加热台200上。由于所述真空吸附孔201的抽气管路与所述反应腔室100的抽气管路是相连的，在对所述真空吸附孔201以及所述反应腔室100进行抽气时，如果短时间内所述反应腔室100的抽气流量过大，会有部分气体回流至所述真空吸附孔201的抽气管路中，导致吸附失效。
基于此，本实施例优化了所述反应腔室100的抽气方式，采用阶梯式的抽气方式。具体来说，所述HARP工艺的需求压力大于预定值，将晶圆放置于所述加热台200上之后，执行所述HARP工艺之前，先在第一预定时间范围内对所述反应腔室100进行抽气，以将所述反应腔室100内的压力提升至所述预定值的1/3~2/1，然后在第二预定时间范围内对所述反应腔室100进行抽气，以将所述反应腔室100内的压力提升至大于所述预定值，之后再对所述加热台200内的真空吸附孔201进行抽气，以将晶圆吸附在所述加热台200上。
举例而言，所述HARP工艺的需求压力大于400torr，可以在30s内先对所述反应腔室100进行抽气，以将所述反应腔室100内的压力提升至150torr ~200torr，然后在30s内再次对所述反应腔室100进行抽气，以将所述反应腔室100内的压力提升至400torr以上。这种阶梯式的抽气方式可以弥补机台自身真空泵效能不足，确保所述反应腔室100的抽气管路里的气体可以被完全抽走，避免气体回流至所述真空吸附孔201的抽气管路中，避免吸附失效。
作为可选实施例，所述预定值可以大于或等于400torr，本发明不作限制。
作为可选实施例，所述第一预定时间范围可以为20s~40s，本发明不作限制。
作为可选实施例，所述第二预定时间范围可以为30s ~40s，本发明不作限制。
图5为本实施例提供的直接将所述反应腔室100内的压力提升至大于400torr时以及采用阶梯式的抽气方式将所述反应腔室100内的压力提升至大于400torr时所述反应腔室100的压力变化曲线。参见图5中的虚线圆圈处，优化所述反应腔室100的升压方式之后，所述真空吸附孔201的抽气管路的压力变化更加平缓，表明优化后的升压方式可以避免气体回流至所述真空吸附孔201的抽气管路中，确保所述反应腔室100的抽气管路内的气体可以被完全抽走，可以避免吸附失效，进一步降低晶圆滑片的风险。
之后，对晶圆执行HARP工艺。由于所述粘附层300已经进行了表面处理，所述粘附层300上的化学基团减少，对晶圆执行HARP工艺时，所述粘附层300不容易析出气体，可以减少晶圆滑片的风险。
图6为本实施例提供的未对所述粘附层300进行表面处理直接执行HARP工艺时一批晶圆的滑片情况图，图7为本实施例提供的对所述粘附层300进行表面处理后再执行HARP工艺时一批晶圆的滑片情况图，其中，坐标轴用于表征所述加热台200上的各个位置，每个小圆点为一个晶圆的圆心。对比图6及图7可见，对所述粘附层300进行表面处理后再执行HARP工艺，晶圆的滑片情况明显改善，表明对所述粘附层300进行表面处理后再执行HARP工艺可以大大降低晶圆滑片的风险。
综上，在本发明实施例提供的降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法中，意想不到的技术效果是，在执行HARP工艺之前，先开启HARP设备的加热台，并至少在所述加热台的表面形成粘附层，然后向HARP设备的反应腔室内通入氦气以对所述粘附层进行表面处理，由于氦气质轻，会先吸附于所述粘附层中，同时由于氦气具有优异的导热性，在受热后容易脱离所述粘附层，脱离的同时会带走所述粘附层表面的化学基团，之后再将晶圆放置于所述加热台上并执行HARP工艺，可以避免在执行HARP工艺时所述粘附层析出气体，在晶圆背面形成气垫导致晶圆滑片的问题，提高了晶圆的良率，降低了制造成本。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或 多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此外，本发明实施例中的方法和/或设备的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。
Claims (10)
1.一种降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法，其特征在于，包括：
提供HARP设备，所述HARP设备包括反应腔室及位于所述反应腔室内的加热台；
开启所述加热台，并至少在所述加热台的表面形成粘附层，所述粘附层用于吸附所述反应腔室中的生成物；
向所述反应腔室内通入氦气以对所述粘附层进行表面处理；以及，
将晶圆放置于所述加热台上并执行HARP工艺。
2.如权利要求1所述的降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法，其特征在于，向所述反应腔室内通入氦气的时间为5s~10s；和/或，向所述反应腔室内通入氦气的流量为12000sccm~15000sccm。
3.如权利要求1所述的降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法，其特征在于，向所述反应腔室内通入氦气时，还向所述反应腔室内通入惰性气体，并且，氦气由上至下吹至所述加热台上，所述惰性气体由下至上吹至所述加热台的边缘及底部。
4.如权利要求3所述的降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法，其特征在于，所述惰性气体包括氮气、氩气或氦气中的至少一种。
5.如权利要求3或4所述的降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法，其特征在于，吹至所述加热台的边缘及底部的所述惰性气体的流量均为200sccm~500sccm。
6.如权利要求1所述的降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法，其特征在于，所述HARP工艺的需求压力大于预定值，将晶圆放置于所述加热台上之后，执行所述HARP工艺之前，所述方法还包括：
在第一预定时间范围内对所述反应腔室进行抽气，以将所述反应腔室内的压力提升至所述预定值的1/3~2/1；
在第二预定时间范围内对所述反应腔室进行抽气，以将所述反应腔室内的压力提升至大于所述预定值；以及，
对所述加热台内的真空吸附孔进行抽气，以将晶圆吸附在所述加热台上。
7.如权利要求6所述的降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法，其特征在于，所述预定值大于或等于400torr。
8.如权利要求6或7所述的降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法，其特征在于，所述第一预定时间范围为20s~40s；和/或，所述第二预定时间范围为30s~40s。
9.如权利要求1所述的降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法，其特征在于，所述粘附层的材料包括氧化硅和/或氮化硅。
10.如权利要求1所述的降低HARP工艺中晶圆滑片风险的方法，其特征在于，形成所述粘附层之前，所述方法还包括：
采用等离子体处理工艺对所述反应腔室及所述加热台进行清洁。
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