CN1851050A - 一种多晶硅刻蚀工艺中的颗粒控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多晶硅刻蚀工艺过程中的颗粒控制方法，即在多晶硅刻蚀工艺中，如果发现等离子体刻蚀机或其他类似半导体设备的颗粒指标无法满足工艺的要求时，进行相应的颗粒恢复操作以进行颗粒控制。本发明的颗粒控制方法可广泛应用于半导体刻蚀设备，其主要优点为：加快了颗粒恢复的速度；提高了设备的有效工作时间；减少了湿法清洗所造成的污染。

Description

一种多晶硅刻蚀工艺中的颗粒控制方法
技术领域
本发明涉及多晶硅刻蚀工艺，具体来说，涉及一种刻蚀工艺过程中的颗粒控制方法。
背景技术
在半导体制造领域，随着集成电路最小尺寸不断减小、集成度不断提高以及硅片尺寸的扩大，对刻蚀设备以及刻蚀工艺的要求也越来越高，除了提供高质量的刻蚀性能外，还要求在大规模量产中能保证极高的稳定性和极低的缺陷率。而颗粒污染是造成刻蚀工艺产率下降的最重要因素之一，在刻蚀工艺中，颗粒主要是一些聚合物、光致抗蚀剂和蚀刻杂质等。颗粒通常粘附在硅片表面，造成工艺缺陷，它会影响下一道工艺的进行，并最终影响器件的电特性。能否有效地检测并去除颗粒和缺陷，是目前工艺控制的关键之一，直接影响产率高低。
目前的刻蚀工艺中，设备中的颗粒如果超出要求，一般采取O2、SF6、Cl2等混合气体的等离子体干法清洗；或打开反应室，对反应室相关部件采用SCl等溶液进行湿法清洗。
这两种方法都会改变反应室的内部化学环境，所以需要进行恢复操作，费时费力，严重影响了设备的利用率，并且加大了环境污染。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的旨在提供一种更有效的刻蚀工艺中颗粒控制方法以提高半导体刻蚀工艺的质量。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明采用硅片吸附法以解决刻蚀工艺过程中的颗粒控制问题。
本发明的技术方案为：在多晶硅刻蚀工艺中，如果发现等离子体刻蚀机或其他类似半导体设备(如去胶机等)的颗粒指标无法满足工艺的要求时(如在0.10微米的CMOS工艺中，要求在起辉条件下，硅片上大于0.12微米的颗粒增加数少于25颗，否则无法进行正常的工艺)，进行相应的颗粒恢复操作以进行颗粒控制，具体操作过程为：
(1)将静电卡盘温度设定为低于反应室温度10-30℃；
(2)将硅片传送到反应室中；
(3)在静电卡盘上施加700-1200V电压；
(4)通入流量为100-400sccm的He，并控制反应室压力为8-80mT；
(5)硅片在反应室内停留0.5-10min；
(6)关闭He和静电卡盘电压，取出硅片。
其中所述硅片是表面粗糙度为400-600PPM的SiO2长膜片，这种进行清除颗粒的硅片一般采用表面粗糙度较高的硅片，以便增大其表面积，吸引大量颗粒。使用完成后还可以经过清洗，反复使用。
其中步骤(1)中优选将静电卡盘温度设定为低于反应室温度20℃。例如若反应室温度为60℃，则静电卡盘温度可以设定为30-50℃，优选为40℃。
其中步骤(3)中所述电压需根据不同静电卡盘的具体要求，设定标准是吸片稳定。
其中步骤(4)中He流量优选为300sccm，反应室压力优选为60mT。
其中步骤(5)中硅片在反应室内停留时间优选为5min。
在本发明方法的原理是：操作过程中，在硅片表面和反应室内壁之间创造了一个电势差梯度和温度梯度，同时使用He携带颗粒运动，这些作用的综合效果，即利用静电吸引力、热迁移以及范德瓦尔斯力将颗粒吸附到静电卡盘表面的硅片上。
(三)有益效果
本发明的颗粒控制方法可广泛应用于半导体刻蚀设备，其主要优点为：加快了颗粒恢复的速度；提高了设备的有效工作时间；减少了湿法清洗所造成的污染。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。以下实施例是在100nm硅片刻蚀机上进行的，可反映100nm工艺结果，需要说明的是，工艺具有向下兼容性，即能满足高端的100nm工艺时，低端的150nm工艺等完全能够满足要求，即本发明也适用于150nm硅片刻蚀机。
实施例1
本例使用的设备是北方微电子基地设备工艺研究中心的100nm硅片刻蚀机。刻蚀步骤包括贯穿步、主刻步、过刻步和硅片卸载步。
本设备对颗粒性能有一定要求：在等离子体起辉条件下，硅片上大于0.12微米的颗粒增加数应该少于25颗。颗粒数具体测试工艺为：
第一步：反应腔室抽真空5秒；
第二步：腔室压力10mT，上电极功率350w，下电极功率40w，工艺气体为10sccmCl2、190sccmHBr、15sccmHeO2(二者体积比为7∶3)，时间为20秒。
使用SiO2长膜片(Blanket Wafer)连续测试三片的颗粒增加量，如果发现颗粒增加数超出指标，则需要进行颗粒恢复动作。
在发现设备颗粒性能不满足工艺要求后(具体见表1中“干法清洗前”数据)，进行了干法清洗动作，具体工艺如下：
点火步：腔室压力10mT，上电极功率400w，下电极功率0w，工艺气体为20sccmCl2、100sccmSF6、20sccmO2的混合气体，时间为3s。
清洗步：腔室压力10mT，上电极功率800w，下电极功率0w工艺气体为20sccmCl2、100sccmSF6、20sccmO2的混合气体，时间为600s。
干法清洗后，颗粒满足工艺要求，详见表1。
                     表1.干法清洗效果对比
试验项目 硅片类型 实验次数   颗粒增加数(＞0.12um)
  干法清洗前   干法清洗后
  等离子体起辉颗粒实验   SiO2长膜片   1   28   12
  2   37   9
  3   31   10
实施例2
硅片刻蚀步骤同实施例1，同样在发现颗粒性能不满足工艺要求后(具体见表2“颗粒恢复前”)，用本发明的工艺进行颗粒恢复动作，具体如下：
(1)、将反应室温度设定为60℃，静电卡盘温度设定为40℃；
(2)、将400PPM硅片传送到反应室中；
(3)、在静电卡盘上施加800V电压；
(4)、通入300sccm氦气，同时反应室压力控制在60mT；
(5)、硅片在反应室内停留5min；
(6)、关闭氦气和静电卡盘电压，取出硅片。
实验后，再次测试颗粒增加数量，结果见表2：
                      表2.颗粒恢复效果对比
试验项目 硅片类型 实验次数   颗粒增加数(＞0.12um)
  颗粒恢复前   颗粒恢复后
  等离子体起辉颗粒实验   SiO2长膜片   1   35   10
  2   34   8
  3   29   6
对比表1、2可知，使用干法清洗后，颗粒平均增加量为10.3颗；采用本专利的方法后，颗粒平均增加量为8颗。说明后者对于恢复设备的颗粒性能效果良好。此外后者还可以避免使用大量有毒化学气体；而且避免了干法清洗后的恢复动作，减少了机器的颗粒恢复时间。
实施例3
硅片刻蚀步骤同实施例1，同样在发现颗粒性能不满足工艺要求后(具体见表2“颗粒恢复前”)，用本发明的工艺进行颗粒恢复动作，具体如下：
(1)、将反应室温度设定为60℃，静电卡盘温度设定为50℃；
(2)、将500PPM硅片传送到反应室中；
(3)、在静电卡盘上施加700V电压；
(4)、通入100sccm氦气，同时反应室压力控制在8mT；
(5)、硅片在反应室内停留0.5min；
(6)、关闭氦气和静电卡盘电压，取出硅片。
实验后，再次测试颗粒增加数量，结果见表3：
                      表3.颗粒恢复效果对比
试验项目 硅片类型 实验次数   颗粒增加数(＞0.12um)
  颗粒恢复前   颗粒恢复后
  等离子体起辉颗粒实验   SiO2长膜片   1   42   20
  2   36   13
  3   37   18
实施例4
硅片刻蚀步骤同实施例1，同样在发现颗粒性能不满足工艺要求后(具体见表2“颗粒恢复前”)，用本发明的工艺进行颗粒恢复动作，具体如下：
(1)、将反应室温度设定为60℃，静电卡盘温度设定为30℃；
(2)、将600PPM硅片传送到反应室中；
(3)、在静电卡盘上施加1200V电压；
(4)、通入400sccm氦气，同时反应室压力控制在80mT；
(5)、硅片在反应室内停留10min；
(6)、关闭氦气和静电卡盘电压，取出硅片。
实验后，再次测试颗粒增加数量，结果见表4：
                     表4.颗粒恢复效果对比
试验项目 硅片类型 实验次数   颗粒增加数(＞0.12um)
  颗粒恢复前   颗粒恢复后
  等离子体起辉颗粒实验   SiO2长膜片   1   40   9
  2   34   4
  3   27   7

Claims (6)

1、一种多晶硅刻蚀工艺中的颗粒控制方法，包括以下步骤：
(1)将静电卡盘温度设定为低于反应室温度10-30℃；
(2)将硅片传送到反应室中；
(3)在静电卡盘上施加700-1200V电压；
(4)通入流量为100-400sccm的He，并控制反应室压力为8-80mT；
(5)硅片在反应室内停留0.5-10min；
(6)取出硅片。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于所述硅片是表面粗糙度为400-600PPM的SiO2长膜片。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中将静电卡盘温度设定为低于反应室温度20℃。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)中He流量为300sccm。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)中反应室压力为60mT。
6、如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(5)中硅片在反应室内停留时间为5min。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101414558B (zh) * 2007-10-16 2010-05-26 上海华虹Nec电子有限公司 减少湿法刻蚀颗粒污染的方法
US7732346B2 (en) 2007-02-27 2010-06-08 United Mircoelectronics Corp. Wet cleaning process and method for fabricating semiconductor device using the same
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