一种提高产量和减小硅片表面粗糙度的硅片卸载工艺

摘要

本发明提供了一种新的硅片卸载工艺，包括(1)静电卡盘表面电荷中和；(2)硅片表面残余电荷消除。其中步骤(1)气体流量为200－400sccm，腔室内的压强为60－90mT，上电极功率150－300W；步骤(2)气体流量为200－400sccm，腔室内的压强为60－90mT上电极功率80－150W。利用本发明的工艺，不仅能够缩短硅片卸载时间，提高产量，并且能够减小硅片表面粗糙度，满足先进栅刻蚀工艺的需要。

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅片刻蚀工艺，具体来说，涉及一种能够提高产量和减小硅片表面粗糙度的硅片卸载工艺。

背景技术

在等离子体刻蚀机刻蚀硅片后，硅片(wafer)要和静电卡盘(ESC)分离，必须采用硅片卸载步骤将硅片表面的残余电荷释放掉，目前采用的方法是：将静电卡盘提供电压的两极反接和利用Ar起辉，中和或消除硅片上的残余电荷。

目前所采用的传统硅片卸载工艺分为两步：(1)残气消除和(2)硅片卸载，其中步骤(1)是腔室压强5mT、上下电极功率为0w、以流量为200sccm的Ar作为载气，该步骤作用时间为30s；步骤(2)是在腔室内的压强为50mT、上电极功率为500w、下电极功率为0w，以流量为200sccm的Ar作为载气，该步骤作用时间为30s。

该工艺的缺陷是工艺步骤时间较长，影响了产量，并且由于功率过高，离子能量过大，使得工艺后的硅片比较粗糙。

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硅片卸载工艺，本发明和常规硅片卸载工艺相比，提高产量并减小刻蚀后硅片表面的粗糙度。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供了一种新的硅片卸载工艺，分为两步：(1)静电卡盘表面电荷中和；(2)硅片表面残余电荷消除。其中，

在步骤(1)中所使用的气体为Ar，气体流量为200-400sccm，优选300sccm；腔室内的压强为60-90mT，优选80mT；上电极功率为150-300W，优选200W；下电极功率为0w；该步骤作用时间为3-8s，优选3s。

在步骤(2)中所使用的气体为Ar，气体流量为200-400sccm，优选300sccm；腔室内压强为60-90mT，优选80mT；上电极功率为80-150W，优选100W；下电极功率为0w；该步作用时间为1-10s，优选2s。

本发明硅片卸载工艺和现有工艺相比，本发明的工艺中压强增加，上电极功率降低，其理论依据是：

1、压强增加，离子密度增加，增加了ESC表面的残余电荷被带走的机会，从而减少了硅片卸载时间；

2、流量增加，使得静电卡盘表面残余电荷更迅速的被消除，从而减少了硅片卸载时间；

3、功率的降低降低了离子能量，从而降低了离子对硅片表面的轰击，提高了硅片表面的粗糙度。

(三)有益效果

利用本发明的硅片卸载工艺，能够在不改变硬件设计的前提下，仅通过改变腔室内压强和气体流量，不仅能够缩短硅片卸载时间，提高产量并且能够减小硅片表面粗糙度，满足先进栅刻蚀工艺的需要。这种方法简单易行，不仅避免了系统硬件设计所增加的变数、保证工艺的稳定性；还可以避免系统升级、节约大笔开支。

附图说明

图1和5为传统硅片卸载工艺得到的表面粗糙度分析图；

图2、3、4、6为本发明硅片卸载工艺得到的表面粗糙度分析图；

半导体刻蚀工艺的要求是刻蚀后硅片表面的粗糙度越小越好，通过KLA公司的Surfscan 6420 Unpatterned Wafer Inspection检测仪器观察，可以看出图1(利用传统工艺所得硅片)表面粗糙度为246ppm，而图2(利用本发明工艺所得结果)表面粗糙度为207ppm。图1和2是同一硅片在进行了两次刻蚀后所得的结果。

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200mm硅片刻蚀机上进行的，可反映200nm工艺结果，需要说明的是，本发明也适用于300mm硅片刻蚀机。

实施例1-3是所用是同一片硅片A，实施例4-5是同一片硅片B，目的是排除硅片的片片之间粗糙度的差异对本研究结果的影响。

实施例1

在进行多晶硅片刻蚀工艺中，所用的设备是北方微电子基地设备工艺研究中心的PM2。所用多晶硅片(掺杂)的结构为：二氧化硅100、多晶硅5000、硅片(substrate衬底)。

使用硅片A。

刻蚀过程主要分为以下几步：

1、硅片送到腔室内的静电卡盘表面；

2、加静电卡盘电压，通过静电引力将硅片固定在静电卡盘表面；

3、通工艺气体；

4、摆阀调压到设定值；

5、加上下电极，起辉；

6、刻蚀工艺开始，刻蚀工艺主要包括以下几步：

(1)BT(Break through)，即自然氧化层的去除，工艺参数为：腔室内压强7mT，上电极功率300W，下电极功率40W，流量为50sccm的CF₄为载气，时间为5s，该步之前有一个BT stable步骤，主要工艺参数为上下电极功率均为0，时间为10s，其他参数和BT一样；

(2)ME(main etch)，即主刻蚀，其作用是刻蚀多晶硅，形成线条，工艺参数为：腔室内压强10mT，上电极功率350W，下电极功率40W，载气包括流量为190sccmHBr、5sccm的Cl₂、15sccm的HeO₂，刻蚀时间20s，该步之前有一个ME stable步骤，主要工艺参数为上下电极功率均为0，时间为10s，其他参数和ME一样；

(3)OE(Over etch)，即过刻蚀，其作用是对刻蚀后的表面进行吹扫，工艺参数为：腔室内压强60mT，上电极功率350W，下电极功率40W，载气包括流量为150sccmHBr、15sccm的HeO₂、100sccm的He，刻蚀时间30s，该步之前有一个OE stable步骤，主要工艺参数为上下电极功率均为0，时间为10s，其他参数和OE一样。

7、刻蚀工艺完成后，要进行硅片卸载，即将ESC表明的残余电荷消除掉，以便硅片能够稳定的和静电卡盘表面分离；本工艺步骤分为两步：(1)残气消除和(2)硅片卸载，其中步骤1是腔室压强5mT、上下电极功率为0w、以流量为200sccm的Ar作为载气，该步骤作用时间为30s；步骤2是在腔室内的压强为60mT、上电极功率为500w、下电极功率为0w，以流量为200sccm的Ar作为载气，该步骤作用时间为30s。

通过KLA公司的Surfscan 6420 Unpatterned Wafer Inspection检测仪器观察，可以看出刻蚀后的硅片表面粗糙情况，如图1，具体表面粗糙度为246ppm。

实施例2

使用硅片A。

采用实施例1的方法，其不同之处在于，其中硅片卸载工艺如下：

(1)ESC表面电荷中和，工艺气体Ar流量为300sccm，腔室内压强为80mT，上电极功率200W，作用时间3s；(2)硅片表面残余电荷消除，工艺气体Ar流量为300sccm，腔室内的压强为80mT上电极功率100W，作用时间2s。

可以看出刻蚀后的硅片表面粗糙情况，如图2，具体表面粗糙度为207ppm。

实施例3

使用硅片A。

采用实施例2的方法，其不同之处在于，其中硅片卸载工艺如下：

步骤(1)Ar流量为400sccm，腔室内压强为60mT，上电极功率150W，作用时间5s；步骤(2)Ar流量为400sccm，腔室内的压强为60mT上电极功率80W，作用时间1s。

可以看出刻蚀后的硅片表面粗糙情况，如图3，具体表面粗糙度为205ppm。

实施例4

使用硅片B。

采用实施例1的方法，其不同之处在于，其中硅片卸载工艺如下：

步骤(1)Ar流量为400sccm，腔室内压强为90mT，上电极功率300W，作用时间8s；步骤(2)Ar流量为200sccm，腔室内的压强为90mT上电极功率150W，作用时间10s。

可以看出刻蚀后的硅片表面粗糙情况，如图4，具体表面粗糙度为213ppm。

实施例5

使用硅片B。

采用实施例1的方法。

可以看出刻蚀后的硅片表面粗糙情况，如图5，具体表面粗糙度为233ppm。

实施例6

使用硅片B。

采用实施例1的方法，其不同之处在于，其中硅片卸载工艺如下：步骤(1)Ar流量为300sccm，腔室内压强为70mT，上电极功率250W，作用时间6s；步骤(2)Ar流量为200sccm，腔室内的压强为60mT上电极功率100W，作用时间5s。

可以看出刻蚀后的硅片表面粗糙情况，如图6，具体表面粗糙度为185ppm。