一种改善工艺副产物凝结缺陷的晶圆净化方法
【专利摘要】本发明公开了一种改善工艺副产物凝结缺陷的晶圆净化方法，在对晶圆进行刻蚀或离子注入工艺后、清洗步骤之前，对晶圆进行前置净化处理，通过先向处于旋转状态的晶圆上表面喷射高于室温且形成旋流状态的净化气体，并通过调整净化气体与晶圆之间的喷射距离、喷射角度、喷射位置及喷射流量，使晶圆粘附的工艺副产物活性提高并发生松动，可在净化气体的携带下从晶圆分离抽出，再通过向晶圆的上表面喷射低于室温的净化气体，以降低残留的工艺副产物的反应活性，从而消除了工艺副产物在晶圆清洗之前的等待过程中与水反应产生凝结物缺陷的可能，因而有效地改善了晶圆表面的微环境，为产品良率的提升提供了保障。
【专利说明】一种改善工艺副产物凝结缺陷的晶圆净化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于半导体晶圆的净化方法，更具体地，涉及一种改善半导体晶 圆刻蚀或离子注入工艺的副产物产生凝结缺陷的晶圆净化方法。
【背景技术】
[0002] 随着集成电路工艺的发展以及关键尺寸按比例缩小，各种工艺的工艺窗口越来越 小，比如离子注入的深度，剂量甚至形貌等等。同时，需要注入的离子的性质也千差万别，有 很多离子具有较强的扩散性。离子注入过程会对光阻产生较强的物理作用力，导致光阻中 一些易挥发物质残留在晶圆表面，比如NH3等。离子注入后晶圆上诸如NH3等的副产物残 留，在晶圆等待清洗时，由于等待时间过长，会与空气中的水汽等反应，形成凝结物缺陷，对 后续工艺实施及良率造成不利影响。此外，在对例如55纳米逻辑产品进行通孔、连接孔或 多晶硅侧壁刻蚀时，刻蚀产生的副产物发生残留，也会在清洗工艺由于等待时间过长，与空 气中的水反应产生凝结物缺陷，此类缺陷将挡住后续金属的填充，特别是多晶硅侧壁刻蚀 的副产物残留产生的凝结物缺陷，将阻挡正常的离子注入，造成产品异常的离子注入形貌， 导致最终的器件甚至良率失效，造成损失。
[0003] 上述缺陷很大几率在清洗步骤后是无法去除干净的，将对良率造成极大影响。针 对此类刻蚀或离子注入后晶圆表面副产物残留产生的凝结物缺陷，目前主要是通过控制晶 圆在刻蚀或离子注入后到清洗之间的等待时间，来避免凝结物缺陷的出现。但是，由于在线 生产中存在各种突发状况，其等待时间难以控制；同时，在某些极端情况下，即使等待时间 控制得很好，也会随机出现此类缺陷。另外一种常用的方式是通过增加后续清洗步骤的清 洗时间，来去除刻蚀或离子注入后副产物与水反应产生的凝结物。此种方式同样会降低生 产率，而且很难清洗干净，这将对良率产生很多影响。所以，以上方式均存在很大的弊端。
[0004] 如何能够在晶圆清洗之前去除刻蚀或离子注入产生的副产物，或即使副产物没有 得到完全去除，也能在等待清洗时避免与水反应形成凝结物缺陷，成为当前迫切需要解决 的重要课题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种改善工艺副产物凝结 缺陷的晶圆净化方法，在对所述晶圆进行刻蚀或离子注入工艺后、清洗步骤之前，对所述晶 圆进行前置净化处理，通过先向放入净化腔并处于旋转状态的所述晶圆的上表面喷射高于 室温且形成旋流状态的净化气体，并通过调整所述净化气体与所述晶圆之间的喷射距离、 喷射角度、喷射位置及喷射流量，使所述晶圆粘附的工艺副产物发生松动，在所述净化气体 的携带下从所述晶圆分离抽出，再通过向所述晶圆的上表面喷射低于室温的净化气体，以 降低残留的所述工艺副产物的反应活性，从而消除了所述工艺副产物在所述晶圆清洗之前 的等待过程中与水反应产生凝结物缺陷的可能。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0007] -种改善工艺副产物凝结缺陷的晶圆净化方法，其特征在于，所述晶圆净化方法 在对所述晶圆进行刻蚀或离子注入工艺后的清洗步骤之前实施，包括以下步骤：
[0008] 步骤一：提供经刻蚀或离子注入工艺后的所述晶圆，将所述晶圆放入净化腔，并使 所述晶圆处于旋转状态；
[0009] 步骤二：向所述晶圆的上表面喷射高于室温的氮气或惰性气体作为净化气体，利 用所述净化气体散发的热能，使所述晶圆粘附的刻蚀或离子注入工艺副产物具有较高活 性，并利用所述晶圆的旋转作用，使所述净化气体在所述晶圆表面形成旋流状态，可流经整 个晶圆的表面，使全部的晶圆图形结构所粘附的工艺副产物都接触到净化气体；同时，调整 所述净化气体与所述晶圆之间的喷射距离、喷射角度、喷射位置及喷射流量，对所述晶圆的 上表面施以变化的冲击作用，以将所述晶圆粘附的所述工艺副产物从所述晶圆分离；
[0010] 步骤三：将所述净化腔内悬浮的所述净化气体及其携带的自所述晶圆分离的所述 工艺副产物抽出所述净化腔；
[0011] 步骤四：继续向所述晶圆的上表面喷射低于室温的气态或液态氮气或惰性气体作 为净化气体，利用所述净化气体的低温吸热能力，对残留的所述工艺副产物进行降温处理， 使所述工艺副产物的反应活性尽可能降低至最低，以消除残留的所述工艺副产物在所述晶 圆清洗之前与水反应产生凝结物缺陷的可能，并在所述晶圆清洗前保留此状态。
[0012] 进一步地，步骤二中，使所述净化气体分别从二个方向同时向所述晶圆的上表面 进行喷射；其中，使所述净化气体以多路垂直方向环绕所述晶圆中心向所述晶圆的上表面 进行喷射，同时，使所述净化气体另以多路倾斜方向环绕所述晶圆中心向所述晶圆的上表 面进行喷射。由于晶圆表面在刻蚀或离子注入工艺后，具有立体图形结构，从垂直和倾斜二 个不同方向喷射净化气体，可以从不同方位冲击工艺副产物；每个方向的净化气体分为多 路形式，环绕晶圆中心向晶圆进行喷射，可使晶圆尽可能多的图形结构同时得到净化气体 直接地喷射。通过上述喷射形式的组合，可以更好地将晶圆粘附的工艺副产物冲刷掉。
[0013] 进一步地，以多路垂直方向环绕所述晶圆中心向所述晶圆的上表面进行喷射的所 述净化气体，分别以沿所述晶圆的径线往复移动的形式，向所述晶圆的上表面进行喷射。这 样，可以实现在净化过程中利用垂直方向的多路净化气体，对晶圆进行移动喷射净化，可使 晶圆的各个图形结构在晶圆旋转过程中都有机会得到净化气体直接地喷射，使工艺副产物 更容易与晶圆分离，实现均匀净化的效果。
[0014] 进一步地，上述以多路垂直方向环绕所述晶圆中心向所述晶圆的上表面进行喷射 的所述净化气体，分别以沿所述晶圆的径线往复移动并不断变换喷射距离的形式，向所述 晶圆的上表面进行喷射，可同时实现对晶圆进行水平及垂直二个方向的不断移动净化，可 使晶圆的图形结构受到净化气体变化的冲击作用，以增强使工艺副产物与晶圆分离的净化 效力。
[0015] 进一步地，上述以多路倾斜方向环绕所述晶圆中心向所述晶圆的上表面进行喷射 的所述净化气体，分别以沿所述晶圆的径线往复移动并不断变换喷射角度的形式，向所述 晶圆的上表面进行喷射，在实现对晶圆的图形结构进行移动喷射净化的同时，可使晶圆的 各个图形结构在晶圆旋转过程中都有机会得到净化气体直接地倾斜摆动式喷射，并受到净 化气体变化的冲击作用，二个方向的喷射组合，使工艺副产物很容易与晶圆分离并被净化 气体携带抽出，从而实现最佳的净化效力。
[0016] 进一步地，所述喷射距离为5?150毫米。
[0017] 进一步地，所述喷射角度为30?75度。
[0018] 进一步地，步骤二中，所述净化气体的温度为80?200摄氏度；步骤四中，所述净 化气体的温度为-200?0摄氏度，可以是气态或液态形式的净化气体。
[0019] 进一步地，所述净化气体为氮或其混合物、氩或其混合物的其中之一，或者是其他 在-200?200摄氏度下不与工艺副产物发生反应的气体或液体。
[0020] 进一步地，使所述晶圆处于同时旋转、上下移动和平移的状态接受所述净化气体 的喷射，可使晶圆在净化过程中与净化气体形成互动，以三维运动的方式，使晶圆表面的旋 流净化气体发挥最佳的冲刷作用，将工艺副产物从晶圆有效分离并抽出腔体。
[0021 ] 从上述技术方案可以看出，本发明通过先向放入净化腔并处于旋转状态的晶圆的 上表面以多路垂直和倾斜方向喷射高于室温且形成旋流状态的氮气或氩气等净化气体，并 在净化过程中通过调整净化气体与晶圆之间的喷射距离、喷射角度、喷射位置及喷射流量， 以及通过使晶圆处于同时旋转、上下移动和平移的状态接受净化气体的喷射，以三维运动 的移动净化方式，使晶圆粘附的工艺副产物在净化气体变化的冲击作用冲刷下发生松动， 并在净化气体的携带下从晶圆分离抽出；然后，再通过向晶圆的上表面喷射低于室温的气 态或液态净化气体，使残留的工艺副产物的反应活性尽可能降低至最低，从而消除了工艺 副产物在晶圆清洗之前的等待过程中与水反应产生凝结物缺陷的可能。通过应用本发明， 可以有效地改善晶圆经过刻蚀或离子注入工艺后表面的微环境，为后续的清洗步骤提供更 大的工艺窗口，为广品良率的提升提供了保障。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1是本发明一种改善工艺副产物凝结缺陷的晶圆净化方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0024] 实施例一
[0025] 在本实施例中，请参阅图1，图1是本发明一种改善工艺副产物凝结缺陷的晶圆净 化方法的流程图。本发明的晶圆净化方法在对所述晶圆进行刻蚀或离子注入工艺后的清洗 步骤之前实施，如图所示，包括以下步骤：
[0026] 步骤1 :提供经刻蚀或离子注入工艺后的所述晶圆，将所述晶圆放入净化腔，并使 所述晶圆处于旋转状态；
[0027] 步骤2 :向所述晶圆的上表面喷射高于室温的氮气或惰性气体作为净化气体，利 用所述净化气体散发的热能，使所述晶圆粘附的刻蚀或离子注入工艺副产物具有较高活 性，并利用所述晶圆的旋转作用，使所述净化气体在所述晶圆表面形成旋流状态，可流经整 个晶圆的表面，使全部的晶圆图形结构所粘附的工艺副产物都接触到净化气体；同时，调整 所述净化气体与所述晶圆之间的喷射距离、喷射角度、喷射位置及喷射流量，对所述晶圆的 上表面施以变化的冲击作用，以将所述晶圆粘附的所述工艺副产物从所述晶圆分离；
[0028] 步骤3 :将所述净化腔内悬浮的所述净化气体及其携带的自所述晶圆分离的所述 工艺副产物抽出所述净化腔；
[0029] 步骤4 :继续向所述晶圆的上表面喷射低于室温的气态或液态氮气或惰性气体作 为净化气体，利用所述净化气体的低温吸热能力，对残留的所述工艺副产物进行降温处理， 使所述工艺副产物的反应活性尽可能降低至最低，以消除残留的所述工艺副产物在所述晶 圆清洗之前与水反应产生凝结物缺陷的可能，并在所述晶圆清洗前保留此状态。
[0030] 根据上述步骤所述的晶圆净化方法，进一步地，在步骤2中，使所述净化气体分别 从二个方向同时向所述晶圆的上表面进行喷射；其中，使所述净化气体以多路垂直方向环 绕所述晶圆中心向所述晶圆的上表面进行喷射，同时，使所述净化气体另以多路倾斜方向 环绕所述晶圆中心向所述晶圆的上表面进行喷射。由于晶圆表面在刻蚀或离子注入工艺 后，具有立体图形结构，从垂直和倾斜二个不同方向喷射净化气体，可以从不同方位冲击工 艺副产物；每个方向的净化气体分为多路形式，环绕晶圆中心向晶圆进行喷射，可使晶圆尽 可能多的图形结构同时得到净化气体直接地喷射。通过上述喷射形式的组合，可以更好地 将晶圆粘附的工艺副产物冲刷掉。
[0031] 进一步地，以多路垂直方向环绕所述晶圆中心向所述晶圆的上表面进行喷射的所 述净化气体，分别以沿所述晶圆的径线往复移动的形式，向所述晶圆的上表面进行喷射。这 样，可以实现在净化过程中利用垂直方向的多路净化气体，对晶圆进行移动喷射净化，可使 晶圆的各个图形结构在晶圆旋转过程中都有机会得到净化气体直接地喷射，使工艺副产物 更容易与晶圆分离，实现均匀净化的效果。
[0032] 进一步地，上述以多路垂直方向环绕所述晶圆中心向所述晶圆的上表面进行喷射 的所述净化气体，分别以沿所述晶圆的径线往复移动并不断变换喷射距离的形式，向所述 晶圆的上表面进行喷射，可同时实现对晶圆进行水平及垂直二个方向的不断移动净化，可 使晶圆的图形结构受到净化气体变化的冲击作用，以增强使工艺副产物与晶圆分离的净化 效力。
[0033] 进一步地，上述以多路倾斜方向环绕所述晶圆中心向所述晶圆的上表面进行喷射 的所述净化气体，分别以沿所述晶圆的径线往复移动并不断变换喷射角度的形式，向所述 晶圆的上表面进行喷射，在实现对晶圆的图形结构进行移动喷射净化的同时，可使晶圆的 各个图形结构在晶圆旋转过程中都有机会得到净化气体直接地倾斜摆动式喷射，并受到净 化气体变化的冲击作用，二个方向的喷射组合，使工艺副产物很容易与晶圆分离并被净化 气体携带抽出，从而实现最佳的净化效力。
[0034] 进一步地，所述喷射距离为5?150毫米。
[0035] 进一步地，所述喷射角度为30?75度。
[0036] 进一步地，步骤2中，所述净化气体的温度为80?200摄氏度；步骤4中，所述净 化气体的温度为-200?0摄氏度，可以是气态或液态形式的净化气体。
[0037] 进一步地，所述净化气体为氮或其混合物、氩或其混合物的其中之一，或者是其他 在-200?200摄氏度下不与工艺副产物发生反应的气体或液体。
[0038] 进一步地，使所述晶圆处于同时旋转、上下移动和平移的状态接受所述净化气体 的喷射，可使晶圆在净化过程中与净化气体形成互动，以三维运动的方式，使晶圆表面的旋 流净化气体发挥最佳的冲刷作用，将工艺副产物从晶圆有效分离并抽出腔体。
[0039] 上述的晶圆净化方法，可通过以下形式来具体实施。
[0040] 首先，将经过刻蚀或离子注入工艺后的晶圆放入净化腔，并使晶圆旋转。例如可利 用净化腔内设置的晶圆支撑台的转动，来带动晶圆一起旋转。晶圆支撑台如设计成具有水 平及垂直移动功能，还可以带动晶圆同时作旋转、上下及水平的三维运动。
[0041] 然后，可利用净化腔内设置的喷射枪，向晶圆的上表面喷射150摄氏度的氩气，使 晶圆粘附的工艺副产物受热后具有较高活性，以便容易从晶圆分离。在喷射氩气时，分成从 垂直和倾斜于晶圆的2个方向同时进行喷射，并将从每个方向进行喷射的氩气均分为各自 独立喷射的12路气路，对称交错地环绕晶圆的中心向晶圆的上表面进行喷射，各个气路之 间不产生交叉干扰。在喷射的过程中，处于垂直方向的12路氩气，可按设定的控制程序，各 自以沿晶圆的径线往复移动的形式，向晶圆的上表面进行喷射，例如，可根据需要同时向晶 圆中心或外侧移动，或同时向一侧方向移动等；同时，可在5?150毫米的范围内不断变换 与晶圆之间的垂直喷射距离，向晶圆的上表面进行喷射，例如，可根据需要作同时接近或远 离晶圆的移动，或一部分气路作接近晶圆的移动、而另一部分气路作远离晶圆的移动等。同 时，处于倾斜方向的12路氩气，可按设定的控制程序，各自以沿晶圆的径线往复移动并在 30?75度的范围内不断变换喷射角度的形式，向所述晶圆的上表面进行喷射，例如，可根 据需要同时向晶圆中心或外侧移动，或同时向一侧方向移动等，并在移动时不断变换喷射 角度。在喷射的过程中，还可根据需要，对喷射流量进行调整，大的流量相对净化效果较好。 可利用各分成12个的按垂直和倾斜方向对称交错地环绕晶圆中心并具有移动及变换喷射 角度的喷射枪来实现上述喷射氩气的功能。
[0042] 运用上述氩气喷射的组合形式，并利用晶圆的旋转作用，使氩气在晶圆表面形成 旋流状态，可流经整个晶圆的表面，使全部的晶圆图形结构所粘附的工艺副产物都接触到 净化气体；同时，利用晶圆的上下及水平移动作用，可使晶圆在净化过程中与净化气体形成 互动，以三维运动的方式，使晶圆表面的旋流净化气体发挥最佳的冲刷作用，将工艺副产物 从晶圆有效分离并抽出腔体。
[0043] 接着，将净化腔内从晶圆表面甩出及蒸发的悬浮的净化气体及其携带的自晶圆分 离的工艺副产物抽出净化腔。可利用净化腔上方设置的抽气系统实现。
[0044] 最后，将热态的氩气更换为-200摄氏度的液态氩气，继续向晶圆的上表面喷射， 利用氩气的低温吸热能力，对晶圆残留的工艺副产物进行降温处理，使工艺副产物与水之 间的反应活性尽可能降至最低，以消除残留的工艺副产物在晶圆清洗之前接触到环境中的 水汽、并与水反应产生凝结物缺陷的可能，可利用净化腔相对密闭的环境，在晶圆清洗前一 直保留冷却状态来实现。
[0045] 以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保 护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在 本发明的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种改善工艺副产物凝结缺陷的晶圆净化方法，其特征在于，所述晶圆净化方法在 对所述晶圆进行刻蚀或离子注入工艺后的清洗步骤之前实施，包括以下步骤： 步骤一：提供经刻蚀或离子注入工艺后的所述晶圆，将所述晶圆放入净化腔，并使所述 晶圆处于旋转状态； 步骤二：向所述晶圆的上表面喷射高于室温的氮气或惰性气体作为净化气体，利用所 述净化气体散发的热能，使所述晶圆粘附的刻蚀或离子注入工艺副产物具有较高活性，并 利用所述晶圆的旋转作用，使所述净化气体在所述晶圆表面形成旋流状态；同时，调整所述 净化气体与所述晶圆之间的喷射距离、喷射角度、喷射位置及喷射流量，对所述晶圆的上表 面施以变化的冲击作用，以将所述晶圆粘附的所述工艺副产物从所述晶圆分离； 步骤三：将所述净化腔内悬浮的所述净化气体及其携带的自所述晶圆分离的所述工艺 副产物抽出所述净化腔； 步骤四：继续向所述晶圆的上表面喷射低于室温的气态或液态氮气或惰性气体作为净 化气体，利用所述净化气体的低温吸热能力，对残留的所述工艺副产物进行降温处理，使所 述工艺副产物的活性降低，以消除残留的所述工艺副产物在所述晶圆清洗之前与水反应产 生凝结物缺陷的可能，并在所述晶圆清洗前保留此状态。
2. 如权利要求1所述的晶圆净化方法，其特征在于，步骤二中，使所述净化气体分别从 二个方向同时向所述晶圆的上表面进行喷射；其中，使所述净化气体以多路垂直方向环绕 所述晶圆中心向所述晶圆的上表面进行喷射，同时，使所述净化气体另以多路倾斜方向环 绕所述晶圆中心向所述晶圆的上表面进行喷射。
3. 如权利要求2所述的晶圆净化方法，其特征在于，以多路垂直方向环绕所述晶圆中 心向所述晶圆的上表面进行喷射的所述净化气体，分别以沿所述晶圆的径线往复移动的形 式，向所述晶圆的上表面进行喷射。
4. 如权利要求3所述的晶圆净化方法，其特征在于，以多路垂直方向环绕所述晶圆中 心向所述晶圆的上表面进行喷射的所述净化气体，分别以沿所述晶圆的径线往复移动并不 断变换喷射距离的形式，向所述晶圆的上表面进行喷射。
5. 如权利要求2所述的晶圆净化方法，其特征在于，以多路倾斜方向环绕所述晶圆中 心向所述晶圆的上表面进行喷射的所述净化气体，分别以沿所述晶圆的径线往复移动并不 断变换喷射角度的形式，向所述晶圆的上表面进行喷射。
6. 如权利要求4所述的晶圆净化方法，其特征在于，所述喷射距离为5?150毫米。
7. 如权利要求5所述的晶圆净化方法，其特征在于，所述喷射角度为30?75度。
8. 如权利要求1所述的晶圆净化方法，其特征在于，步骤二中，所述净化气体的温度为 80?200摄氏度，步骤四中，所述净化气体的温度为-200?0摄氏度。
9. 如权利要求1?5、8任意一项所述的晶圆净化方法，其特征在于，所述净化气体为氮 或其混合物、氩或其混合物的其中之一。
10. 如权利要求1?5任意一项所述的晶圆净化方法，其特征在于，使所述晶圆处于同 时旋转、上下移动和平移的状态接受所述净化气体的喷射。
【文档编号】H01L21/02GK104091757SQ201410357111
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】范荣伟, 陈宏璘, 龙吟, 顾晓芳, 刘飞珏 申请人:上海华力微电子有限公司