CN100537823C - 六甲基二硅胺烷沉积装置 - Google Patents
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Abstract
一种六甲基二硅胺烷沉积装置，包括：容器，所述容器内装有六甲基二硅胺烷液体和通有载流气体；涂布机，所述涂布机内放置有半导体衬底，用于在半导体衬底上形成六甲基二硅胺烷层；气体通路，用于把容器和涂布机相连，所述气体通路上设置有过滤器，用于过滤六甲基二硅胺烷结晶物；所述气体通路的过滤器与涂布机接口之间部分不同处温差不超过6℃，所述温度为18至25℃。所述气体通路可以通过外加中空的恒温套管进行控制温度也可以采用自身具有温度调节功能的电阻丝管子。本发明通过采用恒温的气体通路，在气体通路内防止了六甲基二硅胺烷结晶，避免了由于六甲基二硅胺烷结晶固化造成的半导体衬底光刻不到位，导致刻蚀不干净现象。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及六甲基二硅胺烷沉积装置。
背景技术
在微电子技术领域，采用电子束直写光刻加工具有纳米级的高分辨率的图形结构，是纳米加工的重要手段，其原理是：光刻胶中的高分子材料受到高能电子束的轰击发生断链(正胶)或者交联(负胶)等反应，在显影液中的溶解性能发生改变，使曝光区域和未曝光区域的溶解速度产生差别，具有较大分子量的区域溶解速度要比具有较小分子量的区域慢，快速溶解的区域光刻胶被溶解掉，溶解速度较慢的区域光刻胶被保留下来，从而在后续刻蚀工艺中起到抗蚀刻的作用。为了用电子束曝光技术制作出纳米级精细图形，使用性能优良的光刻胶是很必要。ZEP520是当前应用较为普遍的光刻胶，它是一种性能十分优良的非化学放大正胶，不仅分别率高，而且灵敏度高、抗刻蚀性能好；缺点是与半导体衬底(尤其是砷化镓材料)的粘附性较差，其本身也容易产生裂纹，裂纹和曝光图形交织在一起会破坏图形，即使不与曝光图形交叠，在经过刻蚀和其它图形转移工艺之后，裂纹也会一并被转移，这都会曝光产生严重的不良影响。
目前一般采用在涂光刻胶之前先形成黏附层的办法解决粘附性差的问题，黏附层的作用是在半导体衬底表面起碱性催化反应，转移半导体衬底表面的自由羟基，提高光刻胶与半导体衬底表面的粘附性。通常是在半导体衬底表面汽相沉积一分子层的黏附层，比如六甲基二硅胺烷(HMDS)等，当完成含有HMDS的气体喷射工艺时，有机硅基(三甲基硅基：(CH3)3Si-)与在氮化硅膜表面附近中或半导体衬底表面附近中存在的硅原子的悬挂键进行如下反应：
获得在化学能方面的稳定状态。以此方式，硅原子的悬挂键的数量大量减少，由此可以抑制由大气中的湿气。
申请号为00131453的中国专利申请公开了一种在形成低介电常数介质层之前形成一层HMDS黏附层作为增强剂，增加光刻胶层与半导体衬底之间的结合力。但是HMDS气体在不同温度下容易结晶，落在半导体衬底上会造成曝光不到位，蚀刻不干净问题。上述专利申请未公开解决办法。下面参照附图加以说明。参照图1所示，为现有技术的HMDS沉积装置，所述HMDS沉积装置包括容器12，所述容器内装有HMDS液体和通过导管11通有载流气体1；涂布机14，所述涂布机14内放置有半导体衬底15，所述涂布机14用于在半导体衬底15上形成HMDS结晶；气体通路13，用于把容器12和涂布机14相连接。
所述载流气体1比如为氮气通入容器12内的HMDS液体内，由于载流气体的压力作用，容器12内产生HMDS气体16，所述HMDS气体16通过气体通路13输入涂布机14内，喷涂在半导体衬底15表面，所述气体通路13上还设置有阀门2，所述阀门2用于控制气体通路13的导通和关闭。在HMDS气体16经过气体通路13输入涂布机14的半导体衬底15表面的过程中，由于气体通路13的每个部分的温度不一样，容易造成HMDS气体16固化结晶，这些HMDS的结晶物通过气体通路13输送至半导体衬底15表面，造成半导体衬底15表面图形曝光不到位，导致后续刻蚀不干净的问题。
参照图2A和图2B给出沉积HMDS之后半导体衬底15表面结晶物的电子扫描电镜(SEM)测试结果，可以看出在半导体衬底15表面存在不同形状的HMDS结晶物。
为了解决HMDS固化结晶问题，现有技术在气体通路13上增加过滤器3来过滤产生的HMDS结晶物，装置如图3所示，喷涂HMDS后，采用日本台科(KLA-Tencor)公司的型号为SP1的表面测试仪测试了半导体衬底15表面的结晶物数量，结果如图4所示，图中A柱表示喷涂HMDS之前半导体衬底15表面的结晶物数量，B柱表示喷涂HMDS之后半导体衬底15表面结晶物的数量，可以看出，经过喷涂HMDS工艺之后，半导体衬底15表面结晶物数量与喷涂前相比，最多的增加了6.7倍，表明采用过滤器来过滤HMDS结晶物技术效果并不凑效，为此需要一种有效的控制HMDS结晶的方法。
发明内容
本发明解决的问题是在半导体工艺中，进行旋涂光刻胶之前在半导体衬底上形成HMDS作为黏附层，由于HMDS容易结晶，生成的结晶物掉落在半导体衬底表面造成刻蚀不净以及造成半导体衬底表面被刮伤。
为解决上述问题，本发明提供一种六甲基二硅胺烷沉积装置，包括：容器，所述容器内装有六甲基二硅胺烷液体和通有载流气体；涂布机，所述涂布机内放置有半导体衬底，用于在半导体衬底上形成六甲基二硅胺烷层；气体通路，用于把容器和涂布机相连，所述气体通路上设置有过滤器，用于过滤六甲基二硅胺烷结晶物；所述气体通路的过滤器与涂布机接口之间部分温度范围为18至25℃，各处温度差不超过6℃。
所述气体通路的过滤器与涂布机接口之间部分套有恒温套管，所述恒温套管为中空，内外壁之间充满恒温循环水，所述恒温循环水的温度范围为18至25℃，所述恒温套管不同之处的温度差不超过6℃。
所述恒温套管温度通过温度控制器控制。
所述气体通路上还设置有控制阀，所述控制阀位于过滤器与容器之间的气体通路上，用于控制是否输出六甲基二硅胺烷气体。
所述容器温度范围为22.8至23.2℃。
所述载流气体为氮气。
所述涂布机内的半体衬底温度范围为22.8至23.2℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过对传送HMDS气体的气体通路进行恒温控制，在气体通路内防止了HMDS结晶，避免了由于HMDS结晶固化造成的半导体衬底光刻不到位而导致刻蚀不干净现象。
附图说明
图1是现有技术六甲基二硅胺烷沉积装置沉积装置示意图；
图2A和图2B是现有技术沉积六甲基二硅胺烷沉积装置后半导体衬底表面的扫描电子显微镜测试结果；
图3是现有技术改进以后六甲基二硅胺烷沉积装置沉积装置示意图；
图4是现有技术改进以后沉积六甲基二硅胺烷沉积装置后半导体衬底表面的表面测试仪测试结果；
图5A是本发明六甲基二硅胺烷沉积装置的一种气体通路的结构示意图；
图5B是本发明六甲基二硅胺烷沉积装置的另一种气体通路的结构示意图；
图6是本发明六甲基二硅胺烷沉积装置示意图；
图7为本发明六甲基二硅胺烷沉积装置的气体通路在不同条件下的六甲基二硅胺烷沉积装置结晶情况。
具体实施方式
本发明的实质是在半导体衬底上形成HMDS粘附增强剂时候，HMDS气体经过的气体通路为恒温，所述恒温的温度范围为18至25℃，所述恒温套管不同之处的温度差为不超过6℃。
以下通过依据附图详细地描述具体实施例，上述的目的和本发明的优点将更加清楚：
本发明六甲基二硅胺烷沉积装置首先给出了一种气体通路的实施例，所述气体通路温度维持恒定。
参照图5A给出本发明六甲基二硅胺烷沉积装置的气体通路51的剖面结构示意图。如图所示，所述气体通路51外周套有恒温套管52，所述恒温套管52由内外壁组成，内外壁之间充满循环水，所述循环水由外界的温度控制器控制其温度。所述温度控制器包括水循环器、水循环器功率源、控制器、盘功率源以及漏水传感器，恒温套管和水循环器相连。
图5B给出本发明六甲基二硅胺烷沉积装置的另一种气体通路53的剖面结构示意图，如图所示，所述气体通路53外周绕有电阻丝，通过外界的温度控制器对电阻丝进行加热和冷却控制。
本发明六甲基二硅胺烷沉积装置，包括：容器，所述容器内装有HMDS液体和通有载流气体；涂布机，所述涂布机内放置有半导体衬底，用于在半导体衬底上形成HMDS层；气体通路，用于把容器和涂布机相连，所述气体通路上设置有过滤器，用于过滤HMDS结晶物；所述气体通路的过滤器与涂布机接口之间部分不同处温度差不超过6℃，所述温度范围为18至25℃。
参照图6，所述HMDS沉积装置包括容器611，所述容器611内装有HMDS液体和通过导管612通有载流气体613，所述容器611的温度范围为22.8至23.2℃，所述载流气体613可以为氮气、氩气、氦气等气体。作为本发明的一个优化技术方案，采用氮气作为载流气体，所述氮气的压力为30KPa，可以通过调节载流气体的流速控制容器611内产生的HMDS气体的量；涂布机631，所述涂布机631内放置有半导体衬底632，所述涂布机631用于在半导体衬底632上形成HMDS层；气体通路621，用于把容器611和涂布机14相连接，所述气体通路621上设置有过滤器623，所述过滤器623用于过滤在气体通路621内产生的HMDS结晶物，气体通路621上还设置有控制阀622，所述控制阀622用于控制气体通路621的导通和关闭，所述控制阀622位于过滤器623与容器611之间的气体通路621上。所述气体通路621的过滤器623与涂布机631接口之间部分不同处温差不超过6℃，所述气体通路621的温度为18至25℃。
载流气体613通入容器611内的HMDS液体内，由于载流气体613的压力作用，容器611内产生HMDS气体，所述HMDS气体通过气体通路621输入涂布机631内，喷涂在半导体衬底632表面。
所述气体通路621的温度范围为18至25℃，通过控制恒温套管621的不同之处温度差不超过6℃。要满足上述条件可以通过外加的恒温器件保持恒温，比如通过在气体通路621的外周套上恒温的恒温套管624，所述恒温套管624具有内、外壁，所述恒温套管的内、外壁之间充满恒温循环液体，所述液体可以为油、水等，作为本发明的一个优化实施方式，所述液体为循环水，所述恒温套管624套在气体通路621的外壁，覆盖范围为从气体通路的过滤器623处至气体通路621与涂布机631的接口处，所述恒温套管624与温度控制器641相连，所述温度控制器641用于控制恒温套管624内液体的循环和温度。本发明采用的温度控制器641为日本东京电子有限公司(TokyoElectron，Ltd)的型号为INR-244-254*-***的温度控制器(Multi Thermo-conUnit)。
所述温度控制器641包括循环器642、循环器电源643、控制器644、电源645以及泄漏传感器646。
所述循环器642和恒温套管624相连，用于通过内部直流泵使得循环器642的液体循环至外部，同时接收控制器644的控制信号调整液体流速和温度。
所述循环器电源643，用于向循环器642提供直流电，通过接收控制器644的控制信号调整直流电流。
所述控制器644，用于向循环器电源843发送控制信号调整直流电流；用于向循环器642发送液体循环速度、液体温度等信号；用于接收泄漏传感器646的泄漏信号输出警报以及用于向电源645发送控制直流电流信号。
电源645，用于为冷却盘提供直流电，通过接收控制器644的控制信号控制直流电流。
泄漏传感器646，用于探测泄漏液体流并且发送信号给控制器644，泄漏传感器646设置有发光二极管(LEDs)灯，绿灯亮表示正常，红灯亮表示异常。
所述温度控制器641与恒温套管624的连接处C通过转接器相连接，所述转接器为本技术领域人员公知技术，在此不作赘述。
所述涂布机631内放置有半导体衬底632，所述半导体衬底632为硅或者为砷化镓，当有HMDS气体633传送至涂布机内，MDS气体633和半导体衬底发生化学反应，比如半导体衬底632为硅：
半导体衬底632表面的具有Si-OH键，当覆盖一层HMDS时候，所述HMDS和羟基发生反应生成憎水分子层。甲硅烷基化作用之后，半导体衬底632表面覆盖有“Si-(CH3)3”，从而达到改变半导体衬底632表面极性目的。
本发明还给出采用如图6所示的HMDS沉积装置进行HMDS的沉积方法实施例。
首先在容器611内产生HMDS气体633，所述容器611内设置导管612，把载流气体通过导管612通入容器611内的HMDS液体内，通过载流气体通入HMDS液体内的压力作用，HMDS液体更容易挥发，使得HMDS气体更容易产生。所述载流气体可以为氮气、氩气、氦气等气体，作为本发明的一个优化技术方案，采用氮气作为载流气体，通过导管612通入容器611内。
容器611上设置有通孔(未示出)，导管612和容器611通过一通孔相连接，气体通路621的一端和容器611通过另一通孔相连接，同时气体通路621的另一端和涂布机631相连，除了插导管612和气体通路621通孔，容器611其余部分均密闭，以防止HMDS气体泄漏至容器外。
在气体通路621上还设置有阀门622和过滤器623，所述阀门622用于用来对气体通路621的开合进行控制；所述过滤器623用于把气体通路621内产生的HMDS固体结晶物过滤，防止掉落在涂布机631内的半导体衬底632表面。
所述气体通路的过滤器与涂布机接口之间部分不同处温差不超过6℃，所述气体通路的温度为18至25℃。要满足上述条件，可以通过在气体通路621的外周套上恒温的恒温套管624，所述恒温套管624具有内、外壁，所述恒温套管的内、外壁之间充满恒温循环液体，所述液体可以为油，可以为水，作为本发明的一个优化实施方式，所述液体为水，所述恒温套管624套在气体通路621的外壁，覆盖范围为从气体通路621上的过滤器623直到在距离气体通路621与涂布机631的接口处，所述恒温套管624与温度控制器64相连，所述温度控制器用于控制恒温套管624内液体的循环和温度。本发明采用的温度控制器641为日本东京电子有限公司(Tokyo Electron，Ltd)的型号为INR-244-254*-***的温度控制器(Multi Thermo-con Unit)。
所述温度控制器641包括循环器642、循环器电源643、控制器644、电源645以及泄漏传感器646。
所述循环器642和恒温套管624相连，用于通过内部直流泵使得循环器642的液体循环至外部，同时接收控制器644的控制信号调整液体流速和温度。
所述循环器电源643，用于向循环器提供直流电，通过接收控制器644的控制信号调整直流电流。
所述控制器644，用于向循环器电源843发送控制信号调整直流电流；用于向循环器642发送液体循环速度、液体温度等信号；用于接收泄漏传感器646的泄漏信号输出警报以及用于向电源645发送控制直流电流信号。
电源645，用于为冷却盘提供直流电，通过接收控制器644的控制信号控制直流电流。
泄漏传感器646，用于探测泄漏液体流并且发送信号给控制器644，泄漏传感器646设置有发光二极管(LEDs)灯，绿灯亮表示正常，红灯亮表示异常。
所述温度控制器641与恒温套管624的连接处C通过转接器相连接，所述转接器为本技术领域人员公知技术，在此不作赘述。
通过上述恒温套管624的温度控制之后，在气体通路621管壁的任意两处比如图中的A处和B处的温度差不超过6℃。
气体通路621的另一端和涂布机631相连，所述涂布机631内放置有半导体衬底632，所述半导体衬底632为硅或者为砷化镓，气体通路621把容器611内产生的HMDS气体633通入涂布机631内，当有HMDS气体633传送至涂布机内，由于半导体衬底表面覆盖羟基“-OH”基团，HMDS气体会固化在半导体衬底632和半导体衬底632表面羟基发生化学反应，比如半导体衬底632为硅：
半导体衬底632表面的具有Si-OH键，当覆盖一层HMDS时候，所述HMDS和羟基发生反应生成憎水分子层。甲硅烷基化作用之后，半导体衬底632表面覆盖有“Si-(CH3)3”，从而达到改变半导体衬底表面极性目的。
基于以上工艺实施后采用日本台科(KLA-Tencor)公司的SP1型号的表面测试仪设备检测了半导体衬底表面的结晶物，测试结果如图7所示，如图7所示，分别测试了在气体通路为不同恒温条件下和没有恒温条件下(加*)半导体衬底的表面的结晶物，图7中气体通路A处温度和气体通路B处温度为气体通路任意不同之处温度(如图6中所示)，加*代表气体通路没有维持恒温条件不同处温度。当气体通路温度为恒温时，气体通路A处和气体通路B处温度之差小于5.0℃，在半导体衬底上没有发现有结晶物，当气体通路温度没有设定为恒温，气体通路A处和气体通路B处温度相差大于6℃，在半导体衬底上出现HMDS的固体结晶物。由此结果表明，HMDS气体的结晶与否与气体通路不同处的温度差有关系，本发明的结果也表明通过维持气体通路为恒温可以很好地控制HMDS气体的结晶。
虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (7)
1.一种六甲基二硅胺烷沉积装置，包括：
容器，所述容器内装有六甲基二硅胺烷液体和通有载流气体；
涂布机，所述涂布机内放置有半导体衬底，用于在半导体衬底上形成六甲基二硅胺烷层；
气体通路，用于把容器和涂布机相连，所述气体通路上设置有过滤器，用于过滤六甲基二硅胺烷结晶物；
其特征在于，所述气体通路的过滤器与涂布机接口之间部分温度范围为18至25℃，各处温度差不超过6℃。
2.根据权利要求1所述的六甲基二硅胺烷沉积装置，其特征在于：所述气体通路的过滤器与涂布机接口之间部分套有恒温套管，所述恒温套管为中空，内外壁之间充满恒温循环水，所述恒温循环水的温度范围为18至25℃，所述恒温套管不同之处的温度差不超过6℃。
3.根据权利要求2所述的六甲基二硅胺烷沉积装置，其特征在于：所述恒温套管温度通过温度控制器控制。
4.根据权利要求1所述的六甲基二硅胺烷沉积装置，其特征在于：所述气体通路上还设置有控制阀，所述控制阀位于过滤器与容器之间的气体通路上，用于控制是否输出六甲基二硅胺烷气体。
5.根据权利要求1所述的六甲基二硅胺烷沉积装置，其特征在于：所述容器温度范围为22.8至23.2℃。
6.根据权利要求1所述的六甲基二硅胺烷沉积装置，其特征在于：所述载流气体为氮气。
7.根据权利要求1所述的六甲基二硅胺烷沉积装置，其特征在于：所述涂布机内的半导体衬底温度范围为22.8至23.2℃。
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