CN101673680B

CN101673680B - 一种在氮化硅沉积工艺中去除氯化铵结晶的方法

Info

Publication number: CN101673680B
Application number: CN2008102221751A
Authority: CN
Inventors: 高剑鸣; 赵星
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Beijing Corp
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: CN101673680A

Abstract

本发明提供一种在氮化硅沉积工艺中去除氯化铵结晶的方法，从装载区将晶圆装片送入高温炉管进行氮化硅沉积；在结束氮化硅沉积从高温炉管取片后，利用通入装载区的空气对晶圆进行降温处理；在降温处理过程中，通入装载区的空气对氮化硅沉积中所产生的氯化铵结晶进行风化，直到将晶圆降至预先设置的温度且风化完所有的氯化铵结晶为止。应用本发明方案，由于在晶圆降温的过程中就可以利用低成本的空气有效地去除氯化铵结晶，无需利用水和其它化学品溶液对晶圆进行清洗，不但可以节约工艺时间，还可以节约工艺成本。

Description

一种在氮化硅沉积工艺中去除氯化铵结晶的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺技术，特别是涉及一种在氮化硅沉积工艺中去除氯化铵结晶的方法。

背景技术

在晶圆(wafer)上沉积氮化硅是半导体制造中常见的一道工艺，通常是从装载区(load area)将晶圆装片送入高温炉管(Tube)中进行氮化硅沉积。由于沉积结束从高温炉管取片时，晶圆的温度比较高，可以达到600°～700°，所以通常还需要在取片时，利用通入的氮气对其进行降温。

具体地，图1显示了沉积氮化硅的操作设备示意图。操作人员可以将装有一个或若干个晶圆的前开式晶圆盒(FOUP)101放置在装载口(Load Port)102；设备的前开式晶圆盒传送部分(FOUP Transfer)103从装载口102将FOUP传送到储备区(Stocker)104。当需要沉积氮化硅时，FOUP Transfer103从Stocker104取出FOUP101放置在传送台(Stage)105上；晶圆传送部分(Wafer Transfer)106将FOUP101中的晶圆装载到晶舟(Boat)107上，并进行装片(load)过程将其升入被加热的炉管(Tube)108中密封。此后，由于可以向Tube108中通入NH₃和SiH₂CL₂气体，这两种气体在高温条件中反应，在晶圆上沉积氮化硅(Si₃N₄)。反应结束之后，需要进行取片(unload)过程，即：将装载有晶圆的Boat107从Tube108降下来，再通入氮气(N₂)使晶圆降温。

由于NH₃和SiH₂CL₂气体在Tube108中反应时，不但会生成Si₃N₄，还会生成中间产物HCL，其化学反应式为：NH₃+SiH₂CL₂->Si₃N₄+HCL。而中间产物HCL可以继续与NH₃生成氯化铵(NH₄CL)，其化学反应式为：HCL+NH₃->NH₄CL。当晶圆从高温600°～700°进行降温的过程中，NH₄CL可以在350°以及一个大气压下的条件下，在晶圆上产生结晶，可能对后续工艺操作产生不利的影响。

图2是沉积氮化硅后的晶圆上产生NH₄CL结晶总体情况示意图。从图2所示，晶圆表面黑色部分为结晶，大致有几十万个以上，属于较严重的情况。图3是从扫描电镜下所观察到的一个NH₄CL结晶情况示意图。图中不规则形状的颗粒为NH₄CL结晶，条状部分为晶圆表层自身的图形。由于NH₄CL结晶阻挡了晶圆表层，将导致影响后续工艺的结果。假设后续工艺是直接对有NH₄CL结晶的晶圆进行刻蚀，其刻蚀结果可能如图4所示。可以清楚地看到，由于NH₄CL结晶的阻挡，刻蚀后仍然存在部分残留物痕迹，不能达到理想的刻蚀效果。

现有技术中，为了去除晶圆上的NH₄CL结晶，通常需要利用水和化学品等溶液来清洗晶圆，这必定会增加工艺成本和工艺时间。可见，现有技术中还没有一种可以节约工艺成本和工艺时间来去除氯化铵结晶的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种在氮化硅沉积工艺中去除氯化铵结晶的方法，可以节约工艺成本和工艺时间。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种在氮化硅沉积工艺中去除氯化铵结晶的方法，该方法包括：

从装载区将晶圆装片送入高温炉管进行氮化硅沉积；在结束氮化硅沉积从高温炉管取片后，利用通入装载区的空气对晶圆进行降温处理；在降温处理过程中，通入装载区的空气对氮化硅沉积中所产生的氯化铵结晶进行风化，直到将晶圆降至预先设置的温度以下且风化完所有的氯化铵结晶为止。

上述方案中，所述通入装载区的空气是将所述晶圆装片送入高温炉管和将所述晶圆温度降至预先设置的温度之间任一时间点开始通入的。

上述方案中，所述空气为干净干燥的空气CDA。

上述方案中，所述空气中氧气的含量为10％～40％。

上述方案中，所述预先设置的温度为70摄氏度以下的温度。

综上所述，本发明提出的一种在氮化硅沉积工艺中去除氯化铵结晶的方法，由于在晶圆降温的过程中就可以利用低成本的空气有效地去除氯化铵结晶，无需利用水和其它化学品溶液对晶圆进行清洗，不但可以节约工艺时间，还可以节约工艺成本。

附图说明

图1是沉积氮化硅的操作设备示意图。

图2是沉积氮化硅后的晶圆上产生氯化铵结晶总体情况示意图。

图3从扫描电镜下所观察到的一个氯化铵结晶情况示意图。

图4是在有氯化铵结晶情况下对晶圆进行刻蚀的结果示意图。

图5a～图5c是晶圆上氯化铵结晶在空气中风化的总体情况示意图。

图6a～图6d是从扫描电镜下观察到氯化铵结晶风化的情况示意图。

图7是本发明实施例的流程图。

图8a和图8b是一组利用现有技术和本发明方案实现氮化硅沉积工艺后的对比示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

为了在氮化硅沉积工艺中去除氯化铵结晶，申请人进行了大量实验并发现空气可以对氯化铵结晶进行有效风化。图5a～图5c是实验中氯化铵结晶在空气中风化过程的总体情况示意图。其中，图5a是时间点A观察到的情况，图5b是时间点B观察到的情况，图5c是时间点C观察到的情况。从图5a～图5c可以看到，每过一段时间氯化铵结晶在晶圆上越来越少，直到完全消失。

图6a～图6d是实验中从扫描电镜下观察到氯化铵结晶风化的情况示意图。从图6a～图6d可以更加清楚地看到，氯化铵结晶经过风化后越来越小，直到完全消失。

由此，本发明提供一种在氮化硅沉积工艺中去除氯化铵结晶的方法，在进行氮化硅沉积工艺操作时，从装载区将晶圆装片送入高温炉管进行氮化硅沉积；在结束氮化硅沉积从高温炉管取片后，利用通入装载区的空气对晶圆进行降温处理；在降温处理过程中，通入装载区的空气对氮化硅沉积中所产生的氯化铵结晶进行风化，直到将晶圆降至预先设置的温度以下且风化完所有的氯化铵结晶为止。

利用空气降温达到去除氯化铵结晶的原因在于：在晶圆从高温进行降温的过程中，如果氯化铵在350摄氏度和一个大气压的条件下在晶圆上发生了结晶，通入的空气可以很容易使氯化铵结晶发生风化，从而达到去除氯化铵结晶的目的。这样，由于本发明在晶圆降温的过程中就可以利用低成本的空气有效地去除氯化铵结晶，无需利用水和其它化学品溶液对晶圆进行清洗，不但可以节约工艺时间，还可以节约工艺成本。

在实际应用中，为了防止沉积氮化硅之前的晶圆与空气中的氧气发生不必要的氧化反应，需要在将晶圆装片送入高温炉管之后才向装载区通入空气。这样，由于晶圆装片送入高温炉管之后，高温炉管可以被很好地密封，从而避免氧化反应。另外，由于从高温炉管取片时的温度非常高，需要将其进行降温处理，所以只要在晶圆温度降至预先设置的温度之前向装载区通入空气即可。也就是说，可以在将晶圆装片送入高温炉管和晶圆温度降至预先设置的温度之间任一时间点向装载区通入空气，通入的空气既对晶圆进行降温，又对晶圆上的氯化铵结晶进行风化。这里所述的预先设置的温度可以为70摄氏度以下的温度。

为了保证温度降至预先设置的温度时，晶圆上所有的氯化铵结晶全部发生风化，应当尽可能早地向装载区通入空气。一般来说，在将晶圆装片送入高温炉管和在结束氮化硅沉积从高温炉管取片之间的时间向装载区通入空气都属于较早通入空气的时间。这是因为尽早通入空气可以很快为晶圆上的氯化铵结晶准备一个风化的环境，以便于在晶圆降温过程中同时进行氯化铵结晶的风化。当然，如果在结束氮化硅沉积从高温炉管取片一段时间后才向装载区通入空气，那么晶圆可能已经存在较多的氯化铵结晶。在这种情况下，就需要通入较长时间的空气，但仍然可以将氯化铵结晶完全去除。

实际应用中，由于进行氮化硅沉积工艺的设备中通常具备向装载区通入干净干燥的空气(CDA，Clean & Dry Air)的能力，所以如果直接利用该设备这一功能，通入干净干燥的空气(CDA)来对晶圆进行降温处理，可以进一步节省通入其它空气所造成的开销。

另外，如果通入空气中氧气含量太低，可能达不到风化目的，而如果氧气含量太高，又可能影响设备和产品。鉴于此，实际应用中可以通入氧气含量为10％～40％的空气。

为了更好地说明本发明方案，下面用实施例进行详细说明。

本实施例中，假设通入干净干燥的空气(CDA)，其中氧的含量为20％；并假设需要将晶圆温度降至室温25摄氏度。

如图7所示，本实施例实现氮化硅沉积工艺的步骤包括：

步骤701、从装载区将晶圆装片送入高温炉管进行氮化硅沉积。

本步骤与现有技术相同，实际上就是利用图1中装载区的晶舟(Boat)107装载晶圆，并将其送入被加热的炉管(Tube)108中密封。此后，通入高温炉管(Tube)108中的NH₃和SiH₂CL₂气体在高温条件中反应，并在晶圆上沉积氮化硅(Si₃N₄)，其化学反应式为：NH₃+SiH₂CL₂->Si₃N₄+HCL。

当然，与现有技术相同，实现氮化硅沉积的过程仍然会产生中间产物HCL。中间产物HCL可以继续与NH₃生成氯化铵(NH₄CL)，其化学反应式为：HCL+NH₃->NH₄CL。

步骤702、将晶圆装片送入高温炉管后，向装载区持续通入干净干燥的空气(CDA)，其中氧的含量为20％。

本实施例是将晶圆装片送入高温炉管(Tube)108之后就立即向装载区通入干净干燥的空气(CDA)，而实际应用中，也可以不在此时通入空气，只要在晶圆装片送入高温炉管(Tube)108和将晶圆温度降至预先设置的温度之间任一时间点通入空气即可。

另外，本步骤是通入氧含量为20％的空气，实际应用中也可以通入其它氧气含量的空气，只要在10％～40％即可。

步骤703、在结束氮化硅沉积时，从高温炉管取片。

本步骤与现有技术相同，实际上就是将装载有晶圆的晶舟(Boat)107从高温炉管(Tube)108降到装载区。

步骤704、利用通入装载区的干净干燥的空气(CDA)对晶圆进行降温处理，并在降温处理过程中，利用通入装载区的空气对氮化硅沉积中所产生的氯化铵结晶进行风化，直到将晶圆降至25摄氏度且风化完所有的氯化铵结晶为止。

本步骤是将晶圆温度降至室温25摄氏度，实际应用中，为了节约工艺时间，也可以不等到温度降至室温，只要降至70摄氏度以下即可。

图8a和图8b是一组利用现有技术和本发明实施例方案实现氮化硅沉积工艺后的对比示意图。从图8a可以看到，由于现有技术利用通入的氮气对晶圆进行降温处理，降温后晶圆表面的缺陷(defect)比较多，达到共23566个。这些defect大多为氯化铵结晶和少量的颗粒(particle)。而从图8b可以看到，由于本发明利用通入的空气对晶圆进行降温处理，降温后晶圆表面的defect比较少，仅有140个颗粒(particle)。

应用本发明方案，由于本发明方案在氮化硅沉积工艺中利用低成本的空气对晶圆进行了降温处理，从而在降温的同时可以风化氯化铵结晶，达到去除氯化铵结晶的目的。这样，完成氮化硅沉积之后，就无需利用水和其它化学品溶液对晶圆进行清洗，不但可以节约工艺时间，还可以节约工艺成本。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种在氮化硅沉积工艺中去除氯化铵结晶的方法，其特征在于，该方法包括：

从装载区将晶圆装片送入高温炉管进行氮化硅沉积；在结束氮化硅沉积从高温炉管取片后，利用通入装载区的空气对晶圆进行降温处理；在降温处理过程中，通入装载区的空气对氮化硅沉积中所产生的氯化铵结晶进行风化，直到将晶圆降至70摄氏度以下且风化完所有的氯化铵结晶为止。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通入装载区的空气是将所述晶圆装片送入高温炉管和将所述晶圆温度降至70摄氏度之间任一时间点开始通入的。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空气为干净干燥的空气CDA。

4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述空气中氧气的含量为10％～40％。