專利名稱：一種在氮化硅沉積工藝中去除氯化銨結(jié)晶的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)，特別是涉及一種在氮化硅沉積工藝中 去除氯化銨結(jié)晶的方法。
背景技術(shù)：
在晶圓(wafer)上沉積氮化硅是半導(dǎo)體制造中常見(jiàn)的一道工藝，通常 是從裝載區(qū)(load area)將晶圓裝片送入高溫爐管(Tube)中進(jìn)行氮化硅沉 積。由于沉積結(jié)束從高溫爐管取片時(shí)，晶圓的溫度比較高，可以達(dá)到600° ~ 700° ，所以通常還需要在取片時(shí)，利用通入的氮?dú)鈱?duì)其進(jìn)行降溫。
具體地，圖1顯示了沉積氮化硅的操作設(shè)備示意圖。操作人員可以將裝 有一個(gè)或若干個(gè)晶圓的前開(kāi)式晶圓盒(FOUP ) 101放置在裝載口 ( Load Port ) 102;設(shè)備的前開(kāi)式晶圓盒傳送部分(FOUP Transfer) 103從裝載口 102將 FOUP傳送到儲(chǔ)備區(qū)(Stocker )104。當(dāng)需要沉積氮化硅時(shí)，F(xiàn)OUP Transfer 103 從Stockerl04取出FOUP 101放置在傳送臺(tái)(Stage) 105上；晶圓傳送部分 (Wafer Transfer ) 106將FOUP101中的晶圓裝載到晶舟(Boat) 107上，并 進(jìn)行裝片(load)過(guò)程將其升入被加熱的爐管(Tube) 108中密封。此后， 由于可以向Tube 108中通入NH3和SiH2CL2氣體，這兩種氣體在高溫條件 中反應(yīng)，在晶圓上沉積氮化硅(Si3N4 )。反應(yīng)結(jié)束之后，需要進(jìn)行取片(unload) 過(guò)程，即將裝載有晶圓的Boatl07從Tube 108降下來(lái)，再通入氮?dú)?N2) 使晶圓降溫。
由于NH3和SiH2CL2氣體在Tube 108中反應(yīng)時(shí)，不但會(huì)生成Si3N4，還 會(huì)生成中間產(chǎn)物HCL，其化學(xué)反應(yīng)式為NH3 +SiH2CL2-> Si3N4 + HCL。 而中間產(chǎn)HCL + NH3-> NH4CL。當(dāng)晶圓從高溫600° ~ 700°進(jìn)行降溫的過(guò)程中， NH4CL可以在350。以及一個(gè)大氣壓下的條件下，在晶圓上產(chǎn)生結(jié)晶，可能 對(duì)后續(xù)工藝操作產(chǎn)生不利的影響。
圖2是沉積氮化硅后的晶圓上產(chǎn)生NH4CL結(jié)晶總體情況示意圖。從圖 2所示，晶圓表面黑色部分為結(jié)晶，大致有幾十萬(wàn)個(gè)以上，屬于較嚴(yán)重的情 況。圖3是從掃描電鏡下所觀察到的一個(gè)NH4CL結(jié)晶情況示意圖。圖中不 規(guī)則形狀的顆粒為NH4CL結(jié)晶，條狀部分為晶圓表層自身的圖形。由于 NH4CL結(jié)晶阻擋了晶圓表層，將導(dǎo)致影響后續(xù)工藝的結(jié)果。假設(shè)后續(xù)工藝 是直接對(duì)有NH4CL結(jié)晶的晶圓進(jìn)行刻蝕，其刻蝕結(jié)果可能如圖4所示?？?以清楚地看到，由于NH4CL結(jié)晶的阻擋，刻蝕后仍然存在部分殘留物痕跡， 不能達(dá)到理想的刻蝕效果。
現(xiàn)有技術(shù)中，為了去除晶圓上的NH4CL結(jié)晶，通常需要利用水和化學(xué) 品等溶液來(lái)清洗晶圓，這必定會(huì)增加工藝成本和工藝時(shí)間?？梢?jiàn)，現(xiàn)有技術(shù) 中還沒(méi)有一種可以節(jié)約工藝成本和工藝時(shí)間來(lái)去除氯化銨結(jié)晶的方法。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種在氮化硅沉積工藝中去除氯 化銨結(jié)晶的方法，可以節(jié)約工藝成本和工藝時(shí)間。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為
一種在氮化硅沉積工藝中去除氯化銨結(jié)晶的方法，該方法包括
從裝載區(qū)將晶圓裝片送入高溫爐管進(jìn)行氮化硅沉積；在結(jié)束氮化硅沉積從 高溫爐管取片后，利用通入裝載區(qū)的空氣對(duì)晶圓進(jìn)行降溫處理；在降溫處理過(guò) 程中，通入裝載區(qū)的空氣對(duì)氮化硅沉積中所產(chǎn)生的氯化銨結(jié)晶進(jìn)行風(fēng)化，直到 將晶圓降至預(yù)先設(shè)置的溫度以下且風(fēng)化完所有的氯化銨結(jié)晶為止。
上述方案中，所述通入裝載區(qū)的空氣是將所述晶圓裝片送入高溫爐管和將 所述晶圓溫度降至預(yù)先設(shè)置的溫度之間任一時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始通入的。
上述方案中，所述空氣為干凈干燥的空氣CDA。上述方案中，所述空氣中氧氣的含量為10% ~40%。 上述方案中，所述預(yù)先設(shè)置的溫度為70攝氏度以下的溫度。 綜上所述，本發(fā)明提出的 一種在氮化硅沉積工藝中去除氯化銨結(jié)晶的方 法，由于在晶圓降溫的過(guò)程中就可以利用低成本的空氣有效地去除氯化銨結(jié) 晶，無(wú)需利用水和其它化學(xué)品溶液對(duì)晶圓進(jìn)行清洗，不但可以節(jié)約工藝時(shí)間， 還可以節(jié)約工藝成本。


圖1是沉積氮化硅的操作設(shè)備示意圖。
圖2是沉積氮化硅后的晶圓上產(chǎn)生氯化銨結(jié)晶總體情況示意圖。 圖3從掃描電鏡下所觀察到的一個(gè)氯化銨結(jié)晶情況示意圖。 圖4是在有氯化銨結(jié)晶情況下對(duì)晶圓進(jìn)行刻蝕的結(jié)果示意圖。 圖5a 圖5c是晶圓上氯化銨結(jié)晶在空氣中風(fēng)化的總體情況示意圖。 圖6a 圖6d是從掃描電鏡下觀察到氯化銨結(jié)晶風(fēng)化的情況示意圖。 圖7是本發(fā)明實(shí)施例的流程圖。
圖8a和圖8b是一組利用現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明方案實(shí)現(xiàn)氮化硅沉積工藝后 的對(duì)比示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體 實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
為了在氮化硅沉積工藝中去除氯化銨結(jié)晶，申請(qǐng)人進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)并發(fā) 現(xiàn)空氣可以對(duì)氯化銨結(jié)晶進(jìn)行有效風(fēng)化。圖5a 圖5c是實(shí)驗(yàn)中氯化銨結(jié)晶在 空氣中風(fēng)化過(guò)程的總體情況示意圖。其中，圖5a是時(shí)間點(diǎn)A觀察到的情況， 圖5b是時(shí)間點(diǎn)B觀察到的情況，圖5c是時(shí)間點(diǎn)C觀察到的情況。從圖5a 圖5c可以看到，每過(guò)一段時(shí)間氯化銨結(jié)晶在晶圓上越來(lái)越少，直到完全消 失。圖6a 圖6d是實(shí)驗(yàn)中從掃描電鏡下觀察到氯化銨結(jié)晶風(fēng)化的情況示意 圖。從圖6a 圖6d可以更加清楚地看到，氯化銨結(jié)晶經(jīng)過(guò)風(fēng)化后越來(lái)越小， 直到完全消失。
由此，本發(fā)明提供一種在氮化硅沉積工藝中去除氯化銨結(jié)晶的方法，在 進(jìn)行氮化硅沉積工藝操作時(shí)，從裝載區(qū)將晶圓裝片送入高溫爐管進(jìn)行氮化硅 沉積；在結(jié)束氮化硅沉積從高溫爐管取片后，利用通入裝載區(qū)的空氣對(duì)晶圓 進(jìn)行降溫處理；在降溫處理過(guò)程中，通入裝載區(qū)的空氣對(duì)氮化硅沉積中所產(chǎn) 生的氯化銨結(jié)晶進(jìn)行風(fēng)化，直到將晶圓降至預(yù)先設(shè)置的溫度以下且風(fēng)化完所 有的氯化銨結(jié)晶為止。
利用空氣降溫達(dá)到去除氯化銨結(jié)晶的原因在于在晶圓從高溫進(jìn)行降溫 的過(guò)程中，如果氯化銨在350攝氏度和一個(gè)大氣壓的條件下在晶圓上發(fā)生了 結(jié)晶，通入的空氣可以很容易使氯化銨結(jié)晶發(fā)生風(fēng)化，從而達(dá)到去除氯化銨 結(jié)晶的目的。這樣，由于本發(fā)明在晶圓降溫的過(guò)程中就可以利用低成本的空 氣有效地去除氯化銨結(jié)晶，無(wú)需利用水和其它化學(xué)品溶液對(duì)晶圓進(jìn)行清洗， 不但可以節(jié)約工藝時(shí)間，還可以節(jié)約工藝成本。
在實(shí)際應(yīng)用中，為了防止沉積氮化硅之前的晶圓與空氣中的氧氣發(fā)生不 必要的氧化反應(yīng)，需要在將晶圓裝片送入高溫爐管之后才向裝載區(qū)通入空 氣。這樣，由于晶圓裝片送入高溫爐管之后，高溫爐管可以被很好地密封， 從而避免氧化反應(yīng)。另外，由于從高溫爐管取片時(shí)的溫度非常高，需要將其 進(jìn)行降溫處理，所以只要在晶圓溫度降至預(yù)先設(shè)置的溫度之前向裝載區(qū)通入 空氣即可。也就是說(shuō)，可以在將晶圓裝片送入高溫爐管和晶圓溫度降至預(yù)先 設(shè)置的溫度之間任一時(shí)間點(diǎn)向裝栽區(qū)通入空氣，通入的空氣既對(duì)晶圓進(jìn)行降 溫，又對(duì)晶圓上的氯化銨結(jié)晶進(jìn)行風(fēng)化。這里所述的預(yù)先設(shè)置的溫度可以為 70攝氏度以下的溫度。
為了保證溫度降至預(yù)先設(shè)置的溫度時(shí)，晶圓上所有的氯化銨結(jié)晶全部發(fā) 生風(fēng)化，應(yīng)當(dāng)盡可能早地向裝載區(qū)通入空氣。 一般來(lái)說(shuō)，在將晶圓裝片送入 高溫爐管和在結(jié)束氮化硅沉積從高溫爐管取片之間的時(shí)間向裝載區(qū)通入空氣都屬于較早通入空氣的時(shí)間。這是因?yàn)楸M早通入空氣可以很快為晶圓上的 氯化銨結(jié)晶準(zhǔn)備一個(gè)風(fēng)化的環(huán)境，以便于在晶圓降溫過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行氯化銨 結(jié)晶的風(fēng)化。當(dāng)然，如果在結(jié)束氮化硅沉積從高溫爐管取片一段時(shí)間后才向 裝載區(qū)通入空氣，那么晶圓可能已經(jīng)存在較多的氯化銨結(jié)晶。在這種情況下， 就需要通入較長(zhǎng)時(shí)間的空氣，但仍然可以將氯化銨結(jié)晶完全去除。
實(shí)際應(yīng)用中，由于進(jìn)行氮化硅沉積工藝的設(shè)備中通常具備向裝載區(qū)通入
干凈干燥的空氣(CDA， Clean & Dry Air)的能力，所以如果直接利用該設(shè)
備這一功能，通入干凈干燥的空氣(CDA)來(lái)對(duì)晶圓進(jìn)行降溫處理，可以進(jìn)
一步節(jié)省通入其它空氣所造成的開(kāi)銷。
另外，如果通入空氣中氧氣含量太低，可能達(dá)不到風(fēng)化目的，而如果氧
氣含量太高，又可能影響設(shè)備和產(chǎn)品。鑒于此，實(shí)際應(yīng)用中可以通入氧氣含
量為10% ~40%的空氣。
為了更好地說(shuō)明本發(fā)明方案，下面用實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 本實(shí)施例中，假設(shè)通入干凈干燥的空氣(CDA)，其中氧的含量為20%;
并假設(shè)需要將晶圓溫度降至室溫25攝氏度。
如圖7所示，本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)氮化硅沉積工藝的步驟包括
步驟701、從裝載區(qū)將晶圓裝片送入高溫爐管進(jìn)行氮化硅沉積。
本步驟與現(xiàn)有技術(shù)相同，實(shí)際上就是利用圖1中裝載區(qū)的晶舟(Boat)
107裝載晶圓，并將其送入被加熱的爐管(Tube) 108中密封。此后，通入
高溫爐管(Tube ) 108中的NH3和SiH2CL2氣體在高溫條件中反應(yīng)，并在晶
圓上沉積氮化硅(Si3N4)，其化學(xué)反應(yīng)式為NH3 + SiH2CL2 - > Si3N4 + HCL。 當(dāng)然，與現(xiàn)有技術(shù)相同，實(shí)現(xiàn)氮化硅沉積的過(guò)程仍然會(huì)產(chǎn)生中間產(chǎn)物
HCL。中間產(chǎn)物HCL可以繼續(xù)與NH3生成氯化銨(NH4CL),其化學(xué)反應(yīng)
式為HCL + NH3 - > NH4CL。
步驟702、將晶圓裝片送入高溫爐管后，向裝載區(qū)持續(xù)通入干凈干燥的
空氣(CDA),其中氧的含量為20%。
本實(shí)施例是將晶圓裝片送入高溫爐管(Tube) 108之后就立即向裝載區(qū)通入干凈干燥的空氣(CDA)，而實(shí)際應(yīng)用中，也可以不在此時(shí)通入空氣， 只要在晶圓裝片送入高溫爐管(Tube) 108和將晶圓溫度降至預(yù)先設(shè)置的溫 度之間任一時(shí)間點(diǎn)通入空氣即可。
另外，本步驟是通入氧含量為20%的空氣，實(shí)際應(yīng)用中也可以通入其它 氧氣含量的空氣，只要在10% ~ 400/。即可。
步驟703、在結(jié)束氮化硅沉積時(shí)，從高溫爐管取片。
本步驟與現(xiàn)有技術(shù)相同，實(shí)際上就是將裝載有晶圓的晶舟(Boat) 107 從高溫爐管(Tube) 108降到裝載區(qū)。
步驟704、利用通入裝載區(qū)的干凈干燥的空氣(CDA)對(duì)晶圓進(jìn)行降溫 處理，并在降溫處理過(guò)程中，利用通入裝載區(qū)的空氣對(duì)氮化硅沉積中所產(chǎn)生 的氯化銨結(jié)晶進(jìn)行風(fēng)化，直到將晶圓降至25攝氏度且風(fēng)化完所有的氯化銨 結(jié)晶為止。
本步驟是將晶圓溫度降至室溫25攝氏度，實(shí)際應(yīng)用中，為了節(jié)約工藝 時(shí)間，也可以不等到溫度降至室溫，只要降至70攝氏度以下即可。
圖8a和圖8b是一組利用現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明實(shí)施例方案實(shí)現(xiàn)氮化硅沉積 工藝后的對(duì)比示意圖。從圖8a可以看到，由于現(xiàn)有技術(shù)利用通入的氮?dú)鈱?duì) 晶圓進(jìn)行降溫處理，降溫后晶圓表面的缺陷(defect)比較多，達(dá)到共23566 個(gè)。這些defect大多為氯化銨結(jié)晶和少量的顆粒(particle)。而從圖8b可 以看到，由于本發(fā)明利用通入的空氣對(duì)晶圓進(jìn)行降溫處理，降溫后晶圓表面 的defect比較少，僅有140個(gè)顆粒(particle )。
應(yīng)用本發(fā)明方案，由于本發(fā)明方案在氮化硅沉積工藝中利用低成本的空 氣對(duì)晶圓進(jìn)行了降溫處理，從而在降溫的同時(shí)可以風(fēng)化氯化銨結(jié)晶，達(dá)到去 除氯化銨結(jié)晶的目的。這樣，完成氮化硅沉積之后，就無(wú)需利用水和其它化 學(xué)品溶液對(duì)晶圓進(jìn)行清洗，不但可以節(jié)約工藝時(shí)間，還可以節(jié)約工藝成本。
綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的 保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改 進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種在氮化硅沉積工藝中去除氯化銨結(jié)晶的方法，其特征在于，該方法包括從裝載區(qū)將晶圓裝片送入高溫爐管進(jìn)行氮化硅沉積；在結(jié)束氮化硅沉積從高溫爐管取片后，利用通入裝載區(qū)的空氣對(duì)晶圓進(jìn)行降溫處理；在降溫處理過(guò)程中，通入裝載區(qū)的空氣對(duì)氮化硅沉積中所產(chǎn)生的氯化銨結(jié)晶進(jìn)行風(fēng)化，直到將晶圓降至預(yù)先設(shè)置的溫度以下且風(fēng)化完所有的氯化銨結(jié)晶為止。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述通入裝載區(qū)的空氣是將 所述晶圓裝片送入高溫爐管和將所述晶圓溫度降至預(yù)先設(shè)置的溫度之間任一時(shí) 間點(diǎn)開(kāi)始通入的。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述空氣為干凈干燥的空氣 CDA。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述空氣中氧氣 的含量為10% ~40%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述預(yù)先設(shè)置的 溫度為70攝氏度以下的溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在氮化硅沉積工藝中去除氯化銨結(jié)晶的方法，從裝載區(qū)將晶圓裝片送入高溫爐管進(jìn)行氮化硅沉積；在結(jié)束氮化硅沉積從高溫爐管取片后，利用通入裝載區(qū)的空氣對(duì)晶圓進(jìn)行降溫處理；在降溫處理過(guò)程中，通入裝載區(qū)的空氣對(duì)氮化硅沉積中所產(chǎn)生的氯化銨結(jié)晶進(jìn)行風(fēng)化，直到將晶圓降至預(yù)先設(shè)置的溫度且風(fēng)化完所有的氯化銨結(jié)晶為止。應(yīng)用本發(fā)明方案，由于在晶圓降溫的過(guò)程中就可以利用低成本的空氣有效地去除氯化銨結(jié)晶，無(wú)需利用水和其它化學(xué)品溶液對(duì)晶圓進(jìn)行清洗，不但可以節(jié)約工藝時(shí)間，還可以節(jié)約工藝成本。
文檔編號(hào)H01L21/3105GK101673680SQ20081022217
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2008年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月10日
發(fā)明者星 趙, 高劍鳴 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(北京)有限公司