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CN100362623C - 一种硅片工艺试验方法 - Google Patents

一种硅片工艺试验方法 Download PDF

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CN100362623C
CN100362623C CNB2005101263823A CN200510126382A CN100362623C CN 100362623 C CN100362623 C CN 100362623C CN B2005101263823 A CNB2005101263823 A CN B2005101263823A CN 200510126382 A CN200510126382 A CN 200510126382A CN 100362623 C CN100362623 C CN 100362623C
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process test
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唐果
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Beijing Naura Microelectronics Equipment Co Ltd
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Beijing North Microelectronics Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种硅片工艺试验方法，包括以下步骤：根据工艺要求设计需要进行的试验次数；根据需要进行的试验次数，在硅片上贴上均匀分布的相应数量的膜；揭开一片膜，进行工艺试验；一次工艺试验检测完毕后，揭开新的膜，并把敞开位置移到上次位置，进行下一次试验，所述的膜为聚酰亚胺。使用本发明的方法，增加了硅片可试验的片次数，在满足工艺试验需要的同时，最大限度减少硅片在工艺研发中的消耗量，从而大大降低了工艺研发成本。

Description

一种硅片工艺试验方法
技术领域
本发明涉及硅片加工工艺，特别涉及一种硅片加工工艺试验方法。
背景技术
目前，300mm的硅片是半导体产业界的主流，国内的半导体产业正从200mm硅片转向300mm硅片。一代设备一代工艺，设备制造商负责工艺研发，这是半导体业界潜在的规则。
工艺结果与线圈设计、反应室压力、温度、气体流量、气体成分配比、工艺时间等一系列因素密切相关。为了得到理想的刻蚀结果，工艺研发过程中会消耗大量的硅片，传统的试验方式是每次试验消耗一片次，即单片单次试验，对于开发一项成熟的工艺，所需硅片常常以成百上千计。进入300mm工艺以后，硅片的价格大幅度上升，如果进行以前同样的研发试验内容，仅在硅片消耗这一项上，300mm的工艺研发成本也将是200mm工艺研发的2～3倍，并且硅片的上百万元的绝对消耗量也使得研发成本颇为昂贵。
传统的工艺试验采用单片单次试验方式，即每进行一次工艺试验，需要消耗一片次。比如，如果进行多晶硅主刻蚀步骤的刻蚀速率均匀性的正交试验，需要考虑上RF功率、下RF功率、HBr和Cl2的比率、总的气体流量、反应室压力、硅片内圈和外圈的氦气背吹压力等至少7个因素，使用L1837的正交试验方法，需要18个硅片才能完成试验。
有人采用小尺寸硅片覆盖于工艺硅片上以实现硅片的分区使用，但在高密度等离子体刻蚀机中，等离子体鞘层距硅片也就1毫米左右。作为绝缘阻挡层的膜的厚度如果太高，必然改变反应室内等离子体分布状况，这与真实的工艺状况有较大出入。
发明内容
要解决的技术问题
对于工艺研发初期阶段，只需定性的确定影响工艺试验结果的条件，单片单次的试验方法使得硅片未得到最大限度的利用，对于研发目的来说，显然是很不经济的。本发明的目的就是提供一种可以用一个硅片进行多次工艺试验的方法。
技术方案
本发明所述的硅片工艺试验方法，包括以下步骤：
A根据工艺试验要求设计需要进行的试验次数；
B根据需要进行的试验次数，在硅片上贴上均匀分布的相应数量的膜；
C硅片在贴膜时保留一片膜面积的敞开区或贴完膜后揭开一片膜，进行工艺试验；
D一次工艺试验并检测完毕后，揭开新的膜，并把敞开位置移到上次位置，进行下一次试验。
所述的膜在贴上硅片前先对折成双层。
所述的膜为聚酰亚胺。
所述膜的厚度为45～55μm。
所述工艺试验使用的设备是300mm硅片的多晶硅刻蚀机。
有益效果
本方法着重于对硅片表面进行保护，从而增加硅片可试验的片次数，即采用单片多次试验方式，在满足工艺试验需要的同时，最大限度减少硅片在工艺研发中的消耗量，从而大大降低了工艺研发成本。比如单片单次试验的9个硅片完全可用单片多次的1个硅片代替，即节省了89％。
附图说明
图1为实施例1和2的硅片贴膜方式示意图；
图中：1、2、3、4、5、6、7、8、9表示9片贴膜的位置。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各项权利要求限定。
本发明所述的硅片工艺试验方法，包括以下步骤：
在进行工艺试验前，明确可能影响工艺结果的条件因素，根据工艺试验要求设计需要进行的试验次数。常见的方法是通过正交方法设计需要进行的试验次数，也可以根据实验影响因素进行遍次实验方法确定实验次数。
根据需要进行的试验次数，在硅片上贴上均匀分布的相应数量的膜。
硅片在贴膜时保留一片膜面积的敞开区或贴完膜后揭开一片膜，进行工艺试验。
一次工艺试验并检测完毕后，揭开新的膜，并把敞开位置移到上次位置，进行下一次试验。
其中，为了避免膜的胶质黏附在硅片上，把膜对折后再贴。
所用的膜为Polyimide，化学名为聚酰亚胺。它是一种具有良好的绝缘性的抗高温、磨损和腐蚀性的合成聚合树脂。所用的膜，其厚度约为45～55μm。工艺试验所用的设备是300mm硅片的多晶硅刻蚀机。
实施例1
贴膜与否的刻蚀速率对比试验：
选用主刻工艺条件对多晶硅刻蚀，其具体工艺如下：上RF功率为3000W，下RF功率为80W，腔室压力为15mT，气体总流量为230sccm，其中Cl2为30sccm，HBr为170sccm，或He/O2混合气30sccm，二者体积比为7∶3。先采用贴膜硅片进行9次重复试验，贴膜方式见图1，另外使用一片未贴膜的硅片采用以上工艺条件进行对比。试验结果如下表：
硅片 贴膜1  贴膜2  贴膜3  贴膜4  贴膜5   贴膜7   贴膜8  贴膜9  未贴膜
刻蚀速率 1565A/min  1659A/min  1589A/min  1500A/min  1519A/min   1499A/min   1596A/min  1650A/min  1592A/min
可以看到，同种工艺在不同的区域的刻蚀速率的重复性较好，而且同未贴膜的情况非常接近，表明此方法可以很好的还原刻蚀速率试验。
实施例2
为摸索不同工艺条件分别对二氧化硅和多晶硅的刻蚀速率，通过试验能够找到刻蚀速率选择比为1∶1的工艺条件，需要进行贯穿步骤刻蚀速率选择比试验。在贯穿刻蚀步骤中，分别取上电极功率为250W、300W和350W，下电极功率为40W、60W和80W，反应室压力为5mT、10mT和15mT，C2F6为40sccm、60sccm和80sccm，工艺时间为2分钟。贯穿步骤的二氧化硅刻蚀速率试验步骤如下：
A.采用正交设计方法设计需要进行的试验次数：此试验为4变量3水平，可采用L934的试验方案，共需9次试验，9次试验的工艺条件见表1。
B.在一张二氧化硅片上均匀贴9张膜，贴膜方式如图1。
C.揭开二氧化硅片上的一片膜，按表1的第1次试验工艺条件进行刻蚀试验。
D.一次工艺试验并检测完毕后，揭开新的膜，并把敞开位置移到上次位置，按表1中下一次试验的工艺条件进行下一次试验，直到完成9次刻蚀试验。
用同样的方法进行多晶硅刻蚀速率试验，两项试验结果对比见表1。
表1正交试验设计表
试验次序                工艺条件             试验结果
上电极功率 下电极功率 压力 C2F6 二氧化硅刻蚀速率 多晶硅刻蚀速率   刻蚀速率比值
  123456789优选  250W300W350W250W300W350W250W300W350W300W  40W40W40W60W60W60W80W80W80W80W  15mT5mT10mT10mT15mT5mT5mT10mT15mT10mT  60sccm40sccm80sccm40sccm80sccm60sccm80sccm60sccm40sccm60sccm   11009351202863128011201320800986800   80110127529867987629988201290820     1.370.921.600.881.601.471.320.980.760.98
与传统的单片单次工艺试验方法相比，本发明的方法最大限度的利用了硅片，使硅片的消耗降低到了单片单次试验的1/8～1/6；尽管得出的结果，与真实工艺的单片单次相比，不能满足定量分析要求，但在工艺研发初期，定性分析即可满足要求。
本发明的方法所用的聚酰亚胺膜在半导体设备中常用作静电卡盘的覆面或覆膜。所以，采用此膜不会对反应室造成额外的污染。
使用本发明的方法时，每次试验硅片均转动相同角度，以使新敞开的硅片部分始终在反应室中处于同一位置，保证了硬件条件的可比性。

Claims (5)

1.一种硅片工艺试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.根据工艺试验要求设计需要进行的试验次数；
B.根据需要进行的试验次数，在硅片上贴上均匀分布的相应数量的膜；
C.硅片在贴膜时保留一片膜面积的敞开区或贴完膜后揭开一片膜，进行工艺试验；
D.一次工艺试验并检测完毕后，揭开新的膜，并把敞开位置移到上次位置，进行下一次试验。
2.如权利要求1所述的硅片工艺试验方法，其特征在于，所述的膜在贴上硅片前先对折成双层。
3.如权利要求1所述的硅片工艺试验方法，其特征在于，所述的膜为聚酰亚胺。
4.如权利要求1所述的硅片工艺试验方法，其特征在于，所述膜的厚度为45～55μm。
5.如权利要求1所述的硅片工艺试验方法，其特征在于，所述工艺试验使用的设备是300mm硅片的多晶硅刻蚀机。
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