硅抛光片的微粗糙度与氧化膜厚精确控制方法与流程

本发明涉及硅片加工，具体涉及一种硅抛光片的微粗糙度与氧化膜厚精确控制方法。

背景技术：

1、在芯片制造端，涉及到多种类型、多个流程的薄膜沉积/刻蚀步骤。以一个典型的cmos制造流程为例，这些膜层包括：硅外延层、pad oxide layer、氮化硅层、sacrificialoxide layer(sio2)、gate oxide layer(sio2)、多晶硅层(gate electrode)、阻挡层(如tan、tin)等。

2、目前先进的逻辑类器件的线程已达到7nm以下，因此对于这些膜层厚度的控制要求也极高，要达到良好的膜厚控制，首先需要采用有效的手段去监控过程中形成的薄膜膜厚。芯片端由于晶圆表面已经形成密集的电路，因此通常并不直接测试产品本身的膜厚，因为检测设备(椭偏仪)的束斑直径已经远大于线宽，而是采用膜厚监控片的方式对形成的薄膜厚度进行检测。

3、以栅氧化层(gate oxide layer)为例，为了有效抑制短沟道效应，提高栅控能力，就需要相应地提高栅电极电容。提高电容的一个办法是通过降低栅氧化层的厚度，根据2009itrs(国际半导体技术蓝图)，对于22nm节点的集成电路，栅氧化层的厚度为对于这样薄的膜层，硅衬底的微粗糙度对膜厚测试的影响就很大。

技术实现思路

1、本发明主要解决现有技术中存在的不足，提供了一种硅抛光片的微粗糙度与氧化膜厚精确控制方法，其具有操作便捷和质量稳定性好的特点。通过sc1槽的清洗温度与清洗时间精确控制硅片的haze-微粗糙度，同时通过臭氧水的清洗时间实现硅片表面氧化膜厚的精确控制。

2、本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

3、一种硅抛光片的微粗糙度与氧化膜厚精确控制方法，包括如下操作步骤：

4、第一步：硅抛光片在hf槽内进行清洗，hf槽内的hf：超纯水的体积配比为1：100，清洗温度为25±3℃，清洗时间为300秒。hf槽内hf溶液的作用是对来料硅片表面的自然氧化膜彻底剥离，从而清除附着于自然氧化膜表面的金属与颗粒。

5、第二步：采用溢流方式进行超纯水清洗，温度为室温，清洗时间为300秒。清洗硅片表面残留的hf溶液。

6、第三步：进行2次sc1溶液清洗，在sc1溶液槽内药液体积比为nh4oh(29％wt)∶h2o2(31％wt)∶h2o＝1∶2∶50，洗净温度与洗净时间根据目标氧化膜-haze值确定，采用药液循环的方式进行清洗。去除硅片表面的颗粒、有机物并控制硅片表面的微粗糙度-haze。

7、第四步：进行2次与sc1溶液清洗时间保持一致的超纯水清洗，温度为室温，采用溢流方式清洗。对硅片表面残留的sc1药液进行清洗，防止在后面清洗过程与hf溶液中和。

8、第五步：在dhf槽内进行清洗，dhf槽内hf：超纯水的体积配比为1∶1000，温度为室温，采用药液循环的方式进行清洗，清除硅片表面的微量金属，清洗时间为240秒。

9、第六步：在臭氧水槽内采用溢流方式清洗，臭氧水的浓度为15±2ppm，完成臭氧水清洗后再用超纯水进行清洗，超纯水清洗时间与臭氧水清洗时间一致，超纯水清洗与臭氧水清洗的温度为常温。清洗时间根据目标氧化膜厚度确定，通过臭氧水清洗可控的方式在硅片表面形成一定厚度的自然氧化膜。超纯水清洗硅抛光片表面的残留的臭氧水药液。

10、第七步：硅抛光片经过清洗后干燥采用温水慢提拉结合红外干燥方式，慢提拉槽的水温为35℃，提拉速度为1mm/s，红外干燥温度为60℃，干燥时间为60s。

11、作为优选，粗糙度的测试采用kla公司生产的sp5/sp7设备进行测试，使用暗场dw2haze作为表征硅抛光片微粗糙度的参数；氧化膜厚采用horiba公司生产的型号为uviselplus的椭偏仪进行测试。

12、通常情况下，自然氧化膜的膜厚不会影响haze的测试结果；而haze-微粗糙度的值则会影响自然氧化膜的测试结果。由于是采用符合客户端监控要求的硅片进行测试，因此硅片表面实际的自然氧化膜膜厚并需要知道。只需要以符合客户监控要求的硅片的haze值和自然氧化膜膜厚测试值为目标值，通过工艺参数的精确调制，达到上述目标值即可。

13、硅片表面的实际的氧化膜厚，采用hf对硅片表面的氧化膜进行剥离，测试裸硅表面的有效氧化膜厚，这个值约为(取决于硅片表面的微粗糙度)，实际硅片表面并不存在氧化膜，这是由于表面粗糙层造成的假象，然后通过未剥离氧化膜的膜厚测试值减去裸硅表面的测试值得到实际的氧化膜厚度；例如自然氧化膜膜厚的测试值为裸硅表面的测试值为则实际的氧化膜膜厚为

14、作为优选，得到haze的目标值，接下来就是通过调制清洗工艺的参数，使硅片的haze-微粗糙度值达到目标值；可以通过多种方法调整硅片的haze值，通过调整sc1药液中氨水和双氧水的配比及浓度，氨水：双氧水的比值增加，haze值增加；调整sc1槽的洗净温度，温度越高，haze值越高；调整sc1槽的洗净时间，洗净时间与haze值具有线性关系，时间越长haze越高。通过调整臭氧水的清洗时间调整硅片表面氧化膜厚度。

15、通过实际生产测试，调整药液配比和浓度是比较麻烦的，每次调整都需要调整药液补液量和补液频次以保持药液浓度的稳定性，这样的调整需要花费较长时间。因此，采用对sc1温度和时间的调整来达到对硅片haze值的精确控制。首先，通过一组sc1温度的拉偏实验确定洗净温度与haze变化的关系；然后在特定的温度条件下进行不同洗净时间的拉偏，确定haze值与洗净时间的关系。最后，根据haze的目标值，确定洗净温度与洗净时间的合理组合。

16、在一个sio2/si结构中，硅衬底与氧化硅薄膜的粗糙界面可以视作一个si材质与氧化硅材质的复合层，这个复合层具有介于两种材质之间的光学性质。这种处理方式被称为有效介质近似。

17、椭偏法测试膜厚是基于反射光中的p偏正光和s偏振光的构成的椭偏角和两者的相位差来计算出薄膜的厚度，sio2-si复合层的厚度会影响反射光的椭偏角与相位差，而sio2-si界面的粗糙程度则决定了sio2-si复合层的厚度，从而影响最终sio2膜的厚度测试结果，硅衬底的粗糙度对sio2膜厚具有线性规律，粗糙度越大，测得的“有效氧化膜”越厚。

18、硅抛光片中铜互连制程中使用的ta或tan阻挡层，随着互连线尺寸的不断缩小，阻挡层在互连线电阻中的贡献就变得越来越大，为了减少阻挡层对互连线电阻的影响，在保证膜层阻挡性能的前提下，必须降低阻挡层的厚度。

19、在芯片制造端，采用硅抛光片监控ta/tan的沉积膜厚，具体的做法是在相同的工艺条件下在硅抛光片表面沉积ta/tan膜，然后采用椭偏仪测试ta/tan的膜厚；作为膜厚监控片用途的硅抛光片表面通常有一层很薄的自然氧化膜，这一层氧化膜的厚度以及硅衬底的微粗糙度会影响ta/tan膜厚的测试结果；硅衬底与氧化硅的粗糙界面层以及自然氧化膜层的厚度都会影响反射的p偏振光与s偏正光的椭偏角和相位差，从而影响ta/tan膜厚的测试结果。

20、作为优选，hf的浓度为49％wt。

21、本发明能够达到如下效果：

22、本发明提供了一种硅抛光片的微粗糙度与氧化膜厚精确控制方法，与现有技术相比较，具有操作便捷和质量稳定性好的特点。通过sc1槽的清洗温度与清洗时间精确控制硅片的haze-微粗糙度，同时通过臭氧水的清洗时间实现硅片表面氧化膜厚的精确控制。