钨淀积工艺的背面压力的优化方法
【专利摘要】本发明提供一种钨淀积工艺的背面压力的优化方法，包括：对预淀积、成核与大量淀积这三个步骤中的背面压力与良率作对比，找出随着背面压力的变化，良率或均匀性的变化结果；获取这三个步骤中各个背面压力的最佳数值；对加热器设置一预定的使用片数停机维护阈值；在加热器达到使用片数时，将加热器拆下倒置，使其表面浸泡于双氧水溶液中；经过一预定的清洁时间后，将加热器取出并用去离子水和异丙醇擦拭；检视加热器的背压槽，确保钨残留物已全部脱落干净；将加热器重新装好，采用各个背面压力的最佳数值执行钨淀积工艺。本发明得出了不同步骤的最佳背压条件，实现了对最佳背压优化条件的运用，控制并稳定了晶圆的背面压力，提升了阶梯覆盖率。
【专利说明】钨淀积工艺的背面压力的优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造工艺【技术领域】，具体来说，本发明涉及一种钨（W)淀积工 艺的背面压力的优化方法。
【背景技术】
[0002] 在200mm的半导体工艺流程中，钨（Tungsten) CVD (化学气相淀积）工艺广泛应用 于接触（contact)、通孔（via)、插塞（plug)的填充。几乎所有的鹤淀积工艺都分为三步主 要的填孔步骤：预淀积（Soak)、成核（Nucleation)和大量淀积（Bulk deposition)。而在 这三步工艺步骤中，很多研究表明钨CVD工艺过程中的晶圆背压控制已经很大程度上影响 了钨填充的阶梯覆盖率（St印coverage)以及最终的产品良率（Yield)。由于钨工艺分为 多步工艺，各步工艺步骤中的晶圆背面压力大小要求不同，因此如果压力不稳定，会导致工 艺的均匀性变差，进而导致阶梯覆盖率变差。
[0003] 因此，亟需一种方法来优化出钨工艺不同步骤的最佳背压条件并保持整个钨淀积 工艺过程中的晶圆背面压力稳定。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种钨淀积工艺的背面压力的优化方法，能 够得出不同工艺步骤的最佳背压条件，控制并稳定晶圆的背面压力，提升阶梯覆盖率。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种钨淀积工艺的背面压力的优化方法，所 述钨淀积工艺主要包括预淀积、成核与大量淀积这三个步骤；执行所述钨淀积工艺的设备 (机台）上具有一加热器，所述加热器包括背压槽，所述背压槽内累积有钨残留物；
[0006] 其中，所述优化方法包括步骤：
[0007] A.对所述预淀积步骤中的背面压力与良率进行对比，找出随着背面压力的增加或 者减少，良率的变化结果；
[0008] B.对所述成核步骤中的背面压力与良率进行对比，找出随着背面压力的增加或者 减少，良率的变化结果；
[0009] C.对所述大量淀积步骤中的背面压力与良率进行对比，找出随着背面压力的增加 或者减少，良率和均匀性的变化结果；
[0010] D.获取所述预淀积步骤、所述成核步骤与所述大量淀积步骤中的各个背面压力的 最佳数值；
[0011] E.对所述加热器设置一预定的使用片数停机维护阈值；
[0012] F.在所述加热器达到所述使用片数停机维护阈值时，将所述加热器拆下倒置，使 其表面浸泡于双氧水溶液中；
[0013] G.经过一预定的清洁时间后，将所述加热器取出，并用去离子水和异丙醇擦拭；
[0014] H.检视所述加热器的背压槽，确保在所述背压槽内的钨残留物已全部脱落干净；
[0015] I.将所述加热器重新装好，采用所述预淀积步骤、所述成核步骤与所述大量淀积 步骤中的各个背面压力的所述最佳数值执行所述钨淀积工艺。
[0016] 可选地，所述预淀积步骤与所述成核步骤中的背面压力均选为lOTorr，所述大量 淀积步骤中的背面压力选为50Torr。
[0017] 可选地，所述清洁时间为45分钟至1. 5小时。
[0018] 可选地，执行所述钨淀积工艺的设备为应用材料Centura5500型机台。
[0019] 可选地，所述预淀积步骤的最长工艺时间不超过40秒。
[0020] 可选地，所述预淀积步骤中的背面回压小于25mTorr。
[0021] 可选地，所述成核步骤的最长工艺时间不超过12秒。
[0022] 可选地，所述成核步骤中的背面底压小于1. 4mTorr。
[0023] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0024] 1.在实际应用中实现了对钨淀积工艺的最佳背压优化条件的运用。
[0025] 2.在实际应用中大大减少了背面压力的报警频率，从原来的10%减少到几乎没 有，提商了广品的良率。
[0026] 3.在实际应用中大大提高了预防性维护（Preventative Maintenance, PM)和解 决问题（Trouble shooting)的效率以及提高了加热器的使用寿命（Lifetime)，从而提高 了机台的上线时间（Up time)。
[0027] 综上所述，经过本发明的优化方法，在钨淀积工艺中能够得出不同步骤的最佳背 压条件，并实现了对最佳背压优化条件的运用，控制并稳定了晶圆的背面压力，提升了阶梯 覆盖率（Step coverage)。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描 述而变得更加明显，其中：
[0029] 图1为本发明一个实施例的钨淀积工艺的背面压力的优化方法中获取预淀积、成 核与大量淀积这三个步骤中的背面压力的最佳数值的流程图；
[0030] 图2为本发明一个实施例的钨淀积工艺的背面压力的优化方法中清洁加热器的 背压槽内的钨残留物的流程图；
[0031] 图3为本发明一个实施例的钨淀积工艺的背面压力的优化方法的完整施行流程 图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述 了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方 式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推 广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
[0033] 本发明所针对优化的鹤淀积工艺主要分为预淀积（Soak)、成核（Nucleation)与 大量淀积（Bulk deposition)这三个步骤，但是各个工艺步骤中的晶圆背面压力大小要求 不同。另外，执行鹤淀积工艺的设备（机台）例如为应用材料Centura5500型机台，其上具 有一加热器（Heater)，加热器包括背压槽，背压槽内累积有影响背压条件的钨残留物。
[0034] 本发明的钨淀积工艺的背面压力的优化方法主要可以分为获取最佳背压优化条 件和为配合最佳背压优化条件而采取的清洁加热器的背压槽内的钨残留物这两部分内容， 下面分别进行较详细的描述。
[0035] 图1为本发明一个实施例的钨淀积工艺的背面压力的优化方法中获取预淀积、成 核与大量淀积这三个步骤中的背面压力的最佳数值（即最佳背压优化条件）的流程图。如 图1所示，该最佳背压优化条件的获取流程主要包括：
[0036] 执行步骤S101，对预淀积步骤中的背面压力与良率（Yield)进行反复实验对比， 找出随着背面压力的增加或者减少，良率的变化结果。例如，发现随着背面压力的增加或者 减少，良率的结果变化不明显。
[0037] 在本实施例中，预淀积步骤的最长工艺时间不超过40秒，其中的背面回压小于 25mTorr〇
[0038] 执行步骤S102,对成核步骤中的背面压力与良率进行反复实验对比，找出随着背 面压力的增加或者减少，良率的变化结果。例如，发现随着背面压力的增加，在5?15Torr 的背面压力范围内几乎保持稳定，随后良率的结果变差。
[0039] 在本实施例中，成核步骤的最长工艺时间不超过12秒，其中的背面底压小于 L 4mTorr〇
[0040] 执行步骤S103,对大量淀积步骤中的背面压力与良率进行反复实验对比，找出随 着背面压力的增加或者减少，良率和均匀性的变化结果。例如，同样发现随着背面压力的增 加或减少，良率的结果变化不明显，但是均匀性是在50T 〇rr左右结果最好。
[0041] 执行步骤S104,通过不同步骤背面压力的不同实验窗口，获取预淀积步骤、成核步 骤与大量淀积步骤中的各个背面压力的最佳数值。例如，预淀积步骤与成核步骤中的背面 压力均优选为lOTorr，大量淀积步骤中的背面压力优选为50T 〇rr，因为这种工艺条件下钨 填孔的良率及均匀性最好。
[0042] 但是，由于工艺菜单中不同步骤的背面压力的要求不同，在执行钨淀积工艺时，背 面压力难以稳定在不同步骤所要求的工艺区间内，这个问题可以由下面的方式来解决。 [0043] 通过实验发现，新加热器的背面压力的稳定性很明显地比用过的或者返修回来的 加热器好很多，因此需要对加热器表面进行优化处理，主要是去除掉累积的钨残留物，改善 加热器表面的粗糙度，稳定背面压力。传统的方式是，当加热器用到一定（晶圆）片数后就 换掉，或者通过用传统的砂纸打磨，这样不但成本很高，而且效率很低，亟需得到改进。
[0044] 图2为本发明一个实施例的钨淀积工艺的背面压力的优化方法中清洁加热器的 背压槽内的钨残留物的流程图。如图2所示，清洁加热器的背压槽内的钨残留物主要包括：
[0045] 执行步骤S201，对加热器设置一预定的使用片数停机维护阈值。
[0046] 执行步骤S202,在加热器达到使用片数停机维护阈值时，将加热器拆下倒置，使其 表面浸泡于双氧水（H 202)溶液中。
[0047] 执行步骤S203,经过一预定的清洁时间（例如45分钟至1.5小时）后，将加热器 取出，并用去离子水（清水）和异丙醇（IPA)擦拭，干净后几乎与新的加热器一样。
[0048] 执行步骤S204,检视加热器的背压槽，确保在背压槽内的钨残留物经过双氧水的 浸泡已全部脱落干净，远比砂纸打磨效果显著。
[0049] 图3为本发明一个实施例的钨淀积工艺的背面压力的优化方法的完整施行流程 图。如图3所示，该优化方法的完整流程基本就是将图1所示的最佳背压优化条件的获取 流程加上图2所示的加热器的背压槽内的钨残留物的清洁流程，以及执行步骤S301，将加 热器重新装好，采用预淀积步骤、成核步骤与大量淀积步骤中的各个背面压力的最佳数值 执行钨淀积工艺，最终实现对钨淀积工艺的最佳背压优化条件的运用。
[0050] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0051] 1.在实际应用中实现了对钨淀积工艺的最佳背压优化条件的运用。
[0052] 2.在实际应用中大大减少了背面压力的报警频率，从原来的10%减少到几乎没 有，提商了广品的良率。
[0053] 3.在实际应用中大大提高了预防性维护（Preventative Maintenance, PM)和解 决问题（Trouble shooting)的效率以及提高了加热器的使用寿命（Lifetime)，从而提高 了机台的上线时间（Up time)。
[0054] 综上所述，经过本发明的优化方法，在钨淀积工艺中能够得出不同步骤的最佳背 压条件，并实现了对最佳背压优化条件的运用，控制并稳定了晶圆的背面压力，提升了阶梯 覆盖率（Step coverage)。
[0055] 本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技 术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离 本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化 及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种钨淀积工艺的背面压力的优化方法，所述钨淀积工艺包括预淀积、成核与大量 淀积这三个步骤；执行所述钨淀积工艺的设备上具有一加热器，所述加热器包括背压槽，所 述背压槽内累积有钨残留物； 其中，所述优化方法包括步骤： A. 对所述预淀积步骤中的背面压力与良率进行对比，找出随着背面压力的增加或者减 少，良率的变化结果； B. 对所述成核步骤中的背面压力与良率进行对比，找出随着背面压力的增加或者减 少，良率的变化结果； C. 对所述大量淀积步骤中的背面压力与良率进行对比，找出随着背面压力的增加或者 减少，良率和均匀性的变化结果； D. 获取所述预淀积步骤、所述成核步骤与所述大量淀积步骤中的各个背面压力的最佳 数值； E. 对所述加热器设置一预定的使用片数停机维护阈值； F. 在所述加热器达到所述使用片数停机维护阈值时，将所述加热器拆下倒置，使其表 面浸泡于双氧水溶液中； G. 经过一预定的清洁时间后，将所述加热器取出，并用去离子水和异丙醇擦拭； H. 检视所述加热器的背压槽，确保在所述背压槽内的钨残留物已全部脱落干净； I. 将所述加热器重新装好，采用所述预淀积步骤、所述成核步骤与所述大量淀积步骤 中的各个背面压力的所述最佳数值执行所述钨淀积工艺。
2. 根据权利要求1所述的背面压力的优化方法，其特征在于，所述预淀积步骤与所述 成核步骤中的背面压力均选为lOTorr，所述大量淀积步骤中的背面压力选为50T 〇rr。
3. 根据权利要求2所述的背面压力的优化方法，其特征在于，所述清洁时间为45分钟 至1. 5小时。
4. 根据权利要求3所述的背面压力的优化方法，其特征在于，执行所述钨淀积工艺的 设备为应用材料Centura5500型机台。
5. 根据权利要求4所述的背面压力的优化方法，其特征在于，所述预淀积步骤的最长 工艺时间不超过40秒。
6. 根据权利要求5所述的背面压力的优化方法，其特征在于，所述预淀积步骤中的背 面回压小于25mTorr。
7. 根据权利要求6所述的背面压力的优化方法，其特征在于，所述成核步骤的最长工 艺时间不超过12秒。
8. 根据权利要求7所述的背面压力的优化方法，其特征在于，所述成核步骤中的背面 底压小于1. 4mTorr。
【文档编号】H01L21/768GK104157607SQ201410441191
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】归剑, 刘峰松 申请人:上海先进半导体制造股份有限公司