[發明專利]用于減少晶片表面缺陷的濕式蝕刻方法及其裝置

有效

• 申請號: 200710172511.1
• 申請日: 2007-12-18
• 公開（公告）號: CN101465273A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 徐寬;湯舍予;林德成;羅仕洲
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00;H01L21/302;H01L21/311;B08B3/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所
• 代理人: 樓仙英

技術領域

本發明主要涉及半導體制造工藝中的濕式蝕刻制程，主要涉及一種用于減少晶片表面缺陷的濕式蝕刻方法，其用于改善濕式蝕刻以及清洗過程中晶片表面出現的缺陷問題。

背景技術

在半導體制造工藝中，對其中多晶硅材料的蝕刻是非常關鍵的一步。因為多晶硅材料所構成的線條往往是整個工藝中最窄的。在半導體業界常說的0.15微米，0.09微米指的就是多晶硅線條的寬度；為了達到工藝的要求，蝕刻出標準寬度的多晶硅線條，業界往往采用在多晶硅表面再生長一層氮氧化硅(SiON)來充當蝕刻阻擋層或硬掩模(Hard?Mask)，以及抗光反射涂層(ARC，Anti-Reflection?Coating)；所形成的氮氧化硅在多晶硅蝕刻后，需要用熱磷酸通過濕式蝕刻(WetEtching)去除。

半導體制造工藝中的濕式制程通常包括晶片清洗(wafer?cleaning)和濕式蝕刻(wet?etching)兩大類。上述用磷酸(H₃PO₄)去除氮氧化硅的方法即屬于磷酸濕式蝕刻，主要可用于對例如由氮化硅材料構成的氮化膜進行蝕刻，通常在形成有源區(Active?Area)的半導體器件結構時，使用磷酸蝕刻氮化硅層。磷酸還可以在光刻過程中所形成硬掩模(hardmask)的去除過程中，用于去除抗反射涂層(ARC，Anti?ReflectCoating)，或者，還可以用于多晶硅的蝕刻，用于形成例如淺溝隔離(STI)結構。

上述的使用磷酸的濕式蝕刻制程，一般需要將作為處理對象的晶片置于濕式蝕刻機臺的蝕刻槽中，以熱磷酸浸沒晶片，對其進行蝕刻。此過程中容易有蒸發或者降解的氣體產生，形成氣泡附著于晶片表面，由于磷酸是一種性質較為粘稠的液體，氣泡一旦附著于晶片，將難以輕易脫離晶片表面。這些氣泡存在之處將出現化學物質殘余，其容易與晶片表面反應而出現問題。例如，在一個多晶硅蝕刻過程中，多晶硅蝕刻后除去抗反射涂層(硬掩模)的制程，一般的用熱磷酸去除氮氧化硅的工藝次序為：將晶片置于注入氫氟酸槽內去除表面氧化物，然后將晶片置于熱磷酸槽內去除氮氧化硅，再置于去離子水的熱水槽內去除晶片表面殘余的磷酸，然后晶片進入SC1槽中去除顆粒，再置于干燥槽中進行干燥。

在熱磷酸槽中，一般采用160℃的濃度85％的熱磷酸浸沒晶片進行蝕刻，較高的溫度更容易使液體環境中產生氣泡，由于85％的磷酸為粘稠液體，氣泡附著于晶片表面后很難脫離。另一方面，熱水槽使用的熱水加熱器需要輸出60-65度的熱水，容易造成液體內部局部沸騰，產生氣泡；另外上述各種清洗槽的管路中由于設計原因，也會產生氣泡。因為晶片表面當時兼有親水性和憎水性，導致其特別容易吸附氣泡。

這些氣泡會造成晶片表面缺陷。例如，其吸附在晶片表面，阻礙熱水清洗氣泡處的磷酸殘余，使磷酸殘余繼續與芯片表面反應，產生副產物，該副產物在后續制程中容易剝落而造成缺陷，影響后續步驟中間隔層(spacer)的沉積和蝕刻，甚至導致器件的接觸斷開。具體地，出現這種問題的晶片表面可能出現新月形的缺陷，所述缺陷可以引起良率損失。

由于采用磷酸槽進行濕式蝕刻時采用的固有方式，例如液體浸泡，加熱等處理方式，上述因氣泡附著于晶片表面形成缺陷的問題難以避免。

發明內容

為了克服用磷酸進行濕式蝕刻容易出現的氣泡附著于晶片表面導致缺陷的問題，提出本發明。

基于本發明的第一方面，提供了一種用于減少晶片表面缺陷的濕式蝕刻方法，其用于改善濕式蝕刻以及清洗過程中晶片表面出現的缺陷問題。該方法通常包括用氫氟酸浸泡去除所述晶片上的氧化硅，和/或用磷酸浸泡去除所述晶片上的氮化硅或氮氧化硅的步驟，這些蝕刻制程之后，需要用去離子水清洗晶片，以去除蝕刻溶液或者各種蝕刻過程中生產的化學反應產物，根據本發明的方法，首先將所述晶片置于一容器中，注入去離子水，使所述晶片背面向下傾斜地浸泡于去離子水中，并使其在去離子水中輕微振動，優選方式是上下輕微振動；然后排出所述用于浸泡晶片的去離子水，并在該排出去離子水的過程中噴灑去離子水沖洗所述晶片，使所述晶片始終保持在去離子水的氛圍中。上述步驟中，晶片背面向下傾斜地浸泡于去離子水中可以使氣泡不易吸附在該晶片的上表面，因為這種方式可保證大部分水蒸氣形成的氣泡自槽底部升起時只接觸晶片的背面。使晶片在水中上下輕微振動，也可以釋放其表面附著的氣泡。此外，所述去離子水的溫度控制在40～50℃或者更低的溫度(常規方法中的去離子水溫度一般在60℃左右)，優選地，所述去離子水的溫度控制在44～46℃，控制溫度可以減少水中氣泡發生的幾率，從而使晶片表面被氣泡附著的幾率降低。