[发明专利]在单晶圆装置中蚀刻氮化硅

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，更具体地，本发明涉及一种本发明还提供了一种在单晶圆装置中蚀刻氮化硅。

背景技术

氮化硅(SiN)层(也称作SiN膜)已经成为与大规模集成电路(LSI)领域和诸如微电子机械系统(MEMS)的其他微电子制造技术密切相关。因此，选择性蚀刻SiN层是包含在很多本领域现有技术微制造工艺中的步骤。以不同材料之间的蚀刻速率的比率衡量蚀刻选择性。用于选择性蚀刻SiN层的蚀刻溶液的一个实例是氢氟(HF)酸。然而，HF酸缺少足够的蚀刻选择性。例如，在HF中，SiN的蚀刻速率低于SiO₂大约0.1倍。蚀刻SiN的其他方法使用包含无水HF的有机溶液，导致产生相对较低的选择性。用于蚀刻SiN的其他溶液是在湿式工作台蚀刻工具中的磷酸(H₃PO₄)的浓缩液(大约85％wt)。在湿式工作台法(wet bench approach)中，在给定的温度下持续给定的时间将一组晶圆浸泡在酸浴中。湿式工作台法的固有缺陷是在酸溶液中杂质的累积，晶圆中的交叉污染，以及高缺陷，由于酸浴的老化而降低的蚀刻性能。此外，在湿式工作台程序中，晶圆至晶圆(WtW)和晶圆内(WiW)蚀刻均匀性受到影响。进而，在湿式工作台法中，存在所处理的晶圆的数量的蚀刻速率漂移的问题。这是因为对SiN和SiO₂两者蚀刻速率中的二氧化硅(SiO₂)(硅氧化物或者二氧化硅)的浓度的影响。对于多个工艺周期而言，酸浴中二氧化硅的浓度稳步增长，导致蚀刻速率的漂移。在本领域现有的工厂(factories)中，通过使用伪Si晶圆在湿式工作台中进行“陈化处理(seasoning)”的方式缓解这种现象。结果，由于在实际晶圆生产进行之前湿式工作台需要一些时间用于“陈化处理”，因此增加了制造成本并且降低了晶圆产量。相应地，虽然现有的方法大体上获得了其预期的目的，但并不能在每一个方面完全令人满意。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种方法，包括：在单晶圆蚀刻装置中蚀刻氮化硅层，其中，所述蚀刻氮化硅层包括：将磷酸加热至第一温度；将硫酸加热至第二温度；将经过加热的磷酸与经过加热的硫酸相混合；以及利用经过加热的磷酸/硫酸混合物蚀刻所述氮化硅层。

在该方法中，还包括：将所述磷酸/硫酸混合物加热至蚀刻温度。

在该方法中，所述蚀刻温度高于或者等于大约120℃。

在该方法中，还包括：将经过加热的水蒸汽与所述磷酸/硫酸混合物相混合。

在该方法中，将所述经过加热的磷酸与所述经过加热的硫酸相混合包括：利用所述硫酸和水蒸汽或者热水之间的放热反应。

在该方法中，将所述经过加热的磷酸与所述经过加热的硫酸相混合与将所述磷酸/硫酸混合物加热至蚀刻温度同时发生。

在该方法中，利用所述经过加热的磷酸/硫酸混合物蚀刻所述氮化硅层包括：将所述经过加热的磷酸/硫酸混合物分布至旋转的晶圆的表面上，其中，所述晶圆包括氮化硅层。

在该方法中，所述磷酸/硫酸混合物所包含的所述硫酸和所述磷酸按体积计的含量大致相等。

在该方法中，所述磷酸/硫酸混合物所包含的所述硫酸相对于所述磷酸按体积计具有更大的比例。

在该方法中，所述磷酸/硫酸混合物所包含的所述磷酸相对于所述硫酸按体积计具有更大的比例。

根据本发明的另一方面，提供了一种单晶圆蚀刻装置，包括：第一流道，用于运载硫酸；第一加热器，与所述第一流道相连接，所述第一加热器用于在所述第一流道中将所述硫酸加热至第一温度；第二流道，用于运载磷酸；第二加热器，与所述第二流道相连接，所述第二加热器用于在所述第二流道中将所述磷酸加热至第二温度；混合器，与所述第一流道和所述第二流道相连接，使得所述经过加热的硫酸和所述经过加热的磷酸相结合形成处于蚀刻温度的硫酸-磷酸混合物；以及喷嘴，与所述混合器相连接，所述喷嘴用于将所述硫酸-磷酸混合物传送至晶圆。

在该装置中，包括：第三流道，与所述混合器相连接，所述第三流道用于运载水；以及第三加热器，与所述第三流道相连接，所述第三加热器用于将所述水在所述第三流道中加热至第三温度，使得所述经过加热的硫酸、所述经过加热的磷酸、和所述经过加热的水形成处于所述蚀刻温度的所述硫酸-磷酸混合物。

在该方法中，所述晶圆设置在晶圆台上，所述喷嘴和所述晶圆台用于彼此之间相对移动，使得所述硫酸-磷酸混合物被传送至所述晶圆的所选择出的位置或者路线上。