CN100380607C - 蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法，该方法是提供一蚀刻氮化硅薄膜的设备，在此设备内具有一磷酸槽，且该磷酸槽盛装有磷酸液；接着控制注入磷酸液中的水的水温；最后将一表面已形成有一氮化硅薄膜的晶圆浸入上述设备的磷酸槽中，以进行氮化硅薄膜的蚀刻，以解决晶圆上发现凹陷缺陷的问题。此外，藉由将设备中的注水管路与回路管路分离开来，亦可解决晶圆上发现凹陷缺陷的问题。

Description

蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法

技术领域

本发明涉及一种蚀刻的设备及方法，特别是涉及一种蚀刻氮化硅薄膜(Silicon nitride film)的设备及方法。

背景技术

在半导体制程中，蚀刻制程是用来将未被光阻层或是罩幕层覆盖的薄膜，以化学反应或是物理作用的方式移除，以完成将光罩上的图案转移到薄膜上的目的。另外，将整个薄膜移除的方法也经常使用蚀刻制程来完成。目前用于半导体制程上的蚀刻技术，主要分为湿式蚀刻(Wet Etching)以及干式蚀刻(Dry Etching)，其中湿式蚀刻主要是利用化学反应来将进行薄膜的蚀刻。

通常氮化硅薄膜是一种以湿式蚀刻的方式来进行蚀刻或移除的绝缘材料。目前，对于氮化硅薄膜的蚀刻方式大都是使用磷酸蚀刻的方式来完成的。换言之，一般在进行氮化硅薄膜的蚀刻时，会将晶圆浸于磷酸槽中，以进行氮化硅薄膜的蚀刻制程。而在蚀刻制程的过程中，会由磷酸槽的底部注入水，以使氮化硅薄膜与水产生化学反应，以达到蚀刻或移除氮化硅薄膜的目的，因此磷酸槽中的磷酸液主要是作为催化剂之用。

图1是现有习知的一种蚀刻氮化硅薄膜的设备的示意图。请参阅图1所示，此设备100是由一磷酸槽110、一回流管路120、一加热装置130以及一注水管线140所构成。

磷酸槽110用以置放至少一表面具有氮化硅薄膜的晶圆10，且其中是装盛有浓磷酸液，此浓磷酸液例如是市售浓度为86％的磷酸液，而回流管路120的两端连接于磷酸槽110上，由于磷酸槽110为溢流槽的设计，因此由磷酸槽110溢流出来的磷酸液会通过回流管路120再输送回磷酸槽110中，如此循环再利用。

此外，加热装置130配置在回流管路120上，用以加热磷酸液，使磷酸槽110内的磷酸液加热至160℃左右。另外，注水管线140的一端与回流管路120连接，而另一端通常连接至一水源，因此水可藉由注水管线140注入回流管路120中，并与磷酸液混合后再输送至磷酸槽110中，晶圆表面上的氮化硅薄膜即与水产生化学反应，以达到蚀刻或移除氮化硅薄膜的目的。

值得注意的是，一般注水管线140所处的环境不会特别关心，因此注水管线140内的水通常会随着外界环境温度的改变而随之改变，而水温不稳定的现象有可能影响蚀刻的均匀度。此外，现有习知的注水管线140的管壁与回流管路120是为彼此接触，因此原本与环境温度接近的水温也可能会因回流管路120的预加热而升高温度(约70℃左右)。而使用上述传统的蚀刻设备进行氮化硅薄膜的蚀刻时，往往会在蚀刻氮化硅薄膜之后在硅晶圆表面发现凹陷缺陷(hole defect)。

由此可见，上述现有习知的蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法在方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法存在的缺陷，而提供一种新的蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法，所要解决的技术问题是使其可以解决现有习知的在蚀刻氮化硅薄膜之后，往往会在晶圆上发现凹陷缺陷的问题，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种蚀刻氮化硅薄膜的设备，其包括：一磷酸槽；一回流管路，该回流管路的两端与该磷酸槽连接；一加热装置，配置在该回流管路上；一注水管路，该注水管路的一端连接于该回流管路上，以提供水至该回流管路内，其中该注水管路是与该回流管路分离开来；以及一控温装置，配置在该注水管路上，以控制该注水管路中的水温。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其中所述的控温装置控制水温的范围是小于30℃。

前述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其中所述的控温装置控制水温的范围是10℃以上且小于30℃。

前述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其中所述的注水管路是位于一恒温的室内环境中。

前述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其中所述的恒温的室内环境的温度是小于30℃。

前述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其中所述的恒温的室内环境的温度是介于10℃～30℃。

前述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，更包括一档板，配置在邻近于该磷酸槽内的底部处，该档板上具有复数个微孔。

前述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，更包括一加压装置，该加压装置配置在该回流管路上。

前述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，更包括一过滤装置，该过滤装置配置在该回流管路上。

前述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其中所述的磷酸槽为溢流槽。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本发明提出的一种蚀刻氮化硅薄膜的方法，其包括以下步骤：提供一蚀刻氮化硅薄膜的设备，该设备具有一磷酸槽、一注水管路和一控温装置，且该磷酸槽盛装有磷酸液，以及该控温装置配置在注水管路上，以控制注水管路中的水温；控制注入磷酸液中的水的水温；以及将一表面已形成有一氮化硅薄膜的晶圆浸入该磷酸槽中，以进行该氮化硅薄膜的蚀刻。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的蚀刻氮化硅薄膜的方法，其中所述的注入该磷酸液中的水的水温控制在小于30℃。

前述的蚀刻氮化硅薄膜的方法，其中所述的注入该磷酸液中的水的水温控制在10℃以上且小于30℃之间。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下：

本发明提出一种蚀刻氮化硅薄膜的设备，此设备主要是由一磷酸槽、一回流管路、一加热装置以及一注水管线所构成。回流管路的两端与磷酸槽连接。加热装置配置在回流管路上。注水管路的一端连接于回流管路上，以提供水至回流管路内，且注水管路是与回路管路分离开来。

本发明再提出一种蚀刻氮化硅薄膜的方法，首先提供一蚀刻氮化硅薄膜的设备，其中此设备具有一磷酸槽，且磷酸槽盛装有磷酸液；接着控制注入磷酸液中的水的水温；最后将一表面已形成有一氮化硅薄膜的晶圆浸入磷酸槽中，以进行氮化硅薄膜的蚀刻。

本发明蚀刻氮化硅薄膜的设备，因将注水管路与回流管路分离开来，或对注水管线内的水进行控温的方式，因此可避免水温不稳定而影响蚀刻的均匀度，进而解决晶圆上发现凹陷缺陷的问题。

经由上述可知，本发明是关于一种蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法，该方法是提供一蚀刻氮化硅薄膜的设备，在此设备内具有一磷酸槽，且该磷酸槽盛装有磷酸液；接着控制注入磷酸液中的水的水温；最后将一表面已形成有一氮化硅薄膜的晶圆浸入上述设备的磷酸槽中，以进行氮化硅薄膜的蚀刻，以解决晶圆上发现凹陷缺陷的问题。此外，藉由将设备中的注水管路与回路管路分离开来，亦可解决晶圆上发现凹陷缺陷的问题。

借由上述技术方案，本发明蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法至少具有下列优点：

1、因将蚀刻氮化硅薄膜的设备中的注水管路与回流管路分离开来，以避免注水管路被回流管路预加热而升高温度，进而影响蚀刻的均匀度。

2、在注水管线上增加配置一控温装置或将注水管线配置在一恒温的室内环境中，以将水温控制在一适当范围(例如10℃～30℃之间)，因此可避免水温不稳定而影响蚀刻的均匀度，进而解决晶圆上发现凹陷缺陷的问题。

综上所述，本发明特殊结构的蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法，可以解决现有习知的在蚀刻氮化硅薄膜之后，往往会在晶圆上发现凹陷缺陷的问题。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，以下特举一较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是现有习知的一种蚀刻氮化硅薄膜的设备的示意图。

图2是本发明一较佳实施例的一种蚀刻氮化硅薄膜的设备的示意图。

10：表面具有氮化硅薄膜的晶圆    20：表面具有氮化硅薄膜的晶圆

100：蚀刻氮化硅薄膜的设备       200：蚀刻氮化硅薄膜的设备

110、210：磷酸槽                120、220：回流管路

130、230：加热装置              140、240：注水管路

250：控温装置                   260：加压装置

270：过滤装置                   280：档板

282：微孔

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法其具体实施方式、方法、步骤、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图2所示，本发明一较佳实施例的一种蚀刻氮化硅薄膜的设备的示意图。此设备200在本实施例中主要是由一磷酸槽210、一回流管路220、一加热装置230以及一注水管线240所构成。

磷酸槽210用以置放至少一表面具有氮化硅薄膜的晶圆20，且磷酸槽210中是装盛有浓磷酸液，此浓磷酸液例如是市售浓度为86％的磷酸液。而回流管路220的两端连接于磷酸槽210上，以本实施例而言，回流管路220的一端例如是连接于磷酸槽210的底部，且另一端例如是连接于磷酸槽210侧壁。由于磷酸槽210为溢流槽的设计，因此由磷酸槽210溢流出来的磷酸液会通过回流管路220再输送回磷酸槽210中，如此循环再利用。

加热装置230配置在回流管路220上，用以加热磷酸液，使磷酸槽210内的磷酸液可加热至一特定温度(约160℃左右)。注水管路240的一端连接于回流管路220上，而另一端例如是连接一水源。藉由该注水管路240以提供水至回流管路220内，因此水可藉由注水管线240注入回流管路220中，并与磷酸液混合后再输送至磷酸槽210中，晶圆20表面上的氮化硅薄膜即与水产生化学反应，以达到蚀刻或移除氮化硅薄膜的目的。值得注意的是，本实施例中的回流管路220与注水管路240是分离开来的。换言之，本实施例中的回流管路220与注水管路240彼此并无接触。因此，藉由将回流管路220与注水管路240分离开来，注水管路240内的水即不会因回流管路220的预加热而升高温度，进而影响蚀刻的均匀度。

此外，本发明蚀刻氮化硅薄膜的设备200，更可进一步在注水管路240上配置一控温装置250，用以控制水温。在本实施例中，控温装置250控制水温的范围例如是小于30℃，且介于10℃～30℃之间为较佳。

值得注意的是，由于控温装置250可进一步控制水温，因此就算由注水管路是暴露在半导体厂房外，藉由控温装置250的温控，注水管线240内的水也不会随着外界环境温度的改变而随之改变，是可避免因水温不稳定而影响蚀刻均匀度的问题发生，进而解决晶圆上发现凹陷缺陷的问题。当然，熟悉该项技艺应知，注水管线亦可配置在一恒温的室内环境中，此恒温的室内环境例如是利用半导体厂房内既成的空调设备来达成。其中此恒温的室内环境的温度例如是小于30℃，且介于10℃～30℃之间为较佳。藉由将注水管线配置在一恒温的室内环境中，同样可避免因水温不稳定而影响蚀刻的均匀度，进而解决晶圆上发现凹陷缺陷的问题。

承上所述，在实施例中的回流管路220上更可进一步配置一加压装置260，藉由此加压装置260以使流动于回流管路220及磷酸槽210内的磷酸液能更为顺畅。此外，回流管路220上更可进一步配置一过滤装置270，用以过滤经蚀刻反应后的生成物，以利于磷酸液的循环使用。另外，磷酸槽200的内部(本实施例以磷酸槽的底部为例)更可进一步配置一档板280，此档板280上具有多个微孔282，以进一步使得通过档板280的气泡变小或被去除。当然，熟悉该项技艺者应可推知，本发明无须局限水注入的位置，只需将注入本发明的蚀刻氮化硅薄膜的设备的水加以控温即可。换言之，注水管线240并不仅局限与回流管路220连接，亦可直接与磷酸槽210连接，并藉由控温装置控制水的温度，以解决现有习知的在蚀刻氮化硅薄膜时会因蚀刻过度而造成晶圆上发生凹陷缺陷的问题。

因此，利用上述控温的概念，本发明进一步提供一蚀刻氮化硅薄膜的方法，首先提供一蚀刻氮化硅薄膜的设备，其中此设备具有一磷酸槽，且磷酸槽盛装有磷酸液；接着控制注入磷酸液的水的水温；最后将一表面已形成有一氮化硅薄膜的晶圆浸入磷酸槽中，以进行氮化硅薄膜的蚀刻，以解决现有习知的晶圆上发现凹陷的问题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但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简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (13)

1.一种蚀刻氮化硅薄膜的设备，其特征在于其包括：

一磷酸槽；

一回流管路，该回流管路的两端与该磷酸槽连接；

一加热装置，配置在该回流管路上；

一注水管路，该注水管路的一端连接于该回流管路上，以提供水至该回流管路内，其中该注水管路是与该回流管路分离开来；以及

一控温装置，配置在该注水管路上，以控制该注水管路中的水温。

2.根据权利要求1所述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其特征在于其中所述的控温装置控制水温的范围是小于30℃。

3.根据权利要求2所述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其特征在于其中所述的控温装置控制水温的范围是10℃以上且小于30℃。

4.根据权利要求1所述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其特征在于其中所述的注水管路是位于一恒温的室内环境中。

5.根据权利要求4所述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其特征在于其中所述的恒温的室内环境的温度是小于30℃。

6.根据权利要求4所述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其特征在于其中所述的恒温的室内环境的温度是介于10℃～30℃。

7.根据权利要求1所述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其特征在于更包括一档板，配置在邻近于该磷酸槽内的底部处，该档板上具有复数个微孔。

8.根据权利要求1所述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其特征在于更包括一加压装置，该加压装置配置在该回流管路上。

9.根据权利要求1所述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其特征在于更包括一过滤装置，该过滤装置配置在该回流管路上。

10.根据权利要求1所述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其特征在于其中所述的磷酸槽为溢流槽。

11.一种蚀刻氮化硅薄膜的方法，其特征在于其包括：

提供一蚀刻氮化硅薄膜的设备，该设备具有一磷酸槽、一注水管路和一控温装置，且该磷酸槽盛装有磷酸液，以及该控温装置配置在该注水管路上，以控制该注水管路中的水温；

控制注入磷酸液中的水的水温；以及

将一表面已形成有一氮化硅薄膜的晶圆浸入该磷酸槽中，以进行该氮化硅薄膜的蚀刻。

12.根据权利要求11所述的蚀刻氮化硅薄膜的方法，其特征在于其中所述的注入该磷酸液中的水的水温控制在小于30℃。

13.根据权利要求12所述的蚀刻氮化硅薄膜的方法，其特征在于其中所述的注入该磷酸液中的水的水温控制在10℃以上且小于30℃之间。

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