CN114420557A - 一种改良的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种改良的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法，涉及半导体技术领域，包括：步骤S1，提供一晶圆，所述晶圆的上表面生长有氮化硅层和氧化硅层；步骤S2，提供一磷酸混合溶液，并将所述磷酸混合溶液加热至一预设温度；步骤S3，向所述晶圆的上表面喷淋所述磷酸混合溶液，对所述晶圆的上表面进行湿法蚀刻，以去除所述氮化硅层的同时保留所述氧化硅层。有益效果是将磷酸和超纯水混合形成磷酸混合溶液并加热形成高温磷酸混合溶液，且采用喷淋方式进行选择性清洗蚀刻，实现高选择性的同时，有效避免磷酸混合溶液的杂质累积以及晶圆的交叉感染，有效改善制备产品的品质。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及改良的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法。
背景技术
表面牺牲层技术是指在形成微机械结构的空腔或可活动的微结构过程中，先在下层薄膜上用结构材料淀积所需的各种特殊结构件，再用化学刻蚀剂将此层薄膜腐蚀掉，但不损伤微结构件，然后得到上层薄膜结构(空腔或微结构件)的技术。由于被去掉的下层薄膜只起分离层作用，故称其为牺牲层(sacrificiallayer，厚度约1-2μm)。在半导体器件中，氮化硅通常作为牺牲层，并将其形成邻接或接近氧化硅层。
现有的选择性去除氮化硅的方法包括干法蚀刻和湿法蚀刻。其中，干法蚀刻可以采用活性离子蚀刻，然而，对氮化硅的活性离子蚀刻对氧化硅层缺乏高选择性且会以表面点蚀的形式降解氧化硅层或硅基片；湿法蚀刻通常采用酸浴的方式进行蚀刻，即通过在酸溶液中浸泡一段时间以选择性蚀刻氮化硅层，湿法蚀刻具有高选择性，但在选择性蚀刻过程中会在酸溶液中产生杂质的累积，晶圆的交叉污染，以及高缺陷，由于酸浴的老化而降低的蚀刻性能。因此，亟需对现有的去除氮化硅的湿法刻蚀工艺进行改良。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种改良的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法，包括：
步骤S1，提供一晶圆，所述晶圆的上表面生长有氮化硅层和氧化硅层；
步骤S2，提供一磷酸混合溶液，并将所述磷酸混合溶液加热至一预设温度；
步骤S3，向所述晶圆的上表面喷淋所述磷酸混合溶液，对所述晶圆的上表面进行湿法蚀刻，以去除所述氮化硅层的同时保留所述氧化硅层。
优选的，所述磷酸混合溶液为磷酸与超纯水混合而成。
优选的，所述磷酸占所述磷酸混合溶液总重量的50％-90％。
优选的，所述预设温度为120℃-150℃。
优选的，所述步骤S3包括：
步骤S31，向所述晶圆的上表面喷淋所述磷酸混合溶液，以蚀刻所述晶圆的上表面的所述氮化硅层；
步骤S32，对蚀刻后的所述晶圆的上表面进行清洗操作；
步骤S33，对清洗操作后的所述晶圆进行干燥，以完成所述晶圆的上表面的湿法蚀刻，获取去除所述氮化硅层并保留所述氧化硅层的所述晶圆。
优选的，所述步骤S32包括：
步骤S321，向所述晶圆的上表面喷淋去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述磷酸混合溶液；
步骤S322，向所述晶圆的上表面喷淋稀释氢氟酸，以清洗所述氮化硅层的蚀刻过程中形成的原生氧化层；
步骤S323，再次向所述晶圆的上表面喷淋所述去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述稀释氢氟酸；
步骤S324，向所述晶圆的上表面喷淋一混合溶剂，以清洗所述晶圆的上表面的微粒杂质；
步骤S325，再次向所述晶圆的上表面喷淋所述去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述混合溶剂。
优选的，所述混合溶剂为氨水、双氧水和去离子水的混合物。
优选的，所述氨水、所述双氧水和所述去离子水的混合比例为1:1:6。
优选的，提供一承载平台，以放置所述晶圆；
则在所述磷酸混合溶液、所述去离子水、所述稀释氢氟酸和所述混合溶剂的喷淋过程中，还包括控制所述承载平台带动所述晶圆按照一预设转速旋转。
优选的，所述预设转速为1000转每分-2000转每分。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：将磷酸和超纯水混合形成磷酸混合溶液并加热形成高温磷酸混合溶液，且采用喷淋方式进行选择性清洗蚀刻，实现高选择性的同时，有效避免磷酸混合溶液的杂质累积以及晶圆的交叉感染，有效改善制备产品的品质。
附图说明
图1为本发明的较佳的实施例中，一种改良的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法的流程示意图；
图2为本发明的较佳的实施例中，蚀刻前晶圆上表面的结构示意图；
图3为本发明的较佳的实施例中，蚀刻后晶圆上表面的结构示意图；
图4为本发明的较佳的实施例中，对晶圆的上表面进行湿法蚀刻的流程示意图；
图5为本发明的较佳的实施例中，对蚀刻后的晶圆的上表面进行清洗操作的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。
本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种改良的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法，如图1所示，包括：
步骤S1，提供一晶圆，晶圆的上表面生长有氮化硅层和氧化硅层；
步骤S2，提供一磷酸混合溶液，并将磷酸混合溶液加热至一预设温度；
步骤S3，向晶圆的上表面喷淋磷酸混合溶液，对晶圆的上表面进行湿法蚀刻，以去除氮化硅层的同时保留氧化硅层。
具体地，如图2所示，氮化硅层2和氧化硅层1分别有多个，并采用叠层生长的方式形成于晶圆的上表面，本实施例中，采用具有预设温度的磷酸混合溶液对晶圆的上表面进行喷淋的方式进行湿法刻蚀，晶圆无需浸泡在磷酸混合溶液中，实现高选择性的同时，在依次进行多个晶圆的湿法刻蚀时，有效避免磷酸混合溶液的杂质累积以及晶圆的交叉感染，有效改善制备产品的品质。对晶圆的上表面进行湿法刻蚀后，如图3所示，能够去除氮化硅层2的同时保留氧化硅层1。优选的，对晶圆的上表面进行湿法蚀刻的蚀刻时间优选为10分钟至60分钟。
本发明的较佳的实施例中，磷酸混合溶液为磷酸与超纯水混合而成。
具体地，本实施例中，在进行氮化硅蚀刻时基于如下反应式：
Si3N4+6H2O->3SiO2+4NH3
其中，磷酸(H3PO4)通常作为上述反应式的催化剂使用，在反应过程主要透过超纯水(DIW-H20)与磷酸(H3PO4)进行混合后以高温进行反应对氮化硅产生蚀刻的动作。
本发明的较佳的实施例中，磷酸占磷酸混合溶液总重量的50％-90％。
本发明的较佳的实施例中，预设温度为120℃-150℃。
本发明的较佳的实施例中，如图4所示，步骤S3包括：
步骤S31，向晶圆的上表面喷淋磷酸混合溶液，以蚀刻晶圆的上表面的氮化硅层；
步骤S32，对蚀刻后的晶圆的上表面进行清洗操作；
步骤S33，对清洗操作后的晶圆进行干燥，以完成晶圆的上表面的湿法蚀刻，获取去除氮化硅层并保留氧化硅层的晶圆。
具体地，本实施例中，由于进行氮化硅层的蚀刻是基于氮化硅与磷酸混合溶液的化学反应实现，在蚀刻操作完成时，晶圆表面会残留磷酸混合溶液以及化学反应的生成物，因此，在蚀刻后需要进一步对晶圆的上表面进行清洗操作，进而在清洗操作完成后进行干燥，以获取去除氮化硅层并保留氧化硅层的晶圆。
本发明的较佳的实施例中，如图5所示，步骤S32包括：
步骤S321，向晶圆的上表面喷淋去离子水，以清洗晶圆的上表面残留的磷酸混合溶液；
步骤S322，向晶圆的上表面喷淋稀释氢氟酸，以清洗氮化硅层的蚀刻过程中形成的原生氧化层；
步骤S323，再次向晶圆的上表面喷淋去离子水，以清洗晶圆的上表面残留的稀释氢氟酸；
步骤S324，向晶圆的上表面喷淋一混合溶剂，以清洗晶圆的上表面的微粒杂质；
步骤S325，再次向晶圆的上表面喷淋去离子水，以清洗晶圆的上表面残留的混合溶剂。
具体地，本实施例中，由于蚀刻后晶圆的上表面主要残留物为磷酸混合溶液，因此，首先通过喷淋去离子水进行该磷酸混合溶液的清洗，优选的，该步骤在常温且1个大气压的环境中执行，更为优选的温度为25摄氏度。进一步由于蚀刻的化学反应过程中会形成原生氧化层，在清洗完残留的磷酸混合溶液后，通过喷淋稀释氢氟酸的方式清洗该原生氧化层，其中，稀释氢氟酸优选为1％-5％的氢氟酸，该步骤在常温且1个大气压的环境中执行，更为优选的温度为25摄氏度。随后同样需要通过喷淋去离子水进行该稀释氢氟酸的清洗，执行环境与进行该磷酸混合溶液清洗时相同。进一步地，通过向晶圆的上表面喷淋混合溶剂以清洗晶圆的上表面的微粒杂质，该步骤优选在操作温度为25-50摄氏度，且1个大气压的环境中执行。最后，同样需要通过喷淋去离子水进行该稀释氢氟酸的清洗，执行环境与进行该磷酸混合溶液清洗时相同。
本发明的较佳的实施例中，混合溶剂为氨水、双氧水和去离子水的混合物。
本发明的较佳的实施例中，氨水、双氧水和去离子水的混合比例为1:1:6。
本发明的较佳的实施例中，提供一承载平台，以放置晶圆；
则在磷酸混合溶液、去离子水、稀释氢氟酸和混合溶剂的喷淋过程中，还包括控制承载平台带动晶圆按照一预设转速旋转。
具体地，本实施例中，通过在喷淋过程中控制承载平台带动晶圆旋转，使得上述磷酸混合溶液、去离子水、稀释氢氟酸和混合溶剂能够均匀喷淋于晶圆的表面，进一步提升最终获取的去除氮化硅层并保留氧化硅层的晶圆的品质。
本发明的较佳的实施例中，预设转速为1000转每分-2000转每分。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种改良的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法，其特征在于，包括：
步骤S1，提供一晶圆，所述晶圆的上表面生长有氮化硅层和氧化硅层；
步骤S2，提供一磷酸混合溶液，并将所述磷酸混合溶液加热至一预设温度；
步骤S3，向所述晶圆的上表面喷淋所述磷酸混合溶液，对所述晶圆的上表面进行湿法蚀刻，以去除所述氮化硅层的同时保留所述氧化硅层。
2.根据权利要求1所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述磷酸混合溶液为磷酸与超纯水混合而成。
3.根据权利要求2所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述磷酸占所述磷酸混合溶液总重量的50％-90％。
4.根据权利要求1所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述预设温度为120℃-150℃。
5.根据权利要求1所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
步骤S31，向所述晶圆的上表面喷淋所述磷酸混合溶液，以蚀刻所述晶圆的上表面的所述氮化硅层；
步骤S32，对蚀刻后的所述晶圆的上表面进行清洗操作；
步骤S33，对清洗操作后的所述晶圆进行干燥，以完成所述晶圆的上表面的湿法蚀刻，获取去除所述氮化硅层并保留所述氧化硅层的所述晶圆。
6.根据权利要求5所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述步骤S32包括：
步骤S321，向所述晶圆的上表面喷淋去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述磷酸混合溶液；
步骤S322，向所述晶圆的上表面喷淋稀释氢氟酸，以清洗所述氮化硅层的蚀刻过程中形成的原生氧化层；
步骤S323，再次向所述晶圆的上表面喷淋所述去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述稀释氢氟酸；
步骤S324，向所述晶圆的上表面喷淋一混合溶剂，以清洗所述晶圆的上表面的微粒杂质；
步骤S325，再次向所述晶圆的上表面喷淋所述去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述混合溶剂。
7.根据权利要求6所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述混合溶剂为氨水、双氧水和去离子水的混合物。
8.根据权利要求7所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述氨水、所述双氧水和所述去离子水的混合比例为1:1:6。
9.根据权利要求1或6所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，提供一承载平台，以放置所述晶圆；
则在所述磷酸混合溶液、所述去离子水、所述稀释氢氟酸和所述混合溶剂的喷淋过程中，还包括控制所述承载平台带动所述晶圆按照一预设转速旋转。
10.根据权利要求9所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述预设转速为1000转每分-2000转每分。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115505390A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-12-23 | 湖北兴福电子材料股份有限公司 | 一种高选择性锗蚀刻液 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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