CN1549311A - 蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法，此方法首先提供一磷酸槽，并且在磷酸槽的侧边装设一声波产生器。接着，将一晶圆浸入磷酸槽中，其中晶圆上已形成有一氮化硅薄膜。之后，开启声波产生器，以使晶圆上的氮化硅薄膜被蚀刻或移除。由于本发明在磷酸槽的侧边装设有声波产生器，因此可以帮助磷酸槽中的浓磷酸与水之间混合的均匀度，进而促进蚀刻的均匀度。

Description

蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法

技术领域

本发明是有关于一种蚀刻的设备及方法，且特别是有关于一种蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法。

背景技术

在半导体工艺中，蚀刻工艺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。而这些经蚀刻之后的薄膜将会成为半导体组件的一部份。另外，在半导体工艺中，将整个薄膜移除的方法也经常使用蚀刻工艺来完成。目前用于半导体工艺上的蚀刻技术，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。换言之，一般于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工艺。而在蚀刻工艺的过程中，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。

然而，由于磷酸槽内的磷酸液相当浓稠，因此注入磷酸槽中的水不易与磷酸液均匀混合，再加上若注入的水控制不当，将容易产生爆沸(Boiling Bubble)的情形，而导致磷酸槽内的晶圆跳片或倾倒。另外，因浓稠的磷酸液与水不易混合，因此还会有蚀刻不均匀的问题，较详细的说明是，从微观的角度来看，当水滴吸附在晶圆表面时，晶圆表面与水滴接触之处的蚀刻率会较高，而晶圆表面未与水滴接触之处的蚀刻率会较低，因而造成蚀刻率不均匀的情形。较严重者，被水滴吸附之处还可能因垫氧化层太薄或氮化硅薄膜工艺的过渡蚀刻，而会在硅晶圆表面产生有凹陷(Pit)的缺陷。

公知有提出一种改善磷酸槽中磷酸液与水混合均匀度的方法，其是于磷酸槽内的底部装设一挡片，其中挡片上具有多个微孔，当水由磷酸槽的底部注入之后，水滴必须先通过挡片上的微孔才会到达晶圆处，而挡片上的微孔会使得水滴的颗粒变小，因此此种方法可以改善磷酸液与水之间混合的程度。然而，此种方法对于磷酸液与水之间的混合均匀度的改善程度实在有限，因此仍然无法有效的解决蚀刻不均匀的问题。

发明内容

因此本发明的目的就是提供一种蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法，以解决公知于蚀刻氮化硅薄膜时会有蚀刻不均匀的情形。

本发明的再一目的是提供一种蚀刻氮化硅薄膜的设备及方法，以避免于蚀刻氮化硅薄膜时会有爆沸的情形发生，而导致晶圆跳片或倾倒。

本发明提出一种蚀刻氮化硅薄膜的设备，此设备包括一磷酸槽、一加水单元、一管件、一加热装置、一声波产生器以及一挡板。其中，磷酸槽与加水单元之间是通过管件而连通，且加水单元又与一加压装置连接，而管件的一端连接在磷酸槽的底部，以使加水单元能定时的由磷酸槽底部注入定量的水。另外，加热装置配置在磷酸槽的底部，以使磷酸槽能保持在一固定的温度。另外，挡板配置在磷酸槽内的底部，其中挡板上具有多个微孔，当加水单元将水由磷酸槽的底部注入之后，水在通过挡板上的微孔之后，才会到达晶圆。而挡板上的微孔可以使得通过的水滴颗粒变小。除此之外，声波产生器系配置在磷酸槽的侧边，例如声波产生器是配置在磷酸槽呈对向的两侧边，其用以于蚀刻过程时提供声波至磷酸槽中，以使磷酸槽中的水滴的颗粒变得更小，而且使得水滴不易吸附在晶圆表面上，并且加速水滴溶解于磷酸液中的速率。

本发明又提出一种蚀刻氮化硅薄膜的方法，此方法首先提供一磷酸槽以及一加水单元，其中磷酸槽与加水单元之间通过管件而连通，且加水单元又与一加压装置连接，而管件的一端连接在磷酸槽的底部，以使加水单元能定时的由磷酸槽底部注入定量的水。之后，在磷酸槽的侧边装设一声波产生器，然后将一晶圆浸入磷酸槽中，其中此晶圆上已形成有一氮化硅薄膜。接着，开启此声波产生器，而进行氮化硅薄膜的蚀刻步骤。

在本发明中，因磷酸槽的侧边处装设有声波产生器，因此于蚀刻氮化硅薄膜时，声波产生器所产生的声波可以使磷酸槽中的水滴颗粒变的更小，借以改善磷酸液与水之间的混合均匀度。

由于声波可以使磷酸槽中的水滴颗粒变的更小，并且改善磷酸液与水之间的混合均匀度，因此本发明可以防止爆沸的情形发生，如此一来，晶圆在蚀刻过程中就不会发生跳片或倾倒的情形。

另外，本发明的声波产生器所产生的声波可以促进水溶解在磷酸液中的溶解率，而且可以使水滴不易吸附在晶圆的表面，因此本发明可以改善氮化硅薄膜的蚀刻均匀度。

附图说明

图1是依照本发明一较佳实施例的蚀刻氮化硅薄膜的设备的示意图；

图2是挡板的俯视图；以及

图3是一温度与时间的关系图，其为加水单元加水至磷酸槽的依据。

100：磷酸槽

102：加水单元

104：加热装置

106：挡板

106a：微孔

108：声波产生器

110：加压装置

112：管件

114：收集槽

116：晶圆

具体实施方式

请参照图1，其为依照本发明一较佳实施例的蚀刻氮化硅薄膜的设备的示意图。此设备是由一磷酸槽100、一加水单元102、一管件112、一加热装置104、一声波产生器108以及一挡板106所构成。

其中，磷酸槽100中装盛有浓磷酸液，此浓磷酸液例如是市售浓度为86％的磷酸液。磷酸槽100与加水单元102之间是通过管件112而连通，且加水单元102又与一加压装置110连接，而管件112的一端连接在磷酸槽100的底部，以使加水单元102能定时的由磷酸槽100底部注入定量的水。

在一较佳实施例中，磷酸槽100例如是一溢流槽，而且由溢流槽100溢流出来的磷酸液会溢流至收集槽114中，通过管件112以及加压装置110，可将收集槽114中的磷酸液再输送至磷酸槽100中，如此循环再利用。

另外，加热装置104配置在磷酸槽100的底部，以使磷酸槽100能保持在一固定的温度。在一较佳实施例中，加热装置104例如是一加热板(Hot Plate)，且加热板104是使磷酸槽的温度固定在摄氏160度左右。

此外，挡板106配置在磷酸槽100内的底部，其中挡板106上具有多个微孔106a，如图2所示。在磷酸槽100内的底部设置挡板106的目的是当加水单元102将水经管件112而由磷酸槽100的底部注入磷酸槽100之后，水在通过挡板106上的微孔106a之后，才会到达放置在磷酸槽100中的晶圆116。由于挡板106上的微孔106a可以使得水滴颗粒变小，因此，设置此挡板106可以使磷酸槽100内的水滴颗粒变小，以避免发生爆沸的情形。

除此之外，声波产生器108配置在磷酸槽100的侧边。在此，声波产生器100例如是百万声波(Megasonic)产生器，且其配置在磷酸槽100呈对向的两侧边，声波产生器100用在当于蚀刻过程中提供声波至磷酸槽100中，以使磷酸槽100中的水滴的颗粒变得更小，而更有效的避免发生爆沸的情形，而且声波产生器100所提供的声波还可以使得水滴不易吸附在晶圆116表面上，并且加速水滴溶解于磷酸液中的速率。

因此，利用上述的设备来进行氮化硅薄膜的蚀刻方法首先将晶圆116放置在上述的磷酸槽100中，以使晶圆116浸没在磷酸液中，其中晶圆116上已形成有一氮化硅薄膜。

在此同时，加水单元102会通过管件112而定时的注入定量的水至磷酸槽100中。在一较佳实施例中，加水单元102定时注入水的方式如图3所示，图3的纵轴为磷酸槽的温度，横轴为时间。一般磷酸槽100内的温度会呈现规律的起伏变化，而每当温度达一高温点时(例如是箭头所指的时间点)，便会注入定量的水。

由于氮化硅薄膜主要是和水产生化学反应，而使得氮化硅薄膜被蚀刻或移除，因此磷酸液主要是扮演催化剂之角色，而并非蚀刻反应物。换言之，磷酸槽100中的水滴颗粒大小以及其分布均匀度会影响蚀刻均匀度。

在蚀刻反应进行的同时，开启声波产生器108，以蚀刻或移除晶圆100上的氮化硅薄膜。在一较佳实施例中，声波产生器108所产生的声波能量例如是介于600W至1000W之间。在此，声波产生器108所产生的声波会使磷酸槽100内的水滴颗粒变得更小，而且水滴的颗粒会更加的均匀。除此之外，声波产生器108所产生的声波还会使磷酸槽100内的水滴溶解于磷酸液的溶解率提升，以增加蚀刻反应速率，并且更有效的防止爆沸的情形发生。

特别值得一提的是，以微观的角度来看，倘若水滴吸附在晶圆116的表面上，晶圆116表面与水滴接触之处的蚀刻速率会比晶圆116表面未与水滴接触之处的蚀刻速度大，而会有蚀刻不均匀的情形，较严重者，晶圆116表面被水滴吸附之处还可能因垫氧化层太薄或氮化硅薄膜工艺的过渡蚀刻，而于硅晶圆表面产生凹陷。而本发明利用声波产生器108以在磷酸槽100内施予声波，除了可以使水滴溶解在磷酸液中的溶解率提升，使得水滴颗粒变小之外，还可以使水滴不易吸附在晶圆116的表面。如此一来，便可以解决公知蚀刻氮化硅薄膜的方法会存在有蚀刻不均匀的问题。

综合以上所述，本发明具有下列优点：

1.在本发明中，因磷酸槽的侧边装设有声波产生器，因此于蚀刻氮化硅薄膜时，声波产生器所产生的声波可以使磷酸槽中的水滴颗粒变的更小，借以改善磷酸液与水之间的混合均匀度。

2.由于声波可以使磷酸槽中的水滴颗粒变的更小，并且改善磷酸液与水之间的混合均匀度，因此本发明可以防止爆沸的情形发生，如此一来，晶圆在蚀刻过程中就不会发生跳片或倾倒的情形。

3.本发明的声波产生器所产生的声波可以促进水溶解在磷酸液中的溶解率，而且可以使水滴不易吸附在晶圆的表面，因此本发明可以改善氮化硅薄膜的蚀刻均匀度。

Claims (13)

1.一种蚀刻氮化硅薄膜的设备，其特征是，该设备包括：

一磷酸槽；

一加水单元；

一管件，连接在该磷酸槽与该加水单元之间；

一加热装置，配置在该磷酸槽的底部；以及

一声波产生器，配置在该磷酸槽的侧边。

2.如权利要求1所述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其特征是，在该磷酸槽内的底部处配置有一挡板，该挡板上具有复数个微孔。

3.如权利要求1所述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其特征是，该声波产生器为一百万声波产生器。

4.如权利要求1所述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其特征是，该声波产生器配置在该磷酸槽呈对向的两侧边。

5.如权利要求1所述的蚀刻氮化硅薄膜的设备，其特征是，该加水单元与一加压装置连接。

6.一种蚀刻氮化硅薄膜的方法，其特征是，该方法包括：

提供一磷酸槽；

在该磷酸槽的侧边装设一声波产生器；

将一晶圆浸入该磷酸槽中，其中该晶圆上已形成有一氮化硅薄膜；以及

开启该声波产生器，以进行该氮化硅薄膜的蚀刻步骤。

7.如权利要求6所述的蚀刻氮化硅薄膜的方法，其特征是，该声波产生器所产生的声波能量介于600W至1000W之间。

8.如权利要求6所述的蚀刻氮化硅薄膜的方法，其特征是，在蚀刻该氮化硅薄膜的过程中，定时的从该磷酸槽的底部注入水。

9.如权利要求6所述的蚀刻氮化硅薄膜的方法，其特征是，更包括利用一加热设备，以使该磷酸槽的温度保持在一固定温度。

10.一种蚀刻氮化硅薄膜的方法，其特征是，该方法包括：

将一晶圆浸入一磷酸槽中，其中该晶圆上已形成有一氮化硅薄膜；以及

对该磷酸槽施予一声波，以进行该氮化硅薄膜的蚀刻步骤。

11.如权利要求10所述的蚀刻氮化硅薄膜的方法，其特征是，该声波的能量介于600W至1000W之间。

12.如权利要求10所述的蚀刻氮化硅薄膜的方法，其特征是，在蚀刻该氮化硅薄膜的过程中，定时的从该磷酸槽的底部注入水。

13.如权利要求10所述的蚀刻氮化硅薄膜的方法，其特征是，更包括利用一加热设备，以使该磷酸槽的温度保持在一固定温度。

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