TWI671790B - 氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備 - Google Patents

氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備 Download PDF

Info

Publication number
TWI671790B
TWI671790B TW106134816A TW106134816A TWI671790B TW I671790 B TWI671790 B TW I671790B TW 106134816 A TW106134816 A TW 106134816A TW 106134816 A TW106134816 A TW 106134816A TW I671790 B TWI671790 B TW I671790B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
reaction chamber
temperature
phase etching
vapor
etching device
Prior art date
Application number
TW106134816A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201826331A (zh
Inventor
張軍
馬振國
吳鑫
文莉輝
胡雲龍
張鶴南
儲芾坪
Original Assignee
北京北方華創微電子裝備有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 北京北方華創微電子裝備有限公司 filed Critical 北京北方華創微電子裝備有限公司
Publication of TW201826331A publication Critical patent/TW201826331A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI671790B publication Critical patent/TWI671790B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67063—Apparatus for fluid treatment for etching
    • H01L21/67069—Apparatus for fluid treatment for etching for drying etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02057—Cleaning during device manufacture
    • H01L21/0206—Cleaning during device manufacture during, before or after processing of insulating layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

本發明揭露了一種氣相蝕刻裝置及設備。該裝置包括反應腔主體，其所限定的空間形成反應腔室；基座，其處於反應腔室的內部，用於承載被加工工件；進氣件，其連接到反應腔主體，用於向反應腔室的內部通入蝕刻劑；壓力控制元件，其與反應腔主體相連，用於控制反應腔室內的壓力；第一溫度控制器，其連接到反應腔主體，用於將反應腔室內的溫度控制至第一溫度；以及第二溫度控制器，其連接到基座，用於將基座的溫度控制至第二溫度。本發明提供的裝置及設備能分別控制反應腔室和基座的溫度，使去除二氧化矽後的被加工工件無需冷卻即可滿足進入下一工序的溫度要求，無需在蝕刻腔室中整合退火功能或配置退火腔室及冷卻腔室，製程設計簡單、成本低且產能高。

Description

氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備
本發明涉及積體電路製造製程領域，更具體地，涉及一種應用於積體電路製造製程中去除二氧化矽的氣相蝕刻裝置，以及去除二氧化矽的氣相蝕刻設備。
在積體電路製造製程領域，目前通常使用矽基材料製造積體電路，矽（或者多晶矽）放置在空氣中時表面會自然氧化一層緻密的二氧化矽（SiO2 ）層，如第1圖所示。在有些製程中，金屬薄膜需要與矽基材料的基底直接接觸，如果基底表面有一層SiO2 ，則會增加電阻率，影響裝置性能，因此，在形成金屬薄膜的製程前需要去除這層SiO2 。
在先前技術中，通常採用電漿蝕刻去除SiO2 。在該電漿蝕刻去除SiO2 的製程中，使用NF3 和NH3 生成電漿對SiO2 進行蝕刻，在蝕刻過程中，NF3 和NH3 與SiO2 反應生成 (NH4 )2 SiF6 ，因為常溫下(NH4 )2 SiF6 為固態，為了將其排出到腔室外部，須將矽基材料的基底加熱到120℃，使(NH4 )2 SiF6 昇華為SiF4 、H2 O和NH3 以便排出腔室，故電漿蝕刻去除SiO2 的製程一般包括蝕刻、退火兩步。退火後，矽基材料的基底的表面溫度較高，還需要對其進行冷卻，因而製程較為複雜。通常，蝕刻、退火兩步可以在同一腔室中進行，也可以分開在不同的腔室中進行。故現有的電漿蝕刻去除SiO2 的製程設備也主要分為兩種，一種採用電漿蝕刻和原位退火的製程腔室結構，即蝕刻、退火兩步都在同一腔體內完成，而後再進入單獨的冷卻腔對矽基進行冷卻，設備的腔室相應地配置為蝕刻/退火腔室+冷卻腔室；另一種採用蝕刻與退火分開進行處理的流程，這兩步在不同的腔室中進行，設備的腔室相應地配置為蝕刻腔室+退火腔室+冷卻腔室。
發明人發現，根據先前技術的去除二氧化矽的裝置需要多個腔室，設計複雜、成本高且產能低，並且製程中的產物為固態，影響蝕刻的均勻性以及小孔洞底部的清洗效率。因此，有必要開發一種簡單高效地去除二氧化矽的蝕刻裝置。
揭露於本發明背景技術部分的資訊僅僅旨在加深對本發明的一般背景技術的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該資訊構成已為本領域技術人員所公知的先前技術。
為解決先前技術中的問題之一，本發明提出了一種應用於積體電路製造製程中去除二氧化矽的氣相蝕刻裝置及設備，其能夠通過分別控制反應腔室和承載被加工工件的基座的溫度，使得去除二氧化矽後的被加工工件無需冷卻，即可進行下一步製程，從而無需在蝕刻腔室中整合退火功能或配置獨立的退火腔室，相應地也就更無需配置單獨的冷卻腔室，因而製程設計簡單、成本低且產能高。
根據本發明的一方面，提出了一種氣相蝕刻裝置，包括：反應腔主體，其所限定的空間形成反應腔室；基座，其處於該反應腔室的內部，用於承載被加工工件；進氣件，其連接到該反應腔主體，用向該反應腔室的內部通入蝕刻劑；壓力控制元件，其與該反應腔主體相連，用於控制該反應腔室內的壓力；第一溫度控制器，其連接到該反應腔主體，用於將該反應腔室內的溫度控制至第一溫度，該第一溫度為在該溫度下該反應腔室不會被該蝕刻劑腐蝕的溫度；以及第二溫度控制器，其連接到該基座，用於將該基座的溫度控制至第二溫度，該第二溫度為在該溫度下該基座所承載的被加工工件滿足直接進行下一步製程的溫度要求的溫度。
其中，該第一溫度控制器通過控制氣媒、液媒或固體媒介以熱傳導、熱輻射和/或熱對流的方式將該反應腔室內的溫度控制至該第一溫度；和/或該第二溫度控制器通過控制氣媒、液媒或固體媒介以熱傳導、熱輻射和/或熱對流的方式將該基座的溫度控制至該第二溫度。
其中，該第一溫度的取值範圍為50℃~90℃。
其中，該第二溫度的取值範圍為20℃~60℃。
其中，該壓力控制元件包括：壓力控制器，其用於將該反應腔室內的壓力控制在30Torr至300Torr，以提高蝕刻選擇比。
其中，該氣相蝕刻裝置還包括：噴淋頭，其處於該反應腔室內的上部區域且與該進氣件相連，該噴淋頭包括上勻流板和下勻流板，該蝕刻劑經由該噴淋頭的上勻流板和下勻流板進入該反應腔室，並且，該上勻流板的孔徑大於該下勻流板的孔徑。
其中，該氣相蝕刻裝置還包括：內襯元件，其置於該反應腔主體的內部空間內且遮蓋該反應腔主體的側壁，並且該內襯元件包括第一內襯和第二內襯，該反應的副產物至少經由該基座與該第一內襯之間的空隙，以及該第一內襯與該第二內襯之間的空隙進入該壓力控制元件。
其中，該基座與該第一內襯之間的空隙小於該第一內襯與該第二內襯之間的空隙。
其中，該進氣件向反應腔室內通入脫水的氟化氫氣體和脫水的醇類氣體；該脫水的氟化氫氣體和脫水的醇類氣體混合，以去除該被加工工件上的二氧化矽。
另一方面，本發明還提供一種氣相蝕刻設備，其包括：傳輸裝置以及本發明前述任一方案該的氣相蝕刻裝置，該傳輸裝置與該氣相蝕刻裝置相連，以使被加工工件在該傳輸裝置和該氣相蝕刻裝置之間傳輸。
根據本發明的去除被加工工件上的二氧化矽的裝置的優點在於： （1）在本發明提供的氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備中，對應於反應腔室設置第一溫度控制器，對應於基座設置第二溫度控制器，以此實現對二者溫度的獨立控制，從而可以在將反應腔室內的溫度維持在不會導致其內壁被蝕刻的第一溫度的基礎上，將基座的溫度控制在第二溫度下，其中第二溫度低於第一溫度，這樣，由該基座所承載的被加工工件在進行諸如SiO2 的表面氧化物去除的蝕刻製程後，該被加工工件的溫度能夠滿足直接進行下一步製程的溫度要求，而無需再進行冷卻，這樣，不僅不需要在蝕刻腔室中整合退火功能或退火腔室，相應地也就更無需配置單獨的冷卻腔室，因而，氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備僅需設置蝕刻腔室，這樣不僅結構簡單、製程路線短、成本低、產能高，而且這種單腔結構（僅需設置蝕刻腔室，而無需設置退火腔室及冷卻腔室）更利於與後續製程整合，更易於與後續製程所需設備整合到一個平臺上，因而使用靈活性強。
（2）由於本發明提供的氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備是應用於氣相蝕刻製程，即，用氣相蝕刻製程來去除被加工工件表面上的SiO2 氧化物層，而不是應用先前技術中所採用的電漿蝕刻，因此，採用本發明提供的氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備去除被加工工件表面上的SiO2 氧化物層時，不產生固態反應生成物，這樣，反應生成物容易被泵抽出腔室，由此可以避免出現先前技術中固態反應生成物堵塞小孔的問題，這不僅有利於小孔底部位置處的SiO2 層的清除，而且能夠提高SiO2 氧化層的整體去除效率。
（3）進一步地，應用本發明提供的氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備去除被加工工件表面上的SiO2 氧化物層時，需要在高壓製程條件下（例如，反應腔室內的壓力為30Torr-300Torr）實施製程，這樣，蝕刻劑更容易吸附著在諸如矽晶片的被加工工件的表面，因而能夠加快反應速率，提高蝕刻選擇比。
本發明的裝置具有其它的特性和優點，這些特性和優點從併入本文中的附圖和隨後的具體實施方式中將是顯而易見的，或者將在併入本文中的附圖和隨後的具體實施方式中進行詳細陳述，這些附圖和具體實施方式共同用於解釋本發明的特定原理。
下面將參照附圖更詳細地描述本發明。雖然附圖中顯示了本發明的較佳實施方式，然而應該理解，可以以各種形式實現本發明而不應被這裡闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本發明更加透徹和完整，並且能夠將本發明的範圍完整地傳達給本領域的技術人員。 實施方式1
第2圖示出了根據本發明實施例的氣相蝕刻裝置的結構示意圖。
在該實施例中，氣相蝕刻裝置包括：反應腔主體201，其所限定的空間形成反應腔室203；基座209，其處於反應腔室203內的底部區域，用於承載諸如晶片等的被加工工件；進氣件202，其連接到反應腔主體201，通過該進氣件202向應腔室203的內部通入氣態蝕刻劑；以及壓力控制元件，其連接到反應腔主體201，用於控制反應腔室203內的壓力。並且，氣相蝕刻裝置還包括：第一溫度控制器208，其連接到反應腔主體201，用於將反應腔室203內的溫度控制至第一溫度，在第一溫度下，反應腔室203的內壁不會被蝕刻劑腐蝕，即，第一溫度為在該溫度下反應腔室203不會被蝕刻劑腐蝕的溫度；以及第二溫度控制器207，其連接到基座209，用於將基座209的溫度控制至第二溫度，在第二溫度下，基座209所承載的被加工工件能夠滿足直接進行下一步製程的溫度要求，即，第二溫度為在該溫度下基座209所承載的被加工工件滿足直接進行下一步製程的溫度要求的溫度。其中，第一溫度控制器208通過控制氣媒、液媒或固體媒介以熱傳導、熱輻射和/或熱對流的方式將反應腔室203內的溫度控制至第一溫度；和/或第二溫度控制器207通過控制氣媒、液媒或固體媒介以熱傳導、熱輻射和/或熱對流的方式將基座209的溫度控制至第二溫度。
在該實施方式中，通過分別控制反應腔室的溫度和承載被加工工件的基座的溫度，使得去除二氧化矽後的被加工工件無需冷卻即可進行下一步製程，這樣，該氣相蝕刻裝置僅設置蝕刻腔室即可，而無需在蝕刻腔室中整合退火功能或者另外增設的退火腔室，更無需配置單獨的冷卻腔室，從而解決了先前技術去除二氧化矽的裝置需要多個腔室，設計複雜、成本高且產能低的問題。
下面詳細說明根據本發明的氣相蝕刻裝置的具體結構。
如第2圖所示，在一個示例中，在根據本發明實施方式的氣相蝕刻裝置中，反應腔主體201所限定的空間形成反應腔室203；用於放置被加工工件的基座209處於反應腔室203內的底部區域。進氣件202可以連接到反應腔主體201，進氣件202可以包括多個進氣管道，每個進氣管道上設置有氣動閥213。在氣動閥213開啟的情況下，氣態的蝕刻劑可以在進氣件202內混合，並通過進氣件202進入反應腔室203中。
進一步地，氣相蝕刻裝置還可以包括：第一溫度控制器208和第二溫度控制器207。其中，第一溫度控制器208連接到反應腔主體201，用於將反應腔室203內的溫度控制至第一溫度，在第一溫度下，反應腔室203的內壁不會被蝕刻劑腐蝕；第二溫度控制器207連接到基座209，用於將基座209的溫度控制至第二溫度，在第二溫度下，基座209所承載的被加工工件能夠滿足直接進行下一步製程的溫度要求。較佳地，第一溫度控制器208中的溫度調節機構可以具體化為熱交換器，第二溫度控制器207中的溫度調節機構可以具體化為冷水機。然而，本領域技術人員應當理解，本發明並不限制於此，凡是能夠實現對反應腔室203內的溫度進行控制及對基座209的溫度進行控制的溫度控制和調節方式均可以採用。
在一個示例中，第一溫度可以為50℃~90℃；第二溫度可以為20℃~60℃。較佳地，第一溫度為70℃，第二溫度為40℃。這樣，反應腔室203內的溫度較高，利於預防反應腔室的內壁被蝕刻劑腐蝕；而基座209的溫度較低，使蝕刻劑與基座209所承載的被加工工件上的二氧化矽在較低的溫度下進行反應，從而不需要再配置退火腔室和冷卻腔室，這樣不僅節約了成本，而且還縮短了製程路線，提高了產能。
在一個示例中，在根據本發明實施方式的氣相蝕刻裝置中，壓力控制元件可以連接到反應腔主體201，用於控制反應腔室203內的壓力。
在一個示例中，如第2圖所示，壓力控制元件可以包括：壓力控制器206，其用於將反應腔室203內的壓力調節為30Torr~300Torr，以提高氣相蝕刻的蝕刻選擇比。較佳地，反應腔室203內的壓力可以為200Torr。這樣，通過調節反應腔室203內的壓力，使蝕刻劑在高壓力下反應，從而提高了蝕刻選擇比和製程效率。
在一個示例中，壓力控制元件還可以包括：乾泵205和分子泵204。其中，乾泵205用於調節反應腔室203內的濕度；分子泵204用於在製程結束後從反應腔室203內抽出反應的副產物。壓力控制器206、乾泵205以及分子泵204可以組成真空系統，在製程進行時，通過壓力控制器206實現對反應腔室203內的壓力的調節，通過乾泵205控制反應腔室203的濕度；製程結束後，通過分子泵204抽真空（例如抽出反應的副產物），為被加工工件的後續傳輸做準備。
第3圖示出了根據本發明的氣相蝕刻裝置的噴淋頭的結構示意圖。
在一個示例中，如第2圖和第3圖所示，根據本發明實施方式的氣相蝕刻裝置還包括噴淋頭210。噴淋頭210處於反應腔室203的上部區域且與進氣件202連接。其中，噴淋頭210可以為雙層結構，包括上勻流板211和下勻流板212，從進氣件202進入反應腔室203的蝕刻劑經由噴淋頭210的上勻流板211和下勻流板212進入反應腔室203，上勻流板211的孔徑可以大於下勻流板212的孔徑。
舉例來說，氣態蝕刻劑先進入上勻流板211上方，向下流動時受到上勻流板211的阻擋而改變流動方向，即，由沿豎直方向的向下流動改變為沿水平方向的流動，從而借助該上勻流板211實現氣態蝕刻劑的初步勻流，即，使處於上勻流板211邊緣區域的氣態蝕刻劑與處於上勻流板211中心區域的氣態蝕刻劑通過在水平方向上的擴散流動而達到初步均勻狀態；然後，氣態蝕刻劑穿過上勻流板211進入下勻流板212的上方，在受到下勻流板212的阻擋後，氣態蝕刻劑在下勻流板212的上方繼續進行水平方向的擴散流動，以進一步勻流，且由於上勻流板211的孔徑大於下勻流板212的孔徑，這樣，既可以使氣態蝕刻劑快速地進入噴淋頭210，且較慢地由噴淋頭210排出，從而有利於氣態蝕刻劑在噴淋頭210內充分擴散與勻流，又能夠保證氣態蝕刻劑以較高的壓力通過下勻流板212，從而實現在反應腔室203內的高壓製程的要求。下勻流板212的孔徑可以小於1mm，例如，下勻流板212的孔徑可以為0.5mm。
第4a圖和第4b圖分別示出了根據本發明的氣相蝕刻裝置的內襯元件的結構示意圖。
在一個示例中，如第4a圖和第4b圖所示，根據本發明實施方式的氣相蝕刻裝置還可以包括內襯元件，內襯元件置於反應腔主體201的內部空間內（即，反應腔室203中）且覆蓋反應腔主體201的側壁。其中，內襯元件可以包括第一內襯401和第二內襯402，反應的副產物先後經由基座209與第一內襯401之間的空隙A，第一內襯401與第二內襯402之間的空隙B以及第二內襯402與反應腔主體201之間的間隙進入該壓力控制元件的分子泵204。
反應腔室203中的內襯結構能夠避免反應氣體對反應腔室203造成腐蝕，產生顆粒。如第4a圖和第4b圖所示，氣體經過噴淋頭210的上勻流板211和下勻流板212，經過基座209與第一內襯401之間的空隙A、第一內襯401與第二內襯402之間的空隙B以及第二內襯402和反應腔主體201的側壁之間的間隙而進入到真空系統（壓力控制元件），被與反應腔主體201的側壁相連的分子泵204抽走。為了滿足高壓製程，基座209與第一內襯401之間的空隙A設計要求為小於2mm，第一內襯401與第二內襯402之間的空隙B設計要求為小於2mm，且A＜B，例如，A=1.5mm，B=2mm，以使氣態蝕刻劑更少的進入到基座209的下方，保證氣態蝕刻劑的利用效率。
在一個示例中，進氣件可以向反應腔室內通入脫水的氟化氫氣體和脫水的醇類氣體；該脫水的氟化氫氣體和脫水的醇類氣體混合生成蝕刻劑，以去除被加工工件上的二氧化矽。
在一個示例中，蝕刻劑可以由例如脫水的HF與甲醇（CH3 OH）混合生成。具體地，在採用甲醇（CH3 OH）的情況下，根據本發明的氣相蝕刻裝置的反應式可以表示為：HF +CH3 OH HF2 - + CH3 OH2 + （1）HF2 - + CH3 OH2 + + SiO2 SiF4 +CH3 OH + H2 O （2） 脫水的HF氣體和脫水CH3OH氣體混合生成氣態的蝕刻劑HF2 - 和CH3 OH2 + ，然後蝕刻劑HF2 - 和CH3 OH2 + 混合與SiO2 反應生成SiF4 、CH3 OH和H2 O。
舉例來說，在製程過程中，被加工工件從傳輸腔室傳輸至反應腔室203，第二溫度控制器207對基座209溫度進行控制，以將被加工工件的溫度控制在20℃-60℃，第一溫度控制器208用於將反應腔室203等元件的溫度控制在50-90℃。反應腔室203與被加工工件的溫度均穩定後，將基座209升至製程位，通入CH3 OH與HF製程氣體（脫水的CH3 OH與HF混合生成氣態的蝕刻劑HF2 - 和CH3 OH2 + ）進行製程。製程時，壓力控制器206可以將反應腔室203內的壓力控制在30Torr-300Torr。較佳地，反應腔室203內的壓力為200Torr，反應腔室203內的溫度為70℃，基座209的溫度為40℃。
在一個示例中，氟化氫氣體的流量可以為100sccm-500sccm，醇類氣體的流量為100sccm-1000sccm。進一步較佳地，氟化氫氣體的流量為150sccm-225sccm，醇類氣體的流量為200sccm-450sccm。
在一個示例中，氟化氫氣體與醇類氣體的流量比可以為0.8~1.2:1。進一步較佳地，氟化氫氣體與醇類氣體的流量比為1:1。
在一個示例中，醇類氣體可以為C1 -C8 一元醇氣體中的至少一種。進一步較佳地，醇類氣體為甲醇、乙醇和異丙醇中的至少一種。
第5圖示出了採用本發明的氣相蝕刻裝置去除二氧化矽自然氧化層後的裝置的示意圖。相比於先前技術，根據本發明實施方式的氣相蝕刻裝置在去除自然氧化的SiO2 層時，反應生成物為非固態，因而可以被泵抽出，這樣，該製程不再需要進行退火處理，省去了退火這一步製程流程；並且，由於反應生成物為非固態，可以避免出現先前技術中固態反應生成物堵塞小孔的問題，從而利於小孔底部位置處的SiO2 層的清除，由此提高了SiO2 自然氧化層的去除效率。而且，因為反應溫度低（一般為≤40℃），被加工工件在被去除SiO2 後將不需要冷卻即可直接進行後續製程，因此不需要在氣相蝕刻裝置中整合退火功能或退火腔室，也就更無需配置單獨的冷卻腔室，這樣不僅結構簡單、製程路線短、成本低、產能高，而且這種單腔結構（僅需設置蝕刻腔室，而無需設置退火腔室及冷卻腔室）更利於與後續製程整合，即，更易於與後續製程所需設備整合到一個平臺上，因而使用靈活性強。
而CH3 OH具有吸水性，這將進一步減少H2 O在被加工工件表面的殘留。且較高的製程壓力更容易讓反應氣體吸附在被加工工件表面並與SiO2 反應，從而大大增加了被加工工件表面SiO2 的去除速率和去除均勻性。
根據另一方面，本發明還提出了一種氣相蝕刻設備，該設備包括：反應裝置和傳輸裝置，其中，反應裝置可以採用本發明前述實施例提供的氣相蝕刻裝置，傳輸裝置與該反應裝置相連，以使諸如晶片等的被加工工件能夠在傳輸裝置和反應裝置之間傳輸。
根據本發明的氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備的優點在於： （1）在本發明提供的氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備中，對應於反應腔室設置第一溫度控制器，對應於基座設置第二溫度控制器，以此實現對二者溫度的獨立控制，從而可以在將反應腔室內的溫度維持在不會導致其內壁被蝕刻的第一溫度的基礎上，將基座的溫度控制在第二溫度下，其中第二溫度低於第一溫度，這樣，由該基座所承載的被加工工件在進行諸如SiO2 的表面氧化物去除的蝕刻製程後，該被加工工件的溫度能夠滿足直接進行下一步製程的溫度要求，而無需再進行冷卻，這樣，不僅不需要在蝕刻腔室中整合退火功能或退火腔室，相應地也就更無需配置單獨的冷卻腔室，因而，氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備僅需設置蝕刻腔室，這樣不僅結構簡單、製程路線短、成本低、產能高，而且這種單腔結構（僅需設置蝕刻腔室，而無需設置退火腔室及冷卻腔室）更利於與後續製程整合，更易於與後續製程所需設備整合到一個平臺上，因而使用靈活性強。
（2）由於本發明提供的氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備是應用於氣相蝕刻製程，即，用氣相蝕刻製程來去除被加工工件表面上的SiO2 氧化物層，而不是應用先前技術中所採用的電漿蝕刻，因此，採用本發明提供的氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備去除被加工工件表面上的SiO2 氧化物層時，不產生固態反應生成物，這樣，反應生成物容易被泵抽出腔室，由此可以避免出現先前技術中固態反應生成物堵塞小孔的問題，這不僅有利於小孔底部位置處的SiO2 層的清除，而且能夠提高SiO2 氧化層的整體去除效率。
（3）進一步地，應用本發明提供的氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備去除被加工工件表面上的SiO2 氧化物層時，需要在高壓製程條件下（例如，反應腔室內的壓力為30Torr-300Torr）實施製程，這樣，蝕刻劑更容易吸附著在諸如矽晶片的被加工工件的表面，因而能夠加快反應速率，提高蝕刻選擇比。
本領域技術人員應理解，上面對本發明的實施方式的描述的目的僅為了示例性地說明本發明的實施方式的有益效果，並不意在將本發明的實施方式限制於所給出的任何示例。
以上已經描述了本發明的實施方式，上述說明是示例性的，並非窮盡性的，並且也不限於所披露的各實施方式。在不偏離所說明的各實施方式的範圍和精神的情況下，對於本技術領域的普通技術人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。本文中所用術語的選擇，旨在最好地解釋各實施方式的原理、實際應用或對市場中的技術的改進，或者使本技術領域的其它普通技術人員能理解本文披露的各實施方式。
201‧‧‧反應腔主體
202‧‧‧進氣件
203‧‧‧反應腔室
204‧‧‧分子泵
205‧‧‧乾泵
206‧‧‧壓力控制器
207‧‧‧第二溫度控制器
208‧‧‧第一溫度控制器
209‧‧‧基座
210‧‧‧噴淋頭
211‧‧‧上勻流板
212‧‧‧下勻流板
213‧‧‧氣動閥
401‧‧‧第一內襯
402‧‧‧第二內襯
通過結合附圖對本發明示例性實施方式進行更詳細的描述，本發明的上述以及其它目的、特徵和優勢將變得更加明顯，其中，在本發明示例性實施方式中，相同的參考標號通常代表相同部件。 第1圖示出了具有自然氧化層的積體電路裝置的示意圖。 第2圖示出了根據本發明的氣相蝕刻裝置的結構示意圖。 第3圖示出了根據本發明的氣相蝕刻裝置的噴淋頭的結構示意圖。 第4a圖和第4b圖分別示出了根據本發明的氣相蝕刻裝置的內襯元件的結構示意圖。 第5圖示出了根據本發明的方法去除自然氧化層後的裝置的示意圖。

Claims (10)

  1. 一種氣相蝕刻裝置，包括：一反應腔主體，其所限定的空間形成一反應腔室；一基座，其處於該反應腔室的內部，用於承載一被加工工件；一進氣件，其連接到該反應腔主體，用向該反應腔室的內部通入蝕刻劑；以及一壓力控制元件，其與該反應腔主體相連，用於控制該反應腔室內的壓力，其中，該裝置還包括：一第一溫度控制器，其連接到該反應腔主體，用於將該反應腔室內的溫度控制至一第一溫度，在該第一溫度下該反應腔室不會被該蝕刻劑腐蝕；以及一第二溫度控制器，其連接到該基座，用於將該基座的溫度控制至一第二溫度，在該第二溫度下該基座所承載的一被加工工件滿足直接進行下一步製程的溫度要求。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的氣相蝕刻裝置，其中，該第一溫度控制器通過控制氣媒、液媒或固體媒介以熱傳導、熱輻射和/或熱對流的方式將該反應腔室內的溫度控制至該第一溫度；和/或該第二溫度控制器通過控制氣媒、液媒或固體媒介以熱傳導、熱輻射和/或熱對流的方式將該基座的溫度控制至該第二溫度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的氣相蝕刻裝置，其中，該第一溫度的取值範圍為50℃~90℃。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的氣相蝕刻裝置，其中，該第二溫度的取值範圍為20℃~60℃。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的氣相蝕刻裝置，其中，該壓力控制元件包括：一壓力控制器，其用於將該反應腔室內的壓力控制在30Torr至300Torr，以提高蝕刻選擇比。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的氣相蝕刻裝置，其中，還包括：一噴淋頭，其處於該反應腔室內的一上部區域且與該進氣件相連，該噴淋頭包括一上勻流板和一下勻流板，該蝕刻劑經由該噴淋頭的上勻流板和下勻流板進入該反應腔室，其中，該上勻流板的孔徑大於該下勻流板的孔徑。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的氣相蝕刻裝置，其中，還包括：一內襯元件，其置於該反應腔主體的一內部空間內且遮蓋該反應腔主體的一側壁，並且該內襯元件包括一第一內襯和一第二內襯，該反應的副產物至少經由該基座與該第一內襯之間的空隙，以及該第一內襯與該第二內襯之間的空隙進入該壓力控制元件。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的氣相蝕刻裝置，其中，該基座與該第一內襯之間的空隙小於該第一內襯與該第二內襯之間的空隙。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的氣相蝕刻裝置，其中，該進氣件向反應腔室內通入一脫水的氟化氫氣體和一脫水的醇類氣體；該脫水的氟化氫氣體和脫水的醇類氣體混合，以去除該被加工工件上的二氧化矽。
  10. 一種氣相蝕刻設備，其中，包括：傳輸裝置以及申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述的氣相蝕刻裝置，該傳輸裝置與該氣相蝕刻裝置相連，以使被加工工件在該傳輸裝置和該氣相蝕刻裝置之間傳輸。
TW106134816A 2016-10-08 2017-10-11 氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備 TWI671790B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
??201610879076.5 2016-10-08
CN201610879076.5A CN107919298B (zh) 2016-10-08 2016-10-08 气相刻蚀装置及设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201826331A TW201826331A (zh) 2018-07-16
TWI671790B true TWI671790B (zh) 2019-09-11

Family

ID=61831290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106134816A TWI671790B (zh) 2016-10-08 2017-10-11 氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11107706B2 (zh)
JP (1) JP6906609B2 (zh)
KR (1) KR102219586B1 (zh)
CN (1) CN107919298B (zh)
SG (1) SG11201902917PA (zh)
TW (1) TWI671790B (zh)
WO (1) WO2018064983A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108847391B (zh) * 2018-06-01 2021-06-08 北京北方华创微电子装备有限公司 一种非等离子干法刻蚀方法
CN111261540A (zh) * 2018-11-30 2020-06-09 东泰高科装备科技有限公司 工艺腔室和半导体处理设备
JP7373302B2 (ja) * 2019-05-15 2023-11-02 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 基板処理装置
JP2022064042A (ja) * 2020-10-13 2022-04-25 株式会社Kelk 基板処理装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200837828A (en) * 2006-10-26 2008-09-16 Applied Materials Inc Integrated method for removal of halogen residues from etched substrates by thermal process
US20090191714A1 (en) * 2008-01-24 2009-07-30 Kuo-Chih Lai Method of removing oxides
CN101500935A (zh) * 2006-08-02 2009-08-05 点35微结构有限公司 蚀刻牺牲氧化硅层的方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05125541A (ja) * 1991-11-08 1993-05-21 Kobe Steel Ltd プラズマ処理装置
US5282925A (en) * 1992-11-09 1994-02-01 International Business Machines Corporation Device and method for accurate etching and removal of thin film
US6772827B2 (en) * 2000-01-20 2004-08-10 Applied Materials, Inc. Suspended gas distribution manifold for plasma chamber
KR100381011B1 (ko) * 2000-11-13 2003-04-26 한국전자통신연구원 멤즈소자 제조용 미세구조체를 고착없이 띄우는 방법
KR101037690B1 (ko) * 2004-01-09 2011-05-30 주식회사 하이닉스반도체 반도체소자의 제조방법
US20070123051A1 (en) 2004-02-26 2007-05-31 Reza Arghavani Oxide etch with nh4-nf3 chemistry
JP4574300B2 (ja) * 2004-09-14 2010-11-04 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法およびコンピュータ記憶媒体
JP4997842B2 (ja) * 2005-10-18 2012-08-08 東京エレクトロン株式会社 処理装置
US8008166B2 (en) * 2007-07-26 2011-08-30 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for cleaning a substrate surface
JP5192214B2 (ja) * 2007-11-02 2013-05-08 東京エレクトロン株式会社 ガス供給装置、基板処理装置および基板処理方法
CN101392374B (zh) * 2008-11-07 2010-09-22 清华大学 一种双控温氢氟酸气相刻蚀装置
CN102376604B (zh) * 2010-08-19 2013-10-30 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 真空加工设备及其温度控制方法、半导体器件加工方法
KR101443792B1 (ko) * 2013-02-20 2014-09-26 국제엘렉트릭코리아 주식회사 건식 기상 식각 장치
JP6239339B2 (ja) * 2013-10-17 2017-11-29 東京エレクトロン株式会社 エッチング装置、エッチング方法、および基板載置機構
JP2016025195A (ja) * 2014-07-18 2016-02-08 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101500935A (zh) * 2006-08-02 2009-08-05 点35微结构有限公司 蚀刻牺牲氧化硅层的方法
TW200837828A (en) * 2006-10-26 2008-09-16 Applied Materials Inc Integrated method for removal of halogen residues from etched substrates by thermal process
US20090191714A1 (en) * 2008-01-24 2009-07-30 Kuo-Chih Lai Method of removing oxides

Also Published As

Publication number Publication date
US11107706B2 (en) 2021-08-31
WO2018064983A1 (zh) 2018-04-12
TW201826331A (zh) 2018-07-16
US20190228993A1 (en) 2019-07-25
KR102219586B1 (ko) 2021-02-24
SG11201902917PA (en) 2019-05-30
JP2019533902A (ja) 2019-11-21
KR20190034277A (ko) 2019-04-01
CN107919298A (zh) 2018-04-17
CN107919298B (zh) 2021-01-29
JP6906609B2 (ja) 2021-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI671790B (zh) 氣相蝕刻裝置及氣相蝕刻設備
TWI631616B (zh) 利用循環蝕刻製程對蝕刻停止層進行蝕刻的方法
TWI641022B (zh) 於磊晶成長前預清潔基板表面之方法及設備
JP6210039B2 (ja) 付着物の除去方法及びドライエッチング方法
US10950417B2 (en) Substrate processing apparatus and substrate loading mechanism
WO2015060069A1 (ja) 微細パターンの形成方法、半導体装置の製造方法、及び基板処理装置並びに記録媒体
JP3954833B2 (ja) バッチ式真空処理装置
TWI710015B (zh) 基板處理方法
TWI703634B (zh) 蝕刻方法和蝕刻系統
TWI487023B (zh) Semiconductor manufacturing apparatus and semiconductor manufacturing method
TW201511129A (zh) 用於昇華蝕刻製程之低溫電漿退火製程
US11024514B2 (en) Etching method and etching apparatus
TW201517122A (zh) 將用於離子植入製程之硬光罩層圖案化的方法
US20150361554A1 (en) Substrate processing apparatus
JPWO2012018010A1 (ja) 基板処理方法および基板処理装置
JP5767199B2 (ja) 半導体製造装置及び半導体製造方法
JP6796692B2 (ja) 基板処理装置
TW200832555A (en) Substrate processing method and substrate processing system
JP7034320B2 (ja) エッチング方法、エッチング残渣の除去方法、および記憶媒体
TW201907476A (zh) 蝕刻多孔質膜之方法
JP6896565B2 (ja) インナーウォール及び基板処理装置
TWI797326B (zh) 含矽膜的蝕刻方法、電腦記憶媒體及含矽膜的蝕刻裝置
JP2022075996A (ja) シリコン含有膜のエッチング方法、コンピュータ記憶媒体、及びシリコン含有膜のエッチング装置
JP2007110153A (ja) バッチ式真空処理装置