[发明专利]控制氮化硅蚀刻槽的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置的制造，特别是涉及一种用以维持蚀刻氮化硅和其他半导体材料用的热磷酸槽的方法和装置。

背景技术

氮化硅是一种广泛使用于半导体装置制造的各种应用领域的介电材料。氮化硅薄膜典型地是形成在半导体基材上，此半导体基材上是制作有半导体装置。接着，以包含有磷酸的蚀刻制程来图案化此薄膜。氮化硅的湿式化学蚀刻传统上是以约160℃的热磷酸(H₃PO₄)来进行。描述使用磷酸的氮化硅蚀刻的基本化学反应为：

氮化硅的蚀刻制程是被包含有H₃PO₄和硅浓度的制程参数所大幅影响，此影响是显示在二氧化硅的沉淀、蚀刻槽的温度、以及热磷酸槽的槽寿命。氧化物(二氧化硅，SiO₂)的蚀刻速率也受制程条件所影响，特别是蚀刻槽中的硅浓度。当蚀刻槽中的硅浓度增加时，氧化物的蚀刻速率会戏剧性的变低。因而硅浓度直接影响到氮化硅对氧化硅的蚀刻选择比。因此，需要维持如磷酸和硅浓度、及蚀刻槽温度的蚀刻槽条件在稳定位准，以产生固定的蚀刻速率、蚀刻选择比、以及制程重复性。然而，当蚀刻槽使用久时，此些参数可能会有不受欢迎的变异。由此可知，维持并控制硅浓度以维持固定的氮化硅和氧化硅蚀刻速率、及氮化硅对氧化硅的蚀刻选择比是相当重要的。现有习知文献指出：氧化物的沉淀，即Si₃O₂(OH)₈的脱水以产生二氧化硅和水，是发生在达到165℃的约120ppm的饱和溶解度后。不同的温度具有其他饱和溶解度位准。氧化物沉淀的产生造成半导体制程的主要良率杀手的粒子源。

现有习知用以维持氮化硅湿式蚀刻制程的方法是以降低温度来让二氧化硅沉淀并去除之。一种二氧化硅的抽取系统是被设计以利用具有高硅浓度的低温H₃PO₄来去除二氧化硅。此现有习知方法的缺点包含有：难以维持对沉淀的二氧化硅的高抽取效率，如无法快速去除二氧化硅时；及若容许较长的反应时间，则二氧化硅可能会再次溶解于磷酸溶液中。

因此，需要维持蚀刻槽以提供相对固定的蚀刻特性，而不会遭受前述的缺点。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种控制蚀刻槽的方法，借由结合量测步骤结果的控制步骤，维持蚀刻槽中的硅浓度和蚀刻槽的温度。

本发明的又一目的在于提供一种控制氮化硅蚀刻槽的方法，借由结合量测步骤结果的控制步骤，维持氮化硅蚀刻槽中的硅浓度和蚀刻槽的温度。

本发明的再一目的在于提供一种控制蚀刻槽的装置，借由量测系统和控制器，维持蚀刻槽中的硅浓度。

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控制蚀刻槽的方法，至少包含以下步骤：提供容纳有一磷酸的一蚀刻槽，其中该磷酸是被加热至一被升高的槽温度；进行一量测步骤，以量测该磷酸中的一硅的一硅浓度，其中该硅是处于可溶解状态；以及进行一控制步骤，以回应该量测步骤，其中在需维持该硅浓度于所欲的范围时，该控制步骤是借由加入一被加热的新磷酸至该蚀刻槽来控制该硅浓度。

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。

前述的控制蚀刻槽的方法，其中所述的控制步骤更维持该蚀刻槽中氮化硅对氧化硅的一蚀刻选择比至不偏离超过一标的选择比的2％。

前述的控制蚀刻槽的方法，其中所述的被升高的槽温度是实质介于130和170℃之间，且在该加入该被加热的新磷酸至该蚀刻槽的步骤过程中及完成后，该被升高的槽温度不偏离超过2％。

前述的控制蚀刻槽的方法，其中所述的被加热的新磷酸具有实质介于70℃和160℃间的一温度。

前述的控制蚀刻槽的方法，其中每一该量测步骤和该控制步骤是被周期性地进行。

前述的控制蚀刻槽的方法，其中所述的被升高的槽温达到实质介于140℃和160℃间的一稳定温度，且保持在±2℃的范围中，而在该加入该被加热的新磷酸于该蚀刻槽的步骤过程中及完成后，该被升高的槽温度不会偏离该稳定温度超过1分钟。

前述的控制蚀刻槽的方法，其更至少包含：维持该硅浓度在实质小于或等于60ppm。

前述的控制蚀刻槽的方法，其中所述的量测步骤至少包含：使用一原子吸收光谱仪来量测该硅浓度。

前述的控制蚀刻槽的方法，其中所述的量测步骤更至少包含：循环该磷酸进出该蚀刻槽；加热被循环的该磷酸；以及量测被循环的该磷酸。