[发明专利]用于减少晶片表面缺陷的湿式蚀刻方法及其装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及半导体制造工艺中的湿式蚀刻制程，主要涉及一种用于减少晶片表面缺陷的湿式蚀刻方法，其用于改善湿式蚀刻以及清洗过程中晶片表面出现的缺陷问题。

背景技术

在半导体制造工艺中，对其中多晶硅材料的蚀刻是非常关键的一步。因为多晶硅材料所构成的线条往往是整个工艺中最窄的。在半导体业界常说的0.15微米，0.09微米指的就是多晶硅线条的宽度；为了达到工艺的要求，蚀刻出标准宽度的多晶硅线条，业界往往采用在多晶硅表面再生长一层氮氧化硅(SiON)来充当蚀刻阻挡层或硬掩模(Hard Mask)，以及抗光反射涂层(ARC，Anti-Reflection Coating)；所形成的氮氧化硅在多晶硅蚀刻后，需要用热磷酸通过湿式蚀刻(WetEtching)去除。

半导体制造工艺中的湿式制程通常包括晶片清洗(wafer cleaning)和湿式蚀刻(wet etching)两大类。上述用磷酸(H₃PO₄)去除氮氧化硅的方法即属于磷酸湿式蚀刻，主要可用于对例如由氮化硅材料构成的氮化膜进行蚀刻，通常在形成有源区(Active Area)的半导体器件结构时，使用磷酸蚀刻氮化硅层。磷酸还可以在光刻过程中所形成硬掩模(hardmask)的去除过程中，用于去除抗反射涂层(ARC，Anti ReflectCoating)，或者，还可以用于多晶硅的蚀刻，用于形成例如浅沟隔离(STI)结构。

上述的使用磷酸的湿式蚀刻制程，一般需要将作为处理对象的晶片置于湿式蚀刻机台的蚀刻槽中，以热磷酸浸没晶片，对其进行蚀刻。此过程中容易有蒸发或者降解的气体产生，形成气泡附着于晶片表面，由于磷酸是一种性质较为粘稠的液体，气泡一旦附着于晶片，将难以轻易脱离晶片表面。这些气泡存在之处将出现化学物质残余，其容易与晶片表面反应而出现问题。例如，在一个多晶硅蚀刻过程中，多晶硅蚀刻后除去抗反射涂层(硬掩模)的制程，一般的用热磷酸去除氮氧化硅的工艺次序为：将晶片置于注入氢氟酸槽内去除表面氧化物，然后将晶片置于热磷酸槽内去除氮氧化硅，再置于去离子水的热水槽内去除晶片表面残余的磷酸，然后晶片进入SC1槽中去除颗粒，再置于干燥槽中进行干燥。

在热磷酸槽中，一般采用160℃的浓度85％的热磷酸浸没晶片进行蚀刻，较高的温度更容易使液体环境中产生气泡，由于85％的磷酸为粘稠液体，气泡附着于晶片表面后很难脱离。另一方面，热水槽使用的热水加热器需要输出60-65度的热水，容易造成液体内部局部沸腾，产生气泡；另外上述各种清洗槽的管路中由于设计原因，也会产生气泡。因为晶片表面当时兼有亲水性和憎水性，导致其特别容易吸附气泡。

这些气泡会造成晶片表面缺陷。例如，其吸附在晶片表面，阻碍热水清洗气泡处的磷酸残余，使磷酸残余继续与芯片表面反应，产生副产物，该副产物在后续制程中容易剥落而造成缺陷，影响后续步骤中间隔层(spacer)的沉积和蚀刻，甚至导致器件的接触断开。具体地，出现这种问题的晶片表面可能出现新月形的缺陷，所述缺陷可以引起良率损失。

由于采用磷酸槽进行湿式蚀刻时采用的固有方式，例如液体浸泡，加热等处理方式，上述因气泡附着于晶片表面形成缺陷的问题难以避免。

发明内容

为了克服用磷酸进行湿式蚀刻容易出现的气泡附着于晶片表面导致缺陷的问题，提出本发明。

基于本发明的第一方面，提供了一种用于减少晶片表面缺陷的湿式蚀刻方法，其用于改善湿式蚀刻以及清洗过程中晶片表面出现的缺陷问题。该方法通常包括用氢氟酸浸泡去除所述晶片上的氧化硅，和/或用磷酸浸泡去除所述晶片上的氮化硅或氮氧化硅的步骤，这些蚀刻制程之后，需要用去离子水清洗晶片，以去除蚀刻溶液或者各种蚀刻过程中生产的化学反应产物，根据本发明的方法，首先将所述晶片置于一容器中，注入去离子水，使所述晶片背面向下倾斜地浸泡于去离子水中，并使其在去离子水中轻微振动，优选方式是上下轻微振动；然后排出所述用于浸泡晶片的去离子水，并在该排出去离子水的过程中喷洒去离子水冲洗所述晶片，使所述晶片始终保持在去离子水的氛围中。上述步骤中，晶片背面向下倾斜地浸泡于去离子水中可以使气泡不易吸附在该晶片的上表面，因为这种方式可保证大部分水蒸气形成的气泡自槽底部升起时只接触晶片的背面。使晶片在水中上下轻微振动，也可以释放其表面附着的气泡。此外，所述去离子水的温度控制在40～50℃或者更低的温度(常规方法中的去离子水温度一般在60℃左右)，优选地，所述去离子水的温度控制在44～46℃，控制温度可以减少水中气泡发生的几率，从而使晶片表面被气泡附着的几率降低。