一种刻蚀半导体基片的方法及装置与流程

本发明涉及半导体和微电子机械系统器件制造技术领域，具体涉及一种刻蚀半导体基片的方法及装置。

背景技术：

外延生长Si、SiGe、TiSi₂和Si₃N₄薄膜沉积之前，需要对硅片表面的原位SiO₂就行去除。在一些应用中，如Si外延生长，高温烘烤是去除原位氧化硅的一种方法。然而，在许多情况下，需要低温环境进行处理，因为高温可能会破坏器件的结构。在这种情况下，一般是采用HF化学液湿法浸没，但是这种HF溶液浸没仍然有许多缺点，如去除SiO₂后，硅片的表面为憎水性，HF溶液中的杂质容易在表面吸附，形成污染。

微电子机械系统(MEMS)通常是机械单元、传感器、驱动器和电子元件集成到一个支撑基体上，如硅片。典型的MEMS器件包括微型马达、加速度计、打印机喷墨头等。这些器件中的许多结构是可移动的，必须从器件的支撑基体分离，才能作用。在制备MEMS器件过程中，一种非常典型的困难是“粘接”，就是微小的移动部件与另一个部件，如基体粘合，从而失去作用。

水基液体通常被大量用于制备MEMS器件，其具有很强的趋势产生“粘接”效应。结果在MEMS器件的制备过程中，许多努力用于对可移动单元的释放刻蚀。相应的技术有等离子体刻蚀、气相刻蚀和超流体冲洗。

氢氟酸(HF)气相刻蚀被广泛用用释放刻蚀，从而不会引起“粘接”效应。利用气相氢氟酸刻蚀的释放层通常是SiO₂。气相刻蚀而不产生“粘接”效应的 关键是控制MEMS器件表面凝结层的形成。气相刻蚀通常在器件表面的气相凝结层中进行。假如过多的凝结层，液相界面层将足够厚，从而产生“粘接”效应。然而，假如没有凝结层，气相刻蚀速率将太慢而失去实际应用价值，而且刻蚀的均匀性也将较差。

气相HF可以有效的刻蚀SiO₂薄膜，但是通常有其他反应副产物同时产生。通常较理想的反应如下所示：

4HF+SiO₂→SiF₄+2H₂O

反应过程中，需要控制水的生成速率，过多水的生成会影响刻蚀过程的进行。SiF₄是气相，对刻蚀反应的影响主要是其的扩散机制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种刻蚀半导体基片的方法，可有效去除气相刻蚀中所产的污染物，大幅降低MEMS器件的制备成本。

本发明的另一目的在于提供一种刻蚀半导体基片的装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种刻蚀半导体基片的方法，所述方法包括如下步骤：

将氢氟酸液体转换成氢氟酸蒸气，将醇类液体转换为醇类气体；

将所述氢氟酸蒸气和所述醇类气体同时导入工艺处理腔中，所述氢氟酸蒸气对所述工艺处理腔中的基片进行刻蚀，所述醇类气体作为润湿气体在所述基片表面形成一层均匀的微凝结层。

进一步地，所述方法还包括如下步骤：

清洗所述基片，然后干燥所述基片。

进一步地，所述将所述氢氟酸蒸气和所述醇类气体同时导入工艺处理腔中， 具体包括：采用氮气作为载气将所述氢氟酸蒸气和所述醇类气体同时带入所述工艺处理腔中。

进一步地，所述醇类液体为异丙醇、甲醇或乙醇。

一种刻蚀半导体基片的装置，所述装置包括：

工艺处理腔，所述工艺处理腔用于放置基片，所述基片在所述工艺处理腔内进行刻蚀工艺；

第一泵；

第一蒸发器，所述第一泵将氢氟酸液体泵入所述第一蒸发器中，所述氢氟酸液体在所述第一蒸发器中部分转换为氢氟酸蒸气；

第二泵；

第二蒸发器，所述第二泵将醇类液体泵入所述第二蒸发器中，所述醇类液体在所述第二蒸发器中转换为醇类气体；

第一收集总管，所述第一收集总管通过管路分别与所述第一蒸发器、所述第二蒸发器相连；氮气进入所述第一收集总管后分别进入所述第一蒸发器和所述第二蒸发器，所述氮气作为载气分别带出所述氢氟酸蒸气和所述醇类气体；

喷嘴，所述喷嘴设置在所述工艺处理腔上，所述喷嘴分别与所述第一蒸发器和所述第二蒸发器相连，所述氢氟酸蒸气和所述醇类气体通过所述喷嘴进入所述工艺处理腔。

进一步地，所述喷嘴包括第一喷嘴和第二喷嘴；所述第一喷嘴通过管路与所述第一蒸发器相连，所述氢氟酸蒸气通过所述第一喷嘴进入所述工艺处理腔；所述第二喷嘴通过管路与所述第二蒸发器相连，所述醇类气体通过所述第二喷嘴进入所述工艺处理腔。

进一步地，所述装置还包括：

第二收集总管，所述第二收集总管通过管路分别与所述第一收集总管、所述第一蒸发器和所述第二蒸发器相连；所述氮气经所述第一收集总管后通过管路进入所述第二收集总管，所述第一蒸发器中的所述氢氟酸蒸气和所述第二蒸发器中的所述醇类气体通过管路分别输送至所述第二收集总管，所述氢氟酸蒸气和所述醇类气体在所述第二收集总管中混合；由所述第一收集总管进入所述第二收集总管中的氮气作为载气将混合后的氢氟酸蒸气和醇类气体带至所述喷嘴，所述喷嘴将混合气体喷入所述工艺处理腔。

进一步地，所述装置还包括氮气喷嘴，所述第一收集总管与所述氮气喷嘴通过管路相连，所述第一收集总管中的氮气通过所述氮气喷嘴进入所述工艺处理腔，用于干燥所述基片并吹扫所述工艺处理腔中残余的氢氟酸蒸气和醇类气体。

进一步地，所述装置还包括去离子水喷嘴，去离子水通过去离子水喷嘴喷入所述工艺处理腔中，冲洗所述基片表面刻蚀后的杂质。

进一步地，所述第一收集总管与所述第一蒸发器之间的管路上设有第一流量控制器，所述第一收集总管与所述第二蒸发器之间的管路上设有第二流量控制器，所述第一收集总管与所述第二收集总管之间的管路上设有第三流量控制器。

进一步地，所述工艺处理腔中设有排风系统，所述排风系统用于控制所述氢氟酸蒸气在所述工艺处理腔中的压力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明将刻蚀气体和润湿气体共同导入工艺处理腔中，刻蚀气体对基片进行刻蚀，而润湿气体在基片表面形成一层均匀的微凝结层，工艺处理腔中和基片表面的润湿气体可以与水结合，防止液体水凝结相在基片表面形成，避免“粘 接”效应的产生，提高刻蚀均匀性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种刻蚀半导体基片的装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例1：

本实施例提供一种刻蚀半导体基片的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤101：将氢氟酸液体转换成氢氟酸蒸气，将醇类液体转换为醇类气体；

步骤102：将所述氢氟酸蒸气和所述醇类气体同时导入工艺处理腔中，所述氢氟酸蒸气对所述工艺处理腔中的基片进行刻蚀，所述醇类气体作为润湿气体在所述基片表面形成一层均匀的微凝结层。例如，氢氟酸蒸气在刻蚀SiO₂时，反应产物中含有水，工艺处理腔中和基片表面的醇类气体可以与水结合，防止液体水凝结相在基片表面形成，基片表面形成凝结态的水将严重影响氢氟酸蒸气的刻蚀均匀性。

本实施例中，所述步骤102后还包括如下步骤：

步骤103，清洗所述基片，然后干燥所述基片。

具体地，清洗所述基片，是将去离子水喷洒到所述基片表面，对所述基片表面进行清洗，去除刻蚀残留物，例如在刻蚀SiO₂和SiN时，这些材质通常有前道工序注入的P、B和As等杂质，刻蚀后这些杂质和可能形成的化合物就会残留在器件的表面。干燥所述基片，通常采用的干燥方法是将基片高速旋转， 或利用热气体对基片表面进行干燥，例如将氮气喷入所述工艺处理腔中，干燥所述基片，同时吹扫去除所述工艺处理腔中的残余氢氟酸蒸气和醇类气体。

具体地，所述步骤102中的所述将所述氢氟酸蒸气和所述醇类气体同时导入工艺处理腔中，具体包括：采用氮气作为载气将所述氢氟酸蒸气和所述醇类气体同时带入所述工艺处理腔中。

具体地，所述步骤101中的所述醇类液体为异丙醇、甲醇或乙醇等。

本实施例中，

实施例2：

如图1所示，本实施例提供一种刻蚀半导体基片的装置，所述装置包括：工艺处理腔216，第一泵208，第一蒸发器209，第二泵211，第二蒸发器210，第一收集总管和喷嘴。其中，所述工艺处理腔216用于放置基片215，所述基片215在所述工艺处理腔216内进行刻蚀工艺；所述第一泵208将氢氟酸液体泵入所述第一蒸发器209中，所述氢氟酸液体在所述第一蒸发器209中部分转换为氢氟酸蒸气；所述第二泵211将醇类液体泵入所述第二蒸发器210中，所述醇类液体在所述第二蒸发器210中转换为醇类气体；所述第一收集总管203通过管路分别与所述第一蒸发器209、所述第二蒸发器210相连；氮气进入所述第一收集总管203后分别进入所述第一蒸发器209和所述第二蒸发器210，所述氮气作为载气分别带出所述氢氟酸蒸气和所述醇类气体；所述喷嘴214设置在所述工艺处理腔216上，所述喷嘴214分别与所述第一蒸发器209和所述第二蒸发器相连210，所述氢氟酸蒸气和所述醇类气体通过所述喷嘴214进入所述工艺处理腔216。

具体地，所述第一蒸发器209安装有热交换器，用于加热氢氟酸液体，使氢氟酸液体部分转换为氢氟酸蒸气；所述第二蒸发器210将醇类液体转化为醇 类气体可通过两种方式，第一种是将第二蒸发器210与热交换器相连，加热醇类液体形成醇类气体；第二种是将氮气通入第二蒸发器210中，流动的氮气促使醇类液体挥发，从而形成醇类气体。

本实施例中，所述喷嘴包括第一喷嘴和第二喷嘴；所述第一喷嘴通过管路与所述第一蒸发器209相连，所述氢氟酸蒸气通过所述第一喷嘴进入所述工艺处理腔216；所述第二喷嘴通过管路与所述第二蒸发器210相连，所述醇类气体通过所述第二喷嘴进入所述工艺处理腔216。

本实施例中，所述装置还包括：

第二收集总管213，所述第二收集总管213通过管路分别与所述第一收集总管203、所述第一蒸发器209和所述第二蒸发器210相连；所述氮气经所述第一收集总管203后通过管路进入所述第二收集总管213，所述第一蒸发器209中的所述氢氟酸蒸气和所述第二蒸发器210中的所述醇类气体通过管路分别输送至所述第二收集总管213，所述氢氟酸蒸气和所述醇类气体在所述第二收集总管213中混合；由所述第一收集总管203进入所述第二收集总管213中的氮气作为载气将混合后的氢氟酸蒸气和醇类气体带至所述喷嘴214，所述喷嘴214将混合气体喷入所述工艺处理腔216。

本实施例中，所述装置还包括氮气喷嘴218，所述第一收集总管203与所述氮气喷嘴218通过管路相连，所述第一收集总管203中的氮气通过所述氮气喷嘴218进入所述工艺处理腔216，用于干燥所述基片215并吹扫所述工艺处理腔216中残余的氢氟酸蒸气和醇类气体。

本实施例中，所述装置还包括去离子水喷嘴217，去离子水通过去离子水喷嘴217喷入所述工艺处理腔216中，冲洗所述基片215表面刻蚀后的杂质。

本实施例中，所述第一收集总管203与所述第一蒸发器209之间的管路上 设有第一流量控制器206，所述第一收集总管203与所述第二蒸发器210之间的管路上设有第二流量控制器205，所述第一收集总管203与所述第二收集总管213之间的管路上设有第三流量控制器202。

本实施例中，所述工艺处理腔216中设有排风系统，所述排风系统用于控制所述氢氟酸蒸气在所述工艺处理腔216中的压力，避免形成压力堆积。所述工艺处理腔216中的气体压力一般接近并略低于大气压力。

本发明实施例2提供的刻蚀半导体基片的装置的工作过程如下：

氢氟酸液体207通过第一泵208泵入第一蒸发器209，在第一蒸发器209中转换成氢氟酸蒸气，氮气204进入第一收集总管203，通过第一流量控制器206进入第一蒸发器209，带出氢氟酸蒸气进入第二收集总管213；醇类液体212通过第二泵211泵入第二蒸发器210，在第二蒸发器210中转换成醇类气体，进入第一收集总管203中的氮气通过第二流量控制器205进入第二蒸发器210，带出醇类气体进入第二收集总管213；第一收集总管203中的氮气通过第三流量控制器202进入第二收集总管213；第二收集总管213中的氢氟酸蒸气、醇类气体和氮气混和，通过喷嘴214喷入工艺处理腔216，刻蚀去除置入工艺处理腔216中的基片215上的二氧化硅层；去离子水201通过去离子水喷嘴217喷入工艺处理腔216中，冲洗基片215表面刻蚀后的杂质；第一收集总管203中的氮气通过氮气喷嘴218喷入工艺处理腔216中，用于干燥基片215，同时吹扫去除工艺处理腔216中残余的氢氟酸蒸气和醇类气体。

在本发明中，将器件的基片放置于工艺处理腔中，将刻蚀气体与润湿气体共同导入工艺处理腔中，刻蚀气体对基体进行刻蚀，而润湿气则提高刻蚀均匀性，减少污染物的产生。同时，水及其他清洗液体可以直接喷洒到基片表面，进一步去除刻蚀过程中所产生的污染物。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。