一种在氧化硅湿法刻蚀中降低硅损伤的方法与流程

本发明属于集成电路制造过程中硅片湿法清洗技术，其特别涉及一种在氧化硅湿法刻蚀中降低硅损伤的方法。

背景技术：

在半导体制造工艺技术领域，湿法清洗/刻蚀在半导体集成电路中必不可少。湿法清洗可有效去除硅片表面在各种不同制程中所产生的缺陷，包括：颗粒、离子、金属、残留等缺陷，并为后续制程提供了良好的硅片性质。湿法刻蚀以其各向同性和高选择比的特点在栅极刻蚀、硅化物阻隔层刻蚀等制程中亦不可或缺。

现有的湿法清洗/刻蚀均根据其制程之目的，将不同酸液进行组合，所述方式在湿法清洗/刻蚀中已被广泛应用。常见地，所述酸液为氢氟酸。

硅基集成电路中氧化硅是常用的绝缘体，而氧化硅的刻蚀常用氢氟酸或其稀释的水溶液。氢氟酸对单晶硅刻蚀速率接近零，因此能避免硅基体的厚度损失。但是使用氢氟酸多次清洗后，硅片上常会形成凹坑缺陷，影响良率。

硅片表面形成凹坑，其中一个重要原因是氢氟酸以及清洗水中溶解的氧。图1所示为现有技术中硅片氢氟酸清洗处理的工艺流程图。常用的工艺过程为氢氟酸或其稀释的水溶液清洗硅片，然后水洗干燥。这个过程中水和氢氟酸中均含有微量的氧，以及工艺过程中开放式的腔体环境也使硅片接触到氧气，这些因素均会形成凹坑缺陷，如公式一所示。

si+o2+6hf→h2sif6+2h2o(公式一)

本发明要解决的是氢氟酸清洗硅片过程中因溶解氧引起的凹坑缺陷问题。

技术实现要素：

本发明提出一种在氧化硅湿法刻蚀中降低硅损伤的方法，能够有效解决氢氟酸清洗硅片过程中因溶解氧引起的凹坑缺陷问题。

为了达到上述目的，本发明提出一种在氧化硅湿法刻蚀中降低硅损伤的方法，包括下列步骤：

将过量氮气通入氢氟酸溶液中，使得其中的氧气析出，从而降低氧含量；

将硅片浸入所述氢氟酸溶液中进行清洗处理后取出；

将所述硅片进行水洗干燥处理。

进一步的，所述硅片在氢氟酸溶液中进行清洗处理的时间为5-180s。

进一步的，所述硅片进行水洗处理的时间为10-120s。

进一步的，所述硅片进行干燥处理采用氮气干燥或ipa干燥或旋转干燥。

进一步的，所述将过量氮气通入氢氟酸溶液中采用底部设置有多孔板的通气管。

进一步的，所述氮气通过通气管通入氢氟酸溶液后，通过底部多孔板在氢氟酸溶液中起泡，使氢氟酸溶液中氮气含量达到饱和。

进一步的，所述硅片在进行氢氟酸溶液清洗处理步骤之前还包括将所述硅片进行水洗处理，利用水将硅片和空气隔离。

进一步的，所述硅片进行水洗处理时间为1-30s。

本发明提出的在氧化硅湿法刻蚀中降低硅损伤的方法，将过量氮气通入氢氟酸和水中，使得其中的氧气析出，从而降低氧含量，同时采用在氢氟酸清洗前增加水洗步骤的方式，利用水将硅片和空气隔离，尽量避免硅片接触到氧气发生腐蚀单晶硅的反应，从而降低凹坑缺陷。

附图说明

图1所示为现有技术中硅片氢氟酸清洗处理的工艺流程图。

图2所示为本发明较佳实施例的在氧化硅湿法刻蚀中降低硅损伤的方法流程图。

图3所示为本发明较佳实施例的将氮气通入氢氟酸溶液的装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图给出本发明的具体实施方式，但本发明不限于以下的实施方式。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图2，图2所示为本发明较佳实施例的在氧化硅湿法刻蚀中降低硅损伤的方法流程图。本发明提出一种在氧化硅湿法刻蚀中降低硅损伤的方法，包括下列步骤：

步骤s100：将过量氮气通入氢氟酸溶液中，使得其中的氧气析出，从而降低氧含量；

步骤s200：将硅片浸入所述氢氟酸溶液中进行清洗处理后取出；

步骤s300：将所述硅片进行水洗干燥处理。

根据本发明较佳实施例，所述硅片在氢氟酸溶液中进行清洗处理的时间为5-180s，可选择10s作为氢氟酸清洗处理时间，所述硅片进行水洗处理的时间为10-120s，可选择20s作为水洗处理时间，所述硅片进行干燥处理采用氮气干燥或ipa干燥或旋转干燥。

请参考图3，图3所示为本发明较佳实施例的将氮气通入氢氟酸溶液的装置结构示意图。在开放式腔体100中将过量氮气通入氢氟酸溶液200中采用底部设置有多孔板400的通气管300。所述氮气通过通气管300通入氢氟酸溶液200后，通过底部多孔板400在氢氟酸溶液200中起泡，使氢氟酸溶液200中氮气含量达到饱和。

在开放式腔体中，现有技术中硅片工艺过程中如图1所示，首先氢氟酸清洗，然后水洗干燥。在氢氟酸接触硅片前，硅片直接与氧气接触，此时o2、si、hf同时存在，满足公式一条件，局部会发生腐蚀单晶硅的反应。根据本发明较佳实施例，所述硅片在进行氢氟酸溶液清洗处理步骤之前还包括将所述硅片进行水洗处理，利用水将硅片和空气隔离，所述硅片进行水洗处理时间为1-30s，可选择20s作为水洗处理时间。本发明采用在氢氟酸清洗前增加水洗步骤的方式，利用水将硅片和空气隔离，避免公式一的反应，从而降低凹坑缺陷。

通过本发明的方案可有效降低公式一的反应，解决凹坑缺陷。为了验证效果，设计如下实验。使用lam单片清洗设备，49％的氢氟酸溶液清洗单晶硅片，比较两种工艺凹坑缺陷。此实验用50ppmo3diw模拟氢氟酸和水中溶解氧的氧化过程，并有加强效果。通过o3与氢氟酸清洗之间是否有水洗的差异，模拟本发明中增加的水洗过程。通过10次反复清洗，本发明(工艺二)的凹坑缺陷明显小于现有技术(工艺一)。氢氟酸清洗之前增加水洗能有效降低凹坑缺陷。

综上所述，本发明提出的在氧化硅湿法刻蚀中降低硅损伤的方法，将过量氮气通入氢氟酸和水中，使得其中的氧气析出，从而降低氧含量，同时采用在氢氟酸清洗前增加水洗步骤的方式，利用水将硅片和空气隔离，尽量避免硅片接触到氧气发生腐蚀单晶硅的反应，从而降低凹坑缺陷。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

技术特征：

技术总结
本发明提出一种在氧化硅湿法刻蚀中降低硅损伤的方法，包括下列步骤：将过量氮气通入氢氟酸溶液中，使得其中的氧气析出，从而降低氧含量；将硅片浸入所述氢氟酸溶液中进行清洗处理后取出；将所述硅片进行水洗干燥处理。本发明提出的在氧化硅湿法刻蚀中降低硅损伤的方法，能够有效解决氢氟酸清洗硅片过程中因溶解氧引起的凹坑缺陷问题。

技术研发人员：李阳柏;赵庆鹏
受保护的技术使用者：上海华力微电子有限公司
技术研发日：2017.05.23
技术公布日：2017.09.15