选择性地去除氮化硅的方法及其单晶圆蚀刻装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及半导体领域，更具体地，涉及选择性地去除氮化硅的方法及其单晶圆蚀刻装置。
【背景技术】
[0002]湿蚀刻工艺用于在集成电路(IC)制造期间从半导体衬底上的目标位置蚀刻材料。湿蚀刻工艺的成功需要蚀刻化学物质,蚀刻化学物质包括选择性地去除一种材料而基本不去除另一种材料的合适的化学成分。因此，在半导体晶圆技术中，为了从衬底上去除具体类型的材料，开发了各种化学成分。
[0003]在半导体器件中，氮化硅通常用作覆盖层、间隔层或硬掩模层。一般地，通过在热磷酸浴中浸泡衬底一段时间来选择性地蚀刻或去除半导体衬底上的氮化硅层。然而，在蚀刻工艺过程中可能会产生诸如二氧化硅沉淀物的粒子，然后在该浴液中累积，从而会降低蚀刻性能且缩短浴液寿命。此外，在半导体衬底中可能会发生交叉污染，这样就需要后清洁工艺来清洁每个半导体衬底，从而会导致额外的制造成本。鉴于上述情况，仍然需要提供没有后清洁工艺的工艺以节约制造成本。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供了一种选择性地去除氮化硅的方法，包括:提供在晶圆的表面上具有氮化硅的晶圆；提供磷酸和含硅材料的混合物；以及将混合物传送至晶圆的表面以去除氮化硅。
[0005]该方法进一步包括在将混合物传送至晶圆的表面之前，将混合物加热到预定温度。
[0006]其中，预定温度的范围是约100°C至约180°C。
[0007]其中，预定温度的范围是约120°C至约170°C。
[0008]其中，提供磷酸和含硅材料的混合物包括:供应磷酸和含硅材料；以及混合磷酸和含硅材料以形成混合物。
[0009]该方法进一步包括在混合磷酸和含硅材料之前，将磷酸预加热到预定温度。
[0010]其中，预定温度的范围是约100°C至约180°C。
[0011]其中，预定温度的范围是约120°C至约170°C。
[0012]其中，通过将混合物喷射在晶圆的表面上来实施将混合物传送至晶圆的表面的步骤。
[0013]该方法进一步包括在将混合物传送至晶圆的表面之后，将混合物分布在晶圆的表面上。
[0014]其中，基于混合物的重量，混合物的硅浓度低于约200ppm。
[0015]其中，基于混合物的重量，混合物的硅浓度低于约120ppm。
[0016]其中，晶圆进一步具有二氧化硅。
[0017]其中，含硅材料是有机硅烷、有机硅氧烷、胶体氧化硅、电解硅或它们的组合。
[0018]其中，含硅材料是四乙氧基硅烷(TEOS)。
[0019]其中，含硅材料是二氧化硅粉末。
[0020]其中，晶圆具有氮化硅层。
[0021]此外，还提供了一种选择性地去除氮化硅的单晶圆蚀刻装置，包括:第一组分供给部，用于供应磷酸；第二组分供给部，用于供应含硅材料；容器，连接至第一组分供给部和第二组分供给部，使得磷酸和含硅材料混合以形成混合物；以及混合物传送器，连接至容器，用于将来自容器的混合物传送至在晶圆的表面上具有氮化硅的晶圆的表面。
[0022]其中，混合物传送器是喷嘴或分配器。
[0023]其中，第二组分供给部连接至第一组分供给部。
【附图说明】
[0024]当结合附图进行阅读时，通过以下详细描述可以更好地理解本发明的实施例。应该强调的是，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘出。事实上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
[0025]图1是根据本发明的各个实施例的单晶圆蚀刻装置的原理图。
[0026]图2是根据本发明的各个实施例的单晶圆蚀刻装置的原理图。
[0027]图3是根据本发明的各个实施例示出选择性地蚀刻氮化硅的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0028]应该理解，以下公开内容提供了许多用于实施本发明的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和配置的具体实例以简化本发明。当然，这仅仅是实例，并不是用于限制本发明。而且，在以下描述中，第一部件形成在第二部件上方或者上可以包括以直接接触的方式形成第一部件和第二部件的实施例，还可以包括附加部件形成在第一部件和第二部件之间，使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。为了简化和清晰的目的，各个部件可以以不同比例任意绘制。
[0029]除非上下文中另有清楚的描述，否则此处使用的单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“这个(the)”包括复数形式。因此，例如，参考氮化硅层，除非上下文另有清楚的描述，否则氮化硅层包括具有两个或更多这样的氮化硅层的实施例。整个本说明书中引用“一个实施例”或“某个实施例”意味着本发明的至少一个实施例包括关于所述实施例而描述的特定部件、结构或特征。因此，在本说明书的各个位置出现的短语“在一个实施例中”或“在某个实施例中”不一定指同一个实施例。而且，在一个或多个实施例中可以以任何合适的方式组合特定部件、结构或特征。应该理解，以下附图没有按比例绘制；相反，这些附图只用于示出的目的。
[0030]在选择性地蚀刻和去除半导体衬底上的氮化硅层的过程中，通过在热磷酸浴液中浸泡衬底一段时间来实施批量处理。在批量处理过程中，可能会产生诸如二氧化硅沉淀物(silica precipitate)的粒子,然后该粒子在热磷酸浴中累积。单晶圆处理用于解决批量处理过程中的粒子累积问题。通过单晶圆处理进行蚀刻是通过以下方式蚀刻晶圆的方法:将诸如磷酸的蚀刻液体滴落在晶圆的上表面上，使晶圆水平旋转(自旋)以将蚀刻液体分布在晶圆的上表面的整个区域的上方，以及蚀刻晶圆。然而，磷酸温度越高(即，蚀刻率越高)，氮化硅与二氧化硅的选择性(以下称为“选择性”)越低。保持足够高的选择性牺牲了蚀刻率并且会导致低生产量。低生产量的问题在单晶圆处理的过程中比在批量处理的过程中更为严重。因此，通过具有符合要求的生产量的单晶圆处理来蚀刻氮化硅仍然是一个困难的任务。
[0031]通过磷酸蚀刻氮化硅可以通过以下反应式(I)描述:
[0032]Si3N4+4H3P04+10H20 — 4NH4H2P04+9Si302 (OH)8 (I)
[0033]在反应式(I)中，在磷酸和水中，氮原子脱离氮化硅并结合在H2PO4阳离子上，从而形成磷酸铵(NH4H2PO4)tj硅原子被氧化，从而在溶液中形成阻止蚀刻二氧化硅的水合二氧化硅(Si3O2 (OH)8)O如果水合二氧化硅的量增加，由于勒夏特列原理，二氧化硅的蚀刻率会显著降低，从而导致高选择性。因此，本发明提供了新颖的单晶圆处理，包括:提供磷酸和含硅材料的混合物，该混合物具有高选择性；然后将混合物传送到晶圆的上表面以蚀刻氮化硅。这样，根据本发明的各个实施例，可以解决上文提到的低生产量的问题。蚀刻溶液的选择性尽可能大。在各个实施例中，选择性大于或等于100:1。
[0034]为了实施单晶圆蚀刻工艺，提供了单晶圆蚀刻装置。图1是根据本发明的各个实施例的单晶圆蚀刻装置100的原理图。蚀刻装置100可以包含在密封腔(未示出)内。密封腔可以用于避免污染并保持蚀刻装置100的环境稳定性。蚀刻装置100用于对表面102a上具有氮化硅的晶圆102实施单晶圆处理。在一个实施例中，晶圆102具有位于其表面102a上的氮化娃层(未不出)。
[0035]选择性地去除氮化硅的蚀刻装置100包括:容器110 ;用于分别供应磷酸120a和含硅材料130a的第一组分供给部120和第二组分供给部130 ;以及用于将来自容器110的混合物150传送到在其上具有氮化硅的晶圆102的表面102a的混合物传送器140。
[0036]在所描述的实施例中，用于供应磷酸120a的连接至容器110的第一组分供给部120是管路线。从液体供给池(未示出)通过管路线可以提供磷酸120a。蚀刻装置100还可以包括将磷酸120a预加热到预定温度的加热器(未示出)。在各个实施例中，预定温度的范围是约100°C至约180°C。在各个实施例中，预定温度的范围是约120°C至约170°C。加热器可以设置为覆盖管路线的一部分，但不限于此。
[0037]在当前实施例中，用于供应含硅材料130a的连接至容器110的第二组分供给部130是管路线。因此，在容器110中形成磷酸120a和含硅材料130a的混合物150。在各个实施例中，含硅材料130a是有机硅烷、有机硅氧烷、胶体氧化硅、电解硅或它们的组合、或二氧化硅粉末。在一个实施例中，含硅材料130a是可流动的，且通过管路线从另一个液体供给池(未示