本发明涉及微纳器件加工工艺技术领域，尤其涉及一种氟化氢气相腐蚀设备及方法。
背景技术：
在微纳器件加工工艺技术领域中，气相腐蚀，尤其是氟化氢气相腐蚀被广泛应用于微纳器件加工中。相比液相(liquidphase)的腐蚀，气相腐蚀有很多优点:1.因为是气相腐蚀，避免粘连(stiction)等液相释放微纳器件当中的器件失效；2.因为没有表面张力的影响，反应物的扩散能力比液相时高4个数量级，所以化学反应很容易进行；3.对各种材料的兼容性，如铝、氧化铝、光刻胶等；4.因为通常是在真空下使用，所以可以作为一个表面预清洗(pre-clean)模块集成在模块化组合设备(clustertool)上，如物理气相淀积(physicalvapordeposition，pvd)机台等。
根据hf源是否含水，气相氟化氢(vaporhf)机台可分为：无水hf机台和气相(含水)hf机台。其中，气相hf机台由于其良好的性价比而得到广泛应用。气相hf机台通常使用惰性气体(如氮气)为载气通入氢氟酸溶液里鼓出hf-h2o混合蒸汽，或者直接雾化纯氢氟酸溶液(约49wt％)，再经过加热等手段辅助气化。然而，采用氢氟酸作为氟化氢源来进行气相腐蚀时，待腐蚀晶圆表面中会有固体残留物(sio2)的风险，因为气相腐蚀的副产物六氟化硅酸(h2sif6)会吸附到晶圆表面的水中，最终以二氧化硅(sio2)的形式留在晶圆表面形成固态残留物，如下化学反应：
h2sif6+3h2o→h2sio3↓+6hf↑→sio2↓+h2o
如何减少或避免固体残留物的沉积是本领域亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提出一种氟化氢气相腐蚀设备及方法，旨在解决现有技术中氟化氢气相腐蚀中使用氢氟酸作为气相氟化氢源容易产生固体残留物的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种氟化氢气相腐蚀设备，包括反应腔室、气相氟化氢源、和氟化氢气相增益装置，所述反应腔室设有第一入气口和第二入气口，所述第一入气口与所述气相氟化氢源相连，所述第二入气口与所述氟化氢气相增益装置相连，所述氟化氢气相增益装置用于在放置在所述反应腔室内的晶圆与从所述第一入气口进入的气相氟化氢反应后，将规定有机液体气液混合气化，并通过所述第二入气口通入所述反应腔室，以使所述规定气化的有机液体与所述残留在晶圆表面上的水形成比水更容易蒸发或挥发的共沸混合物后更容易从所述晶圆表面蒸发或挥发带出。
优选地，所述规定有机液体包括规定醇类有机物和/或规定酮类有机物。
优选地，所述规定醇类有机物包括甲醇、乙醇、丙醇中的至少一种，所述规定酮类有机物包括丙酮。
优选地，所述反应腔室还设有第三入气口，所述第三入气口与氮气源相连，所述氮气源用于在经过氟化氢对所述晶圆的刻蚀反应之后，在将所述规定有机液体气化并通过所述第二入气口通入所述反应腔室之前，将氮气通过所述第三入气口通入所述反应腔室，以使所述氮气吹扫所述反应腔室中残余的氟化氢气体。
另一方面，本发明还提供一种氟化氢气相腐蚀方法，包括如下步骤：在完成对晶圆的氟化氢气相腐蚀工艺后，向反应腔室中通入气化后的规定有机液体；以及待所述气化后的规定有机液体与所述晶圆表面的水形成比水更容易蒸发或挥发的共沸混合物后，将所述共沸混合物更容易从所述晶圆表面蒸发或挥发带出。
优选地，所述规定有机液体包括规定醇类有机物和/或规定酮类有机物。
优选地，所述规定气化的有机液体蒸汽的气体流量为1l/min～500l/min。
优选地，所述规定气化的有机液体蒸汽的气体通入时间为1min～100min。
优选地，在完成对晶圆的氟化氢气相腐蚀工艺后，在向反应腔室中通入气化后的规定有机液体之前，所述方法还包括如下步骤：将氮气通入所述反应腔室，以使所述氮气吹扫所述反应腔室中残余的氟化氢气体。
优选地，所述氮气流量为1l/min～500l/min，吹扫时间为0.5分钟～20分钟。
本发明提供的氟化氢气相腐蚀设备及方法，在氟化氢与晶圆反应后，能够将气化后的规定有机液体蒸汽通入反应腔室，使气化后的规定有机液体蒸汽与反应腔室中的水，尤其是残留在晶圆表面的水形成共沸混合物后从晶圆表面带走，排出反应腔室。由于气化后的规定有机液体能够与反应腔室中的水，尤其是残留在晶圆表面的水形成完全互溶的均相共沸混合物二元体系，该二元体系的沸点比同等条件下水的沸点更低，因此更有利于水分的挥发和排出，在缺少水的条件下，hf气相腐蚀不容易生成sio2沉淀，从而能够有效抑制固体残留物。
附图说明
图1为本发明实施例提供的氟化氢气相腐蚀设备的一种结构示意图。
图2为本发明实施例提供的氟化氢气相腐蚀设备的另一种结构示意图。
图3为本发明实施例提供的氟化氢气相腐蚀设备的又一种结构示意图。
图4为本发明实施例提供的氟化氢气相腐蚀方法的一种流程图。
图5为本发明实施例提供的氟化氢气相腐蚀方法所基于的设备的一种详细的结构示意图。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的实施例提供一种氟化氢气相腐蚀设备，包括：反应腔室1、气相氟化氢源2和氟化氢气相增益装置3。反应腔室1设有第一入气口11、第二入气口12，第一入气口11与气相氟化氢源2相连，第二入气口12与氟化氢气相增益装置3相连。氟化氢气相增益装置3用于在放置在反应腔室1的晶圆与从第一入气口11进入的气相氟化氢反应后，将规定有机液体气液混合气化，并通过第二入气口12通入反应腔室1，以使气化的规定有机液体与反应腔室1中的水，尤其是与残留在晶圆表面上的水形成比水更容易蒸发或挥发的共沸混合物后更容易从反应腔室的晶圆表面蒸发或挥发带出。
本发明实施例提供的氟化氢气相腐蚀设备，在氟化氢与晶圆反应后，能够将规定有机液体气液混合气化后通入反应腔室1，使气化后的规定有机液体与反应腔室1中的水，尤其是与残留在晶圆表面上的水形成共沸混合物后排出反应腔室1。由于规定有机液体能够与反应腔室中的水，尤其是与残留在晶圆表面上的水形成完全互溶的均相共沸混合物二元体系，该二元体系的沸点比同等条件下水的沸点更低，因此更有利于水分的挥发和排出，在缺少水的条件下，hf气相腐蚀不容易生成sio2沉淀，从而能够有效抑制固体残留物。
具体而言，规定有机液体可以是任何能够与水形成共沸混合物且共沸混合物的沸点小于同等条件下水的沸点的有机物。例如，所述规定有机液体可以包括规定醇类有机物和/或规定酮类有机物。
可选的，规定醇类有机物可包括以下一种或几种：甲醇、乙醇、丙醇(异丙醇)，规定酮类有机物可包括丙酮等。表1列举了几种规定有机液体在几种大气压强下的沸点。
表1
表1中，e为evaporation的缩写，说明液体开始蒸发；s为solid的缩写，说明该液体还是固态。
如图2所示，为了进一步提高有机液体的气化效果，在本发明的一个实施例中，氟化氢气相增益装置3包括存储部31和气液混合气化部32，存储部31用于存储规定有机液体；气液混合气化部32的第一端与存储部31相连，第二端与氮气源5相连，第三端与反应腔室1的第二入气口12相连，用于将存储部31输出的规定有机液体与氮气源5提供的氮气一起气液混合气化后输入反应腔室1。可选的，还可以在存储部31与气液混合气化部32之间设置液体流量计，以便监控输入到气液混合气化部32中的规定有机液体的量。可选的，为了控制混合气体中氮气的比例，也可以在氮气源5与气液混合气化部32之间设置氮气流量计。
在上述实施例中，规定气化的有机液体的气体流量可以根据具体的需要来调节。可选的，规定气化的有机液体的气体流量可以在1l/min至500l/min之间。
进一步的，规定有机液体的通入时间也可以根据工艺需要来选择，例如，可选的，规定气化的有机液体的气体通入时间可以在1分钟至100分钟之间。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，反应腔室1还设有第三入气口13。第三入气口13与氮气源5相连，氮气源5可以用于在完成对晶圆的氟化氢气相腐蚀工艺之后，在将规定有机液体气化并通过第二入气口12通入反应腔室1之前，将氮气通过第三入气口13通入反应腔室1，以使氮气吹扫反应腔室1中残余的氟化氢，以进一步减少生成二氧化硅固体残留物。
在上述实施例中，氮气流量可以根据具体的需要来调节。可选的，氮气流量可以在1l/min至500l/min之间。
进一步的，氮气的吹扫时间也可以根据工艺需要来选择，例如，吹扫时间时间可以在0.5分钟至20分钟之间。
相应的，如图4所示，本发明的实施例还提供一种氟化氢气相腐蚀方法，包括：步骤s41，在完成对晶圆的氟化氢气相腐蚀工艺后，向反应腔室中通入气化后的规定有机液体；步骤s42，待所述气化后的规定有机液体与反应腔室中的水，尤其是与残留在晶圆表面上的水形成共沸混合物后，将所述共沸混合物带出所述反应腔室的晶圆表面。
本发明实施例提供的氟化氢气相腐蚀方法，在氟化氢与晶圆反应后，能够将规定有机液体气化后通入反应腔室，使规定有机液体与反应腔室中的水，尤其是与残留在晶圆表面上的水形成比水更容易蒸发、挥发的共沸混合物后更容易以蒸发、挥发形式排出反应腔室。由于规定有机液体能够与反应腔室中的水形成完全互溶的均相共沸混合物二元体系，该二元体系的沸点比同等条件下水的沸点更低，因此更有利于水分的挥发和排出，在缺少水的条件下，hf气相腐蚀不容易生成sio2沉淀，从而能够有效抑制固体残留物。
具体而言，规定有机液体可以是任何能够与水形成共沸混合物且共沸混合物的沸点小于同等条件下水的沸点的有机物。例如，所述规定有机液体可以包括规定醇类有机物和/或规定酮类有机物。
可选的，规定醇类有机物可包括以下一种或几种：甲醇、乙醇、丙醇(异丙醇)，规定酮类有机物可包括丙酮等。
进一步的，在完成对晶圆的氟化氢气相腐蚀工艺后，在向反应腔室中通入气化后的规定有机液体之前，本发明实施例提供的氟化氢气相腐蚀方法还包括如下步骤：即，将氮气通入反应腔室的晶圆表面，以使氮气吹扫反应腔室中尤其是晶圆表面残余的氟化氢。
下面通过具体实施例对本发明实施例提供的氟化氢气相腐蚀方法进行详细说明。
图5为本实施例提供的氟化氢气相腐蚀方法所基于的设备的一种详细的结构示意图。基于图5所示的设备，在hf腐蚀工艺完成以后，可以在hf腐蚀腔室里通入高纯氮快速吹扫残余hf蒸汽，氮气流量为1l/min～500l/min，大概吹0.5分钟到20分钟。之后，通入气液混合气化的醇类或有机物蒸汽，使其与晶圆表面的水分充分形成共沸化合物。气化的有机蒸汽气体流量为1l/min～500l/min，工艺时间为1～100分钟。
反应进行中和完成后，可以用真空泵(所有尾气管路需要加热到20～100℃)或者排风进行尾气处理。对于排风方式的尾气处理，可以首先用酸碱排风抽走大量hf等腐蚀性气体，其后切换成有机排风抽有机物蒸汽。通完有机蒸汽以后，再向反应腔室中通入高纯氮，氮气流量为1l/min～500l/min，时间为5～500分钟。当腐蚀反应腔室中的有机物传感器未检测到该有机物的设定浓度时，将热板加热到100～300℃，使晶圆表面吸附的有机物残留解吸附(desorption)，加热时间在0.1～20分钟之间。出于安全考虑，反应腔室体内有机物的浓度的设定依据其时间加权平均浓度(twa值)、阈限值(tlv值)等国际标准，控制在对人体伤害的浓度以下，并控制排风时间将其含量降到自燃、自爆的最低百分比以下。之后，抬起销(lift-offpin)顶起，同时对热板进行降温。当腔室与外界无压强差时，开腔取出晶圆完成所有工艺。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。