用于改进的化学蚀刻的方法和系统与流程

本公开内容的实施例涉及半导体制造中所使用的化学蚀刻装置。

背景技术

在工业中通常使用湿法蚀刻剂对半导体晶圆进行化学蚀刻，以去除各种材料，或蚀刻半导体晶圆本身。将要经受化学蚀刻的晶圆放置在含有特定化学蚀刻剂的溶液容器中持续一段时间，这取决于要蚀刻掉多少材料。溶液容器通常被定制尺寸以便于同时处理大量晶圆。可能有挑战的是，确保给定批次的每个晶圆被充分蚀刻，或者放置在溶液容器内的所有晶圆上的蚀刻速率是相等的。

技术实现要素：

本文公开了用于化学蚀刻衬底的装置的实施例以及其使用的方法。所公开的装置和方法提供了很多益处，包括但不限于：在所有晶圆上的更均匀的蚀刻速率和增加每批要处理的晶圆的产量。

在一些实施例中，用于化学蚀刻衬底的装置包括被设计为容纳第一液体的容器。液体供应管沿所述容器的底部部分延伸。所述液体供应管具有沿着沿所述容器的所述底部部分的所述液体供应管的长度的第一多个开口。气体供应管沿所述容器的所述底部部分延伸。所述气体供应管具有沿着沿所述容器的所述底部部分的所述气体供应管的长度的第二多个开口。所述液体供应管经由所述第一多个开口将第二液体引入到所述第一液体中，并且所述气体供应管经由所述第二多个开口将气体引入到所述第一液体中。

在一些实施例中，所述容器被设计为支撑一结构，所述结构容纳一个或多个衬底。

在一些实施例中，所述气体包括氮气。

在一些实施例中，所述第一多个开口和所述第二多个开口中的每个开口具有0.10mm和0.20mm之间的直径。

在一些实施例中，所述液体供应管和所述气体供应管彼此平行地沿所述容器的所述底部部分延伸。

在一些实施例中，所述第一多个开口中的每个开口在垂直于所述气体供应管和所述液体供应管中的每个的长度的方向上与所述第二多个开口的对应开口对准。

在一些实施例中，所述装置还包括多个液体供应管，每个液体供应管沿所述容器的所述底部部分延伸并且彼此平行。

在一些实施例中，所述装置还包括多个气体供应管，每个气体供应管沿所述容器的所述底部部分延伸并且彼此平行。

在一些实施例中，所述多个气体供应管在所述容器的外部组合成单个入口气体管。

在一些实施例中，所述装置还包括阀，所述阀位于所述多个气体供应管中的每个上，并且所述阀被配置为独立地控制所述多个气体供应管中的每个内的气体的流速。

在一些实施例中，一种化学蚀刻方法包括：将第一液体加载到容器中。所述方法还包括使第二液体流过沿所述容器的底部部分延伸的液体供应管，以及经由第一多个开口将所述第二液体引入到所述第一液体中，所述第一多个开口沿着沿所述容器的所述底部部分延伸的所述液体供应管的长度。所述方法包括使气体流过沿所述容器的所述底部部分延伸的气体供应管，以及经由第二多个开口将所述气体引入到所述第一液体中，所述第二多个开口沿着沿所述容器的所述底部部分延伸的所述气体供应管的长度。

在一些实施例中，所述方法包括将一个或多个衬底加载到结构中，并且将所述结构浸入容纳所述第一液体的所述容器中。

在一些实施例中，使所述第二液体流动和使所述气体流动同时发生。

在一些实施例中，使所述第二液体流动包括：使所述第二液体流过沿着所述容器的所述底部部分的多个液体供应管。

在一些实施例中，使所述气体流动包括：使所述气体流过沿着所述容器的底部部分的多个气体供应管。

在一些实施例中，所述方法还包括：使用耦合到所述多个气体供应管中的每个的阀来调节所述多个气体供应管中的每个内的所述气体的流速。

在一些实施例中，所述方法还包括：使用经由所述第二多个开口引入到所述第一液体中的所述气体来搅动围绕一个或多个衬底的所述第一液体和所述第二液体。

在一些实施例中，形成一个或多个第一孔还包括穿过第一一个或多个凹槽中的绝缘材料的至少一部分形成一个或多个第一孔。

在一些实施例中，所述气体包括氮气。

在一些实施例中，将所述第二液体引入到所述第一液体中和将所述气体引入到所述第一液体中同时发生。

在一些实施例中，所述方法还包括使用至少所述第二液体蚀刻所述一个或多个衬底上的材料。

附图说明

当与附图一起阅读时，根据以下具体实施方式将最好地理解本公开内容的方面。要注意的是，根据行业中的惯例，各种特征没有按比例绘制。事实上，各种特征的尺寸可以任意增加或减少，以便于说明和讨论的清楚。

图1是根据一些实施例的改进的化学蚀刻容器的第一视图。

图2是根据一些实施例的改进的化学蚀刻容器的第二视图。

图3是根据一些实施例的改进的化学蚀刻容器的第三视图。

图4是根据一些实施例的使用改进的化学蚀刻容器的蚀刻工艺的图示。

具体实施方式

尽管对具体的配置和布置进行了讨论，但应该理解，这只是为了说明性的目的。相关技术人员将认识到，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以使用其它配置和布置。对于相关技术领域人员将显而易见的是，本公开内容也可以用于各种其它应用。

要注意的是，在说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等的引用指示：所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但每个实施例可能不一定包括特定的特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定指代相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，这将在相关领域技术人员的认知内以结合其它实施例(无论是否明确描述的)来实现这样的特征、结构或特性。

一般而言，术语至少可以部分地根据上下文中的使用来理解。例如，本文所使用的术语“一个或多个”(至少部分地取决于上下文)可以用于描述单数意义上的任何特征、结构或特性，或者可以用于描述复数意义上的特征、结构或特性的组合。类似地，术语例如“一”、“一个”或“所述”同样可以理解为表达单数使用或表达复数使用，这至少部分取决于上下文。

应简单理解的是，在本公开内容中，“在……上”、“上方”和“之上”的含义应该以最广泛的方式来解释，使得“在……上”不仅意味着“直接在某物上”，而且还包括“在某物上”并具有中间特征或位于中间的层的含义。“上方”或“之上”不仅意味着在某物“上方”或“之上”的含义，而且还可以包括在某物“上方”或“之上”而并不具中间特征或位于中间的层(即，直接在某物上)的含义。

此外，空间相对术语，例如“之下”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等在本文中为了便于描述可以描述一个元素或特征与另一个(多个)元素或(多个)特征的关系，如图中所示。空间相对术语旨在涵盖在使用或操作中的除了图中描绘的取向之外的器件的不同取向。装置可以以其它方式取向(旋转90度或在其它取向下)，并且本文所使用的空间相对描述符也可以相应地进行解释。

如本文所使用的，术语“衬底”或“晶圆”指的是添加后续材料层的材料。衬底本身可以被图案化。衬底的顶部上添加的材料可以被图案化或者可以保持未图案化。此外，衬底可以包括广泛的半导体材料，例如硅、锗、砷化镓、磷化铟等。替代地，衬底可以由非导电材料制成，例如玻璃、塑料或蓝宝石晶圆。

如本文所使用的，术语“标称/标称地”指的是在产品或过程的设计阶段期间设置的用于部件或过程操作的特性或参数的期望值或目标值，以及高于和/或低于期望值一定范围的值。值的范围可能由于制造过程或容限的微小变化而产生。如本文所使用的，术语“关于”指示可以基于与主题半导体器件相关联的特定技术节点而变化的给定量的值。基于特定的技术节点，术语“关于”可以指示在例如值的10％到30％(例如，值的±10％、±20％或±30％)内变化的给定量的值。

图1示出了根据实施例的示例性蚀刻容器盆100(以下简称为“容器”)。蚀刻装置100包括含有第一液体104的容器102。在操作期间，一个或多个晶圆101浸没在第一液体104中。第一液体104可以是不与一个或多个晶圆101中的任何晶圆或沉积在一个或多个晶圆101上的任何材料发生不良反应的任何液体。例如，第一液体104可以是去离子水。在一些实施例中，一个或多个晶圆101首先被加载到船体结构106中，并且然后将船体结构106降低到第一液体104中。

容器102的可以定制尺寸以同时接受大量的晶圆以用于执行蚀刻操作。例如，容器102可以足够大，以一次接收最多20或25个4英寸或6英寸的晶圆，其中晶圆以短距离(例如，小于10mm)彼此分隔开。

蚀刻装置100包括沿容器102的底部部分延伸并位于一个或多个晶圆101下方的液体供应管108。液体供应管108被设计为输送第二液体110，第二液体110流过液体供应管108并进入容器102。第二液体110流过液体供应管108中的第一多个开口112，以被输送到第一液体104中。第一多个开口112均可以具有在大约0.10mm和0.20mm之间的直径。

第二液体110可以是用于蚀刻或去除一个或多个晶圆101上的材料的任何化学物质。例如，第二液体110可以包括磷酸，其用于在一个或多个晶圆101上蚀刻任何暴露的氮化硅。第二液体110的另一示例可以包括用于蚀刻暴露的氧化硅的氢氟酸。通过使第二液体110流过一个或多个晶圆101下方的开口112，第二液体110围绕一个或多个晶圆101循环。在一个或多个晶圆101的每一个上的蚀刻速率取决于第二液体110能循环得多好。由于通过液体供应管108的流动方向，第二液体110的流速可以是从远离入口的开口112中更缓慢地流出。结果是，第二液体110围绕晶圆114的第一部分的循环比第二液体110围绕晶圆116的第二部分的循环更差。与晶圆116的第二部分相比，围绕晶圆114的第一部分的这种较差的循环导致晶圆114的第一部分的蚀刻速率较慢。晶圆114的第一部分可以包括多达5个晶圆。

根据一个实施例，蚀刻装置100还包括沿一个或多个晶圆101下方的容器102的底部部分延伸的气体供应管118。气体供应管118可以大体上平行于液体供应管108延伸。尽管在图1中示出的气体供应管118在z方向上与液体供应管108分隔开，但这只是为了说明性的目的，并不是要进行限制。气体供应管118可以在任何方向上与液体供应管108分隔开。

气体供应管118可以被设计为经由第二多个开口122将气体120输送到容器102。气体120通过第一液体104内的开口122冒泡。根据一些实施例，气体120是任何化学惰性气体。例如，气体120可以是氮气或氩气。

第二多个开口122可以具有与沿液体供应管108的第一多个开口112相似的沿气体供应管118的尺寸和间距。例如，第二多个开口122的每个开口可以在一方向上与第一多个开口112的对应开口对准，该方向与沿容器102的底部延伸的气体供应管和液体供应管中的每一个的长度(例如，在y方向)垂直。液体供应管108和气体供应管118的每一个当它们沿着容器102的底部部分延伸时都可以具有相同的截面尺寸。

根据实施例，在蚀刻过程期间，第二液体110和气体120同时被引入到第一液体中104。在第一液体104中由气体120产生的气泡搅动一个或多个晶圆101的每一个周围的区域，从而允许第二液体110围绕一个或多个晶圆101的每一个的更有效循环。结果是，无论每个晶圆在容器102中的位置如何，在一个或多个晶圆101中的每一个之间均具有更均匀的蚀刻速率。

图2示出了根据实施例的蚀刻装置100的跨z-x平面所截取的另一个视图。根据一些实施例，多于一个的气体供应管202-1至202-4被提供在一个或多个晶圆101下方，并且多于一个的液体供应管204-1至204-3被提供在一个或多个晶圆101下方。可以使用任何数量的气体供应管202和液体供应管204。每个气体供应管202-1至202-4可以被布置为彼此平行地延伸和/或平行于液体供应管204-1至204-3中的每一个。

如图2中所示，每个气体供应管202-1至202-4和液体供应管204-1至204-3可以被布置为沿x方向彼此紧邻，尽管这并不是必需的。箭头206用于指示气体从气体供应管202-1至202-4中的每个流到第一液体104中，而箭头208用于指示蚀刻剂液体从液体供应管204-1至204-3中的每个流到第一液体104中。

根据一些实施例，气体供应管202-1至202-4中的每个由相同的入口管馈送，该入口管分支到气体供应管202-1至202-4中的每个中。类似地，液体供应管204-1至204-3中的每个由相同的入口管馈送，该入口管分支到液体供应管204-1至204-3中的每个中。阀可以用在气体供应管202-1至202-4和液体供应管204-1至204-3中的任何一个上以控制气体/液体通过管的流速。

图3示出了根据实施例的蚀刻装置100的跨x-y平面所截取的另一个视图。气体供应管202-1至202-4和液体供应管204-1至204-3中的每个被示出在容器102内，彼此平行地延伸。为了清楚起见，没有示出一个或多个晶圆，但其将在z方向上位于气体供应管202-1至202-4和液体供应管204-1至204-3上方。根据一些实施例，第一多个开口112沿着液体供应管204-1至204-3中的每个的长度布置，并且第二多个开口122沿着气体供应管202-1至202-4中的每个的长度布置。

根据实施例，每个液体供应管204-1至204-3可以组合成单个液体入口管306。液体供应管204-1至204-3可以在容器102的外部组合在一起，尽管这不是必需的。液体供应管204-1至204-3中的每个都可以包括阀(未示出)，以单独控制每个液体供应管204-1至204-3内的液体的流速。应该理解的是，液体供应管204-1至204-3也均可以是具有单独液体入口的单独的管，从而允许不同的液体通过液体供应管204-1至204-3中的每个同时流动。

根据实施例，每个气体供应管202-1至202-4可以组合成单个气体入口管302。气体供应管202-1至202-4可以在容器102的外部组合在一起，尽管这不是必需的。气体供应管202-1至202-4中的每个都可以分别包括阀304-1至304-4，以单独控制每个气体供应管202-1至202-4内的气体流速。这允许对在容器102内使用多少气体和在容器102内何处使用气体的精密控制。例如，阀304-1至304-4可以控制气体的流动，使得更多的气体被输送到容器102的一部分，其中晶圆被发现具有较差的液体循环。在该位置处气泡数量的增加有助于改进那里的液体循环。应该理解，气体供应管202-1至202-4也均可以是具有单独液体入口的单独的管，从而允许不同的气体通过气体供应管202-1至202-4中的每个同时流动。

图4是根据一些实施例的化学蚀刻一个或多个衬底的示例性方法400的流程图。方法400的操作可以使用参考图1-3描述的蚀刻装置100来执行。应该理解，方法400中所示的操作不是穷举性的，并且其它操作也可以在所示操作之前、之后或之间执行。在本公开内容的各种实施例中，方法400的操作可以以不同的次序和/或变化来执行。

在操作402中，将一个或多个衬底加载到容器中。容器可以包括去离子水。根据实施例，将一个或多个衬底完全浸入容纳在容器内的液体中。可以首先将一个或多个衬底加载到船体结构中，并且然后浸入容器中。船体结构可以被设计为容纳多达25个或最多50个衬底。

在操作404中，使蚀刻剂液体通过一个或多个液体供应管流动。蚀刻剂液体可以根据需要从一个或多个衬底上蚀刻或去除的材料而有所不同。示例性蚀刻剂液体包括磷酸或氢氟酸。所述一个或多个液体供应管可以沿着容器的下部延伸。在一些实施例中，液体供应管彼此平行地延伸。

在操作406中，将蚀刻剂液体沿着一个或多个液体供应管经由第一开口引入到容器中。根据实施例，将一个或多个液体供应管布置成使得蚀刻剂液体被引入到一个或多个晶圆下方的容器中。第一开口可以沿着一个或多个液体供应管中的每个的长度布置，如它们沿着容器的下部部分延伸一样。蚀刻剂液体可以与包含在容器内的任何液体混合，或者可以与包含在容器内的任何液体不混合。

在操作408中，使气体流过一个或多个气体供应管。气体可以是任何惰性气体，例如氩气或氮气。在蚀刻剂液体流过一个或多个液体供应管的同时，气体可以流过一个或多个气体供应管。一个或多个气体供应管管可以沿着容器的下部延伸。在一些实施例中，气体供应管彼此平行地延伸，并且平行于一个或多个液体供应管中的每个。

一个或多个气体供应管中的每个可以包括控制对应气体供应管中的气体流速的阀。一个或多个气体供应管中的每个的流速可以使用阀来调节，以控制输送多少气体，以及何处输送气体。

在操作410中，将气体沿着一个或多个气体供应管经由第二开口引入到容器中。根据实施例，将一个或多个气体供应管布置成使得气体被引入到一个或多个晶圆下方的容器中。第二开口可以沿着一个或多个气体供应管中的每个的长度布置，如它们沿着容器的底部部分延伸一样。在一些实施例中，第二开口被布置为在垂直于一个或多个气体供应管中的每个的长度的方向上与第一开口对准。

根据一些实施例，将气体经由第二开口引入到容器中，同时将蚀刻剂液体经由第一开口引入到容器中。由气体被迫向上进入容器中而形成的气泡搅动容器内的液体，并且可以利用容器改进围绕一个或多个衬底的液体循环。改进的循环允许蚀刻剂液体更容易地接近一个或多个衬底的所有表面，从而在一个或多个衬底之间产生均匀的蚀刻速率。

本公开内容描述了化学蚀刻装置的各种实施例和使用所述装置的方法。在一些实施例中，用于化学蚀刻一个或多个衬底的装置包括被设计为容纳第一液体并容纳被浸入在第一液体内的一个或多个衬底的容器。液体供应管沿容器的底部部分延伸。液体供应管具有沿着沿容器的底部部分的液体供应管的长度的第一多个开口。气体供应管沿容器的底部部分延伸。气体供应管具有沿着沿容器的底部部分的气体供应管的长度的第二多个开口。液体供应管经由第一多个开口将第二液体引入到第一液体中，并且气体供应管经由第二多个开口将气体引入到第一液体中。

在一些实施例中，化学蚀刻一个或多个衬底的方法包括将一个或多个衬底加载到被设计为容纳第一液体的容器中。该方法还包括使第二液体流过沿容器的底部部分延伸的液体供应管，并且经由沿容器的底部部分延伸的液体供应管的长度的第一多个开口将第二液体引入到第一液体中。该方法包括使气体流过沿容器的底部部分延伸的气体供应管，并且经由沿容器的底部部分延伸的气体供应管的长度的第二多个开口将气体引入第一液体中。

上述具体实施例的描述将充分揭示本公开内容的一般性质，其他人可以通过在本领域技术中应用知识，在不偏离本公开内容的一般概念的情况下容易地修改和/或适应这样的具体实施例的各种应用而不需要过度的实验。因此，基于本文所提出的教导和引导，这种适应和修改意在在所公开的实施例的等价物的含义和范围内。应该理解的是，这里的措辞或术语是为了描述而不是限制，使得本说明书的术语或措辞将由熟练的技术人员根据教导和引导来解释。

本公开内容的实施例已经借助于说明特定功能及其关系的实施方式的功能构建块来描述。为了便于描述，已在本文中任意限定了这些功能构建块的边界。只要适当地执行其指定的功能和关系，就可以限定替代的边界。

发明内容和摘要部分可以阐述由(多个)发明人设想的本公开内容的一个或多个但并非所有示例性实施例，并且因此，不旨在以任何方式限制本公开内容和所附权利要求。

本公开内容的广度和范围不应被上述示例性实施例中的任何一个限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物来限定。