一种清洗槽和湿法刻蚀氮氧化硅后清洗的方法与流程

本发明涉及半导体制造工艺技术领域，特别涉及一种清洗槽和湿法刻蚀氮氧化硅后清洗的方法。

背景技术：

在半导体制造工艺技术领域，湿法刻蚀在半导体集成电路中必不可少，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。

湿法刻蚀利用化学溶液溶解晶圆表面的材料，达到制作器件和电路的要求，湿法刻蚀化学反应的生成物是气体、液体或可溶于刻蚀剂的固体，包括三个基本过程：刻蚀、冲洗和甩干。

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。

氮化硅是一种广泛使用于晶圆制程中的介电材料。氮化硅薄膜典型地是形成在半导体基底上，一般用作刻蚀晶圆中二氧化硅的阻挡层，形成于二氧化硅的上表面。而在湿法刻蚀工艺过程中，常常用磷酸来刻蚀或腐蚀该氮化硅阻挡层，这是因为热磷酸对氮氧化硅刻蚀具有良好的均匀性和较高的选择比，因此，最先进的湿法刻蚀工艺还是延续使用热磷酸来刻蚀氮氧化硅。在腐蚀过程中，通常是将数目众多的晶圆同时置于磷酸溶液中，由于处于磷酸溶液中的氮化硅和二氧化硅具有不同的刻蚀速率(刻蚀选择比)，即同样时间内磷酸腐蚀氮化硅和二氧化硅的速率不同。

图1示出了现有技术中传统湿法刻蚀氮氧化硅的流程图，传统的湿法刻蚀氮氧化硅的工艺步骤包括：氢氟酸刻蚀氧化硅→热磷酸刻蚀氮氧化硅→清洗晶圆表面残留磷酸→清洗晶圆表面颗粒物→干燥处理。

通常在氮氧化硅刻蚀完成后，晶圆的表面会存在两种物质：一种是亲水性的氧化硅，另一种是憎水性的多晶硅。同时存在这两种物质的时候，经过热水槽清洗磷酸的时候晶圆表面很容易吸附空气中的气泡，阻碍了热水对磷酸的清洗。一般热水槽的水并不是集中供应，而多半是机台加热器加热时产生的，因此传统的溢流式热水槽无法彻底地清洗掉晶圆表面的残留磷酸。

并且，晶圆经过热水槽时会导致残留磷酸的粘度急剧增加，并在表面生成一层磷酸和副产物的薄膜。后续磷酸还会与底下的氧化硅层反应，副产物也会在清洗中剥落流至晶圆各处，将增加晶圆表面的缺陷数量，从而影响晶圆的后续制程，降低了良率及可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种清洗槽和湿法刻蚀氮氧化硅后清洗的方法，可以有效解决晶圆表面气泡缺陷、表面颗粒物残留等问题，从而达到提高芯片成品率和可靠性的目的。

为达到上述目的，本发明提供一种清洗槽，所述清洗槽包括中空的第一筒体和第二筒体；

所述第二筒体位于所述第一筒体的内部，所述第二筒体与驱动装置相连，所述驱动装置能够带动所述第二筒体相对于所述第一筒体转动，所述驱动装置位于所述第一筒体的底部；

所述第二筒体的筒壁上设有多个通孔；

所述第一筒体的筒壁上设有至少两个进液口。

可选的，所述第一筒体的底部设有第一出液口。

可选的，所述清洗槽还包括水泵，所述水泵靠近所述进液口所在位置。

可选的，所述第二筒体的底部设有第二出液口，所述第一筒体内设有过滤装置，所述过滤装置位于所述第二筒体的下方。

可选的，所述多个通孔呈阵列式分布。

为达到上述目的，本发明还提供一种湿法刻蚀氮氧化硅后清洗的方法，包括：

提供清洗槽，所述清洗槽为上述任一项所述的清洗槽；

将经过热磷酸刻蚀后的晶圆放入所述清洗槽的第二筒体中；

向所述清洗槽的第一筒体中通入一定温度的稀硫酸，并使所述清洗槽的第二筒体以一定的转速旋转，以清洗所述晶圆表面残留的磷酸和颗粒物；以及

待所述稀硫酸对所述晶圆表面清洗一段时间后，向所述清洗槽的第一筒体中通入一定温度的超纯水，以清洗所述晶圆表面残留的硫酸和剩余颗粒物。

可选的，所述第二筒体的转速为400-1000r/min。

可选的，所述稀硫酸和/或超纯水的流率为27-34l/min。

可选的，所述稀硫酸和/或超纯水的温度为140-160℃。

可选的，所述稀硫酸中硫酸的质量浓度为40％-60％。

可选的，所述稀硫酸的清洗时间为5-7min。

可选的，所述超纯水的清洗时间为3-5min。

与现有技术相比，本发明提供的清洗槽和湿法刻蚀氮氧化硅后清洗的方法，具有以下优点：

(1)本发明提供的清洗槽由于包括中空的第一筒体和第二筒体，所述第二筒体位于所述第一筒体的内部，所述第二筒体与驱动装置相连，所述驱动装置能够带动所述第二筒体相对于所述第一筒体转动，所述驱动装置位于所述第一筒体的底部；所述第二筒体的筒壁上设有多个通孔；所述第一筒体上设有至少两个进液口，由此，可将待清洗工件放入所述第二筒体的内部，通过所述第一筒体上的进液口向所述第一筒体的内部通入清洗液，所述清洗液可通过所述第二筒体的筒壁上的所述多个通孔喷射至所述待清洗工件的表面，以对所述待清洗工件的表面进行清洗，同时在所述驱动装置的带动下，所述第二筒体能够相对于所述第一筒体转动，由此，相比于传统的溢流式清洗槽，可以大大提高冲洗力，从而可以大大提高对所述待清洗工件的清洗效果，使其表面的杂质清洗的更加彻底。

(2)本发明提供的湿法刻蚀氮氧化硅后清洗的方法，通过提供上述的清洗槽，并将经过热磷酸刻蚀后的晶圆放入所述清洗槽的第二筒体中，先向所述第一筒体中通入一定温度的稀硫酸，并使所述第二筒体以一定的转速旋转，以清洗所述晶圆表面残留的磷酸和颗粒物；待所述稀硫酸对所述晶圆表面清洗一段时间后，再向所述清洗槽的第一筒体中通入一定温度的超纯水，以清洗所述晶圆表面残留的硫酸和剩余颗粒物。由此可见，通过采用本发明提供的方法对经过热磷酸刻蚀后的晶圆进行清洗，可以达到高效清洗晶圆表面的残留颗粒物和磷酸的目的，从而达到提升芯片成品率和可靠性的目的。本发明提供的湿法刻蚀氮氧化硅后清洗的方法相比于传统的热水溢出式清洗方法，能够有效避免气泡缺陷的产生，有效减少晶圆表面颗粒物和磷酸的残留。

附图说明

图1为现有技术中传统湿法刻蚀氮氧化硅的流程图；

图2为本发明一实施方式的清洗槽的整体结构示意图；

图3为本发明一实施方式的清洗槽中第二筒体与驱动装置的连接关系结构示意图；

图4为本发明一实施方式的湿法刻蚀氮氧化硅后清洗的方法的流程图。

其中，附图标记如下：

第一筒体-100；第二筒体-200；驱动装置-300；通孔-210；进液口-110；第一出液口-120；水泵-400；第二出液口-220，过滤装置-500；支架-600。

具体实施方式

以下结合附图2至4和具体实施方式对本发明提出的一种清洗槽和湿法刻蚀氮氧化硅后清洗的方法作进一步详细说明。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。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

承如在背景技术中所述的那样，通常在氮氧化硅刻蚀完成后，晶圆的表面会存在两种物质：一种是亲水性的氧化硅，另一种是憎水性的多晶硅。同时存在这两种物质的时候，经过热水槽清洗磷酸的时候晶圆表面很容易吸附空气中的气泡，阻碍了热水对磷酸的清洗。一般热水槽的水并不是集中供应，而多半是机台加热器加热时产生的，因此传统的溢流式热水槽无法彻底地清洗掉晶圆表面的残留磷酸。

并且，晶圆经过热水槽时会导致残留磷酸的粘度急剧增加，并在表面生成一层磷酸和副产物的薄膜。后续磷酸还会与底下的氧化硅层反应，副产物也会在清洗中剥落流至晶圆各处，将增加晶圆表面的缺陷数量，从而影响晶圆的后续制程，降低了良率及可靠性。

本发明的核心思想在于提供一种清洗槽和湿法刻蚀氮氧化硅后清洗的方法，以有效解决晶圆表面气泡缺陷、表面颗粒物残留等问题，从而达到提高芯片成品率和可靠性的目的。

为实现上述思想，本发明提供一种清洗槽，请参考图2和图3，其中图2示意性地给出了本发明一实施方式的清洗槽的整体结构示意图；图3示意性地给出了本发明一实施方式的清洗槽中第二筒体与驱动装置的连接关系结构示意图；如图2所示，所述清洗槽包括中空的第一筒体100和第二筒体200，所述第一筒体100的顶端和所述第二筒体200的顶端均设有开口。

请继续参考图2，所述第二筒体200位于所述第一筒体100的内部，所述第一筒体100的筒壁上设有至少两个进液口110。由此，通过所述至少两个进液口110，可以与至少两种清洗液源相连，从而可以通过所述至少两个进液口110，向所述第一筒体100中通入至少两种清洗液，有效提高本发明的清洗效果。优选的，所述进液口110靠近所述第一筒体100的底部所在位置，由此，此种设置可以便于向所述第一筒体100中通入清洗液。

优选的，所述第一筒体100和所述第二筒体200同轴设置，由此，可以确保所述第二筒体200的外壁与所述第一筒体100的内壁之间的距离处处相等，由此可以提高本发明提供的清洗槽的清洗效果。

如图3所示，所述第二筒体200与驱动装置300相连，所述驱动装置300能够带动所述第二筒体200相对于所述第一筒体100转动，所述驱动装置300位于所述第一筒体100的底部。由此，通过所述驱动装置300可以带动所述第二筒体200旋转，同时所述驱动装置300还可以对所述第二筒体200起到固定支撑的作用，从而可以进一步提高本发明提供的清洗槽的清洗效果。

所述驱动装置300可以为电机，所述电机的输出轴与所述第二筒体200的底部相连，由此，通过转动的电机可以带动所述第二筒体200旋转。

如图2和图3所示，所述第二筒体200的筒壁上设有多个通孔210。由此，当通过所述进液口110，向所述第一筒体100中通入清洗液后，所述清洗液可通过所述多个通孔210喷射至放置于所述第二筒体200内的待清洗工件上，所述待清洗工件可以为经过热磷酸刻蚀后的晶圆，从而完成对所述待清洗工件的清洗，由于所述第二筒体200在所述驱动装置300的带动下能够旋转，从而可以进一步提高对待清洗工件的清洗效果，使得通过采用本发明提供的清洗槽清洗后的工件的表面的杂质有效减少。

为了进一步提高本发明提供的清洗槽的清洗效果，所述多个通孔210呈阵列式分布。由此，此种设置，可以全方位的对放置于所述第二筒体200内的待清洗工件进行清洗，避免出现清洗盲区，从而有效去除待清洗工件表面残留的杂质。

为了便于在完成对待清洗工件的清洗工作后对含有杂质和清洗液的废液进行回收，所述第一筒体100的底部可设有第一出液口120，所述第一出液口120可通过管道与一废液回收装置相连，由此，可通过所述第一出液口120，将含有杂质和清洗液的废液排出至所述清洗槽的外部并通过所述废液回收装置进行回收处理。

为了便于操作，所述清洗槽还包括水泵400，所述水泵400靠近所述进液口110所在位置。由此，通过所述水泵400，可以将位于所述第一筒体100底部的清洗液向上输送至所述第二筒体200所在位置，以使得所述清洗液能够顺利流入所述多个通孔210中，以顺利完成对待清洗工件的清洗。所述水泵400可以安装于所述第一筒体100的外部，也可以安装于所述第一筒体100的内部。优选的，为了节省空间，所述水泵400可安装于所述第一筒体100的外侧壁上，所述水泵400的吸液口和出液口伸入所述第一筒体100的内部。

为了节约成本，使得所述清洗液可以循环使用，所述第二筒体200的底部设有第二出液口220，所述第一筒体100内设有过滤装置500，所述过滤装置500位于所述第二筒体200的下方。由此，通过在所述第二筒体200的底部设置第二出液口220，并在所述第二筒体200的下方设置过滤装置500，当清洗液由所述多个通孔210喷射至所述待清洗工件上后，所述待清洗工件上的杂质可以被冲下来并跟随清洗液一起通过第二出液口220流出至所述过滤装置500，通过所述过滤装置500可以对含有杂质的清洗液进行过滤，清洗液中的杂质被拦截在所述过滤装置500上，干净的清洗液通过所述过滤装置500流至所述第一筒体100的底部，通过所述水泵400可以将经所述过滤装置500过滤后得到的清洗液重新输送至所述第二筒体200所在位置，以使得所述清洗液能够顺利流入所述多个通孔210，从而可以对所述清洗液进行重复利用。

优选的，所述第二筒体200的底部可设有支架600，所述过滤装置500可拆卸式安装于所述支架600的底部，具体的，可通过在所述支架600上设置卡槽，在所述过滤装置500上设置卡块，通过相互配合的卡块和卡槽，实现所述过滤装置500与所述支架600的可拆卸式连接。

综上所述，本发明提供的清洗槽由于包括中空的第一筒体和第二筒体，所述第二筒体位于所述第一筒体的内部，所述第二筒体与驱动装置相连，所述驱动装置能够带动所述第二筒体相对于所述第一筒体转动，所述驱动装置位于所述第一筒体的底部；所述第二筒体的筒壁上设有多个通孔；所述第一筒体上设有至少两个进液口，由此，可将待清洗工件放入所述第二筒体的内部，通过所述第一筒体上的进液口向所述第一筒体的内部通入清洗液，所述清洗液可通过所述第二筒体的筒壁上的所述多个通孔喷射至所述待清洗工件的表面，以对所述待清洗工件的表面进行清洗，同时在所述驱动装置的带动下，所述第二筒体能够相对于所述第一筒体转动，由此，相比于传统的溢流式清洗槽，可以大大提高冲洗力，从而可以大大提高对所述待清洗工件的清洗效果，使其表面的杂质清洗的更加彻底。

为实现上述思想，本发明还提供一种湿法刻蚀氮氧化硅后清洗的方法，请参考图4，示意性的给出了本发明一实施方式提供的湿法刻蚀氮氧化硅后清洗的方法的流程图，如图4所示，所述方法包括如下步骤：

s101：提供清洗槽。

所述清洗槽为上文所述的清洗槽，即所述清洗槽包括中空的第一筒体和第二筒体；所述第二筒体位于所述第一筒体的内部，所述第二筒体与驱动装置相连，所述驱动装置能够带动所述第二筒体相对于所述第一筒体转动，所述驱动装置位于所述第一筒体的底部；所述第二筒体的筒壁上设有多个通孔，所述多个通孔可呈阵列式分布；所述第一筒体的筒壁上设有至少两个进液口；所述第一筒体的底部可设有第一出液口；所述第一筒体内可设有水泵，所述水泵设于所述第一筒体的底部；所述第二筒体的底部可设有第二出液口，所述第一筒体内可设有过滤装置，所述过滤装置位于所述第二筒体的下方。

s102：将经过热磷酸刻蚀后的晶圆放入所述清洗槽的第二筒体中。

具体地，可通过机械手臂将经过热磷酸刻蚀后的晶圆放入所述清洗槽的第二筒体中。优选的，可通过机械手臂将所述晶圆垂直的放置于所述第二筒体的中央位置，以使得所述晶圆的待清洗表面朝向所述第二筒体上的通孔所在位置。

s103：向所述清洗槽的第一筒体中通入一定温度的稀硫酸，并使所述清洗槽的第二筒体以一定的转速旋转，以清洗所述晶圆表面残留的磷酸和颗粒物。

具体地，可通过所述清洗槽的第一筒体上的其中一个进液口，向所述第一筒体中通入一定温度的稀硫酸，随着液面的逐渐上升或者通过水泵将位于所述第一筒体的底部的稀硫酸输送至所述第二筒体所在位置，所述稀硫酸可通过所述多个通孔喷射至所述晶圆上，以对所述晶圆进行清洗。在对晶圆进行清洗的过程中，所述第二筒体以一定的转速旋转，可选的，所述转速可为400-1000r/min。

可选的，所述稀硫酸的流率为27-34l/min，即可以以每分钟27-34l的速度向所述第一筒体中通入稀硫酸，从而可以基本清洗掉所述晶圆表面残留的磷酸和颗粒物。

可选的，所述稀硫酸的温度可为140-160℃。由此，此种温度的稀硫酸可以更好的去除所述晶圆表面残留的磷酸和颗粒物，从而进一步提高清洗效果。

可选的，所述稀硫酸中硫酸的质量浓度为40％-60％，即在所述稀硫酸中，硫酸的质量占整个稀硫酸的总质量的40％-60％。此种浓度的稀硫酸，可以在保证清洗效果的同时，又不会对晶圆的表面造成腐蚀，从而可以更进一步地提高对晶圆的清洗效果。

s104：待所述稀硫酸对所述晶圆表面清洗一段时间后，向所述清洗槽的第一筒体中通入一定温度的超纯水，以清洗所述晶圆表面残留的硫酸和剩余颗粒物。

超纯水(ultrapurewater)又称up水，是指电阻率达到18mω*cm(25℃)的水。这种水中除了水分子外，几乎没有什么杂质，更没有细菌、病毒、含氯二恶英等有机物。

可选的，所述稀硫酸的清洗时间为5-7min。由此，通过采用稀硫酸对所述晶圆进行5-7min的清洗，可以基本去除所述晶圆表面残留的磷酸和颗粒物。

当采用稀硫酸对所述晶圆表面清洗5-7min后，可通过所述清洗槽的第一筒体上的另一个进液口，向所述第一筒体中通入一定温度的超纯水，由此，通过所述超纯水可以对所述晶圆进行进一步清洗，以去除所述晶圆表面残留的硫酸和剩余颗粒物，从而可以完成对所述晶圆的清洗。由于所述超纯水中几乎不含有杂质，从而可以有效避免引入新的杂质而对晶圆表面造成污染。

可选的，所述超纯水的流率为27-34l/min。即可以以每分钟27-34l的速度向所述第一筒体中通入超纯水，从而可以清洗掉所述晶圆表面残留的硫酸和剩余的颗粒物。

可选的，所述超纯水的温度为140-160℃。由此，此种温度的超纯水可以更好的去除所述晶圆表面残留的硫酸和剩余颗粒物，从而进一步提高清洗效果。

可选的，所述超纯水的清洗时间为3-5min。由此，通过采用超纯水对所述晶圆进行3-5min的清洗，可以基本去除所述晶圆表面残留的硫酸和剩余颗粒物。

综上所述，本发明提供的湿法刻蚀氮氧化硅后清洗的方法，通过提供上文所述的清洗槽，并将经过热磷酸刻蚀后的晶圆放入所述清洗槽的第二筒体中，先向所述第一筒体中通入一定温度的稀硫酸，并使所述第二筒体以一定的转速旋转，以清洗所述晶圆表面残留的磷酸和颗粒物；待所述稀硫酸对所述晶圆表面清洗一段时间后，再向所述清洗槽的第一筒体中通入一定温度的超纯水，以清洗所述晶圆表面残留的硫酸和剩余颗粒物。由此可见，通过采用本发明提供的方法对经过热磷酸刻蚀后的晶圆进行清洗，可以达到高效清洗晶圆表面的残留颗粒物和磷酸的目的，从而达到提升芯片成品率和可靠性的目的。本发明提供的湿法刻蚀氮氧化硅后清洗的方法相比于传统的热水溢出式清洗方法，能够有效避免气泡缺陷的产生，有效减少晶圆表面颗粒物和磷酸的残留。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

此外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

上述描述仅是对本发明较佳实施方式的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。