单片式晶圆湿法刻蚀设备和方法与流程

本发明涉及半导体集成电路领域，特别涉及一种单片式晶圆湿法刻蚀设备。本发明还涉及一种单片式晶圆湿法刻蚀方法。

背景技术：

刻蚀工艺包括干法刻蚀(dryetching)和湿法刻蚀((wetetching))。干法刻蚀通常是将刻蚀气体通入到刻蚀腔中之后，进行等离子化形成等离子体(plasma),之后再对晶圆如硅片晶圆上的被刻蚀材料进行刻蚀。

湿法刻蚀在时采用刻蚀液对晶圆上的被刻蚀材料进行刻蚀。湿法刻蚀包括批量式湿法刻蚀和单片式湿法刻蚀。批量式湿法刻蚀通常会对一片如25片晶圆进行刻蚀。批量式湿法刻蚀有可能造成交叉污染。单片式湿法刻蚀则一次仅对一片晶圆进行刻蚀。

随着半导体技术不断发展，工艺节点即线宽会不断缩小，线宽限缩的技术会使工艺难度与日俱增，为降低金属(metal)栅极层或是薄膜(film)表面损坏，现有干法刻蚀技术要求日趋严格，等离子体轰击(bombardment)对表面破坏更难控制。先进工艺转由使用表面损坏较低的湿法工艺取代传统刻蚀工艺进行关键工艺流程。现有技术的主要问题有:

1、当采用干法刻蚀时，传统使用刻蚀气体进行薄膜去除所造成的表面破坏对于先进工艺是极大挑战，后续更加先进工艺开发会使用湿法来进行。

2、当采用单片式湿法刻蚀时，湿法工艺困难在于化学品特性与材料本身结构强相关，不同化学品对于材料表面会产生不同的蚀刻率，而刻蚀速率对于温度非常敏感，加上单片晶圆的化学刻蚀液在晶圆中的温度不易控制，常常造成均匀性不佳进而影响后续工艺。如图1所示，是现有单片式晶圆湿法刻蚀设备的结构示意图；现有单片式晶圆湿法刻蚀设备包括：刻蚀液喷射装置，机械手臂。

所述机械手臂用于晶圆102取放。

所述刻蚀液喷射装置具有喷嘴103，所述喷嘴103用于在进行所述晶圆102的湿法刻蚀时将刻蚀液105注入到所述晶圆102的正面表面上。

所述刻蚀液105用于对所述晶圆102正面上的被刻蚀材料进行刻蚀。

所述刻蚀液喷射装置还包括刻蚀液源和输送管路104，所述喷嘴103设置在所述输送管路104的端部104a上。

所述喷嘴103的数量为一个，在进行所述湿法刻蚀时所述喷嘴103位于所述晶圆102的中央的正上方并将所述刻蚀液105从所述晶圆102的中央区域注入到所述晶圆102的表面上。

单片式晶圆湿法刻蚀设备还包括晶圆承载台101，所述晶圆承载台101用于在湿法刻蚀时放置所述晶圆102，图1中所述晶圆102通过设置在所述晶圆承载台101上的夹具106固定放置。

如图2a所示，是图1所示的现有单片式晶圆湿法刻蚀设备进行湿法刻蚀时晶圆各区域的刻蚀速率分布曲线201，曲线201是沿晶圆102的直径分布，图2a中，晶圆102的直径为300mm，可以看出，刻蚀速率从所述晶圆102的中央区域即靠近圆心位置向周边区域逐渐降低，曲线201沿晶圆102的圆心基本对称。

如图2b所示，是图1所示的现有单片式晶圆湿法刻蚀设备进行湿法刻蚀时晶圆各区域的温度分布曲线202；曲线202是沿晶圆102的一条半径的分布曲线，可以看出，温度会从所述晶圆102的中央区域向周边区域逐渐降低，这时造成图2a中的曲线201从所述晶圆102的中央区域向周边区域逐渐降低的原因。

3、为了改善单片式湿法刻蚀工艺中的均匀性，现有一种方法是使用机械手臂摆动(armboomswing)来改善刻蚀均匀性，如图3所示，是现有湿法刻蚀中armboomswing的示意图；通过机械手臂107将晶圆102从位置①摆动到位置②，通过多次摆动能改善刻蚀均匀性。但是这种方法需要与化学刻蚀液停留晶圆表面时间进行完美配合才能达到最佳效果，参数调整不易，例如：当化学刻蚀液停留晶圆表面时间较长时，容易造成晶圆表面损伤；而当化学刻蚀液停留晶圆表面时间较短时，刻蚀的均匀性较差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种单片式晶圆湿法刻蚀设备，能提高湿法刻蚀的均匀性，减少刻蚀对晶圆表面的损伤。为此，本发明还提供一种单片式晶圆湿法刻蚀方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的单片式晶圆湿法刻蚀设备包括：刻蚀液喷射装置，机械手臂，背面温度控制装置。

所述机械手臂用于晶圆取放。

所述刻蚀液喷射装置具有喷嘴，所述喷嘴用于在进行所述晶圆的湿法刻蚀时将刻蚀液注入到所述晶圆的正面表面上。

所述刻蚀液用于对所述晶圆正面上的被刻蚀材料进行刻蚀且刻蚀速率具有温度敏感性。

所述背面温度控制装置用于在进行所述晶圆的湿法刻蚀时从所述晶圆背面进行温度控制，使所述晶圆各区域的温度均匀且稳定并从而提高刻蚀均匀性。

进一步改进是，所述背面温度控制装置包括加热液体注入装置，所述背面温度控制装置通过从所述晶圆底部向所述晶圆背面注入加热液体来对所述晶圆进行温度控制。

进一步改进是，所述加热液体包括去离子水。

进一步改进是，所述背面温度控制装置包括加热气体注入装置，所述背面温度控制装置通过从所述晶圆底部向所述晶圆背面注入加热气体来对所述晶圆进行温度控制。

进一步改进是，所述加热气体包括氮气或惰性气体。

进一步改进是，所述背面温度控制装置包括所述电阻加热或灯泡加热装置，所述背面温度控制装置通过所述电阻加热或灯泡加热装置从背面对所述晶圆进行温度控制。

进一步改进是，所述刻蚀液喷射装置还包括刻蚀液源和输送管路，所述喷嘴设置在所述输送管路上。

所述喷嘴的数量为一个，在进行所述湿法刻蚀时所述喷嘴位于所述晶圆的中央的正上方并将所述刻蚀液从所述晶圆的中央区域注入到所述晶圆的表面上。

或者，所述喷嘴的数量包括多个，在进行所述湿法刻蚀时各所述喷嘴位从所述晶圆的多个区域位置将所述刻蚀液注入到所述晶圆的表面上。

进一步改进是，单片式晶圆湿法刻蚀设备还包括晶圆承载台，所述晶圆承载台用于在湿法刻蚀时放置所述晶圆，所述背面温度控制装置设置在所述晶圆承载台上且位于所述晶圆的底部。

为解决上述技术问题，本发明提供的单片式晶圆湿法刻蚀方法中，湿法刻蚀所采用的单片式晶圆湿法刻蚀设备包括刻蚀液喷射装置，机械手臂，背面温度控制装置。

所述机械手臂用于晶圆取放。

所述刻蚀液喷射装置具有喷嘴。

所述湿法刻蚀步骤包括：

所述机械手臂将所述晶圆移动到刻蚀位置。

所述喷嘴将刻蚀液注入到所述晶圆的正面表面上；所述刻蚀液用于对所述晶圆正面上的被刻蚀材料进行刻蚀且刻蚀速率具有温度敏感性。

所述背面温度控制装置从所述晶圆背面进行温度控制，使所述晶圆各区域的温度均匀且稳定并从而提高刻蚀均匀性。

进一步改进是，所述背面温度控制装置包括加热液体注入装置，所述背面温度控制装置通过从所述晶圆底部向所述晶圆背面注入加热液体来对所述晶圆进行温度控制。

进一步改进是，所述加热液体包括去离子水。

进一步改进是，所述背面温度控制装置包括加热气体注入装置，所述背面温度控制装置通过从所述晶圆底部向所述晶圆背面注入加热气体来对所述晶圆进行温度控制。

所述加热气体包括氮气或惰性气体。

进一步改进是，所述背面温度控制装置包括所述电阻加热或灯泡加热装置，所述背面温度控制装置通过所述电阻加热或灯泡加热装置从背面对所述晶圆进行温度控制。

进一步改进是，所述刻蚀液喷射装置还包括刻蚀液源和输送管路，所述喷嘴设置在所述输送管路上。

所述喷嘴的数量为一个，在进行所述湿法刻蚀时所述喷嘴位于所述晶圆的中央的正上方并将所述刻蚀液从所述晶圆的中央区域注入到所述晶圆的表面上。

或者，所述喷嘴的数量包括多个，在进行所述湿法刻蚀时各所述喷嘴位从所述晶圆的多个区域位置将所述刻蚀液注入到所述晶圆的表面上。

进一步改进是，单片式晶圆湿法刻蚀方法还包括晶圆承载台，所述晶圆承载台用于在湿法刻蚀时放置所述晶圆，所述背面温度控制装置设置在所述晶圆承载台上且位于所述晶圆的底部。

本发明在单片式晶圆湿法刻蚀设备设置有背面温度控制装置，背面温度控制装置能在湿法刻蚀时从晶圆背面进行温度控制，从而能消除现有技术中湿法刻蚀设备在湿法刻蚀时刻蚀液在晶圆上的温度不容易控制从而使得刻蚀速率不均匀的缺点，从能提高湿法刻蚀的均匀性。

相对于干法刻蚀设备，本发明不采用刻蚀气体以及刻蚀气体形成的等离子体，故本发明能消除刻蚀气体对晶圆表面的损坏。

另外，相对于现有湿法刻蚀设备中采用armboomswing的方法来克服温度不均匀所产生的湿法刻蚀均匀性差的问题，本发明采用背面温度控制装置即可实现，不需要armboomswing，故能消除armboomswing所带来的技术问题，如本发明并不需要对刻蚀液停留晶圆表面时间进行复杂控制，能在提高刻蚀均匀性的同同时减少刻蚀对晶圆表面的损伤。

另外，本发明还具有能在短时间内提高湿法刻蚀的均匀性、能减少刻蚀液化学品的使用量以及能良好控制和提高工艺稳定性的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有单片式晶圆湿法刻蚀设备的结构示意图；

图2a是图1所示的现有单片式晶圆湿法刻蚀设备进行湿法刻蚀时晶圆各区域的刻蚀速率分布曲线；

图2b是图1所示的现有单片式晶圆湿法刻蚀设备进行湿法刻蚀时晶圆各区域的温度分布曲线；

图3是现有湿法刻蚀中armboomswing的示意图；

图4是本发明第一实施例单片式晶圆湿法刻蚀设备的结构示意图；

图5是本发明第二实施例单片式晶圆湿法刻蚀设备的结构示意图；

图6是本发明第三实施例单片式晶圆湿法刻蚀设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明第一实施例单片式晶圆湿法刻蚀设备：

如图4所示，是本发明第一实施例单片式晶圆湿法刻蚀设备的结构示意图；本发明第一实施例单片式晶圆湿法刻蚀设备包括：刻蚀液喷射装置，机械手臂，背面温度控制装置。

所述机械手臂用于晶圆3取放。

所述刻蚀液喷射装置具有喷嘴1，所述喷嘴1用于在进行所述晶圆3的湿法刻蚀时将刻蚀液2注入到所述晶圆3的正面表面上。

所述刻蚀液2用于对所述晶圆3正面上的被刻蚀材料进行刻蚀且刻蚀速率具有温度敏感性。

所述背面温度控制装置用于在进行所述晶圆3的湿法刻蚀时从所述晶圆3背面进行温度控制，使所述晶圆3各区域的温度均匀且稳定并从而提高刻蚀均匀性。

本发明第一实施例中，所述背面温度控制装置包括加热液体注入装置，所述背面温度控制装置通过从所述晶圆3底部向所述晶圆3背面注入加热液体5来对所述晶圆3进行温度控制。所述加热液体5包括去离子水。在其他实施例中，所述加热液体5也能为其他液体。

所述刻蚀液喷射装置还包括刻蚀液源和输送管路，所述喷嘴1设置在所述输送管路的端部1a上。

所述喷嘴1的数量为一个，在进行所述湿法刻蚀时所述喷嘴1位于所述晶圆3的中央的正上方并将所述刻蚀液2从所述晶圆3的中央区域注入到所述晶圆3的表面上。在其他实施例中也能为：所述喷嘴1的数量包括多个，在进行所述湿法刻蚀时各所述喷嘴1位从所述晶圆3的多个区域位置将所述刻蚀液2注入到所述晶圆3的表面上。

单片式晶圆湿法刻蚀设备还包括晶圆承载台4，所述晶圆承载台4用于在湿法刻蚀时放置所述晶圆3，所述背面温度控制装置设置在所述晶圆承载台4上且位于所述晶圆3的底部。

本发明第一实施例在单片式晶圆湿法刻蚀设备设置有背面温度控制装置，背面温度控制装置能在湿法刻蚀时从晶圆3背面进行温度控制，从而能消除现有技术中湿法刻蚀设备在湿法刻蚀时刻蚀液2在晶圆3上的温度不容易控制从而使得刻蚀速率不均匀的缺点，从能提高湿法刻蚀的均匀性。

相对于干法刻蚀设备，本发明第一实施例不采用刻蚀气体以及刻蚀气体形成的等离子体，故本发明第一实施例能消除刻蚀气体对晶圆3表面的损坏。

另外，相对于现有湿法刻蚀设备中采用armboomswing的方法来克服温度不均匀所产生的湿法刻蚀均匀性差的问题，本发明第一实施例采用背面温度控制装置即可实现，不需要armboomswing，故能消除armboomswing所带来的技术问题，如本发明第一实施例并不需要对刻蚀液2停留晶圆3表面时间进行复杂控制，能在提高刻蚀均匀性的同同时减少刻蚀对晶圆3表面的损伤。

另外，本发明第一实施例的背面温度控制装置能使晶圆的温度快速稳定，故本发明第一实施例还具有能在短时间内提高湿法刻蚀的均匀性；本发明第一实施例还能减少刻蚀液2化学品的使用量，例如相对于现有技术中采用armboomswing的湿法刻蚀，由于本发明第一实施例的湿法刻蚀速率能在短时间内稳定，故能节约刻蚀时间，从而也能节约化学品的使用量；本发明第一实施例对晶圆的温度控制方便且稳定，不需要进行副复杂的参数调节，故本发明第一实施例还具有能良好控制和提高工艺稳定性的优点。

本发明第二实施例单片式晶圆湿法刻蚀设备：

本发明第二实施例单片式晶圆湿法刻蚀设备和本发明第一实施例单片式晶圆湿法刻蚀设备的区别之处为：

如图5所示，是本发明第二实施例单片式晶圆湿法刻蚀设备的结构示意图；本发明第二实施例单片式晶圆湿法刻蚀设备中，所述背面温度控制装置包括加热气体注入装置，所述背面温度控制装置通过从所述晶圆3底部向所述晶圆3背面注入加热气体6来对所述晶圆3进行温度控制。

所述加热气体6包括氮气或惰性气体。

本发明第三实施例单片式晶圆湿法刻蚀设备：

本发明第三实施例单片式晶圆湿法刻蚀设备和本发明第一实施例单片式晶圆湿法刻蚀设备的区别之处为：

如图6所示，是本发明第三实施例单片式晶圆湿法刻蚀设备的结构示意图；所述背面温度控制装置包括所述电阻加热或灯泡加热装置7，所述背面温度控制装置通过所述电阻加热或灯泡加热装置7从背面对所述晶圆3进行温度控制。

本发明实施例单片式晶圆湿法刻蚀方法：

本发明实施例单片式晶圆湿法刻蚀方法中，湿法刻蚀所采用的单片式晶圆湿法刻蚀设备包括刻蚀液喷射装置，机械手臂，背面温度控制装置。

所述机械手臂用于晶圆3取放。

所述刻蚀液喷射装置具有喷嘴1。

所述湿法刻蚀步骤包括：

所述机械手臂将所述晶圆3移动到刻蚀位置。

所述喷嘴1将刻蚀液2注入到所述晶圆3的正面表面上；所述刻蚀液2用于对所述晶圆3正面上的被刻蚀材料进行刻蚀且刻蚀速率具有温度敏感性。

所述背面温度控制装置从所述晶圆3背面进行温度控制，使所述晶圆3各区域的温度均匀且稳定并从而提高刻蚀均匀性。

本发明实施例方法中，所述背面温度控制装置包括加热液体注入装置，所述背面温度控制装置通过从所述晶圆3底部向所述晶圆3背面注入加热液体5来对所述晶圆3进行温度控制。所述加热液体5包括去离子水。

或者，所述背面温度控制装置包括加热气体注入装置，所述背面温度控制装置通过从所述晶圆3底部向所述晶圆3背面注入加热气体6来对所述晶圆3进行温度控制。所述加热气体6包括氮气或惰性气体。

或者，所述背面温度控制装置包括所述电阻加热或灯泡加热装置7，所述背面温度控制装置通过所述电阻加热或灯泡加热装置7从背面对所述晶圆3进行温度控制。

所述刻蚀液喷射装置还包括刻蚀液源和输送管路，所述喷嘴1设置在所述输送管路的端部1a上。

所述喷嘴1的数量为一个，在进行所述湿法刻蚀时所述喷嘴1位于所述晶圆3的中央的正上方并将所述刻蚀液2从所述晶圆3的中央区域注入到所述晶圆3的表面上。在其他实施例中也能为：所述喷嘴1的数量包括多个，在进行所述湿法刻蚀时各所述喷嘴1位从所述晶圆3的多个区域位置将所述刻蚀液2注入到所述晶圆3的表面上。

单片式晶圆湿法刻蚀设备还包括晶圆承载台4，所述晶圆承载台4用于在湿法刻蚀时放置所述晶圆3，所述背面温度控制装置设置在所述晶圆承载台4上且位于所述晶圆3的底部。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。