一種在氧化矽溼法刻蝕中降低矽損傷的方法與流程

2023-05-19 23:22:21

本發明屬於集成電路製造過程中矽片溼法清洗技術，其特別涉及一種在氧化矽溼法刻蝕中降低矽損傷的方法。

背景技術：

在半導體製造工藝技術領域，溼法清洗/刻蝕在半導體集成電路中必不可少。溼法清洗可有效去除矽片表面在各種不同製程中所產生的缺陷，包括：顆粒、離子、金屬、殘留等缺陷，並為後續製程提供了良好的矽片性質。溼法刻蝕以其各向同性和高選擇比的特點在柵極刻蝕、矽化物阻隔層刻蝕等製程中亦不可或缺。

現有的溼法清洗/刻蝕均根據其製程之目的，將不同酸液進行組合，所述方式在溼法清洗/刻蝕中已被廣泛應用。常見地，所述酸液為氫氟酸。

矽基集成電路中氧化矽是常用的絕緣體，而氧化矽的刻蝕常用氫氟酸或其稀釋的水溶液。氫氟酸對單晶矽刻蝕速率接近零，因此能避免矽基體的厚度損失。但是使用氫氟酸多次清洗後，矽片上常會形成凹坑缺陷，影響良率。

矽片表面形成凹坑，其中一個重要原因是氫氟酸以及清洗水中溶解的氧。圖1所示為現有技術中矽片氫氟酸清洗處理的工藝流程圖。常用的工藝過程為氫氟酸或其稀釋的水溶液清洗矽片，然後水洗乾燥。這個過程中水和氫氟酸中均含有微量的氧，以及工藝過程中開放式的腔體環境也使矽片接觸到氧氣，這些因素均會形成凹坑缺陷，如公式一所示。

si+o2+6hf→h2sif6+2h2o(公式一)

本發明要解決的是氫氟酸清洗矽片過程中因溶解氧引起的凹坑缺陷問題。

技術實現要素：

本發明提出一種在氧化矽溼法刻蝕中降低矽損傷的方法，能夠有效解決氫氟酸清洗矽片過程中因溶解氧引起的凹坑缺陷問題。

為了達到上述目的，本發明提出一種在氧化矽溼法刻蝕中降低矽損傷的方法，包括下列步驟：

將過量氮氣通入氫氟酸溶液中，使得其中的氧氣析出，從而降低氧含量；

將矽片浸入所述氫氟酸溶液中進行清洗處理後取出；

將所述矽片進行水洗乾燥處理。

進一步的，所述矽片在氫氟酸溶液中進行清洗處理的時間為5-180s。

進一步的，所述矽片進行水洗處理的時間為10-120s。

進一步的，所述矽片進行乾燥處理採用氮氣乾燥或ipa乾燥或旋轉乾燥。

進一步的，所述將過量氮氣通入氫氟酸溶液中採用底部設置有多孔板的通氣管。

進一步的，所述氮氣通過通氣管通入氫氟酸溶液後，通過底部多孔板在氫氟酸溶液中起泡，使氫氟酸溶液中氮氣含量達到飽和。

進一步的，所述矽片在進行氫氟酸溶液清洗處理步驟之前還包括將所述矽片進行水洗處理，利用水將矽片和空氣隔離。

進一步的，所述矽片進行水洗處理時間為1-30s。

本發明提出的在氧化矽溼法刻蝕中降低矽損傷的方法，將過量氮氣通入氫氟酸和水中，使得其中的氧氣析出，從而降低氧含量，同時採用在氫氟酸清洗前增加水洗步驟的方式，利用水將矽片和空氣隔離，儘量避免矽片接觸到氧氣發生腐蝕單晶矽的反應，從而降低凹坑缺陷。

附圖說明

圖1所示為現有技術中矽片氫氟酸清洗處理的工藝流程圖。

圖2所示為本發明較佳實施例的在氧化矽溼法刻蝕中降低矽損傷的方法流程圖。

圖3所示為本發明較佳實施例的將氮氣通入氫氟酸溶液的裝置結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖給出本發明的具體實施方式，但本發明不限於以下的實施方式。根據下面說明和權利要求書，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，附圖均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用於方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

請參考圖2，圖2所示為本發明較佳實施例的在氧化矽溼法刻蝕中降低矽損傷的方法流程圖。本發明提出一種在氧化矽溼法刻蝕中降低矽損傷的方法，包括下列步驟：

步驟s100：將過量氮氣通入氫氟酸溶液中，使得其中的氧氣析出，從而降低氧含量；

步驟s200：將矽片浸入所述氫氟酸溶液中進行清洗處理後取出；

步驟s300：將所述矽片進行水洗乾燥處理。

根據本發明較佳實施例，所述矽片在氫氟酸溶液中進行清洗處理的時間為5-180s，可選擇10s作為氫氟酸清洗處理時間，所述矽片進行水洗處理的時間為10-120s，可選擇20s作為水洗處理時間，所述矽片進行乾燥處理採用氮氣乾燥或ipa乾燥或旋轉乾燥。

請參考圖3，圖3所示為本發明較佳實施例的將氮氣通入氫氟酸溶液的裝置結構示意圖。在開放式腔體100中將過量氮氣通入氫氟酸溶液200中採用底部設置有多孔板400的通氣管300。所述氮氣通過通氣管300通入氫氟酸溶液200後，通過底部多孔板400在氫氟酸溶液200中起泡，使氫氟酸溶液200中氮氣含量達到飽和。

在開放式腔體中，現有技術中矽片工藝過程中如圖1所示，首先氫氟酸清洗，然後水洗乾燥。在氫氟酸接觸矽片前，矽片直接與氧氣接觸，此時o2、si、hf同時存在，滿足公式一條件，局部會發生腐蝕單晶矽的反應。根據本發明較佳實施例，所述矽片在進行氫氟酸溶液清洗處理步驟之前還包括將所述矽片進行水洗處理，利用水將矽片和空氣隔離，所述矽片進行水洗處理時間為1-30s，可選擇20s作為水洗處理時間。本發明採用在氫氟酸清洗前增加水洗步驟的方式，利用水將矽片和空氣隔離，避免公式一的反應，從而降低凹坑缺陷。

通過本發明的方案可有效降低公式一的反應，解決凹坑缺陷。為了驗證效果，設計如下實驗。使用lam單片清洗設備，49％的氫氟酸溶液清洗單晶矽片，比較兩種工藝凹坑缺陷。此實驗用50ppmo3diw模擬氫氟酸和水中溶解氧的氧化過程，並有加強效果。通過o3與氫氟酸清洗之間是否有水洗的差異，模擬本發明中增加的水洗過程。通過10次反覆清洗，本發明(工藝二)的凹坑缺陷明顯小於現有技術(工藝一)。氫氟酸清洗之前增加水洗能有效降低凹坑缺陷。

綜上所述，本發明提出的在氧化矽溼法刻蝕中降低矽損傷的方法，將過量氮氣通入氫氟酸和水中，使得其中的氧氣析出，從而降低氧含量，同時採用在氫氟酸清洗前增加水洗步驟的方式，利用水將矽片和空氣隔離，儘量避免矽片接觸到氧氣發生腐蝕單晶矽的反應，從而降低凹坑缺陷。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發明的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。