CN102437045A - 湿法刻蚀方法以及湿法刻蚀设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种湿法刻蚀方法以及湿法刻蚀设备。根据本发明的湿法刻蚀方法包括：通过控制化学药液在化学药液槽中的循环流动速度来控制刻蚀后的晶片的片内均匀性及片间均匀性。优选地，将化学药液在化学药液槽中的循环流动速度控制为0。根据本发明，大大降低或停止化学药液的循环流速时，化学品边界层厚度为很大或无限大而且在晶片底部和顶部一致，所以刻蚀速率的晶片的片内均匀性好。另一方面，通过大大降低或停止化学药液的循环，可使得化学药液为缓速或静止状态时，晶片表面刻蚀速率不在受到化学药液在化学槽的不同部位流出速率影响，所以刻蚀速率的片间均匀性改善。

Description

湿法刻蚀方法以及湿法刻蚀设备

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，更具体地说，本发明涉及一种湿法刻蚀方法以及相应的湿法刻蚀设备。

背景技术

湿法刻蚀是半导体器件制造过程中常见的工艺。湿法刻蚀是一种传统的刻蚀方法。在湿法刻蚀过程中，硅片被浸泡在一定的化学试剂或试剂溶液中，由此使没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜表面与试剂发生化学反应而被除去。如图1所示，硅衬底30上的被刻蚀层20上布置了抗蚀剂10，未被抗蚀剂10覆盖的被刻蚀区域A由于化学试剂的作用被去除。

例如，用一种含有氢氟酸的溶液刻蚀二氧化硅薄膜，用磷酸刻蚀铝薄膜等。这种在液态环境中进行刻蚀的方法称为“湿法”刻蚀。湿法刻蚀的优点操作简便；对设备要求低；易于实现大批量生产；刻蚀的选择性好。

在湿法刻蚀设备中，化学品槽被用于在其中湿法蚀刻晶片或前清洗晶片。化学品槽中的化学品槽液体分流板用于改变化学品槽中液体流动的特性。刻蚀剂(例如氢氟酸)和刻蚀缓冲液对被刻蚀层(例如二氧化硅薄膜)的湿法蚀刻速率的片内均匀性和片间均匀性都受到化学品槽液体分流板设计、化学品分配管设计和/或去离子水流均匀性的极大影响。

因此，希望提出一种能够降低或消除化学品槽液体分流板设计、化学品分配管设计和/或去离子水流均匀性对湿法蚀刻速率的片内均匀性和片间均匀性的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够降低或消除化学品槽液体分流板设计、化学品分配管设计和/或去离子水流均匀性对湿法蚀刻速率的片内均匀性和片间均匀性的影响的湿法刻蚀设备以及湿法刻蚀万法。

根据本发明的第一方面，提供了一种一种湿法刻蚀方法，其特征在于包括：通过控制化学药液在化学药液槽中的循环流动速度来控制刻蚀后的晶片的片内均匀性及片间均匀性。

优选地，将化学药液在化学药液槽中的循环流动速度控制为13升/分钟或8升/分钟。

或者优选地，将化学药液在化学药液槽中的循环流动速度控制为0。

根据本发明的第二方面，提供了一种一种湿法刻蚀设备，其特征在于包括：循环流动速度控制装置，用于控制化学药液在化学药液槽中的循环流动速度，由此控制刻蚀后的晶片的片内均匀性及片间均匀性。

优选地，所述循环流动速度控制装置将化学药液在化学药液槽中的循环流动速度控制为13升/分钟或8升/分钟。

或者优选地，所述循环流动速度控制装置将化学药液在化学药液槽中的循环流动速度控制为0。

根据本发明，大大降低或停止化学药液的循环流速时，化学品边界层厚度为很大或无限大而且在晶片底部和顶部一致，所以刻蚀速率的晶片的片内均匀性好。另一方面，通过大大降低或停止化学药液的循环，可使得化学药液为缓速或静止状态时，晶片表面刻蚀速率不在受到化学药液在化学槽的不同部位流出速率影响，所以刻蚀速率的片间均匀性改善。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1示出了湿法刻蚀的示意图。

图2示出了边界层厚度和化学药液的循环流速的关系。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。

在化学药液槽中对晶片进行湿法刻蚀的时候，化学药液在化学药液槽中循环流动。化学药液在化学药液槽中循环流动的总体速度(或者平均速度)可称为循环流速。

并且，由于化学药液从化学药液槽的底部输入，化学药液由于自身重力的作用和液体的阻力，所以化学药液在化学药液槽底部流速快，而在化学药液槽顶部流速慢且趋近与零。

晶片表面刻蚀速率和药液在晶片表面的化学品边界层厚度相关。当化学品边界层厚时反应物扩散到晶片表面快，生成物扩散离开晶片表面也快，晶片表面化学反应速度快；反之，当化学品边界层薄时反应物扩散到晶片表面慢，生成物扩散离开晶片表面也慢，化学品边界层薄晶片表面化学反应速度慢。即，化学品边界层厚刻蚀速率低，化学品边界层薄，刻蚀速率高。

图2示出了化学品边界层厚度和化学药液的循环流速的关系。其中，W示出了刻蚀或清洗中的晶片。

具体地说，化学品边界层厚度和化学药液的循环流速相关，并且可通过下式表示：

${\mathrm{\δ}}_{\mathrm{la}\min \mathrm{ar}}=5.0{\left(\frac{v}{U.x}\right)}^{\frac{1}{1}}.x$

其中，v表示化学药液的液体的动态粘滞系数，U表示化学药液主流速，x表示晶片上的位置。

化学药液的流速快，化学品边界层厚；化学药液的流速慢，化学品边界层薄。

当化学药液的循环流速高时，化学药液在自身重力的作用和液体的阻力作用下，槽底部流速快，槽顶部流速慢，相应的晶片底部刻蚀速率快，晶片顶部刻蚀速率慢，所以刻蚀速率的片内均匀性差。

当大大降低或停止化学药液的循环流速(停止化学药液的循环流速表示循环流速为0)时，化学品边界层厚度为无限大而且晶片底部和顶部一致，所以刻蚀速率的晶片的片内均匀性好。

并且，大大降低或停止化学药液的循环可以改善刻蚀速率的片间均匀性，其具体的原因主要在于如下原因：化学药液在槽的循环流动时，晶片表面刻蚀速率受到化学药液在化学槽的不同部位流出速率影响；所以，如果大大降低或停止化学药液的循环，可使得化学药液为缓速或静止状态时，晶片表面刻蚀速率不在受到化学药液在化学槽的不同部位流出速率影响，所以刻蚀速率的片间均匀性改善。

在本发明的具体示例中，通过实验，采用了刻蚀缓冲液的不同循环流速(分别为20升/分钟，13升/分钟，8升/分钟和0升/分钟)来验证本发明，可以发现，随着刻蚀缓冲液的循环流速的下降，晶片的片内均匀性及片间均匀性一步步得到改善，并在停止循环流速(即0升/分钟，这时晶片浸没在静止的化学药液中，化学药液会继续刻蚀晶片表面的薄膜)时，得到最好的片内均匀性及片间均匀性。

由此，本发明实施例提供了一种湿法刻蚀设备以及湿法刻蚀方法，其中通过控制化学药液在化学药液槽中的循环流动速度来控制刻蚀后的晶片的片内均匀性及片间均匀性。优选地，在一个具体示例中，可将化学药液在化学药液槽中的循环流动速度控制为13升/分钟或8升/分钟，更进一步优选地，在一个具体示例中，可将化学药液在化学药液槽中的循环流动速度控制为0。

所以，可提供一种控制化学药液在化学药液槽中的循环流动速度的循环流动速度控制装置，该循环流动速度控制装置可以采用本领域技术人员可以想出的任何合适的已知的液体流速控制装置。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种湿法刻蚀方法，其特征在于包括：通过控制化学药液在化学药液槽中的循环流动速度来控制刻蚀后的晶片的片内均匀性及片间均匀性。

2.根据权利要求1所述的湿法刻蚀方法，其特征在于，将化学药液在化学药液槽中的循环流动速度控制为13升/分钟或8升/分钟。

3.根据权利要求1所述的湿法刻蚀方法，其特征在于，将化学药液在化学药液槽中的循环流动速度控制为0。

4.一种湿法刻蚀设备，其特征在于包括：循环流动速度控制装置，用于控制化学药液在化学药液槽中的循环流动速度，由此控制刻蚀后的晶片的片内均匀性及片间均匀性。

5.根据权利要求4所述的湿法刻蚀设备，其特征在于，所述循环流动速度控制装置将化学药液在化学药液槽中的循环流动速度控制为13升/分钟或8升/分钟。

6.根据权利要求4所述的湿法刻蚀设备，其特征在于，所述循环流动速度控制装置将化学药液在化学药液槽中的循环流动速度控制为0。

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