一種去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法，所述圓片包括已刻蝕出深溝槽的半導體硅襯底和硬質掩蔽層，所述硬質掩蔽層包括氮化硅層和二氧化硅層，所述二氧化硅層位于所述半導體硅襯底和所述氮化硅層之間，所述方法包括：利用刻蝕氣體對所述圓片進行干法刻蝕，以去除所述硬質掩蔽層中的氮化硅層；利用濕法藥液對所述圓片進行濕法腐蝕，以去除所述硬質掩蔽層中的二氧化硅層。本發(fā)明可以有效去除由氮化硅和二氧化硅組成的硬質掩蔽層，保證后續(xù)工藝的順利進行。
【專利說明】一種去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體制造工藝領域，具體涉及深溝槽刻蝕【技術領域】，尤其涉及一種去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法。

【背景技術】
[0002]在半導體制造特殊工藝中，如集成電路所使用的半導體器件的制造工藝中，常需要使用濕法深硅腐蝕液將某一特殊厚度的圓片(主要成分為硅(Si))腐蝕到特定的深度或者腐蝕到剩余特定膜層厚度，也就是需要實施深溝槽刻蝕工藝。
[0003]深溝槽刻蝕工藝所需工藝時間較長、刻蝕深度較深(深度可達幾百ym，甚至達500 μ m以上或者腐蝕后圓片剩余厚度小于20 μ m)。在現(xiàn)有技術中，進行濕法深溝槽刻蝕工藝時，經常米用二氧化娃(S12)和氮化娃(Si3N4)作為硬質掩蔽層(hard mask), 二氧化娃和氮化硅組成的硬質掩蔽層對圓片硅襯底有保護作用，深溝槽刻蝕工藝以硬質掩蔽層為掩膜在特定厚度、類型的圓片上實現(xiàn)圖形的轉移，從而在圓片上刻蝕出所需要的深溝槽。
[0004]但是采用二氧化硅和氮化硅作為硬質掩蔽層，在深溝槽刻蝕工藝后無法去除干凈，并且會對圓片造成損傷，導致碎片的問題，影響后續(xù)其他工藝的進行。因此，能否將硬質掩蔽層去除干凈成為某些特殊產品能否開發(fā)成功的瓶頸。


【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法，通過首先對圓片進行干法刻蝕以去除硬質掩蔽層中的氮化硅層，再進行濕法腐蝕以去除硬質掩蔽層中的二氧化硅層，從而去除硬質掩蔽層，來解決以上【背景技術】部分提到的技術問題。
[0006]一方面，本發(fā)明實施例提供了一種去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法，所述圓片包括已刻蝕出深溝槽的半導體硅襯底和硬質掩蔽層，所述硬質掩蔽層包括氮化硅層和二氧化硅層，所述二氧化硅層位于所述半導體硅襯底和所述氮化硅層之間，所述方法包括:
[0007]利用刻蝕氣體對所述圓片進行干法刻蝕，以去除所述硬質掩蔽層中的氮化硅層；
[0008]利用濕法藥液對所述圓片進行濕法腐蝕，以去除所述硬質掩蔽層中的二氧化硅層。
[0009]進一步地，所述干法刻蝕的類型為等離子體刻蝕。
[0010]進一步地，所述刻蝕氣體為六氟化硫(SF6)。
[0011]進一步地,所述濕法藥液包括B0E(Buffered Oxide Etch,緩沖氧化物腐蝕)藥液，所述BOE藥液由氫氟酸與氟化氨混合而成。
[0012]進一步地，所述干法刻蝕的工藝時間依據氮化硅層的厚度和所述刻蝕氣體的流量進行調整。
[0013]進一步地，所述濕法腐蝕的工藝時間依據二氧化硅層的厚度和所述濕法藥液所含成分的比例進行調整。
[0014]進一步地，在所述利用濕法藥液對所述圓片進行濕法腐蝕，以去除所述硬質掩蔽層中的二氧化硅層的步驟之后還包括:清洗去除所述硬質掩蔽層后的圓片。
[0015]本發(fā)明實施例提出的去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法具有如下特點:通過首先使用干法刻蝕工藝去除硬質掩蔽層中的氮化硅層，再采用濕法腐蝕工藝去除硬質掩蔽層中的二氧化硅層，從而保證將硬質掩蔽層去除干凈，而不會對半導體硅襯底造成損傷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明第一實施例中的去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法的流程圖；
[0017]圖2-圖4是本發(fā)明第一實施例中的去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法的各步驟實施的圓片的截面示意圖，圖2是實施本實施例所述方法前的圓片的截面示意圖，圖3是實施本實施例干法刻蝕工藝后的圓片的截面示意圖，圖4是實施本實施例濕法腐蝕工藝后的圓片的截面示意圖；
[0018]圖5是本發(fā)明第二實施例中的去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法的流程圖。
[0019]圖2-圖4中附圖標記說明:1是已刻蝕出深溝槽的半導體硅襯底，2是深溝槽，3是硬質掩蔽層中的二氧化硅層，4是硬質掩蔽層中的氮化硅層。

【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關的部分而非全部內容。
[0021]在圖1中示出了本發(fā)明的第一實施例。
[0022]圖1是本發(fā)明第一實施例中的去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法的實現(xiàn)流程100。圖2是實施本實施例所述的去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法前所述圓片的截面示意圖，如圖2所示，所述圓片包括:已刻蝕出深溝槽2的半導體硅襯底1、二氧化硅層3和氮化硅層4，其中，二氧化硅層3和氮化硅層4組成硬質掩蔽層，所述硬質掩蔽層用于深溝槽刻蝕工藝時保護所述半導體硅襯底1，所述二氧化硅層3位于所述半導體硅襯底I和所述氮化硅層4之間。
[0023]本實施例所述的去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法的實現(xiàn)流程100詳述如下:
[0024]在步驟101中，利用刻蝕氣體對圓片進行干法刻蝕，以去除硬質掩蔽層中的氮化娃層。
[0025]在第一實施例中，由于所述硬質掩蔽層中的氮化硅層位于二氧化硅層的上方，也就是所述氮化硅層位于最上層，可以首先完全刻蝕掉氮化硅層，需要注意的是:對需要剩余的半導體硅襯底不能造成損傷?？涛g所述圓片的氮化硅層采用干法刻蝕。所述干法刻蝕有:等離子體刻蝕、濺射刻蝕、反應離子刻蝕。等離子體刻蝕是化學性刻蝕的過程，濺射刻蝕是物理性刻蝕的過程，反應離子刻蝕是結合物理反應與化學反應刻蝕的過程。
[0026]本步驟中所述的干法刻蝕可以采用等離子體刻蝕或者反應離子刻蝕。所述等離子體刻蝕的原理主要為:(I)產生等離子體，在低壓下，刻蝕氣體在射頻功率的激發(fā)下，產生電離并形成等離子體，等離子體是由帶電的電子和離子組成，反應腔體中的氣體在電子的撞擊下，除了轉變成離子外，還能吸收能量并形成大量的活性反應基團(Radicals) ; (2)活性反應基團和被刻蝕物質表面發(fā)生化學反應并形成揮發(fā)性的反應生成物；(3)反應生成物脫離被刻蝕物質表面，并被真空系統(tǒng)抽出腔體。等離子體刻蝕具有選擇性好、各向異性差的特點。等離子體刻蝕的刻蝕氣體包括:四氟化碳(CF4)、四氯化碳(CC14)、六氟化硫(SF6)等，刻蝕氮化硅的刻蝕氣體包括:四氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、六氟乙烷(C2F6)、六氟化硫(SF6)等。本步驟中選用的刻蝕氣體為六氟化硫(SF6),刻蝕氣體六氟化硫同時能夠去除氮化硅和二氧化硅，但刻蝕二氧化硅的速率相對較慢，六氟化硫基本上不損傷硅，所以選擇六氟化硫氣體刻蝕氮化硅，以去除氮化硅層，而不損傷硅襯底。
[0027]反應離子刻蝕結合了等離子體刻蝕和濺射刻蝕，利用有化學反應性的刻蝕氣體產生具有化學活性的基團和離子。經過電場加速的高能離子轟擊被刻蝕材料，產生損傷的表面，這進一步加速了活性刻蝕反應基團與被刻蝕材料的反應速率。反應離子刻蝕具有選擇性好、各向異性的特點。反應離子刻蝕的刻蝕氣體和等離子體刻蝕的刻蝕氣體相同，包括:四氟化碳(CF4)、四氯化碳(CC14)、六氟化硫(SF6)等，刻蝕氮化硅的刻蝕氣體包括:四氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、六氟乙烷(C2F6)、六氟化硫(SF6)等。本步驟中選用的刻蝕氣體為六氟化硫(SF6),刻蝕氣體六氟化硫同時能夠去除氮化硅和二氧化硅，但刻蝕二氧化硅的速率相對較慢，六氟化硫基本上不損傷硅，所以選擇六氟化硫氣體刻蝕氮化硅，以去除氮化硅層，而不損傷娃襯底。
[0028]干法刻蝕需要選用相應的刻蝕設備，因為有E-CHUCK (靜電吸附)的干法刻蝕設備在圓片工藝結束后需要靜電釋放，靜電釋放的壓力會導致圓片跳偏、碎片等問題，造成圓片的損傷；而有CLAMP (壓環(huán))的設備在進行刻蝕工藝時需要壓住圓片的邊緣，從而會導致圓片邊緣的一圈膜層無法被刻蝕。因此本實施例中采用的干法刻蝕設備選用品牌LamResearch、規(guī)格Lam490的等離子刻蝕半導體設備。Lam490設備沒有E-CHUCK裝置，不存在圓片工藝結束后靜電釋放導致的圓片跳偏、碎片問題；Lam490設備沒有CLAMP裝置，不存在圓片邊緣被壓住而導致的圓片邊緣一圈膜層無法被刻蝕的問題；Lam490設備無被He(氦氣)壓力，沒有靜電吸附，當濕法深溝槽刻蝕工藝后剩余膜層厚度較少時，不會由于設備產生的被He壓力、靜電吸附力等使圓片碎裂。其中，所述被He壓力表示當圓片放入設備進行刻蝕工藝時，設備釋放的氦氣會對圓片造成一定的壓力，簡稱被He。
[0029]在本實施例中，所述干法刻蝕的工藝時間依據氮化硅層的厚度和所述刻蝕氣體的流量進行調整。圖3示出了實施本步驟后圓片的截面示意圖。
[0030]在步驟102中，利用濕法藥液對圓片進行濕法腐蝕，以去除硬質掩蔽層中的二氧化娃層。
[0031]在第一實施例中，由步驟101去除了位于最上層的氮化硅層，如圖3所示，去除了氮化硅層后圓片包括:已刻蝕出深溝槽2的半導體硅襯底1、二氧化硅層3，實施本步驟的目的是去除硬質掩蔽層中的二氧化硅層3，而不損傷半導體硅襯底I。二氧化硅層3生長可以是在溫度700°C的環(huán)境下由氣體TEOS (tetra-ethy 1-ortho-si I icate )和氧氣形成二氧化硅的過程。TEOS，稱為正硅酸乙酯，又有其他幾種名字，如硅酸乙酯、硅酸四乙酯、亞硅酸乙酯、四乙氧基硅烷、原硅酸四乙酯。常溫下，TEOS為無色液體，熔點-77°C，沸點168.5°C，對空氣較穩(wěn)定，微溶于水，在純水中水解緩慢，在酸或堿的存在下能加速水解作用。由于二氧化硅性質比較穩(wěn)定，而且是難溶的物質，難溶于水，也難溶于硝酸，但是可以與氫氟酸發(fā)生化學反應生成四氟化硅氣體。因此需要選擇含有氫氟酸的濕法藥液對圓片進行濕法腐蝕，以腐蝕掉硬質掩蔽層中的二氧化硅層。所述濕法腐蝕的工藝時間依據二氧化硅層的厚度和所述濕法藥液的濃度進行調整。
[0032]本步驟采用BOE (Buffered Oxide Etch,緩沖氧化物腐蝕)藥液對圓片進行濕法腐蝕，以腐蝕硬質掩蔽層中的二氧化硅層。所述BOE藥液由氫氟酸(HF)與氟化氨(NH4F)依不同比例混合而成。常用的BOE藥液組成為:氫氟酸(HF):氟化氨(NH4F):水(H2O)=3ml:6g:10ml，其中氫氟酸溶液的濃度為48%。所述BOE藥液對硅(Si)的選擇比很高，幾乎不刻蝕硅，可以有效腐蝕二氧化硅，從而去除二氧化硅層而不會對剩余的半導體硅襯底造成損傷。所述BOE藥液中的氫氟酸起到濕法腐蝕劑的作用，而氟化氨起到緩沖劑的作用。氫氟酸腐蝕二氧化硅的過程可以用如下化學方程式表示:
[0033]4HF+Si02 — SiF4 ? +2Η20
[0034]其中，HF是氫氟酸的化學式，S12是二氧化硅的化學式，SiF4是四氟化硅的化學式，丨表示氣體，H2O是水的化學式。從上述化學方程式可以看出，氫氟酸(HF)與二氧化硅(S12)進行化學反應可以生成四氟化硅(SiF4)氣體和水(Η20)。四氟化硅在一般條件下為氣體，但是在有BOE藥液中來不及揮發(fā)便與氫氟酸(HF)生成絡合物氟硅酸(H2SiF6),與氟化氨(NH4F)生成氟硅酸銨((NH4)2SiF6),反應方程式分別如下:
[0035]SiF4+2HF — H2SiF6
[0036]SiF4+2NH4F— (NH4)2SiF6
[0037]氟硅酸(H2SiF6)及氟硅酸銨((NH4)2SiF6)可溶于水。因此所述BOE藥液腐蝕二氧化硅可生成四氟化硅氣體、氟硅酸及氟硅酸銨，部分四氟化硅氣體可以揮發(fā)出去，而氟硅酸及氟硅酸銨溶于水可以直接與圓片分離，從而可以將硬質掩蔽層中的二氧化硅去除干凈，而不會對半導體娃襯底造成損傷。
[0038]氟化氨發(fā)生化學反應生成氨氣和氫氟酸(HF)，化學反應方程式如下:
[0039]NH4F ^ NH3 丨 +HF
[0040]其中，NH4F是氟化氨的化學式，NH3是氨氣的化學式，丨表示氣體，HF是氫氟酸的化學式，氫氟酸溶于水形成氫氟酸溶液。氟化氨作為緩沖劑可以補充氫氟酸溶液的濃度，可以有效控制氫氟酸腐蝕二氧化硅的速率。
[0041]本實施例中，用所述BOE藥液腐蝕所述圓片中的二氧化硅的工藝時間依據二氧化硅層的厚度和所述BOE藥液中氫氟酸、氟化氨與水的比例進行調整。圖4示出了實施本步驟后圓片的截面示意圖。
[0042]在本實施例的一個優(yōu)選實施方式中，所述干法刻蝕的類型為等離子體刻蝕。等離子體刻蝕相對反應離子刻蝕具有較好的選擇性，對硅襯底損傷較小。
[0043]本實施例通過首先用干法刻蝕工藝去除硬質掩蔽層中的氮化硅層，再用濕法腐蝕工藝去除硬質掩蔽層中的二氧化硅層，實現(xiàn)了能夠完全去除硬質掩蔽層而不會對半導體硅襯底造成損傷的目的，保證后續(xù)特殊工藝的進行。
[0044]圖5中示出了本發(fā)明的第二實施例。
[0045]圖5是本發(fā)明第二實施例中的去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法的實現(xiàn)流程500。所述圓片包括:已刻蝕出深溝槽的半導體硅襯底、二氧化硅層和氮化硅層，其中，二氧化硅層和氮化硅層組成硬質掩蔽層，所述硬質掩蔽層用于深溝槽刻蝕工藝時保護所述半導體硅襯底，所述二氧化硅層位于所述半導體硅襯底和所述氮化硅層之間。
[0046]本實施例所述的去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法的實現(xiàn)流程500詳述如下:
[0047]在步驟501中，利用刻蝕氣體對圓片進行干法刻蝕，以去除硬質掩蔽層中的氮化娃層。
[0048]本實施例中的步驟501同第一實施例中的步驟101，這里不再贅述。
[0049]在步驟502中，利用濕法藥液對圓片進行濕法腐蝕，以去除硬質掩蔽層中的二氧化娃層。
[0050]本實施例中的步驟502同第一實施例中的步驟102，這里不再贅述。
[0051]在步驟503中，清洗去除硬質掩蔽層后的圓片。
[0052]在本實施例中，對去除硬質掩蔽層后的圓片進行清洗，經過步驟502利用BOE藥液腐蝕二氧化硅，由于BOE藥液由氫氟酸與氟化氨混合而成，為了避免氟化氨及BOE藥液與二氧化硅的生成物殘留在所述圓片上，對所述圓片利用純水進行多次沖洗。
[0053]本實施例通過首先用刻蝕氣體去除硬質掩蔽層中的氮化硅層，再用濕法藥液濕法腐蝕去除硬質掩蔽層中的二氧化硅層，所述濕法藥液采用BOE藥液，為了避免BOE藥液中的氟化氨及生成物殘留在圓片上，增加了對圓片進行清洗的步驟，這是與第一實施例的區(qū)別。實現(xiàn)了能夠完全去除硬質掩蔽層而不會對半導體硅襯底造成損傷的目的，保證后續(xù)特殊工藝的進行。
[0054]注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發(fā)明的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發(fā)明進行了較為詳細的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發(fā)明構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權利要求范圍決定。
【權利要求】
1.一種去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法，所述圓片包括已刻蝕出深溝槽的半導體硅襯底和硬質掩蔽層，所述硬質掩蔽層包括氮化硅層和二氧化硅層，所述二氧化硅層位于所述半導體硅襯底和所述氮化硅層之間，其特征在于，所述方法包括: 利用刻蝕氣體對所述圓片進行干法刻蝕，以去除所述硬質掩蔽層中的氮化硅層； 利用濕法藥液對所述圓片進行濕法腐蝕，以去除所述硬質掩蔽層中的二氧化硅層。
2.根據權利要求1所述的去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法，其特征在于，所述干法刻蝕的類型為等離子體刻蝕。
3.根據權利要求2所述的去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法，其特征在于，所述刻蝕氣體為六氟化硫(SF6)。
4.根據權利要求1所述的去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法，其特征在于，所述濕法藥液包括BOE藥液，所述BOE藥液由氫氟酸與氟化氨混合而成。
5.根據權利要求1所述的去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法，其特征在于，所述干法刻蝕的工藝時間依據氮化硅層的厚度和所述刻蝕氣體的流量進行調整。
6.根據權利要求1所述的去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法，其特征在于，所述濕法腐蝕的工藝時間依據二氧化硅層的厚度和所述濕法藥液所含成分的比例進行調整。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的去除深溝槽刻蝕工藝后的圓片的硬質掩蔽層的方法，其特征在于，在所述利用濕法藥液對所述圓片進行濕法腐蝕，以去除所述硬質掩蔽層中的二氧化硅層的步驟之后還包括:清洗去除所述硬質掩蔽層后的圓片。
【文檔編號】H01L21/033GK104347363SQ201310335217
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權日:2013年8月2日
【發(fā)明者】徐振宇, 章安娜, 李曉明 申請人:無錫華潤上華半導體有限公司