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CN114420558A - 一种有效的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法 - Google Patents

一种有效的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法 Download PDF

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CN114420558A CN202111655458.7A CN202111655458A CN114420558A CN 114420558 A CN114420558 A CN 114420558A CN 202111655458 A CN202111655458 A CN 202111655458A CN 114420558 A CN114420558 A CN 114420558A
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张九勤
邓信甫
林忠宝
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Zhiwei Semiconductor Shanghai Co Ltd
PNC Process Systems Co Ltd
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Zhiwei Semiconductor Shanghai Co Ltd
PNC Process Systems Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种有效的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法，涉及半导体技术领域，包括：步骤S1，提供一晶圆，所述晶圆的上表面生长有氮化硅层和氧化硅层；步骤S2，向所述晶圆的上表面喷淋具有一第一预设温度的一磷酸混合溶液，以对所述氮化硅层进行选择性湿法蚀刻；步骤S3，向所述晶圆的上表面喷淋具有一第二预设温度的所述磷酸混合溶液，以对所述氮化硅层再次进行选择性湿法蚀刻，以制备得到去除所述氮化硅层同时保留所述氧化硅层的所述晶圆；所述第二预设温度大于所述第一预设温度。有益效果是通过对晶圆上表面的两次选择性湿法蚀刻，在有效去除氮化硅层的同时能够制备得到表面平整度及洁净度较高的晶圆。

Description

一种有效的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种有效的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法。
背景技术
半导体制造工艺需要能够通过引入三维结构而连续增加集成密度的堆叠结构形成技术。在半导体制造工艺中，作为代表性绝缘膜的氧化硅膜(SiO2)和氮化硅膜(Si3N4)被单独堆叠或以交替顺序堆叠成一个或多个膜并使用，并且，这种氧化物膜和氮化物膜还可用作硬掩模，以形成诸如金属布线的导电图案。氮化硅膜和氧化硅膜是形成用于形成三维nand闪存栅极的堆叠结构的主要绝缘膜。
为了形成堆叠结构，可以通过湿法蚀刻工艺来去除氮化硅膜。此外，根据形成包括在半导体器件中的各种图案的需要，可能需要选择性蚀刻氮化硅膜的工艺。需要具有高选择性的蚀刻剂组合物来选择性蚀刻在氧化硅膜上的氮化硅膜。同时，随着半导体工艺集成度的不断提高及微纳米技术的发展，湿法蚀刻后硅表面的平整度及洁净度对半导体器件的影响越来越重要，因此，亟需一种有效的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法，以在选择性去除氮化硅后制备得到表面平整度及洁净度较高的晶圆。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种有效的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法，包括：
步骤S1，提供一晶圆，所述晶圆的上表面生长有氮化硅层和氧化硅层；
步骤S2，向所述晶圆的上表面喷淋具有一第一预设温度的一磷酸混合溶液，以对所述氮化硅层进行选择性湿法蚀刻；
步骤S3，向所述晶圆的上表面喷淋具有一第二预设温度的所述磷酸混合溶液，以对所述氮化硅层再次进行选择性湿法蚀刻，以制备得到去除所述氮化硅层同时保留所述氧化硅层的所述晶圆；
所述第二预设温度大于所述第一预设温度。
优选的，所述步骤S2包括：
步骤S21，向所述晶圆的上表面喷淋具有所述第一预设温度的所述磷酸混合溶液，以蚀刻所述晶圆的上表面的所述氮化硅层；
步骤S22，对蚀刻后的所述晶圆的上表面进行清洗操作；
步骤S23，对清洗操作后的所述晶圆进行干燥，以完成所述晶圆的上表面的湿法蚀刻，获取去除所述氮化硅层并保留所述氧化硅层的所述晶圆。
优选的，所述步骤S22包括：
步骤S221，向所述晶圆的上表面喷淋去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述磷酸混合溶液；
步骤S222，向所述晶圆的上表面喷淋稀释氢氟酸，以清洗所述氮化硅层的蚀刻过程中形成的原生氧化层；
步骤S223，再次向所述晶圆的上表面喷淋所述去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述稀释氢氟酸；
步骤S224，向所述晶圆的上表面喷淋一混合溶剂，以清洗所述晶圆的上表面的微粒杂质；
步骤S225，再次向所述晶圆的上表面喷淋所述去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述混合溶剂。
优选的，所述步骤S3包括：
步骤S31，向所述晶圆的上表面喷淋具有所述第二预设温度的所述磷酸混合溶液，以蚀刻所述晶圆的上表面的所述氮化硅层的氧化硅图案盲区；
步骤S32，对蚀刻后的所述晶圆的上表面进行清洗操作；
步骤S33，对清洗操作后的所述晶圆进行干燥，以完成所述晶圆的上表面的湿法蚀刻，获取去除所述氮化硅层并保留所述氧化硅层且表面平整的所述晶圆。
优选的，所述步骤S32包括：
步骤S321，向所述晶圆的上表面喷淋去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述磷酸混合溶液；
步骤S322，向所述晶圆的上表面喷淋稀释氢氟酸，以清洗所述氮化硅层的蚀刻过程中形成的原生氧化层；
步骤S323，再次向所述晶圆的上表面喷淋所述去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述稀释氢氟酸；
步骤S324，向所述晶圆的上表面喷淋一稀释混合溶剂，以清洗所述晶圆的上表面的微粒杂质；
步骤S325，再次向所述晶圆的上表面喷淋所述去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述稀释混合溶剂。
优选的，所述步骤S33中，依次通入氮气和异丙醇作用于所述晶圆的表面，并采用超临界干燥法对清洗操作后的所述晶圆进行干燥。
优选的，所述第一预设温度为120℃-150℃，所述第二预设温度为180℃-220℃。
优选的，所述磷酸混合溶液为磷酸与超纯水混合而成。
优选的，提供一承载平台，以放置所述晶圆；
则在所述磷酸混合溶液、所述去离子水、所述稀释氢氟酸、所述混合溶剂和所述稀释混合溶剂的喷淋过程中以及所述氮气和所述异丙醇的通入过程中，还包括控制所述承载平台带动所述晶圆按照一预设转速旋转。
优选的，所述预设转速为1000转每分-2000转每分。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过对晶圆上表面的两次选择性湿法蚀刻，在有效去除氮化硅层的同时能够制备得到表面平整度及洁净度较高的晶圆。
附图说明
图1为本发明的较佳的实施例中，一种有效的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法的流程示意图；
图2为本发明的较佳的实施例中，向晶圆的上表面喷淋具有第一预设温度的磷酸混合溶液，以对氮化硅层进行选择性湿法蚀刻的流程示意图；
图3为本发明的较佳的实施例中，步骤S22中，对蚀刻后的晶圆的上表面进行清洗操作的流程示意图；
图4为本发明的较佳的实施例中，向晶圆的上表面喷淋具有第二预设温度的磷酸混合溶液，以对氮化硅层再次进行选择性湿法蚀刻的流程示意图；
图5为本发明的较佳的实施例中，步骤S32中，对蚀刻后的晶圆的上表面进行清洗操作的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。
本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种有效的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法，如图1所示，包括：
步骤S1，提供一晶圆，晶圆的上表面生长有氮化硅层和氧化硅层；
步骤S2，向晶圆的上表面喷淋具有一第一预设温度的一磷酸混合溶液，以对氮化硅层进行选择性湿法蚀刻；
步骤S3，向晶圆的上表面喷淋具有一第二预设温度的磷酸混合溶液，以对氮化硅层再次进行选择性湿法蚀刻，以制备得到去除氮化硅层同时保留氧化硅层的晶圆；
第二预设温度大于第一预设温度。
具体地，本实施例中，向晶圆的上表面喷淋具有第一预设温度的磷酸混合溶液，进行氮化硅层的去除，实现在选择性湿法蚀刻过程中，无需将晶圆浸泡在磷酸混合溶液中，实现氮化硅层与氧化硅层的高选择性的同时，在依次进行多个晶圆的选择性湿法刻蚀时，有效避免磷酸混合溶液的杂质累积以及晶圆的交叉感染，有效改善制备晶圆的品质。进一步地，通过向晶圆的上表面喷淋具有第二预设温度的磷酸混合溶液，进行氮化硅图案盲区的清洗与刻蚀，实现对进行一次选择性湿法刻蚀得到的晶圆的表面微结构的处理修正，进而在有效去除氮化硅层的同时能够制备得到表面平整度及洁净度较高的晶圆。优选的，两次选择性湿法蚀刻的蚀刻时间可以根据需求进行设定，优选在10分钟至60分钟。进一步地，可以通过控制反应温度和磷酸混合溶液中超纯水的含量控制刻蚀速率，进而控制蚀刻时间。
本发明的较佳的实施例中，如图2所示，步骤S2包括：
步骤S21，向晶圆的上表面喷淋具有第一预设温度的磷酸混合溶液，以蚀刻晶圆的上表面的氮化硅层；
步骤S22，对蚀刻后的晶圆的上表面进行清洗操作；
步骤S23，对清洗操作后的晶圆进行干燥，以完成晶圆的上表面的湿法蚀刻，获取去除氮化硅层并保留氧化硅层的晶圆。
本发明的较佳的实施例中，如图3所示，步骤S22包括：
步骤S221，向晶圆的上表面喷淋去离子水，以清洗晶圆的上表面残留的磷酸混合溶液；
步骤S222，向晶圆的上表面喷淋稀释氢氟酸，以清洗氮化硅层的蚀刻过程中形成的原生氧化层；
步骤S223，再次向晶圆的上表面喷淋去离子水，以清洗晶圆的上表面残留的稀释氢氟酸；
步骤S224，向晶圆的上表面喷淋一混合溶剂，以清洗晶圆的上表面的微粒杂质；
步骤S225，再次向晶圆的上表面喷淋去离子水，以清洗晶圆的上表面残留的混合溶剂。
具体地，本实施例中，在常温且1个大气压的制备环境中喷淋去离子水和稀释氢氟酸，该稀释氢氟酸为1％-5％的氢氟酸，优选在25摄氏度的制备环境。在20摄氏度-50摄氏度且1个大气压的制备环境中喷淋混合溶剂，该混合溶剂为氨水、双氧水和去离子水混合而成，氨水、双氧水和去离子水的混合比例为1:1:6-1:2:8。
本发明的较佳的实施例中，如图4所示，步骤S3包括：
步骤S31，向晶圆的上表面喷淋具有第二预设温度的磷酸混合溶液，以蚀刻晶圆的上表面的氮化硅层的氧化硅图案盲区；
步骤S32，对蚀刻后的晶圆的上表面进行清洗操作；
步骤S33，对清洗操作后的晶圆进行干燥，以完成晶圆的上表面的湿法蚀刻，获取去除氮化硅层并保留氧化硅层且表面平整的晶圆。
本发明的较佳的实施例中，如图5所示，步骤S32包括：
步骤S321，向晶圆的上表面喷淋去离子水，以清洗晶圆的上表面残留的磷酸混合溶液；
步骤S322，向晶圆的上表面喷淋稀释氢氟酸，以清洗氮化硅层的蚀刻过程中形成的原生氧化层；
步骤S323，再次向晶圆的上表面喷淋去离子水，以清洗晶圆的上表面残留的稀释氢氟酸；
步骤S324，向晶圆的上表面喷淋一稀释混合溶剂，以清洗晶圆的上表面的微粒杂质；
步骤S325，再次向晶圆的上表面喷淋去离子水，以清洗晶圆的上表面残留的稀释混合溶剂。
具体地，本实施例中，在常温且1个大气压的制备环境中喷淋去离子水和稀释氢氟酸，该稀释氢氟酸为1％-5％的氢氟酸，优选在25摄氏度的制备环境。在20摄氏度-50摄氏度且1个大气压的制备环境中喷淋稀释混合溶剂，该稀释混合溶剂为氨水、双氧水和去离子水混合而成，氨水、双氧水和去离子水的混合比例为1:1:50。
本发明的较佳的实施例中，步骤S33中，依次通入氮气和异丙醇作用于晶圆的表面，并采用超临界干燥法对清洗操作后的晶圆进行干燥。
本发明的较佳的实施例中，第一预设温度为120℃-150℃，第二预设温度为180℃-220℃。
本发明的较佳的实施例中，磷酸混合溶液为磷酸与超纯水混合而成，其中，磷酸的含量占磷酸混合溶液的总重量的50％-90％。
本发明的较佳的实施例中，提供一承载平台，以放置晶圆；
则在磷酸混合溶液、去离子水、稀释氢氟酸、混合溶剂和稀释混合溶剂的喷淋过程中以及氮气和异丙醇的通入过程中，还包括控制承载平台带动晶圆按照一预设转速旋转。
具体地，本实施例中，通过在喷淋过程中控制承载平台带动晶圆旋转，使得上述磷酸混合溶液、去离子水、稀释氢氟酸、混合溶剂和稀释混合溶剂的喷淋过程中以及氮气和异丙醇的通入过程中，能够均匀喷淋或作用于晶圆的表面，进一步提升最终获取的去除氮化硅层并保留氧化硅层的晶圆的品质。
本发明的较佳的实施例中，预设转速为1000转每分-2000转每分。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种有效的选择性去除氮化硅的湿法蚀刻方法，其特征在于，包括：
步骤S1，提供一晶圆，所述晶圆的上表面生长有氮化硅层和氧化硅层；
步骤S2，向所述晶圆的上表面喷淋具有一第一预设温度的一磷酸混合溶液，以对所述氮化硅层进行选择性湿法蚀刻；
步骤S3，向所述晶圆的上表面喷淋具有一第二预设温度的所述磷酸混合溶液，以对所述氮化硅层再次进行选择性湿法蚀刻，以制备得到去除所述氮化硅层同时保留所述氧化硅层的所述晶圆；
所述第二预设温度大于所述第一预设温度。
2.根据权利要求1所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
步骤S21，向所述晶圆的上表面喷淋具有所述第一预设温度的所述磷酸混合溶液，以蚀刻所述晶圆的上表面的所述氮化硅层；
步骤S22，对蚀刻后的所述晶圆的上表面进行清洗操作；
步骤S23，对清洗操作后的所述晶圆进行干燥，以完成所述晶圆的上表面的湿法蚀刻，获取去除所述氮化硅层并保留所述氧化硅层的所述晶圆。
3.根据权利要求2所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述步骤S22包括：
步骤S221，向所述晶圆的上表面喷淋去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述磷酸混合溶液；
步骤S222，向所述晶圆的上表面喷淋稀释氢氟酸，以清洗所述氮化硅层的蚀刻过程中形成的原生氧化层；
步骤S223，再次向所述晶圆的上表面喷淋所述去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述稀释氢氟酸；
步骤S224，向所述晶圆的上表面喷淋一混合溶剂，以清洗所述晶圆的上表面的微粒杂质；
步骤S225，再次向所述晶圆的上表面喷淋所述去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述混合溶剂。
4.根据权利要求1所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
步骤S31，向所述晶圆的上表面喷淋具有所述第二预设温度的所述磷酸混合溶液，以蚀刻所述晶圆的上表面的所述氮化硅层的氧化硅图案盲区；
步骤S32，对蚀刻后的所述晶圆的上表面进行清洗操作；
步骤S33，对清洗操作后的所述晶圆进行干燥，以完成所述晶圆的上表面的湿法蚀刻，获取去除所述氮化硅层并保留所述氧化硅层且表面平整的所述晶圆。
5.根据权利要求4所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述步骤S32包括：
步骤S321，向所述晶圆的上表面喷淋去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述磷酸混合溶液；
步骤S322，向所述晶圆的上表面喷淋稀释氢氟酸，以清洗所述氮化硅层的蚀刻过程中形成的原生氧化层；
步骤S323，再次向所述晶圆的上表面喷淋所述去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述稀释氢氟酸；
步骤S324，向所述晶圆的上表面喷淋一稀释混合溶剂，以清洗所述晶圆的上表面的微粒杂质；
步骤S325，再次向所述晶圆的上表面喷淋所述去离子水，以清洗所述晶圆的上表面残留的所述稀释混合溶剂。
6.根据权利要求4所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述步骤S33中，依次通入氮气和异丙醇作用于所述晶圆的表面，并采用超临界干燥法对清洗操作后的所述晶圆进行干燥。
7.根据权利要求1所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述第一预设温度为120℃-150℃，所述第二预设温度为180℃-220℃。
8.根据权利要求1所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述磷酸混合溶液为磷酸与超纯水混合而成。
9.根据权利要求1或3或5或6所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，提供一承载平台，以放置所述晶圆；
则在所述磷酸混合溶液、所述去离子水、所述稀释氢氟酸、所述混合溶剂和所述稀释混合溶剂的喷淋过程中以及所述氮气和所述异丙醇的通入过程中，还包括控制所述承载平台带动所述晶圆按照一预设转速旋转。
10.根据权利要求9所述的湿法蚀刻方法，其特征在于，所述预设转速为1000转每分-2000转每分。
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