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用于提供加热的蚀刻溶液的系统

阅读：858发布：2020-05-13

专利汇可以提供用于提供加热的蚀刻溶液的系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了一种用于对用于在处理室中处理晶片的蚀刻溶液进行独立的温度和水合控制的方法和处理系统。所述方法包括：使蚀刻溶液在循环回路中循环；通过从蚀刻溶液中除去水或添加水来使蚀刻溶液保持在水合设定点；使蚀刻溶液保持在低于蚀刻溶液在循环回路中的沸点的温度设定点；以及将蚀刻溶液分配到处理室中以处理晶片。在一个实施方案中，所述分配包括：将蚀刻溶液分配到处理室中靠近晶片的处理区中；将蒸汽引入从处理室中的晶片移除的外部区；以及用蚀刻溶液和蒸汽处理晶片。，下面是用于提供加热的蚀刻溶液的系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种为用来在一个或更多个处理室中处理晶片的加热的蚀刻溶液提供独立的温度和水合控制的方法，所述方法包括：
使所述加热的蚀刻溶液在包括所述一个或更多个处理室以及第一循环回路的第一循环路径中循环，其中所述加热的蚀刻溶液从所述第一循环回路分配至所述处理室中，所述加热的蚀刻溶液包括磷酸水溶液，其中所述加热的蚀刻溶液的压力随着所述加热的蚀刻溶液在所述第一循环路径中循环而变化，以及其中所述加热的蚀刻溶液的水合度和温度被独立地知晓和控制；
使用水合传感器，所述水合传感器提供指示所述加热的蚀刻溶液的水合度的信号；
独立于控制所述加热的蚀刻溶液的温度，利用所述水合传感器的输出来通过向所述加热的蚀刻溶液添加水将所述加热的蚀刻溶液的水合度控制在水合设定点，其中水的添加基于所述水合传感器的输出以及所期望的水合设定点；
测量所述加热的蚀刻溶液的温度；
独立于控制所述水合度，使用所测量的温度来将所述蚀刻溶液控制在所期望的温度设定点；以及
将所述蚀刻溶液分配到所述处理室中来处理所述晶片。
2.根据权利要求1所述的方法，其中当从所述晶片上方的喷嘴或喷射杆分配所述加热的蚀刻溶液时，所述加热的蚀刻溶液处于低于其沸点的温度下以消除所述加热的蚀刻溶液在所述第一循环回路中、在所述晶片上、以及在所述喷嘴或喷射杆内的沸腾。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括将蒸汽一起分配到所述处理室中，以在所述蒸汽存在的情况下用所述加热的蚀刻溶液处理所述晶片，其中所述蒸汽和所述加热的蚀刻溶液的分配包括：
将所述蚀刻溶液分配到所述处理室中靠近所述晶片的处理区中；
将蒸汽引入到所述处理室中离开所述晶片的外部区中；以及
用所述蚀刻溶液和所述蒸汽处理所述晶片。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述加热的蚀刻溶液控制在选择为提供所期望的蚀刻均匀性的水合度的步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热的蚀刻溶液在所述第一循环回路中的压力在约30psi与约10psi之间，以及其中所述加热的蚀刻溶液的压力在所述处理室中为大致大气压。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使另外的蚀刻溶液在与所述第一循环回路流体连通的第二循环回路中循环；以及将所述另外的蚀刻溶液从所述第二循环回路引入到所述第一循环回路中。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述另外的加热的蚀刻溶液的水含量比所述第一循环回路中的所述加热的蚀刻溶液的水含量低。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述另外的加热的蚀刻溶液保持在比所述第一循环回路中的所述加热的蚀刻溶液的温度高的温度下。

说明书全文

用于提供加热的蚀刻溶液的系统

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 依据37C.F.R.§1.78(a)(4)，本申请要求2013年3月15日提交的共同未决的临时申请序列号61/801,072、2014年1月8日提交的共同未决的临时申请序列号61/924,838、2014年1月8日提交的共同未决的临时申请序列号61/924,847、以及2014年1月17日提交的共同未决的临时申请序列号61/928,894的先前申请的权益和优先权。这些申请的全部内容通过引用明确并入本文。

技术领域

[0003] 本发明涉及将加热的蚀刻溶液提供至用于用加热的蚀刻溶液处理晶片的处理室的领域，更具体地，涉及用于改进加热的蚀刻溶液的温度和含水量(水合度)控制的处理系统和方法。

背景技术

[0004] 在半导体器件的制造中，酸性蚀刻溶液用于处理和蚀刻晶片。磷酸(H3PO4)已被作为蚀刻溶液数十年用于在浸入湿式工作台中来蚀刻氮化硅膜和其他膜。在典型应用中，通过使用在线(in-line)加热器和/或罐壁加热器向磷酸浴加热并且通过向浴中回添加液态水来平衡沸腾中损失的水从而使保持在所需的沸腾条件下。

[0005] 磷酸通常作为与水的混合物输送至浴中，例如作为85％的磷酸与15％的水的混合物(重量百分比)，在大气压下该混合物在约158℃的温度下沸腾。这样做主要是为了在使用常规的液体化学品分配系统的制造设备中使磷酸的粘度降低至便于输送的蚀刻溶液的水平。使用加热器来使该溶液达到其沸点。当该混合物沸腾时，随着水蒸气被去除以及温度(沸点)上升直到所期望的处理温度(通常160℃或165℃的沸点)，含水量降低。当在此沸腾温度下时，加热器通常在恒定的功率水平下驱动以持续向系统加热并且通过调节水的添加使温度被控制在所期望的设定点。其中浸入有晶片的湿式工作台处理罐是向大气敞开的，所以该溶液的沸腾发生在大气压下。因为压力是相当恒定的，所以通过保持恒定的温度和沸腾条件，含水量也保持在恒定的水平。

[0006] 当上述沸点控制被应用到单晶片自旋清洗工具时，产生一系列新挑战。在单晶片工具中，加热的蚀刻溶液通常在具有供应罐、泵、加热器和过滤器的循环回路中循环，并且通过泵加压的加热的蚀刻溶液被从循环回路中汲取，并且加热的蚀刻溶液的受控流通过喷嘴或喷射杆定向并分配到自旋晶片的表面上。当上述用于浸入湿式工作台的沸点控制被用于这样的单晶片工具时，加热的蚀刻溶液的实际物理沸腾不会发生在循环回路中的加热器中，原因是由泵产生的压力抑制了其沸腾。取而代之的是，沸腾会在循环回路中压力减小的其他地方发生。在用加热的蚀刻溶液处理晶片情况下，当磷酸在循环回路中的温度或含水量(水合度)发生相对小的变化时，该沸腾发生的位置或区域会在工具内带来有害作用地改变。另外，除了在跨大晶片上的蚀刻均匀性不足之外，对加热的蚀刻溶液的温度和水合度的不适当控制会导致蚀刻工艺的稳定性差。

发明内容

[0007] 根据一个实施方案，提供一种用于在处理室中处理晶片的蚀刻溶液的独立的温度和水合控制的方法。该方法包括：使蚀刻溶液在循环回路中循环；通过从蚀刻溶液中除去水或添加水使蚀刻溶液保持在水合设定点；使蚀刻溶液保持在低于蚀刻溶液在循环回路中的沸点的温度设定点；以及将蚀刻溶液分配到处理室中以处理晶片。在一个实施方案中，所述分配包括：将蚀刻溶液分配到处理室中靠近晶片的处理区中；将蒸汽引入到处理室中离开所述晶片的外部区中；以及用蚀刻溶液和蒸汽处理晶片。

[0008] 根据另一实施方案，该方法包括：使蚀刻溶液在循环回路中循环；选择蚀刻溶液的第一水合设定点；测量蚀刻溶液的水合度；通过从蚀刻溶液中除去水或添加水使蚀刻溶液保持在水合设定点；选择蚀刻溶液的温度设定点，其中温度设定点低于蚀刻溶液在循环回路中的沸点；测量蚀刻溶液的温度；通过向蚀刻溶液施加热使蚀刻溶液保持在所述温度设定点；以及将蚀刻溶液从循环回路分配到处理室中以处理晶片。

[0009] 根据一个实施方案，提供了一种处理系统。该处理系统包括用于用加热的蚀刻溶液处理晶片的处理室和用于提供蚀刻溶液的第一循环回路，其中第一循环回路包括加热器、用于加压和使蚀刻溶液循环的泵、用于监测蚀刻溶液温度的温度探针、用于监测加热的蚀刻溶液的水含量的水合传感器和用于向蚀刻溶液添加水的水供应部。附图说明

[0010] 由于在结合附图考虑的情况下，通过参考以下详细描述，本发明的更完整的理解及其许多附带的优点将变得更好理解，所以可以容易地获得本发明的更完整的理解及其许多附带的优点，其中：

[0011] 图1示意性地示出了根据本发明一个实施方案的用于用加热的蚀刻溶液处理晶片的处理系统；

[0012] 图2示意性地示出了根据本发明一个实施方案的用于用加热的蚀刻溶液处理晶片的处理室；

[0013] 图3示意性地示出了根据本发明一个实施方案的用于用加热的蚀刻溶液处理晶片的处理室；

[0014] 图4示出了根据本发明一个实施方案蚀刻的氮化硅的量；

[0015] 图5示出了根据本发明一个实施方案蚀刻的氮化硅的量；以及

[0016] 图6示出磷酸蚀刻溶液的水合度对整个晶片上的硅氮化物蚀刻量和蚀刻均匀性的影响。

具体实施方式

[0017] 本发明的实施方案涉及用于改善加热的蚀刻溶液的温度和含水量控制的处理系统和方法。根据一个实施方案，蚀刻溶液可以含有磷酸，但是本发明的实施方案可以应用于其他蚀刻溶液和混合物。

[0018] 在一个非限制性实施例中，描述了一种用于改进热磷酸蚀刻溶液的温度和含水量(水合度)控制的方法。如在背景技术部分所描述的，在单晶片自旋清洗工具中，加热的蚀刻溶液的沸腾可以发生在循环回路的不同位置或区域，包括在循环回路中的压力减小的加热器的下游。沸腾可能发生在用于使加热的蚀刻溶液从循环回路分配到处理室的晶片分配流控制器的下游侧，或在处理室中将加热的蚀刻液输送至晶片表面的喷嘴或喷射杆的内部。当所述流经过控制循环的蚀刻溶液流返回至供应罐的针阀或孔时，沸腾也可能会发生在循环回路管道中。当蚀刻溶液的温度或水合度中之一发生相对小的变化时，该沸腾发生的位置或区域可能改变，并且系统内沸腾的量(所产生的蒸汽量)可能会显著变化。

[0019] 除了沸点变化之外，磷酸温度或水合度的变化可能会引起晶片的蚀刻速率的变化，例如用热磷酸处理的氮化硅膜的蚀刻速率。这些变化还可能会导致其他物理效应，这些物理效应可能导致在整个晶片上的可变的蚀刻速率和蚀刻的不均匀性。在ORIONTM工具(可从明尼苏达州查斯卡市的TEL FSI获得)中，在液体流被排出的气体流封闭的情况下，进入晶片上方的线性喷射杆中的磷酸蚀刻溶液的变化的气体(蒸汽)含量可能会导致沿喷射杆的长度的通过孔的液体流量的强烈变化。因为蒸汽是可压缩的，所以当蒸汽离开晶片上方的喷射杆时迅速膨胀。这导致有效速率沿喷射杆的长度而变化。膨胀气体还可以使液滴加速，在一些情况下会损坏晶片上的敏感结构。沸腾还使流体冷却，并且由于沸腾未在喷射杆中或晶片的表面上均匀地发生，所以该沸腾可以使晶片上的径向温度不均匀。蒸汽的变化量还可能导致所分配的化学品的流控制的问题，因为膨胀蒸汽有效地导致喷射杆更多的反向压力，流控制器上的反向压力增加，实际上降低了可达到的最大流。所有的这些因素结合导致在跨单晶片的表面的蚀刻不均匀性以及由于变化的沸腾效应导致的不同晶片遇到不同条件组而产生的晶片与晶片的蚀刻不均匀性。

[0020] 本发明人已经认识到，解决上述问题的方法是消除在分配管道(循环回路)内和在喷嘴或喷射杆内、以及在晶片的表面上的蚀刻溶液的沸腾。蚀刻溶液可以在相同高温下操作，以达到晶片的所期望的蚀刻速率，但本发明的实施方案考虑低于通常使用的水合度的水合度，使得可以分离循环回路蚀刻溶液的温度与蚀刻溶液的沸点。这使得能够提供蚀刻溶液温度和蚀刻溶液的水合度两者的独立控制。这种独立控制与已运行的浸入湿式工作台和单晶片工具的方式不同，因为在这些系统中，通过对蚀刻溶液在沸腾条件下进行操作，对蚀刻溶液的温度和水合度的控制已经锁定在一起。本发明人还认识到，在蚀刻溶液温度和水合度两者独立地知晓和被控制的情况下，蚀刻工艺的稳定性可以得到显著改进。本发明的实施方案还能够实现在整个大晶片上更高的蚀刻速率和改善蚀刻均匀性。

[0021] 为了控制蚀刻溶液的水合度，需要提供指示水合度的信号的水合传感器。这可以，例如，包括测量蚀刻溶液的折射率的折射计、近红外光谱仪、自动滴定仪、电导率分析器或用于化学浓度监测的许多类似仪器的任一种。来自该传感器的输出可以被控制器使用以控制向循环回路水的添加并且保持蚀刻溶液的所期望的水合设定点。这可以通过在水合度低于目标水平时开始添加水以及在水合度高于目标水平时关闭添加水的开/关方式来完成，或优选以使用比例-积分-微分(PID)回路的更连续的方式响应于水合度的变化来增加和减少水流入循环回路来完成。因此，添加水不是基于所述蚀刻溶液的温度，而是相反基于水合分析和所期望的水合设定点。一旦水合度被控制，那么蚀刻溶液的温度可以以对除了磷酸以外的化学品(例如，硫酸)传统的方式(通过基于温度来调节加热器的功率输出)来控制。再次，这可以以开/关方式或优选使用连续PID类型的算法来完成。

[0022] 一旦两个单独的控制回路设置成使用系统控制器控制与温度无关的水合度，那么可以控制蚀刻溶液的温度并且使蚀刻溶液的温度保持在所期望的设定点(例如，180℃)，并且可以控制水合度(例如，约10％H2O)并且使水合度保持在使得在循环压力下的蚀刻溶液在循环回路的沸点(例如，在20psig下190℃)比大气压下的沸点高，并且随着蚀刻溶液流体离开晶片上方的喷嘴或喷射杆，压力下降到大气压力或接近大气压时，沸点随着压力下降而降低，但是沸点仍高于蚀刻溶液的局部温度。以这种方式，可以消除在循环回路、喷嘴或喷射杆中和在晶片上的蚀刻溶液的沸腾。

[0023] 独立地控制蚀刻溶液的温度和水合度的一些优点包括：a)改善在跨晶片径向的蚀刻均匀性，b)改善晶片与晶片之间的蚀刻均匀性，c)降低晶片上的敏感结构的损坏，d)通过开发水合度使其为可用于工艺优化的新的有效变量来实现的工艺性能的其他潜在的优点(例如，具有低水合度的蚀刻溶液具有吸附处理室中的蒸汽以提高蚀刻溶液的温度并且获得更高的蚀刻速率的能力)，e)提高蚀刻溶液在循环回路的温度，(+\-公差)，f)提高了蚀刻溶液在循环回路中的整体水合度控制，g)提高用于将蚀刻溶液分配到晶片上的流控制，以及h)增加可以导致更高的蚀刻速率的最大化分配流。

[0024] 图1示意性地示出了根据本发明实施方案的用于用加热的蚀刻溶液处理晶片的处理系统100。该晶片可以是在半导体制造中使用的200mm、300mm、450mm，或甚至更大的硅晶片。然而，本发明的实施方案可以容易地应用于其他类型的晶片和衬底。处理系统100包括第一循环回路1、第二循环回路2和一个或更多个处理室4。在一个实施例中，一个或更多个处理室4可以包括各自被配置为一次处理一个晶片的一个或更多个单晶片处理室。在一个实施例中，处理系统100可以包括多达8个处理室。第一循环回路1包括：具有加热的蚀刻溶液的供应罐12、用于使N2气体流入供应罐12的装置和用于从供应罐12中排放N2气体(和水蒸气)的装置、给蚀刻溶液加压的泵39以及DI水供应系统49，DI水供应系统49包括用于控制流入第一循环回路1的DI水的DI水流控制器。第一循环回路1还包括水合传感器36，被设置成用于将杂质和颗粒从加热的蚀刻溶液中滤出的过滤器18，以及被设置成用于加热蚀刻溶液的管线中加热器16和17。在第一循环回路1中蚀刻溶液的压力可以使用泵39和压力探针22来调节。温度探针20被设置成监测蚀刻溶液的温度。晶片分配流控制器19控制到每个处理室4的蚀刻溶液的流，并且回路旁路被配置成使循环蚀刻溶液返回到供应罐12。第一循环回路1将热蚀刻溶液提供到一个或更多个处理室4，并且回收排放部69将蚀刻溶液返回到第二循环回路2。

[0025] 第二循环回路2可以包括与第一循环回路1类似的组件。第二循环回路2提供了另外的加热的蚀刻溶液到第一循环回路1，其中另外的加热的蚀刻溶液的温度和水合度可以选择为紧密地匹配第一循环回路1中的加热的蚀刻溶液，从而当另外的加热的蚀刻溶液被提供到第一循环回路1时使第一循环回路1中的加热的蚀刻溶液的水合度和温度的波动最小化。第二循环回路2可以以与第一循环回路类似的方式(独立地控制另外的加热的蚀刻溶液的温度和水合度两者)进行操作。可替选地，第二循环回路2可以以“沸点”模式进行操作，其中另外的加热的蚀刻溶液的温度和水合度控制是通过在沸腾条件下对另外的加热的蚀刻液进行操作而锁定在一起的。

[0026] 第二循环回路2包括具有另外的加热的蚀刻溶液的供应罐53、用于使N2气体流入供应罐53的装置和用于从供应罐53中排放N2气体(和水蒸气)的装置、给蚀刻溶液加压的泵48以及DI水供应系统47，所述DI水供应系统47包括用于控制DI水流流入第二循环回路2的DI水添加流控制器。第二循环回路2还包括水合传感器55，被设置成用于将杂质和颗粒从加热的蚀刻溶液中滤出的过滤器50，以及被设置成用于加热蚀刻溶液的管线中加热器41和
43。在第二循环回路2蚀刻溶液的压力可以使用泵48和压力探针51来调节。温度探针52被设置成监测蚀刻溶液的温度。第二循环环路2包括新的蚀刻溶液供应部42和DI水供应系统47，所述DI水供应系统47包括用于控制流入第二循环回路2的DI水的DI水流控制器。温度探针(传感器)52被设置成监测另外的加热的蚀刻溶液的温度。回路旁路管线被配置成使另外的蚀刻溶液返回到供应罐53。计量阀70被配置成使另外的加热的蚀刻溶液从第二循环回路2引入到第一循环回路1。

[0027] 根据一个实施方案，第二循环回路2将另外的蚀刻溶液(例如，磷酸/水混合物)从室温加热至沸腾，并且将水煮掉直至沸点达到第一循环回路所期望的控制温度。另外的加热的蚀刻溶液可以在第二循环回路中进行持续地再循环。然后从第二循环回路取出在适当的沸点和含水量下的另外的加热的蚀刻溶液以再填充第一循环回路，在第一循环回路中可以进行进一步加热和水合度控制。

[0028] 在一个实施例中，在第二循环回路2中的另外的加热的蚀刻溶液可以保持在比第一循环回路1中的加热的蚀刻溶液的更高的温度和/或更低的水合度。

[0029] 处理系统100使得能够在第一循环回路中进行严格的温度控制，以及在用来自第二循环回路2的另外的加热的蚀刻溶液再填充第一循环回路1期间或之后，另外的加热的蚀刻溶液的连续可用性。尽管本文中对含有磷酸-水混合物的加热的蚀刻溶液进行了描述，但是本领域技术人员将容易认识到本发明的实施方案还可以应用于其他蚀刻溶液和酸。

[0030] 为了降低用于一些蚀刻应用的化学品的成本，通过以下方法“回收”从一个或更多个处理室4排出的蚀刻溶液可能是有利的：通过第二循环回路2再次处理从处理室4排出的蚀刻溶液，使其与另外的加热的蚀刻溶液混合，并且再次使其通过至第一循环回路1以重复利用。所分配的加热的蚀刻溶液可以经由重力或提升泵从一个或更多个处理室4排出返回入第二循环回路2的供应罐53。

[0031] 系统控制器23(例如，计算机)与第一循环回路1的组件连通，第一循环回路1的组件包括加热器16和17、温度探针20、压力探针22、泵39、DI水供应系统49、水合传感器36、晶片分配流控制器19和第一循环回路1中其他的组件。虽然在图1中未示出，但是系统控制器23可以被配置为与图1的包括第二循环回路2和处理室4的处理系统中的其他组件连通。系统控制器23通过使用温度探针20对加热的蚀刻溶液的温度进行测量和对加热器16和17的加热功率进行控制来使加热的蚀刻溶液的温度保持在所期望的温度。另外，系统控制器23通过使用DI水供应系统49对水合度进行测量并按需要添加DI水来使蚀刻溶液的水合度保持在水合设定点。如果加热的蚀刻溶液的水合度低于设定点，那么向第一循环回路1中添加DI水。以这种方式，可以独立地控制加热的蚀刻溶液的温度和水合度，使得加热的蚀刻液不会在第一循环回路中、喷嘴或喷射杆中或待处理的晶片上沸腾。

[0032] 在第一循环回路1中的加热的蚀刻溶液的示例性压力在泵中为约30psi，在限制孔21的上方为约25psi至30psi，以及在限制孔21与供应罐12之间为约大气压。在处理室4中的加热的蚀刻溶液的示例性压力在图3的喷射杆220内可以为约2psi，并且在图3的处理室300和图2的处理室200中的晶片206上方的处理区240中为约大气压。因此，在这些实施例中，加热的蚀刻溶液的压力在处理系统100中可以从约30psi变化至约大气压。根据一些实施方案，第一循环回路1中的蚀刻溶液的压力可以为约30psi、约30psi至约10psi之间、约20psi至约10psi之间，或小于10psi。

[0033] 图2示意性示出了根据本发明的实施方案的用于用加热的蚀刻溶液处理衬底或晶片的处理室200。加热的蚀刻溶液被从第一循环回路1通过排放管216分配至喷嘴208。加热的蚀刻溶液被分配到通过保持器204支撑的自旋晶片206上并且使用排水管210从处理室200排出。处理室200被进一步配置成分别引入气体(例如，氮气(N2))和蒸汽(水蒸气)。如图
2所示，加热的蚀刻溶液可以被引入到靠近晶片206的处理区240，并且N2和蒸汽可以被引入到离开晶片206的外部区242。可以使用在分配头进气歧管230中的端口212A、212B、214A和
214B引入N2和蒸汽。如图3所示，端口212A、212B、214A和214B可以位于晶片206的边缘区之上。处理室200还可以配置成在喷嘴208中将另外的蒸汽添加到加热的蚀刻溶液。根据一些实施方案，通过喷嘴208分配的磷酸蚀刻溶液的水合度可以为小于约15％、小于约14％、小于约13％、小于约12％、小于约11％或小于约10％。

[0034] 图3示意性示出了根据本发明的实施方案的用加热的蚀刻溶液处理晶片的处理室。图3中的处理室与图2中的处理室类似，但包括用于通过孔222分配加热的蚀刻溶液并且分配在晶片206上的喷射杆220。处理室300还可以配置成在喷射杆220中添加另外的蒸汽。

[0035] 在第一处理实施例中，通过喷射杆将加热的磷酸蚀刻溶液和蒸汽分配到在其上具有氮化硅膜的300mm晶片上。使用以上所述的传统的方法制备加热的磷酸的蚀刻溶液，其中通过在沸腾条件下对蚀刻溶液进行操作将沸点和水合度锁定在一起。如图3所示，加热的磷酸蚀刻溶液被引入到晶片上方的处理区。在引入加热的蚀刻溶液期间，另外的蒸汽被添加至喷射杆。图4示出了从中心到晶片的边缘的径向线扫描的蚀刻的氮化硅量。蚀刻工艺利用了150秒在165℃分配磷酸。上组曲线402示出在磷酸分配期间使用分配头进气歧管中的端口向处理室的外部区添加蒸汽(但没有N2) 的情况下氮化物蚀刻的量，以及下组曲线404示出在磷酸分配期间使用分配头进气歧管中的端口向处理室的外部区添加N2(但没有蒸汽)的情况下氮化物蚀刻的量。图4中的结果表明向处理室的外部区添加蒸汽大大增加了整个晶片上的氮化物蚀刻量并且提高蚀刻均匀性。

[0036] 在第二处理实施例中，分配的磷酸蚀刻溶液的水合度比上述第一处理实施例中的分配的磷酸蚀刻溶液的水合度低。通过在第一循环回路中在不添加任何DI水的情况下对蚀刻溶液进行循环数小时来制备具有低水合度的磷酸蚀刻溶液。但是，还可以使用上述水合度和温度的独立地控制来制备具有低水合度的这样的磷酸蚀刻溶液。图5示出了300mm晶片的从中心到边缘的径向线扫描的蚀刻的氮化硅量。蚀刻工艺利用了60秒在180℃分配磷酸。上组曲线502示出在使用具有低水合度的磷酸的情况下氮化物蚀刻的量，以及下组曲线504示出使用上述传统方法制备的加热的磷酸蚀刻溶液的氮化物蚀刻的量：通过在沸腾条件下对蚀刻溶液进行操作将沸点和水合度锁定在一起。在所有试验中蒸汽被添加至分配头进气歧管中的喷射杆和端口。图5中的结果表明降低磷酸的水合度大大提高了氮化物蚀刻量，特别是朝向晶片的边缘。

[0037] 如上所述，加热的磷酸蚀刻溶液的水合度可以使用测量蚀刻溶液的折射率的折射计进行监测。图6示出磷酸蚀刻溶液的水合度对在跨300mm的晶片上的氮化硅刻蚀量和蚀刻均匀性的影响。在所有试验中蒸汽被添加至分配头进气歧管中的喷射杆和端口。不同的磷酸蚀刻溶液的折射率为1.4414(曲线608)、1.4426(曲线606)、1.4434(曲线604)和1.4438(曲线602)，其中较高的折射率对应于磷酸蚀刻溶液的较低水合度。图6示出了增加折射率导致整个晶片上的蚀刻均匀性有很大的改善。对于具有1.4414折射率和1.4426折射率(较高的水合度)的蚀刻溶液的蚀刻速率在晶片的中心最高，但在远离中心的径向方向下降。相比之下，具有1.4434折射率和1.4438折射率(较低的水合度)的蚀刻溶液的蚀刻速率高，并且在整个晶片上高度均匀。这表明可以选择磷酸蚀刻溶液的水合度来提供整个晶片上的所期望的蚀刻均匀性。为了比较，在未添加任何DI水的情况下通过循环数小时而制备的蚀刻溶液的磷酸蚀刻溶液被认为具有比图6中的所有蚀刻液的水合度较低的水合度。

[0038] 表1示出了图6中氮化物蚀刻量的％均匀性作为所测量的折射率的函数。对于具有1.4414折射率的蚀刻溶液的％均匀性为约12％，具有1.4426折射率的蚀刻溶液的％均匀性为约5％，而对于具有1.4434折射率和1.4438 折射率的蚀刻溶液的％均匀性为约2％。根据本发明的一个实施方案，在整个300mm晶片上的氮化硅蚀刻的％均匀性比3％较好。

[0039] 表1

[0040]折射率％均匀性(极差/2×平均值)
1.4414 12.41
1.4414 12.5
1.4426 5.71
1.4426 5.39
1.4434 2.08
1.4434 1.35
1.4438 2.62
1.4438 2.91

[0041] 可以预期的是，在蚀刻溶液与从处理室离开晶片的外部区引入的蒸汽混合的情况下，使用具有低水合度的加热的磷酸蚀刻溶液导致蚀刻溶液的温度上升。这个温度上升增加了晶片上的膜的蚀刻速率。另外，由于蒸汽与靠近晶片的边缘区中的加热的磷酸的强相互作用使得蚀刻均匀性得到改善。

[0042] 在实施方案中已经公开了用于提高加热的蚀刻溶液的温度和含水量控制。本发明的实施方案的前述描述是为了说明和描述的目的。不旨在详尽或将本发明限制到所公开的精确形式。本说明书和以下的权利要求包括的术语仅用于描述性目的，而不应解释为限制。

[0043] 本领域相关技术人员可以理解，鉴于上述教导可以作出许多修改和变化。本领域技术人员将认识到在附图中所示的各种组件的各种等价组合和替换。因此，旨在本发明的范围不受详细描述所限定，而是由所附的权利要求所限定。

标题	发布/更新时间	阅读量
可移除氮化钛的蚀刻后残渣清理溶液	2020-05-13	998
用于制备用于铜蚀刻的湿蚀刻溶液的浓缩溶液	2020-05-12	500
用于蚀刻铜和回收废蚀刻溶液的方法	2020-05-12	200
蚀刻剂溶液及其添加剂	2020-05-11	314
硅衬底蚀刻溶液	2020-05-11	935
用于碱性蚀刻溶液尤其是纹理蚀刻溶液的添加剂及其制备方法	2020-05-12	487
湿蚀刻溶液	2020-05-11	891
清洁溶液和蚀刻剂及其使用方法	2020-05-13	789
使用碱性蚀刻剂溶液蚀刻非晶半导体氧化物	2020-05-12	916
蚀刻溶液,蚀刻制品和制造蚀刻制品的方法	2020-05-12	732

用于提供加热的蚀刻溶液的系统

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