用于从衬底选择性地移除氮化物的方法技术

一种从衬底选择性地移除氮化硅的方法，包括：提供其表面上具有氮化硅的衬底；以及在大于约150℃的温度下，将磷酸和硫酸作为混合酸液体流散布至衬底的表面上。在该方法中，在混合酸液体流的液体溶液通过喷嘴时或在混合酸液体流的液体溶液通过喷嘴之后，将水添加到混合酸液体流的液体溶液中。该方法对氮化硅的蚀刻提供了优异的选择性，并且还提供了快速蚀刻，从而提高了用于处理衬底的工具的生产效率。

Method for selective removal of nitrides from substrates

【技术实现步骤摘要】
用于从衬底选择性地移除氮化物的方法本申请是申请日为2011年12月6日，申请号为“201180053463.9”，专利技术名称为“用于从衬底选择性地移除氮化物的方法”的中国专利申请的分案申请。优先权声明本申请要求于2010年12月10日提交的专利技术名称为“PROCESSFORSELECTIVELYREMOVINGNITRIDEFROMSUBSTRATES”的美国临时申请第61/421808号的优先权，其公开的全部内容通过引用合并到本文中以用于所有目的。
本专利技术涉及用于从衬底移除氮化物的方法。更具体地，本专利技术涉及使用硫酸、磷酸以及水从衬底移除氮化物，所述氮化物优选地为氮化硅。
技术介绍
随着不断增加有源元件的封装密度，电子技术的进步使集成电路形成在衬底(如硅片)上。通过连续的施加、处理以及从衬底选择性地移除各种材料来实施电路的形成。在半导体晶片技术中，已经研制了用于从衬底移除特定种类材料的各种组合物。例如，通常表示为SC-1的组合物，其包括约1:1:5的体积比(或稍高的稀释比)的NH4OH(29wt％)/H2O2(30wt％)/水的混合物，SC-1通常用于移除颗粒并且用于再氧化疏水硅表面。同样地，通常表示为SC-2的组合物，其包括约1:1:5(或稍高的稀释比)的体积比的HCl(37wt％)/H2O2(30wt％)/水的混合物，SC-2通常用于移除金属。另外的组合物，通常称为Piranha组合物，其包括约2:1至20:1的体积比的H2SO4(98wt％)/H2O2(30wt％)，Piranha通常用于移除有机污染物或一些金属层。美国专利第7,592,264号中描述了从衬底移除材料，优选地为光刻胶。在该专利中，液体硫酸组合物包括硫酸和/或其干燥物质以及前体，并具有不大于5:1的水/硫酸摩尔比，将该液体硫酸组合物以如下量散布至涂覆衬底的材料上，该量使得能够有效地充分均匀地涂覆衬底的材料。无论是在散布液体硫酸组合物之前、期间或之后，将衬底优选地加热到至少约为90℃的温度。在衬底为至少约90℃的温度之后，液体硫酸组合物暴露于如下量的水蒸气，该量使得能够有效地增加液体硫酸组合物的温度至高于暴露于水蒸气之前的液体硫酸组合物的温度。然后，优选地漂洗衬底以移除材料。美国专利第7,819,984号中描述了一种处理衬底的方法，由此在其表面上具有材料的衬底被放置在处理室中，随着引导水蒸气的流撞击衬底表面和/或撞击液体处理组合物，引导液体处理组合物的流撞击衬底表面。氮化硅在多种器件的形成中用作掩模材料。在这些处理技术中，与在衬底上适当位置的其它材料、特别是氧化硅相比，通过蚀刻选择性地移除氮化硅掩模。由于蚀刻氮化硅与蚀刻二氧化硅相比具有约为35:1的选择性，所以将包括氮化硅的衬底浸没在沸腾H3PO4的浴中已被用作这样实施的蚀刻工艺。为了控制选择性和刻蚀速率，通过以所需水平将涂覆晶片的牺牲氮化硅和硅化物合并到浴中来首先进行时效处理浴来对这种浴进行预先处理。A.L.P.Rotondaro等人的“USEOFH2SO4FORETCHRATEANDSELECTIVITYCONTROLOFBOILINGH3PO4”，ElectrochemicalSocietyProceedings，第99-36卷，第385-390页(1999)描述了避免浴的这样的时效处理(seasoning)，其中，通过向浴添加硫酸来提高磷酸浴的刻蚀速率和选择性。期望的是确定用于处理衬底的可替换的技术和组合物，特别是从衬底(如半导体晶片)移除氮化物材料，特别是氮化硅。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于从衬底的表面(优选地为用于集成电路制造的在工艺中的半导体晶片)选择性地移除氮化硅膜的方法。该方法对氮化硅的蚀刻提供了优异的选择性，并且还提供了快速蚀刻，从而提高了用于处理衬底的工具的生产效率。在本方法中，通过如下步骤从衬底选择性地移除氮化硅：a)提供其表面上具有氮化硅的衬底；b)在大于约150℃的温度下，将磷酸和硫酸作为混合酸液体流散布到衬底的表面上，其中当混合酸液体流的液体溶液通过喷嘴时或在混合酸液体流的液体溶液通过喷嘴之后，将水添加至混合酸液体流的液体溶液中。添加水的混合酸液体流可以以连续流的形式或作为液体气溶胶滴而撞击衬底。对于本专利技术的目的，“散布”是指将磷酸和硫酸作为材料流输送到表面上，如将液体喷洒或倾倒在表面上。对于本专利技术的目的，散布是将处理材料从源动态地输送到表面，仅作短暂的停留，与将衬底浸没在例如处理浴中截然不同。在本专利技术的实施方案中，通过喷洒、即在压力下将材料作为排出物施加而将混合酸液体散布到表面上。在另一实施方案中，通过流动、即作为不加压的连续或不连续的流施加材料而将混合酸液体散布在表面上。已经出乎意料地发现，通过在本散布处理过程中添加水，显著提高了氮化硅的刻蚀速率。另外，已经发现，氮化硅蚀刻速率随温度的升高而显著增加，并且当以水蒸气的形式添加水时，氮化硅蚀刻速率进一步增加。在本专利技术的优选方法中，在约180℃的温度或大于约180℃的温度下，更优选地在约200℃或大于约200℃下，且优选地在约190℃至240℃的温度下，将混合酸液体流散布到衬底的表面上。在本专利技术的优选方法中，以水蒸气的形式添加水。在本专利技术的一个实施方案中，以相对于氧化硅为100:1或更大的速率移除氮化硅。在另一实施方案中，绝对移除速率大于50埃/分钟。该选择性和高移除速率是特别有利的，这是因为它便于使用利用单晶片处理工具的氮化硅蚀刻技术。另外，本专利技术提供了高效的氮化物蚀刻能力，而无需复杂的传统165℃、85％磷酸湿槽处理，所述处理需要化学的“时效处理”，即通过处理仿真晶片来建立和维持溶解的氧化硅浓度。现有技术使用时效处理浴是不利的，原因是浴的寿命有限，由于浴中过多的硅，高水平的颗粒缺陷可能被引入到衬底表面上。因而，本专利技术提供了一种单次通过、使用点混合(point-of-useblended)、新鲜化学品而不需要时效处理的情况下实现高选择性和移除速率目标的方法。另外本散布技术可以在比现有技术的浴操作的温度更高的温度下操作。如本文所述的使用点混合使能够实现快速的、单晶片、单次通过工艺。附图说明附图合并到本申请中且构成本申请一部分，其示出本专利技术的几个方面，并与实施方案的描述一起说明本专利技术的原理。附图的简要描述如下：图1是可以实施本专利技术方法的一个实施方案的设备的概略图。图2是用于实施本专利技术方法的一个实施方案的喷杆的截面图。图3是可以实施本专利技术方法的一个实施方案的设备的概略图。具体实施方式下面描述的本专利技术的实施方案无意于穷举或将本专利技术限制在下面详细描述中公开的具体形式。相反，选择和描述实施方案的目的是使得可以有利于本领域的技术人员评价和理解本专利技术的原理和实践。如上文所述，提供表面上具有氮化硅的衬底。衬底优选地是半导体衬底，最优选地是在工艺中的硅晶片。衬底为通过掩模和蚀刻操作设置有一个或更多个电子器件的中间阶段，其中，相对于保留在衬底上的其它材料(如氧化硅)优先地移除氮化硅。通过在大于约150℃的温度下将磷酸和硫酸作为混合酸液体流散布到衬底的表面上来实施氮化硅的选择性移除，其中，在混合酸液体流的液体溶液通过喷嘴时或在混合酸液体流的液体溶液通过喷嘴之后，将水添加到混合酸液体流的液体溶液。已经发现添加水能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从衬底选择性地移除氮化硅的方法，包括：a)提供其表面上具有氮化硅的衬底；以及b)在大于约150℃的温度下，将磷酸和硫酸作为混合酸液体流散布到所述衬底的所述表面上，其中在所述混合酸液体流的液体溶液通过喷嘴时或在所述混合酸液体流的所述液体溶液通过喷嘴之后，将水添加至所述混合酸液体流的所述液体溶液中。

【技术特征摘要】
2010.12.10 US 61/421,8081.一种从衬底选择性地移除氮化硅的方法，包括：a)提供其表面上具有氮化硅的衬底；以及b)在大于约150℃的温度下，将磷酸和硫酸作为混合酸液体流散布到所述衬底的所述表面上，其中在所述混合酸液体流的液体溶液通过喷嘴时或在所述混合酸液体流的所述液体溶液通过喷嘴之后，将水添加至所述混合酸液体流的所述液体溶液中。2.根据权利要求1所述的方法，其中添加水的所述混合酸液体流的所述液体溶液为磷酸和硫酸的混合物，或者其中添加水的所述混合酸液体流的所述液体溶液为磷酸溶液，或者其中添加水的所述混合酸液体流的所述液体溶液为硫酸溶液。3.根据权利要求1所述的方法，其中在大于约180℃的温度下散布所述混合酸液体流，或者其中在约200℃或大于约200℃的温度下散布所述混合酸液体流，或者其中在约190℃至240℃的温度下散布所述混合酸液体流，或者其中在约150℃至180℃的温度下散布所述混合酸液体流。4.根据权利要求1所述的方法，其中在添加水之后，所述混合酸液体流的水含量为约10重量％至约20重量％，或者其中在添加水之后，所述混合酸液体流的水含量为约11重量％至约15重量％。5.根据权利要求1所述的方法，其中通过以3:1至1:6的磷酸与硫酸的体积比将磷酸溶液与硫酸溶液进行混合来制备所述混合酸液体流，所述磷酸溶液为至少约80重量％的磷酸，所述硫酸溶液为至少约重量90％的硫酸，优选地，其中所述磷酸溶液为85重量％的磷酸，并且所述硫酸溶液是98重...

【专利技术属性】
技术研发人员：安东尼·S·拉特科维奇，杰弗里·W·布特鲍，大卫·S·贝克，
申请(专利权)人：东京毅力科创FSI公司，
类型：发明
国别省市：美国,US