專利名稱：在基片處理過程中選擇性蝕刻氮化硅的系統(tǒng)和方法
相關(guān)申請交叉引用本申請要求2003年12月30日提交的美國臨時申請第60/533,097號的優(yōu)先權(quán)，該專利全文結(jié)合在本文中。
背景技術(shù)：
隨著微電子器件尺寸的持續(xù)減小，目前已經(jīng)減小到了納米級，晶片表面制備過程在IC制造中的重要性越來越顯著。處理用的化學試劑、操作順序和清潔步驟的數(shù)量對所需最終結(jié)果的決定作用正在變得越來越關(guān)鍵。隨著半導體制造的持續(xù)進步，人們正在設(shè)計出越來越小的器件，并將其構(gòu)建在相同的晶片表面區(qū)域上。這些精細結(jié)構(gòu)給制造工程師和科學家?guī)砹艘幌盗行聠栴}。其中一個問題是相對于下面的氧化硅膜，選擇性地蝕刻氮化硅(Si3N4)。
目前Si3N4的蝕刻是通過各種方法進行的，包括等離子體干蝕刻或活性離子蝕刻(RIE)。然而，對Si3N4的活性離子蝕刻對下面的氧化膜沒有高選擇性。另外，Si3N4的活性離子蝕刻會以表面點蝕的形式降解下面的膜或硅基片。另一種現(xiàn)有的蝕刻Si3N4的方法是通過施用磷酸(H3PO4)進行蝕刻。使用H3PO4已經(jīng)有一定的歷史，這是由于相對于二氧化硅(SiO2)，磷酸對Si3N4具有高蝕刻選擇性。使用H3PO4的Si3N4蝕刻反應(yīng)通常可描述如下
在此反應(yīng)中，水使Si3N4水解形成含水氧化硅和氨。氨保留在溶液中，形成磷酸銨。該反應(yīng)表明水是蝕刻Si3N4的化學物質(zhì)的組成部分。當蝕刻氮化物時，在溶液中形成水合的SiO2(H2OSiO2)，抑制了對SiO2的蝕刻，即產(chǎn)生了更高的選擇性。如

圖1和圖2所示，SiO2蝕刻持續(xù)減少，直至系統(tǒng)(磷酸液體和晶片)達到平衡(無傳質(zhì))，此時SiO2蝕刻停止。一旦達到平衡，明顯會重新沉淀SiO2膜。蝕刻浴壽命(bathlife)將取決于處理過程所容許的這種重新沉積的限度。盡管這種對氧化物蝕刻速率的減緩是有益的(即有更高的選擇性)，但是這種重新沉積會在晶片上產(chǎn)生高顆粒數(shù)，這是不希望有的。這種現(xiàn)象如此顯著，因此可以被預(yù)測。如圖2所示，在蝕刻浴中對21×50的晶片進行處理，當觀察到這種顆粒數(shù)量有顯著增加時，顆粒的數(shù)量約為40個。
盡管已經(jīng)開發(fā)出了大量的方法以試圖在半導體制造過程中以相對于氧化硅更高的選擇性蝕刻Si3N4，但是現(xiàn)有的系統(tǒng)并未達到最佳效果，存在大量的缺點。例如，在美國專利第6,376,261號(′261專利)中揭示了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有一種控制模式，可以預(yù)測晶片表面的蝕刻速率。該系統(tǒng)測量晶片上的薄膜的厚度，并根據(jù)在之前的過程中測得的膜厚度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)。在晶片批料之間進行調(diào)節(jié)，使得制造時要停工，而且由于蝕刻液被污染和/或蝕刻液中組分的濃度比隨時間發(fā)生變化，使得各批晶片中的蝕刻選擇性減小。另外，′261專利中揭示的系統(tǒng)需要IC加工水平的高級加工控制系統(tǒng)(APC)。
在美國專利第3,715,249號(′249專利)，美國專利第6,087,273號(′273專利)和美國專利第5,885,903號(′903專利)中揭示了另外的蝕刻系統(tǒng)。盡管這些系統(tǒng)試圖使用硫酸和磷酸的混合物達到選擇性蝕刻，但是這些系統(tǒng)不含控制系統(tǒng)，不能通過控制加工和混合物參數(shù)來確保蝕刻中有最大的選擇性。因此，由于蝕刻液被污染和/或蝕刻液中組分的濃度比隨時間發(fā)生變化，這些系統(tǒng)使得各批晶片中的蝕刻選擇性減小。
在美國專利第5,310,457號中，揭示了一種蝕刻系統(tǒng)，該系統(tǒng)向磷酸中加入HF和硝酸以提高氮化硅相對于氧化硅的選擇性。然而，已證明向磷酸加入HF和硝酸在性能上并未達到最佳。
最后，盡管一些現(xiàn)有技術(shù)的蝕刻系統(tǒng)和方法可以達到氮化硅相對于二氧化硅的高蝕刻選擇性，但是最大的蝕刻選擇性并不是滿意性的唯一目標。氮化硅蝕刻和氧化硅蝕刻速率的一致和穩(wěn)定性也同樣是需要的。如上所述，圖1顯示了使用磷酸(85重量％)的常規(guī)氮化硅蝕刻系統(tǒng)在165℃進行蝕刻的結(jié)果?？梢钥吹?，隨著處理的晶片數(shù)量的增加，氮化物蝕刻速率保持穩(wěn)定，而氧化物蝕刻速率會降低。圖2中顯示了類似的現(xiàn)象，其中監(jiān)測了氮化物和氧化物蝕刻速率隨時間(小時)的變化情況。選擇性(即氮化硅蝕刻速率/氧化硅蝕刻速率)在圖3中作圖。由于氧化硅蝕刻速率持續(xù)下降，選擇性很顯然地隨時間增大。盡管這種趨勢是好的，會使得氧化硅損失最小，但是這也會限制能夠進行處理的晶片的種類。通常將晶片浸入蝕刻酸內(nèi)一段時間。因此，盡管氮化硅的蝕刻速率是固定的，但是不同批次之間氧化硅的去除量會改變，因此器件的尺寸會改變，使得性能改變。由于顯而易見的原因，這是不希望出現(xiàn)的。另外，如圖4所示，通過此方式連續(xù)處理晶片時，(來自蝕刻副產(chǎn)物的)顆粒將會在蝕刻浴中累積，并最終沉積在晶片上。對于在蝕刻浴中處理的20×50×200毫米的晶片(每個晶片上除去1500A)，晶片上顆粒的量仍然處在可接受的水平(在0.16微米時小于40)。此時，需要排掉蝕刻浴并用新鮮的酸重新注滿，以進入新的處理周期。在此情況下，排/注/加熱蝕刻浴需要大約2小時，這使得對蝕刻浴的利用減到最小。因此，蝕刻速率的可變性是現(xiàn)有的氮化硅蝕刻系統(tǒng)和方法的主要缺點。
發(fā)明簡述因此本發(fā)明的一個目的是提供從至少一個基片上蝕刻氮化硅的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法能夠提高氮化硅相對于氧化硅的蝕刻選擇性。
本發(fā)明另一個目的是提供從至少一個基片上蝕刻氮化硅的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法能夠提供對加工條件和參數(shù)的動態(tài)控制。
本發(fā)明另一個目的是提供從至少一個基片上蝕刻氮化硅的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法能夠根據(jù)蝕刻混合物中組分的濃度比和/或硅酸鹽濃度動態(tài)控制加工條件和參數(shù)。
本發(fā)明另一個目標是提供從至少一個基片上蝕刻氮化硅的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法不需要IC加工水平的APC系統(tǒng)(APC)，而只需要達到氮化物蝕刻工具水平。
本發(fā)明另一個目標是提供從至少一個基片上蝕刻氮化硅的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法可以實時測量磷酸(或磷酸/硫酸)浴中的顆粒污染物。
本發(fā)明另一個目標是提供從至少一個基片上蝕刻氮化硅的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法可以提供穩(wěn)定的氮化硅蝕刻速率，減小氧化物蝕刻速率的變化和/或減少顆粒污染物在蝕刻劑中的累積。
本發(fā)明另一個目標是提供從至少一個基片上蝕刻氮化硅的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法可以在整個蝕刻浴壽命期限內(nèi)提供穩(wěn)定的高蝕刻選擇性，穩(wěn)定的氮化硅和氧化硅蝕刻速率，最小的氧化物損失，較長的蝕刻浴壽命(因此使用者成本降低)，基片上可接受的顆粒含量，和/或減少處理步驟的數(shù)量。
本發(fā)明滿足了這些目標和其它的目標，在一個方面中，本發(fā)明涉及一種從至少一個基片上蝕刻氮化硅的方法，該方法包括提供閉合回路循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括處理室和與處理室流體連接的回流管道；向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)提供預(yù)定量的硫酸、磷酸和水，形成具有預(yù)定濃度比和預(yù)定體積的混合物，該混合物填充處理室，溢流進入循環(huán)管道；將至少一個基片浸沒在處理室內(nèi)的混合物中；使混合物循環(huán)通過閉合回路循環(huán)系統(tǒng)；用濃度傳感器連續(xù)測量混合物的濃度比；將測得的濃度比與預(yù)定的濃度值相比較，以確定測得的濃度值是否在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍之內(nèi)；當確定測得的濃度比不在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍之內(nèi)時，自動向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)加入一定體積的硫酸、磷酸和/或水，同時使基本相同體積的混合物從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)中流出，這將在處理至少一個基片的過程中，使得混合物的濃度比回到預(yù)定范圍內(nèi)。
在一個實施方式中，本發(fā)明方法的這個方面還可包括用顆粒計數(shù)器連續(xù)測量混合物中的固體顆粒數(shù)；將測得的顆粒數(shù)與預(yù)定的顆粒數(shù)相比較，以確定是否測得的顆粒數(shù)大于預(yù)定的顆粒數(shù)；當測得混合物的顆粒數(shù)大于預(yù)定的顆粒數(shù)時，自動地使一定體積的混合物從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)流出，并向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)加入基本相同體積的硫酸、磷酸和/或水，這將在處理至少一個基片的過程中，使得混合物中的顆粒數(shù)回到或小于預(yù)定的顆粒數(shù)。
在另一方面，本發(fā)明涉及一種從至少一個基片上蝕刻氮化硅的方法，該方法包括(a)向處理室提供預(yù)定量的硫酸、磷酸和水，以形成具有預(yù)定濃度比的預(yù)定體積的混合物；(b)使該混合物在閉合回路循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)通過處理室；(c)將至少一個基片浸沒在處理室內(nèi)的混合物中；(d)使一定體積的混合物從閉合回路系統(tǒng)中流出，以減少循環(huán)混合物中蝕刻副產(chǎn)物的影響；(e)加入磷酸、硫酸和/或水來代替從閉合回路中流出的混合物的體積；對流出物的體積進行選擇，使混合物的濃度比保持或返回預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍內(nèi)。
在此方面中，在一些實施方式中，本發(fā)明的排放步驟(d)和加入步驟(e)可連續(xù)進行或以預(yù)定的間隔進行。在其它實施方式中，本發(fā)明這個方面還可包括以下步驟(f)在處理至少一個基片的過程中使用濃度傳感器連續(xù)測量混合物的濃度比；(g)將測得的濃度比與預(yù)定的濃度值相比較，以確定是否測得的濃度值在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍之內(nèi)；(h)當確定測得的濃度比不在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍內(nèi)時，自動進行步驟(d)和(e)。
在另一個方面中，本發(fā)明涉及從至少一個基片上蝕刻氮化硅的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括閉合回路循環(huán)系統(tǒng)，其包括處理室和與處理室流體連接的回流管道；用來向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)提供硫酸、磷酸和水，以形成具有預(yù)定濃度比的預(yù)定體積的混合物的裝置；用來使混合物流過閉合回路循環(huán)系統(tǒng)的裝置；濃度傳感器，用來在處理室內(nèi)處理至少一個基片的過程中，連續(xù)測量混合物的濃度比，并生成用來表示測得的濃度比的信號；用來向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)加入硫酸、磷酸和水的加入裝置；用來使混合物從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)排出的排出裝置；與所述濃度傳感器、加入裝置和排出裝置可操作地連接的處理器；對該處理器編程，使得在處理至少一個基片的過程中，當其從濃度傳感器接收到表示濃度比不在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍內(nèi)的信號時，該處理器自動激活加入裝置，向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)加入一定體積的硫酸、磷酸和/或水，并且激活排出裝置，使基本相同體積的混合物從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)排出，使得混合物的濃度比回到預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍之內(nèi)。
在一些實施方式中，本發(fā)明的系統(tǒng)還可包括顆粒計數(shù)器，用來在處理室內(nèi)處理至少一個基片的過程中連續(xù)測量混合物的顆粒數(shù)，并產(chǎn)生表示測得的顆粒數(shù)的信號；該處理器也與顆粒計數(shù)器可操作地連接；對處理器進一步編程，使得在處理至少一個基片的過程中，當其接收到表示測得的顆粒數(shù)高于預(yù)定顆粒數(shù)的信號的時候，該處理器自動激活加入裝置，向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)加入一定體積的硫酸、磷酸和/或水，并激活排出裝置，從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)排出基本相同體積的混合物，使得混合物中的顆粒數(shù)將回到或低于預(yù)定的顆粒數(shù)。
在另一個方面中，本發(fā)明涉及一種從至少一個基片上蝕刻氮化硅的方法，該方法包括提供閉合回路循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括處理室和與該處理室流體連接的回流管道；向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)提供預(yù)定體積的蝕刻劑，該蝕刻劑填滿處理室并溢流進入回流管道；將至少一個基片浸入該處理室內(nèi)的蝕刻劑中；使混合物循環(huán)通過閉合回路循環(huán)系統(tǒng)；用顆粒計數(shù)器連續(xù)測量蝕刻劑中的顆粒數(shù)；在處理至少一個基片的過程中，當檢測到蝕刻劑中測得的顆粒數(shù)高于預(yù)定的顆粒數(shù)時，從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)自動排出一定體積的受污染的蝕刻劑，同時向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)加入新鮮的蝕刻劑來代替這一定體積，使得閉合回路循環(huán)系統(tǒng)中蝕刻劑內(nèi)的顆粒數(shù)回到或低于預(yù)定的顆粒數(shù)。
附圖簡述圖1是使用現(xiàn)有技術(shù)的僅含磷酸的混合物時，比較氮化物和氧化物蝕刻速率隨處理的晶片數(shù)的變化關(guān)系圖。
圖2是使用現(xiàn)有技術(shù)的僅含磷酸的混合物成批處理50批200毫米的晶片時，比較氮化物和氧化物蝕刻速率隨時間的變化關(guān)系圖。
圖3是使用現(xiàn)有技術(shù)的僅含磷酸的混合物成批處理50批200毫米的晶片時，氮化硅蝕刻速率與氧化硅蝕刻速率的選擇性隨時間的變化關(guān)系圖。
圖4是使用現(xiàn)有技術(shù)的僅含磷酸的混合物處理晶片時，比較顆粒和蝕刻速率隨處理晶片數(shù)的變化關(guān)系圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的選擇性蝕刻系統(tǒng)的示意圖。
圖6是用系統(tǒng)控制器操縱根據(jù)本發(fā)明一實施方式的圖5所示選擇性蝕刻系統(tǒng)的高級流程圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式，圖5所示的氮化物蝕刻系統(tǒng)測量顆粒污染物含量的典型操作和控制圖。
圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施方式，使用用于僅含硫酸的蝕刻劑的加入和排放規(guī)則時，氮化硅和氧化硅的穩(wěn)定性的圖。
圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施方式，使用用于磷酸-硫酸混合物蝕刻劑的加入和排放規(guī)則時，氮化硅和氧化硅的穩(wěn)定性的圖。
圖10是在根據(jù)本發(fā)明一實施方式處理晶片時，晶片的顆粒污染的穩(wěn)定性的圖。
附圖詳述圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的基片蝕刻系統(tǒng)100的示意圖。該基片蝕刻系統(tǒng)100包括處理室10，硫酸(H2SO4)分配管道20，磷酸(H3PO4)分配管道21，水(H2O)分配管道22，H2SO4加入管道30，H3PO4加入管道31，H2O加入管道32，回流管道40，過程控制器200，濃度傳感器50，顆粒計數(shù)器55，泵60，加熱器70，過濾器80和排放管道90?？烧{(diào)閥門23-25分別與分配管道20-22可操作地連接，用來控制流過其中的各種流體的流動。類似地，可調(diào)閥門33-35分別與分配管道30-32可操作地連接，用來控制流過其中的各種流體的流動。
盡管圖中未顯示，但是H2SO4分配管道20和H2SO4加入管道30各自與輔助鼓或存儲槽之類的硫酸源可操作地連接。根據(jù)過程需要和/或空間限制，H2SO4分配管道20和H2SO4加入管道30可與相同或不同的H2SO4源連接。類似地，H3PO4分配管道21和H3PO4加入管道31各自與H3PO4源可操作地連接。根據(jù)過程需要和/或空間限制，H3PO4分配管道21和H3PO4加入管道31可與相同或不同的H2SO4源連接。H2O分配管道22和H2O加入管道32各自與H2O源可操作地連接。根據(jù)過程需要和/或空間限制，H2O分配管道22和H2O加入管道32可與相同或不同的H2SO4源連接。
處理室10包括回流堰11和處理空間(processing volume)12。在處理室10的處理空間12底部提供了一對入口歧管13，用來向處理空間12引入液體。處理空間12具有足夠的尺寸，可將多個晶片14支承在其中。盡管圖中顯示的晶片14是以垂直的取向支承的，但是晶片也可為水平取向。另外，處理室10可設(shè)計成用于單晶片處理。
處理室10還包括排出管道90。該排出管道90與處理室10的排出口(圖中未顯示)流體連接，從而可以在晶片處理過程中將液體從處理室10的處理空間12排出。一個可調(diào)節(jié)的排出閥門91與排出管道90可操作地連接，使得流過排出管道90、以及流出閉合回路循環(huán)系統(tǒng)的流體的(質(zhì)量或體積)流速可以得到控制。
回流管道40的一端與回流堰11底部的一個孔流體連接，使得溢過處理空間12進入回流堰11的液體可被引入回流管道40(如果需要的話)?；亓鞴艿?0的另一端與進口歧管13流體連接?；亓鞴艿?0形成從回流堰11通到處理室10的處理空間12的流體通路。因此，回流管道40與處理室10結(jié)合起來，形成閉合回路循環(huán)系統(tǒng)。
泵60，加熱器70和過濾器80都與回流管道40可操作地連接和液體連接。因此，可以用加熱器70將通過回流管道40的液體加熱至所需的溫度。過濾器80可以在液體通過回流管道40時從中除去離子和/或顆粒污染物。也可將濃度傳感器50和顆粒計數(shù)器55與回流管道40可操作地連接，使得它們可以適當?shù)販y量任何通過回流管道40的流體。所述濃度傳感器50可以是任何能夠分析混合物，測定混合物組分的濃度比的儀器，例如NIR分光計或FT-NIR分光計。所述顆粒計數(shù)器55可以是任何能夠?qū)σ后w中的顆粒計數(shù)的儀器，例如液體中顆粒的計數(shù)器，這種儀器是本領(lǐng)域中的標準儀器。
過程控制器200與可調(diào)節(jié)的閥門33-35，濃度傳感器50，顆粒計數(shù)器55和排出閥門91可操作地連接，以便在它們之間傳遞信號。可通過合適的電連接、光纖連接、電纜連接或其它合適的連接來促進這些可操作地連接。在圖5中，部件33-35，50，55，91與過程控制器200的可操作地連接以虛線形式表示。所述過程控制器200是基于可編程邏輯控制器、個人計算機等的適用于過程控制的微處理器，優(yōu)選包括各種輸入/輸出端口，用來與需要控制和/或連接的蝕刻系統(tǒng)100的各種部件33-35，50，55，91通信。
所述過程控制器200還優(yōu)選包括足夠的存儲器，用來存儲處理方法、參數(shù)和其它數(shù)據(jù)，例如預(yù)定的(即目標)濃度比、預(yù)定的顆粒數(shù)、預(yù)定的范圍、流速、處理時間、處理條件等。過程控制器200可與與之可操作地連接的蝕刻系統(tǒng)100的任意和所有的各種部件通信，以自動調(diào)節(jié)處理條件，例如激活加入管道30-32中任意一個單獨或結(jié)合地使流體通過，激活排出管道90使流體通過，激活泵，加熱和過濾。盡管圖中未顯示，如果需要的話，過程控制器200還可與加熱器70、泵60、進口歧管13和可調(diào)節(jié)閥門23-25可操作地連接。
還用合適的算法對過程控制器200編程，用來從濃度傳感器55和顆粒計數(shù)器55接收數(shù)據(jù)，分析輸入的數(shù)據(jù)信號，將輸入的數(shù)據(jù)信號所表示的數(shù)值與存儲的數(shù)值和范圍相比較，通過管道30-32向循環(huán)中加入新鮮的蝕刻劑組分，和/或通過排出管道90將受污染的/舊的蝕刻劑排出，自動地適當調(diào)節(jié)用來處理晶片14的蝕刻劑，使得蝕刻劑混合物達到預(yù)定的特性。例如，過程控制器200可儲存濃度比或顆粒數(shù)的預(yù)定數(shù)值或預(yù)定可接受的工作范圍。這在下文中將結(jié)合系統(tǒng)100的操作進行詳細討論。所用過程控制器的種類取決于結(jié)合有該控制器的系統(tǒng)的實際需要。
下文中將討論本發(fā)明一實施方式中的蝕刻系統(tǒng)的操作。為便于討論，下面將結(jié)合圖5的蝕刻系統(tǒng)100討論該方法，應(yīng)當理解在進行蝕刻過程時可以進行其它的改變、修改和蝕刻系統(tǒng)。
提供了大量需要蝕刻的晶片14。該晶片14優(yōu)選是用于IC制造的晶片，其上包括氮化硅(Si3N4)層和氧化硅(SiO2)層。然而，也可使用其他種類的基片，例如MEMS基片，平板顯示器等。在處理開始時，所有的閥門23-25，33-35，90都是關(guān)閉的。
首先，打開可調(diào)節(jié)閥門23-25，使得液體H2SO4，H3PO4和H2O通過管道20-22分配進入處理室10的處理空間12。當將H28O4，H3PO4和H2O輸入處理室10的處理空間12時，H2SO4，H3PO4和H2O混合形成混合物(即蝕刻劑溶液)?？烧{(diào)節(jié)閥門23-25控制著通過分配管道20-22的H2SO4，H3PO4和H2O的流速，以形成具有預(yù)定的/所需的H2SO4∶H3PO4∶H2O濃度比的混合物。在一個實施方式中，該混合物的濃度比優(yōu)選為2份H2SO4(96重量％)，2份H3PO4(85重量％)和1份H2O。但是，如果需要的話，可采用任意的濃度比。另外，如果需要的話，在本發(fā)明一些實施方式中，可以僅使用一種化學試劑作為蝕刻劑，例如僅使用H3PO4作為蝕刻劑。
通過管道20-22持續(xù)地向處理空間12提供H2SO4，H3PO4和H2O，直至混合物溢流過處理空間12進入回流堰11并進入回流管道40為止。一旦向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)(即處理室10和回流管道40)提供并形成了預(yù)定體積的蝕刻劑混合物，便關(guān)閉閥門23-25，以切斷向處理室10的H2SO4，H3PO4和H2O供應(yīng)。
此時，泵60被激活，使得混合物以從處理室10(通過歧管11)，通過回流管道40，返回處理室10(通過進口歧管13)的形式循環(huán)流動。當混合物通過回流管道40時，其通過加熱器70和過濾器80。加熱器60優(yōu)選將混合物加熱至大約160-180℃，最優(yōu)選加熱至大約165℃?；旌衔镞€通過濃度傳感器50和顆粒計數(shù)器55，濃度傳感器50和顆粒計數(shù)器55都與回流管道40可操作地連接。
當混合物通過回流管道40時，濃度傳感器50連續(xù)測量混合物的濃度比(即H2SO4∶H3PO4∶H2O之比)。對濃度的連續(xù)測量可以根據(jù)預(yù)定的形式每秒鐘進行許多次，從而使其基本為連續(xù)的或周期性的。濃度傳感器50產(chǎn)生表示測得的混合物濃度比的數(shù)據(jù)信號，通過電連接將這些信號連續(xù)地輸送到過程控制器200用來處理。類似地，當混合物在回流管道40中通過的時候，顆粒計數(shù)器55也連續(xù)地測量混合物中顆粒的含量。顆粒計數(shù)器55產(chǎn)生表示測得的混合物中顆粒數(shù)量/含量的數(shù)據(jù)信號，并通過電連接將這些信號連續(xù)地傳送給過程控制器200，用來進行處理。
從濃度傳感器50和顆粒計數(shù)器55收到各種數(shù)字信號之后，過程控制器200對這些數(shù)據(jù)信號進行分析，將測得的數(shù)值與儲存在其存儲器中的預(yù)定/所需信號相比較。更具體來說，將測得的濃度比與儲存的預(yù)定/所需濃度比進行比較，以確定是否測得的濃度比在預(yù)定濃度比的預(yù)定/可接受范圍之內(nèi)。將測得的顆粒數(shù)與存儲的預(yù)定/所需顆粒數(shù)進行比較，以確定是否測得的顆粒數(shù)大于預(yù)定的顆粒數(shù)。預(yù)定的濃度比優(yōu)選為85-50重量％的磷酸，0-30重量％的硫酸和15-20重量％的水。濃度比的預(yù)定/可接受范圍優(yōu)選為+/-5重量％。預(yù)定的顆粒數(shù)優(yōu)選為，在0.2微米時，10-1000計數(shù)/毫升，最優(yōu)選約為100計數(shù)/毫升。
在將測得的流過回流管道40的混合物的濃度比與預(yù)定/所需濃度比進行比較的時候，過程控制器200決定是否測得的濃度比在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍內(nèi)。類似地，過程控制器200還確定了是否測得的混合物顆粒數(shù)大于預(yù)定的顆粒數(shù)。
如果過程控制器200確定了(1)測得的濃度比在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍內(nèi)，且(2)測得的顆粒數(shù)等于或小于預(yù)定的顆粒數(shù)，則不會有任何舉動，已經(jīng)準備好了可以對晶片14進行處理。然而，如果(1)測得的濃度比不在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍內(nèi)，或者(2)測得的顆粒數(shù)不是等于或小于預(yù)定的顆粒數(shù)，則過程控制器將會進行適當?shù)募尤牒团懦霾僮鳎沟没旌衔镏羞_到可接受的濃度比和可接受的顆粒數(shù)。在下文中將詳細討論加入和排出操作。
假定(1)測得的濃度比例在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍內(nèi)，而且(2)測得的顆粒數(shù)等于或小于預(yù)定的顆粒數(shù)，過程控制器會向使用者界面輸送信號，表示蝕刻浴已經(jīng)準備好，可以用來蝕刻/處理晶片。此時，使晶片14批料下降進入處理室10的處理空間12內(nèi)，直至它們被該混合物完全浸沒。在整個加入和處理的過程中，泵60持續(xù)地使混合物流過閉合回路循環(huán)系統(tǒng)。在晶片處理和加入過程中，濃度傳感器50和顆粒計數(shù)器55都在持續(xù)地執(zhí)行它們各自的測量功能。
當將晶片14置入混合物(即蝕刻劑)中時，氮化硅相對于氧化硅被選擇性地蝕刻。在常規(guī)條件下(165℃)，氮化硅處理的氮化物蝕刻速率為55±5A/min。通常剛制備的容器中的選擇性約為40∶1。這樣的選擇性對于目前的淺溝槽隔離(shallowtrench isolation(STI))還不夠大。大部分組織希望將氧化物的損失限制在幾個埃。在使用這種混合物時，磷硅酸鹽在混合物中累積，產(chǎn)生氧化物蝕刻的逆反應(yīng)，實際上降低了氧化物蝕刻速率，提高了選擇性。該過程持續(xù)進行，直到磷硅酸鹽達到飽和。當能夠發(fā)生氧化物沉積的時候，飽和效應(yīng)會在晶片14上形成摻雜磷的氧化物層。因此，在飽和與“充分負載的”蝕刻浴之間，有一個處理機會(processingopportunity)的“窗口”，可以以大于80∶1，可能大于100∶1的選擇性處理晶片。但是缺點在于，由于需要用氮化物模擬物對該混合物進行“調(diào)節(jié)適應(yīng)”，造成產(chǎn)率降低，混合物達到飽和的蝕刻浴壽命又很短，導致生產(chǎn)率降低。
蝕刻系統(tǒng)100設(shè)計成通過監(jiān)控/控制蝕刻浴中的硅酸鹽含量，以及將硅酸鹽含量保持在穩(wěn)定的水平來彌補損失的產(chǎn)率。蝕刻系統(tǒng)100是通過以下的方法做到這一點的(1)用濃度傳感器50和顆粒計數(shù)器55密切監(jiān)控混合物的濃度比和/或顆粒含量和/或(2)通過自動加入和排出裝置密切控制混合物的濃度比和/或顆粒含量。在通常的加入和排出過程中向蝕刻浴中加入一定體積的新鮮混合物(或其組分)，同時除去等體積的″舊的″混合物。結(jié)果，磷硅酸鹽的飽和幾乎保持恒定。除了減少“調(diào)節(jié)”混合物浴的需要以外，還需要向新鮮溶液中加入已知體積的飽和溶液，使得即使起始的選擇性也較高。
下面將討論根據(jù)本發(fā)明一實施方式的加入和排出控制原理的例子。當對晶片14施加混合物進行處理，選擇性蝕刻氮化硅層和氧化硅層時，包括顆粒在內(nèi)的蝕刻副產(chǎn)物會在混合物中累積，混合物的濃度比將發(fā)生變化。在此處理過程中，濃度傳感器50和顆粒計數(shù)器55各自如上所述持續(xù)地進行測量，過程控制器200如上所述進行數(shù)據(jù)分析。該混合物持續(xù)地流過閉合回路循環(huán)系統(tǒng)，沒有任何改變地處理晶片14，直至過程控制器200確定(1)測得的濃度比不在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍內(nèi)，或者(2)測得的顆粒數(shù)不等于或小于預(yù)定的顆粒數(shù)。
首先來看顆粒含量控制，假定過程控制器200在監(jiān)控測得的顆粒數(shù)，檢測到測得的顆粒數(shù)大于預(yù)定的顆粒數(shù)。此時，過程控制器200同時向閥門33-35和排出閥門91發(fā)送合適的控制信號。在收到控制信號時，閥門33-35和排出閥門91打開。打開排出閥門91通過排放管道90將舊的/受污染的混合物從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)排出。打開閥門33-35，通過加入/摻料管道30-32以所需的比例將新鮮的H2SO4，H3PO4和H2O加入閉合回路循環(huán)系統(tǒng)。過程控制器200打開閥門33-35和排出閥門91，使得加入流速和排出流速在各個管道90，30-32被精確地控制。
排出閥門91保持打開，直至從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)排出所需體積的舊混合物為止。閥門33-35也保持打開，直至向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)加入一定體積的混合物(或其組分)。通過排出管道90從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)排出的舊混合物的體積與通過加入管道30-32加入閉合回路循環(huán)系統(tǒng)的混合物(或其組分)體積基本相等。加入和排出持續(xù)進行，同時持續(xù)處理晶片，直至已經(jīng)排出、替換了所需體積的混合物，能夠?qū)㈤]合回路循環(huán)系統(tǒng)中混合物的顆粒數(shù)/含量降至低于預(yù)定顆粒數(shù)為止。使用者將根據(jù)在提供給處理室10的初始混合物中測得的顆粒含量和總預(yù)定體積，對各種條件用程序設(shè)計出合適的排出和加入體積。通過這種方法，可以在晶片處理過程中動態(tài)地控制混合物中的顆粒含量(該含量可代表硅酸鹽含量)。
下面來看濃度控制，假定過程控制器200在監(jiān)控流過回流管道40的混合物中測得的濃度比，并確定測得的濃度比不在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍內(nèi)。此時，過程控制器200同時向閥門33，34和/或35和排出閥門91傳送合適的控制信號。收到該控制信號時，合適的閥門33，34和/或35和排出閥門91打開。打開排出閥門91，通過排放管道90將舊的混合物從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)排出。根據(jù)混合物中比例減少的一種或多種組分，激活合適的閥門33，34和/或35，通過加入/摻料管道30，31和/或32向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)中的混合物加入H2SO4，H3PO4和/或H2O。過程控制器200打開一個或多個合適的閥門33，34和/或35和排出閥門91，在各條管道90，30-32上精密控制加入流速和排放流速。
一個或多個合適的閥門33，34和/或35保持打開，直到加入了使閉合回路循環(huán)系統(tǒng)中剩余混合物的濃度比達到預(yù)定濃度比的濃度范圍所需體積的H2SO4，H3PO4，和/或H2O為止。排出閥門91保持打開，直到從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)排出了與加入的H2SO4，H3PO4，和/或H2O的體積基本相等的舊的混合物。加入和排出持續(xù)進行，同時持續(xù)處理晶片14。使用者將根據(jù)在提供給處理室10的初始混合物中測得的顆粒含量和總預(yù)定體積，對各種條件用程序設(shè)計出合適的排出和加入體積。通過這種方法，可以在晶片處理過程中動態(tài)地控制混合物的濃度比。
圖6是在實施本發(fā)明時，使用蝕刻系統(tǒng)200的過程控制器200進行程序設(shè)計的高級流程圖。圖7是過程控制器200監(jiān)控測得的顆粒數(shù)，并將其與預(yù)定的顆粒數(shù)、范圍和可接受方差相比較的例子。
根據(jù)處理需要，上述用來控制顆粒含量和濃度比的加入和排出控制可獨立地或結(jié)合地用于蝕刻系統(tǒng)。另外，對顆粒含量的加入和排出控制可用于使用單一的化學蝕刻劑(例如僅使用H3PO4)的蝕刻系統(tǒng)。本發(fā)明已開發(fā)了控制磷硅酸鹽含量和水濃度所需的軟件和硬件控制模式，所述控制磷硅酸鹽含量和水濃度以及溫度是氮化物蝕刻速率的主要因素。
總之，通過使用上述控制模式，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)蝕刻系統(tǒng)的許多問題。使得混合物浴被部分地排出，并提供新鮮的混合物，使得浴中的硅酸鹽濃度保持恒定，所得的氧化物蝕刻速率也將是恒定的。如上所述，可以通過液體中的顆粒數(shù)監(jiān)控硅酸鹽濃度。如果顆粒數(shù)增至高于所需閾值，該系統(tǒng)將使混合物浴部分地排出，并提供新鮮的混合物。使用者將根據(jù)系統(tǒng)加入量和顆粒傳感器(PS)測得的污染物數(shù)量輸入頻率和時間長度。所得的氮化物蝕刻速率保持穩(wěn)定，同時氧化物蝕刻速率減小。一旦氧化物蝕刻速率達到允許的蝕刻速率(或顆粒數(shù))下限，混合物浴將部分地排出，并且重新加入已知體積的新鮮酸，使顆粒數(shù)(和氧化物蝕刻速率)達到可接受的水平。理論上，該過程將無限持續(xù)進行，由使用者決定開始新的循環(huán)。
實施例通過試驗來測試本發(fā)明兩個實施方式的效果。在進行試驗時，使用酸浴來蝕刻氮化硅晶片。對該酸浴進行過濾、加熱和過濾。處理順序是化學蝕刻步驟，然后用去離子水淋洗，然后干燥。化學步驟由以下組分組成硫酸96％∶磷酸(85重量％)∶水或磷酸(85重量％)∶水?；瘜W步驟由硫酸(96重量％)，磷酸(85重量％)和水的混合物或磷酸(85重量％)和15重量％水的混合物組成。采用和/或設(shè)定以下參數(shù)和條件-用濃度控制保持整個酸浴內(nèi)的混合比-激活加入和排出規(guī)則-具有熱氮化物膜和氧化物膜的200毫米晶片-具有回流和過濾的系統(tǒng)-浴溫＝165℃-在測試之前，對晶片進行稀HF或SC1清潔，以進行表面標準化。
排出5毫米邊界，使用Rudolph S300，以49點測量法來測量蝕刻速率。通過長時間處理氮化物晶片來測試氮化物加入效果。
采用以下控制方法-加入和排出以減少蝕刻副產(chǎn)物的影響。將排出已知體積的酸浴，提供已知體積的化合物。使用者將用程序設(shè)計注入化學物質(zhì)和/或水的頻率和體積。
-液體中顆粒的計數(shù)設(shè)備用來監(jiān)控蝕刻過程中產(chǎn)生的顆粒。
-濃度傳感器，例如NIR，F(xiàn)T-NIR該系統(tǒng)將監(jiān)控硫酸、磷酸和水的濃度。使用者將選擇設(shè)定點，該系統(tǒng)將通過注入正確的組分進行調(diào)節(jié)來保持設(shè)定點。例如，如果硫酸濃度低于預(yù)定值，該系統(tǒng)將注入硫酸。
-調(diào)節(jié)一種或多種酸的供應(yīng)(磷酸和/或硫酸)-調(diào)節(jié)去離子水的供應(yīng)-一種或多種化學濃度傳感器-液體中的顆粒計數(shù)器
-控制規(guī)則使用兩種不同的蝕刻劑，依照上述流程處理晶片。在一個試驗中，使用用于僅含磷酸的蝕刻劑的加入和排出規(guī)則處理晶片。在另一個試驗中，使用用于磷酸-硫酸混合物蝕刻劑的加入-排出規(guī)則處理晶片。
僅使用磷酸的實施例圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施方式，使用用于僅含磷酸的蝕刻劑的加入和排放規(guī)則時，氮化硅和氧化硅蝕刻速率穩(wěn)定性的圖。如圖8所示，氮化物蝕刻速率約為50A/min，氧化物蝕刻速率為2.47A，獲得了400∶1的選擇性。這顯著高于常規(guī)新鮮磷酸浴獲得的選擇性。如圖8所示，隨著處理晶片數(shù)的增加，氧化物蝕刻速率開始減小。一旦氧化物達到所允許的下限，加入/排出系統(tǒng)會被激活，向酸浴中注入已知體積的磷酸，將蝕刻速率調(diào)節(jié)到所需的零值。該系統(tǒng)持續(xù)進行加入/排出，將蝕刻速率保持在約-0.08A/min的平均值(或選擇性理論值無窮大)(負的蝕刻速率表示假定的膜沉積)。
磷酸-硫酸混合物蝕刻實施例圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明一實施方式，使用用于磷酸-硫酸混合物蝕刻劑時，氮化硅和氧化硅蝕刻速率穩(wěn)定性的圖。如上圖8所示，必須保持硅酸鹽的濃度(通過成直線的顆粒計數(shù)表示)以達到所需的選擇性。這需要在第一次使用時，對酸浴(初始浴)進行″適應(yīng)調(diào)節(jié)″。如果在酸浴中處理一批虛擬氮化物晶片，將硅酸鹽含量調(diào)節(jié)至能夠得到所需選擇性的水平，便可以克服該問題。該過程顯然需要時間來處理這些晶片，即設(shè)備利用率較低。
另一種克服該問題(適應(yīng)調(diào)節(jié))的方法是在磷酸中注入可抑制氧化物蝕刻速率的化學物質(zhì)，以得到所需的選擇性。向磷酸中加入強氧化劑硫酸，結(jié)果見圖9。如圖9所示，開始氧化物蝕刻速率為最小。另外，氧化物蝕刻速率沒有減小的趨勢(同時氮化物蝕刻速率一直保持恒定)，從一開始便產(chǎn)生高選擇性。加入和排出系統(tǒng)可以加入已知體積的磷酸(和/或硫酸)，將硅酸鹽濃度(或顆粒數(shù))保持在穩(wěn)定的數(shù)值。
通常，使用顆粒清潔系統(tǒng)作為整個處理步驟的一部分。該顆粒去除步驟是SC1(標準清潔1)，包括以下步驟在包含氫氧化銨、過氧化氫和水、并輔以兆頻超聲波(megasonic)的混合物處理晶片。該步驟可以非常有效地除去這些污染物，但是如果污染物含量足夠高，顆粒去除效率將會降低。
在上述兩個實施例中，一旦酸浴中的顆粒含量保持在最小含量，晶片上顆粒的增加也會保持在最低的可能數(shù)值。圖10的結(jié)果顯示，顆粒增加的平均值幾乎保持在零。這些結(jié)果優(yōu)于圖4所示，在圖4中，平均顆粒增加大于40。另外，由于用磷酸(或磷酸和硫酸的混合物)更新酸浴，使顆粒數(shù)保持穩(wěn)定，顆粒數(shù)沒有突然的增加。
以上討論僅揭示和描述了本發(fā)明示例性的實施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，可以以其他具體形式實施本發(fā)明，而不背離其精神或主要特征。具體來說，本發(fā)明不限于任何用于蝕刻劑的具體化學組成，可以不考慮化學組成和/或濃度比，與任何蝕刻劑組合使用。另外，本發(fā)明還包括一種能夠僅控制濃度、僅控制顆粒數(shù)或其組合所需的能力和設(shè)備的系統(tǒng)。因此，本發(fā)明的說明書是用來說明而非限制本發(fā)明范圍的，本發(fā)明的范圍見以下的權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
1.一種從至少一個基片上蝕刻氮化硅的方法，該方法包括提供閉合回路循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括處理室和與處理室流體連接的回流管道；向所述閉合回路循環(huán)系統(tǒng)提供預(yù)定量的硫酸、磷酸和水，形成具有預(yù)定濃度比和預(yù)定體積的混合物，該混合物填充處理室，且溢流進入回流管道；將至少一個基片浸沒在處理室內(nèi)的混合物中；使所述混合物循環(huán)通過所述閉合回路循環(huán)系統(tǒng)；用濃度傳感器連續(xù)測量所述混合物的濃度比；將測得的濃度比與預(yù)定的濃度值相比較，以確定測得的濃度值是否在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍之內(nèi)；當確定測得的濃度比不在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍之內(nèi)時，自動向所述閉合回路循環(huán)系統(tǒng)加入一定體積的硫酸、磷酸和/或水，同時使基本上相同體積的混合物從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)中流出，從而使得混合物的濃度比在處理所述至少一個基片的過程中回到預(yù)定范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，開始時通過分配管道向所述處理室輸送硫酸、磷酸和水。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在加入步驟中，通過摻料管道向所述混合物中加入硫酸、磷酸和/或水。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括在將至少一個晶片浸入所述混合物之前，加熱該混合物。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將所述混合物加熱至160-180℃或接近該溫度范圍。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，將所述混合物加熱至165℃或接近該溫度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定的濃度比約為2份硫酸、2份磷酸和1份水。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括過濾所述溢流的混合物。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法還包括用顆粒計數(shù)器連續(xù)測量混合物中的顆粒數(shù)；將測得的顆粒數(shù)與預(yù)定的顆粒數(shù)相比較，以確定測得的顆粒數(shù)是否大于預(yù)定的顆粒數(shù)；當測得混合物的顆粒數(shù)大于預(yù)定的顆粒數(shù)時，自動地使一定體積的混合物從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)排出，并向所述閉合回路循環(huán)系統(tǒng)加入基本上相同體積的硫酸、磷酸和/或水，從而使得混合物中的顆粒數(shù)在處理所述至少一個基片的過程中回到或小于預(yù)定的顆粒數(shù)。
10.一種從至少一個基片上蝕刻氮化硅的方法，該方法包括(a)向處理室提供預(yù)定量的硫酸、磷酸和水，以形成具有預(yù)定濃度比的預(yù)定體積的混合物；(b)使該混合物循環(huán)通過閉合回路循環(huán)系統(tǒng)中的處理室；(c)將至少一個基片浸沒在處理室內(nèi)的混合物中；(d)將一定體積的混合物從所述閉合回路系統(tǒng)中排出，以減少循環(huán)混合物中蝕刻副產(chǎn)物的影響；(e)加入磷酸、硫酸和/或水來代替從閉合回路中排出的混合物的體積；其中，對排出物的體積進行選擇，使混合物的濃度比保持在或返回至預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述排出步驟(d)和加入步驟(e)連續(xù)進行或以設(shè)定的間隔進行。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，該方法還包括(f)在處理所述至少一個基片的過程中用濃度傳感器連續(xù)測量混合物的濃度比；(g)將測得的濃度比與預(yù)定的濃度值相比較，以確定測得的濃度值是否在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍之內(nèi)；(h)當確定測得的濃度比不在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍內(nèi)時，自動進行步驟(d)和(e)。
13.一種從至少一個基片上蝕刻氮化硅的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括閉合回路循環(huán)系統(tǒng)，它包括處理室和與所述處理室流體連接的回流管道；用來向所述閉合回路循環(huán)系統(tǒng)提供硫酸、磷酸和水以形成具有預(yù)定濃度比的預(yù)定體積的混合物的裝置；用來使所述混合物流過所述閉合回路循環(huán)系統(tǒng)的裝置；濃度傳感器，用來在處理室內(nèi)處理至少一個基片的過程中連續(xù)測量所述混合物的濃度比，并生成用來表示測得的濃度比的信號；用來向所述閉合回路循環(huán)系統(tǒng)加入硫酸、磷酸和水的加入裝置；用來使混合物從所述閉合回路循環(huán)系統(tǒng)排出的排出裝置；與所述濃度傳感器、加入裝置和排出裝置可操作地連接的處理器；其中，對該處理器編程，使得在處理至少一個基片的過程中，當其從濃度傳感器接收到表示濃度比不在預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍內(nèi)的信號時，該處理器自動激活加入裝置，以向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)加入一定體積的硫酸、磷酸和/或水，并且激活排出裝置，使基本上相同體積的混合物從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)排出，從而使得混合物的濃度比回到預(yù)定濃度比的預(yù)定范圍之內(nèi)。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理室適于接收許多基片。
15.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括與所述回流管道可操作地連接的過濾器。
16.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括與所述回流管道相連、適合用來加熱所述混合物的加熱器。
17.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用來向處理室提供硫酸、磷酸和水的裝置是許多具有閥門的分配管道。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用來向混合物中加入硫酸、磷酸和水的裝置是許多具有閥門的摻料管道。
19.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用來向處理室提供硫酸、磷酸和水的裝置與用來向混合物提供硫酸、磷酸和水的裝置是相同的。
20.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述排出裝置包括與排出管道可操作地連接的排出閥門。
21.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括顆粒計數(shù)器，用于在處理室內(nèi)處理至少一個基片的過程中連續(xù)測量混合物的顆粒數(shù)，并產(chǎn)生表示測得的顆粒數(shù)的信號；其中，該處理器也與顆粒計數(shù)器可操作地連接；并且對處理器進一步編程，使得在處理至少一個基片的過程中，當其接收到表示測得的顆粒數(shù)高于預(yù)定顆粒數(shù)的信號時，該處理器自動激活加入裝置，以向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)加入一定體積的硫酸、磷酸和/或水，并激活排出裝置，以從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)排出基本上相同體積的混合物，從而使得混合物中的顆粒數(shù)回到或低于預(yù)定的顆粒數(shù)。
22.一種從至少一個基片上蝕刻氮化硅的方法，該方法包括提供閉合回路循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括處理室和與該處理室流體連接的回流管道；向所述閉合回路循環(huán)系統(tǒng)提供預(yù)定體積的蝕刻劑，該蝕刻劑填充處理室并溢流進入回流管道；將至少一個基片浸入該處理室內(nèi)的蝕刻劑中；使混合物循環(huán)通過閉合回路循環(huán)系統(tǒng)；用顆粒計數(shù)器連續(xù)測量蝕刻劑中的顆粒數(shù)；在處理所述至少一個基片的過程中，當檢測到蝕刻劑中測得的顆粒數(shù)高于預(yù)定的顆粒數(shù)時，從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)自動排出一定體積的受污染的蝕刻劑，同時向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)加入新鮮的蝕刻劑來代替該一定體積的受污染的蝕刻劑，從而使得閉合回路循環(huán)系統(tǒng)中蝕刻劑內(nèi)的顆粒數(shù)回到或低于預(yù)定的顆粒數(shù)。
23.一種從至少一個基片上蝕刻氮化硅的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括閉合回路循環(huán)系統(tǒng)，其包括處理室和與所述處理室流體連接的回流管道；用來向所述閉合回路循環(huán)系統(tǒng)提供預(yù)定體積的蝕刻劑的裝置；用來使混合物流過所述閉合回路循環(huán)系統(tǒng)的裝置；顆粒計數(shù)器，用來在處理室內(nèi)處理至少一個基片的過程中，連續(xù)測量蝕刻劑內(nèi)的顆粒數(shù)，并生成用來表示測得的顆粒數(shù)的信號；用來向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)加入蝕刻劑的加入裝置；用來使蝕刻劑從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)排出的排出裝置；與所述顆粒計數(shù)器、加入裝置和排出裝置可操作地連接的處理器；其中，對該處理器編程，使得在處理至少一個基片的過程中，當其接收到表示顆粒數(shù)大于預(yù)定顆粒數(shù)的信號時，處理器自動激活加入裝置以向閉合回路循環(huán)系統(tǒng)加入一定體積的新鮮蝕刻劑，并且激活排出裝置，以使基本上相同體積的蝕刻劑從閉合回路循環(huán)系統(tǒng)排出，從而使得混合物的顆粒數(shù)回到或低于預(yù)定的顆粒數(shù)。
全文摘要
一種能夠在氧化硅的存在下選擇性地蝕刻氮化硅，從而在穩(wěn)定氧化硅蝕刻速率的同時提供高選擇性的系統(tǒng)(圖5)和方法。本發(fā)明包括處理室(10)，分配管道(20，21，22)，加入管道(30，31，32)，回流管道(40)，過程控制器(200)，濃度傳感器(50)，顆粒計數(shù)器(55)和排出管道(90)。本發(fā)明在處理至少一個基片的過程中動態(tài)地控制所用蝕刻劑組分的濃度比和/或動態(tài)地控制蝕刻劑中的顆粒數(shù)。結(jié)果可以延長蝕刻劑浴壽命，而且可以更嚴格地控制蝕刻過程的參數(shù)。
文檔編號C23F1/02GK1914710SQ200480041206
公開日2007年2月14日 申請日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者I·卡什庫什, G·S·陳, R·諾瓦克 申請人:艾奎昂有限責任公司