專利名稱：蝕刻方法、制造半導(dǎo)體裝置的方法以及蝕刻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蝕刻方法、用于制造半導(dǎo)體裝置的方法和蝕刻裝置。
背景技術(shù)：
隨著晶體管元件的小型化,柵極絕緣膜變得越來越薄。隨著柵極絕緣膜越來越薄，泄漏電流可能增加并且晶體管元件的工作可靠性可能降低。高絕緣性材料被用作用于形成柵極絕緣膜的材料。由于使用了具有高介電常數(shù)的柵極絕緣膜，絕緣膜的厚度增加，同時保持電學(xué)性質(zhì)，從而可以降低泄漏電流。用于形成柵極絕緣膜的高絕緣性材料的實例可以包括氧化鋁和氧化鉿。例如，在晶體管元件的制造過程中，對提供有圖案化的抗蝕層的高絕緣性膜進行蝕刻并形成柵極絕緣膜。例如，可以采用使用蝕刻水溶液的濕蝕刻?？梢酝ㄟ^對蝕刻水溶液進行pH調(diào)整、加入催化劑等而使蝕刻水溶液對高絕緣性膜和對該高絕緣性膜下方的層具有蝕刻選擇性。高絕緣性膜被濕蝕刻并產(chǎn)生柵極絕緣膜。相關(guān)技術(shù)公開于日本特開專利申請第2009-177007號等中。對于濕蝕刻，利用蝕刻水溶液對高絕緣性膜的蝕刻速率低并因此使得柵極氧化物膜的形成會花費大量時間?？梢酝ㄟ^使用等離子體等的干蝕刻而對高絕緣性膜進行蝕刻。高絕緣性膜的干蝕刻的蝕刻速率可比濕蝕刻高。對于干蝕刻，高絕緣性膜和該高絕緣性膜下方的層之間的蝕刻選擇性低，因此高絕緣性膜下方的層會與高絕緣性膜一起蝕刻。發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的一個方面，蝕刻方法包括對蝕刻水溶液施加放射線；和通過使用被放射線照射的蝕刻水溶液對待蝕刻的材料進行蝕刻。將放射線施加至蝕刻水溶液20中，由此提高蝕刻速率。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，蝕刻裝置包括放射線源，用以向蝕刻水溶液施加放射線；和蝕刻槽，用以容納待用所述放射線照射的所述蝕刻水溶液。本發(fā)明的蝕刻裝置可用來實施本發(fā)明的蝕刻方法。本發(fā)明的其它優(yōu)勢和新特征將部分地在以下說明中進行描述，或者在審閱下文或在通過實施本發(fā)明而了解以后，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言會更加顯而易見。


圖IA和圖IB顯示了示例性的蝕刻裝置。圖2顯示了蝕刻水溶液的化學(xué)鍵和結(jié)合能之間的示例性關(guān)系。圖3顯示了活性物種的產(chǎn)生的示例性促進機制。圖4顯示了待蝕刻層的化學(xué)鍵和結(jié)合能之間的示例性關(guān)系。、
圖5顯示了距催化劑層的距離與紫外線強度之間的示例性關(guān)系。圖6顯示了示例性蝕刻裝置。圖7A和圖7B顯示了示例性蝕刻裝置。圖8顯示了示例性蝕刻裝置。圖9顯示了示例性蝕刻裝置。圖10顯示了示例性的平均蝕刻速率和面內(nèi)均勻性。圖11顯示了示例性發(fā)射光譜。圖12顯示了示例性蝕刻速率。
具體實施例方式圖IA和圖IB顯示了示例性蝕刻裝置。圖IA為俯視圖，圖IB為沿圖IA所示的IB-IB線的截面的截面圖。圖IA和圖IB所示的蝕刻裝置10包括放射線源12，其向蝕刻水溶液20施加放射線11 ;和蝕刻槽13，其容納被放射線11照射的蝕刻水溶液20?？梢允褂梦g刻裝置10來制
造半導(dǎo)體裝置。通過蝕刻裝置10而蝕刻的待蝕刻層30可以為，例如提供有圖案化的抗蝕層的高絕緣性膜。在半導(dǎo)體基板31上形成待蝕刻層30。待蝕刻層30和半導(dǎo)體基板31兩者的形狀在俯視圖中均可以為圓。用于形成高絕緣性膜的材料的實例包括氧化鋁、氧化鉿、氧化鋯和氧化鉭。在蝕刻裝置10中，將放射線11施加至蝕刻水溶液20，并由蝕刻水溶液20產(chǎn)生活性物種(active species)，所述活性物種用以利用羥基(OH)使待蝕刻層30在抗蝕層的開口部分被暴露的那部分的表面官能化。通過由蝕刻水溶液20產(chǎn)生的活性物種在待蝕刻層30的表面形成羥基。表面用羥基官能化的待蝕刻層30很容易被蝕刻水溶液20溶解，并由此提高蝕刻速率。持續(xù)向蝕刻水溶液20施加放射線11，從而由蝕刻水溶液20持續(xù)產(chǎn)生活性物種。同樣，在形成羥基后，已經(jīng)通過蝕刻待蝕刻層30而暴露于蝕刻溶液20的待蝕刻層30的新鮮表面也被活性物種蝕刻。放射線源12的放置與待蝕刻層30相對。由放射線源12發(fā)射的放射線向作為蝕刻水溶液20的溶劑的水分子或者向形成蝕刻水溶液20的溶質(zhì)的分子提供能量，從而斷裂這些分子內(nèi)的鍵并產(chǎn)生活性物種。由放射線源12發(fā)射的放射線11的實例可以包括電磁波(例如紫外線)、微粒束(例如電子束)等。對于圖IA和圖IB所示的蝕刻裝置10的放射線源12，可以使用紫外燈以發(fā)射紫外射線。蝕刻裝置10包括作為放射線源12的兩個紫外燈。雖然在圖中沒有顯示，但可由電源向放射線源12供給電能。蝕刻槽13容納蝕刻水溶液20。將具有待蝕刻層30的半導(dǎo)體基板31置于蝕刻槽13內(nèi)，并使待蝕刻層30浸沒在蝕刻水溶液20中。在蝕刻槽13中，使用被放射線11照射的蝕刻水溶液20蝕刻待蝕刻層30在抗蝕層的開口部分暴露的那部分。蝕刻槽13包括平臺17，用以放置具有待蝕刻層30的半導(dǎo)體基板31。通過吸附作用將半導(dǎo)體基板31固定至平臺17?？赏ㄟ^旋轉(zhuǎn)單元(圖中未顯示)使平臺17旋轉(zhuǎn)。通過 在蝕刻水溶液20中旋轉(zhuǎn)待蝕刻層30，可以均勻地蝕刻待蝕刻層30的表面。
蝕刻槽13中包括液體供給管18 (用以將蝕刻水溶液20從外部供給至內(nèi)部)和液體排出管19 (用以將內(nèi)部的蝕刻水溶液20排至外部)。由液體供給管18向蝕刻槽13中供給新鮮的蝕刻水溶液20，從液體排出管19將通過對待蝕刻層30的蝕刻而產(chǎn)生的蝕刻產(chǎn)物或者用完的蝕刻水溶液20排至外部。蝕刻槽13包括放射線 窗口 15，用以在與放射線源12相對的部分傳輸放射線11。用于形成放射線窗口 15的材料可以為傳輸放射線11的材料，并且其不被蝕刻水溶液20蝕刻。在例如將紫外射線用作放射線11的情況下，可以使用氟化鎂、氟化鈣或石英玻璃作為用于形成放射線窗口 15的材料。對于石英玻璃，可以使用合成的石英玻璃。將包含催化劑的催化劑層16a置于放射線窗口 15的內(nèi)部，所述催化劑促進由蝕刻水溶液20產(chǎn)生活性物種以利用羥基對待蝕刻層30的表面進行官能化。蝕刻裝置10通過催化劑層16a將放射線11施加至蝕刻水溶液20。催化劑層16a的表面可以與容納于蝕刻槽13中的蝕刻水溶液20接觸。如圖IA所示，催化劑層16a的放置方式可以使之覆蓋待蝕刻層30。在圖IA中，催化劑層16a的俯視圖中的形狀可以基本同于或類似于待蝕刻層30的形狀，例如為圓形。催化劑層16a將所施加的放射線11散射至與所述層平行的方向，因此催化劑層16a促進產(chǎn)生活性物種?；钚晕锓N可在待蝕刻層30的平面方向均勻地產(chǎn)生。將包括催化劑的催化劑層16b置于蝕刻槽13內(nèi)除了放射線窗口 15和平臺17以外的部分，所述催化劑促進由蝕刻水溶液20產(chǎn)生活性物種以利用羥基對待蝕刻層30的表面進行官能化。催化劑層16b的表面可以與容納于蝕刻槽13的蝕刻水溶液20接觸。如圖IA和IB所示，催化劑層16b的放置方式使其圍繞待蝕刻層30。因此，在整個蝕刻水溶液20中產(chǎn)生活性物種，并且向待蝕刻層30供給所產(chǎn)生的活性物種。蝕刻裝置10將放射線11施加至催化劑層16a、催化劑層16b和蝕刻水溶液20。用于形成催化劑層16a或催化劑層16b的催化劑可以為氧化鈦或者包含銻、鉻和鎳中至少一種的氧化鈦。用于形成催化劑層16a或催化劑層16b的催化劑可以為鈦酸鍶或者包含銻、鉻和鎳中至少一種的鈦酸鍶?？梢允褂没鞠嗤拇呋瘎┗蛘呤褂貌煌拇呋瘎┒纬纱呋瘎?6a和催化劑層16b。雖然圖中并未顯示，但蝕刻槽13可以包括開啟和閉合單元，以開啟和閉合放射線窗口 15。通過開啟或閉合具有開啟和閉合單元的放射線窗口 15，將包含待蝕刻層30的半導(dǎo)體基板31放置在蝕刻槽13中或者從蝕刻槽13中取出。蝕刻裝置10包括反射部分14，用以反射由放射線源12施加的放射線11并將放射線11施加至蝕刻水溶液20。反射部分14為凹形，其具有朝放射線窗口 15開放的開口部分，并且將放射線源12置于內(nèi)部。反射部分14由能反射放射線11的物質(zhì)形成。例如，在使用紫外射線作為放射線11的情況下，反射部分14可以包括鋁金屬板等。在放射線源12具有與放射線11的發(fā)射方向相關(guān)的方向性的情況下，蝕刻裝置10可以不包括反射部分14。如圖IB所示，從包括紫外燈在內(nèi)的放射線源12向所有方向發(fā)射包括紫外射線在內(nèi)的放射線11。使朝反射部分14的開口部分發(fā)射的放射線11穿過放射線窗口 15并被施加至蝕刻槽13中的蝕刻水溶液20。沒有朝反射部分14的開口部分的方向發(fā)射的放射線11被反射部分14反射并穿過開口部分和放射線窗口 15,從而被施加至蝕刻槽13中的蝕刻水溶液20。穿過放射線窗口 15的大部分放射線11穿過催化劑層16a并被施加至蝕刻水溶液20。在與催化劑層16a接觸的蝕刻水溶液20中活性物種的產(chǎn)生得到了促進。穿過放射線窗口 15中沒有提供有催化劑層16a的部分的放射線11不被催化劑層16a吸收，并因此可具有高放射強度。穿過放射線窗口 15中沒有提供有催化劑層16a的部分的放射線11穿過蝕刻水溶液20并到達催化劑層16b。在與催化劑層16b接觸的蝕刻水溶液20中活性物種的產(chǎn)生得到了促進?？梢愿鶕?jù)例如用于待蝕刻層30的材料或者待蝕刻層30下方的層來選擇容納于蝕刻裝置10的蝕刻槽13中的蝕刻水溶液20。例如，在待蝕刻層30為高絕緣性膜的情況下，蝕刻水溶液20的實例包括氫氧化鉀(KOH)水溶液、氫氧化鈉(NaOH)水溶液、氫氟酸(HF)水溶液、臭氧(O3)水溶液、過氧化氫(H2O2)水溶液和四甲基氫氧化銨(TMAH)水溶液。 可以通過調(diào)整蝕刻水溶液的pH或向蝕刻水溶液添加催化劑而使蝕刻水溶液對高絕緣性膜與對該高絕緣性膜下方的層具有選擇性。由被放射線11照射的蝕刻水溶液20產(chǎn)生并且用羥基對待蝕刻層30的表面進行官能化的活性物種的實例可以包括由蝕刻水溶液20的水分子(H2O)產(chǎn)生的羥基自由基(0H*)。羥基自由基(0H*)可以由具有羥基的氫氧化鉀(K0H)、氫氧化鈉(NaOH)或四甲基氫氧化銨(TMAH)產(chǎn)生或者由過氧化氫(H2O2)產(chǎn)生?；钚晕锓N的實例可以包括活性氧，例如超氧陰離子(*02_)。超氧陰離子(*02_)可以由例如臭氧(O3)水溶液、過氧化氫(H2O2)水溶液或蝕刻水溶液中溶解的氧(O2)產(chǎn)生。圖2顯示了蝕刻水溶液的化學(xué)鍵和結(jié)合能之間的示例性關(guān)系。例如，對于水分子(H2O)，H和OH之間的結(jié)合能為4. 6eV。將作為波長為268nm的電磁波的放射線(紫外射線)施加至水分子(H2O)，且通過直接躍遷產(chǎn)生羥基自由基(0H )。放射線可以為微粒束，例如入射能為4. 6eV的電子束。對于直接躍遷，放射線所具有的能量可以用于斷裂化學(xué)鍵?？梢詫⒛芰看笥贖和OH間的結(jié)合能(4. 6eV)并且波長小于268nm的電磁波施加至蝕刻水溶液，并且可以通過間接躍遷產(chǎn)生羥基自由基(0H*)。對于放射，可以使用微粒束，例如入射能量大于4. 6eV的電子束。對于間接躍遷，放射線所具有的能量可以大于為產(chǎn)生活性物種而要斷裂的化學(xué)鍵的結(jié)合能。對于間接躍遷，例如放射線所具有的能量可以在其它一些地方被吸收，此后所吸收的能量的一部分可用于斷裂化學(xué)鍵，以產(chǎn)生活性物種。圖3顯示了活性物種的產(chǎn)生的示例性促進機制。在圖3中，通過催化劑促進活性物種產(chǎn)生。對于用以形成催化劑層16a和16b的催化劑，可以使用氧化鈦(Ti02)。如圖3所示，將放射線(能量hv)施加至氧化鈦。由已經(jīng)接受能量的兩個氧化鈦分子產(chǎn)生空穴和電子對，從而形成具有空穴(TiO2GO)的氧化鈦分子和具有電子(TiO2 (e_))的氧化鈦分子，其中h表示Planck常數(shù)，v表示福射頻率。具有空穴(TiO2QO)的氧化鈦分子與水分子(H2O)反應(yīng)，從而形成氧化鈦分子(TiO2)、氫離子(H+)和羥基自由基(0H )。與僅由水分子(H2O)產(chǎn)生羥基自由基(0H*)的情況相比，在存在氧化鈦的情況下，可降低活化能。因此，可促進羥基自由基(OH*)產(chǎn)生。蝕刻裝置10向蝕刻水溶液20施加放射線11，并由此使蝕刻水溶液20的溶質(zhì)解離。解離的溶質(zhì)促進待蝕刻層30的蝕刻。例如，如圖2所示，對于氫氟酸(HF)水溶液，作為溶質(zhì)的氫氟酸(HF)中H和F之間的結(jié)合能為5. 6eV。通過向氫氟酸(HF)水溶液施加作為波長為220nm的電磁波的放射線(紫外射線)，可以通過直接躍遷而將氫氟酸(HF)水溶液解離成H和F?？梢允褂梦⒘Ｊ?例如電子束)用于溶質(zhì)的解離。溶質(zhì)可以通過間接躍遷而解離。在蝕刻裝置10中，可以 不向待蝕刻層30施加放射線11。在將放射線11施加至待蝕刻層30的表面時,可以使待蝕刻層30的化學(xué)鍵斷裂從而可以形成懸鍵(dangling bond)或者可以破壞該表面。例如，當(dāng)在作為晶體管元件的柵極絕緣膜的高絕緣性膜表面上存在懸鍵時，由于懸鍵而形成表面水平。該表面水平作為載子再結(jié)合的中心，并且可以使柵極絕緣膜的電學(xué)性質(zhì)降級。圖4顯示了待蝕刻層的化學(xué)鍵和結(jié)合能之間的示例性關(guān)系。例如，如圖4所示，氧化鋁內(nèi)Al和0之間的結(jié)合能為5. 3eV,因此可通過用對應(yīng)于電磁波的放射線(例如波長為234nm的紫外射線)照射而使Al和0解離。氧化鉿內(nèi)Hf和0之間的結(jié)合能為8. 3eV,因此可通過用對應(yīng)于電磁波的放射線(例如波長為149nm的紫外射線)照射而使Hf 和0解離。在蝕刻裝置10中，催化劑層16a和待蝕刻層30之間的距離L的指定方式使得放射線11不被施加至待蝕刻層30。放射物11被蝕刻水溶液20吸收。因此，當(dāng)催化劑層16a和待蝕刻層30間的距離L大時，可減少放射線11到達待蝕刻層30。由于在催化劑層16a表面上產(chǎn)生的活性物種可迅速移動至待蝕刻層30的表面，催化劑層16a和待蝕刻層30間的距離L可以小。在蝕刻裝置10中，催化劑層16a對放射線11的吸收被調(diào)整并且蝕刻水溶液20吸收放射線11。由此，可以減少向待蝕刻層30施加的放射線11。例如，催化劑層16a和待蝕刻層30間的距離L可以被設(shè)定至這樣的位置在此通過蝕刻水溶液20的吸收而大幅削弱放射線11。通過蝕刻水溶液20的吸收而使放射線11大幅削弱的位置可以對應(yīng)于這樣的位置在此放射線11可以不使待蝕刻層30的化學(xué)鍵斷裂?？梢圆皇勾g刻層30的化學(xué)鍵斷裂的放射線11的強度可以為，例如用照度計測定的紫外線強度可以小于或等于測定值的下限。圖5顯示了距催化劑層的距離和紫外射線強度之間的示例性關(guān)系。紫外射線可以為放射線11。如圖5所示，在蝕刻裝置10中，將待蝕刻層30的表面放置于這樣的位置在此通過蝕刻水溶液20的吸收而使紫外射線被大幅削弱。催化劑層16a對放射線11的吸收量可以大于在催化劑層16a和待蝕刻層30之間的部分中的蝕刻水溶液20對放射線的吸收量。催化劑層16a對放射線11的吸收量可以大于蝕刻水溶液20對放射線11的吸收量。催化劑層16a和待蝕刻層30之間的蝕刻水溶液20對放射線的吸收量可被降低。由于催化劑層16a和待蝕刻層30之間的距離L被降低，由催化劑層16a所產(chǎn)生的活性物種可以被充足地供給至待蝕刻層30的平面內(nèi)。通過選擇用于催化劑層16a的材料或者通過調(diào)整催化劑層16a的厚度，可以提高催化劑層16a對放射線的吸收量。蝕刻裝置10的蝕刻速率可得到提高。當(dāng)蝕刻裝置10利用蝕刻水溶液20進行高絕緣性膜的蝕刻時，降低了用于形成晶體管元件的柵極氧化物膜的時間。在蝕刻裝置10中，因為以面對面的方式將放射線11施加至待蝕刻層30，所以待蝕刻層30的表面被均勻地蝕刻。催化劑層16a的放置方式使得其覆蓋整個待蝕刻層30，此外還使催化劑層16b圍繞待蝕刻層30。因此，用羥基進行官能化，同時將活性物種均勻且充足地供給至待蝕刻層30的表面。由此，使待蝕刻層30的表面被更均勻地蝕刻。圖6顯示了示例性蝕刻裝置。圖6為蝕刻裝置的截面圖。
圖6所示的蝕刻裝置10不包括催化劑層16a和催化劑層16b。圖6所示的結(jié)構(gòu)可基本相同于或類似于圖IA和IB所示的蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)。在放射線窗口 15內(nèi)部不放置催化劑層。因此，放射線11被施加至蝕刻水溶液20以及待蝕刻的材料。放射線11不被催化劑層吸收。由于放射線11直接活化蝕刻水溶液20，因此提高活性物種產(chǎn)生的量。例如，通過蝕刻從半導(dǎo)體基板31移除待蝕刻層30，并由此可以使半導(dǎo)體基板31再生。移除待蝕刻層30。因此，可以在被放射線11照射的待蝕刻層30內(nèi)形成懸鍵，或者待蝕刻層30可以被破壞。可以不在待蝕刻層30上形成抗蝕層?；蛘?，可以移除抗蝕層。圖7A和圖7B顯示了示例性蝕刻裝置。圖7A為蝕刻裝置的俯視圖。圖7B為沿圖7A所示的VIIB-VIIB線的截面的截面圖。蝕刻裝置10包括液體供給管18，其傳輸放射線11并向蝕刻槽13供給蝕刻水溶液20。通過使放射線11穿過液體供給管18而使放射線源12施加放射線11至蝕刻水溶液20。其它結(jié)構(gòu)可以基本等同于或類似于圖IA和IB所示的結(jié)構(gòu)。液體供給管18傳輸放射線11并且可以包括不被蝕刻水溶液20蝕刻的材料。當(dāng)使用紫外射線作為放射線11時，用于液體供給管18的材料的實例可以包括氟化鎂、氟化鈣和石英玻璃。石英玻璃可以為合成的石英玻璃。圖7A所示的蝕刻裝置10的液體供給管18的形狀可以為圓柱形。液體供給管18的放置方式使得其位于待蝕刻圓層的中心并且被輸送至蝕刻槽13。在蝕刻裝置10中，將兩個豎立的放射線源12相對放置，其間是液體供給管18。沿豎立的液體供給管18的側(cè)表面放置各個放射線源12。將由放射線源12發(fā)射的放射線11直接施加至液體供給管18或者在反射部分14被反射后施加至液體供給管18。將穿過液體供給管18的放射線11施加至液體供給管18中的蝕刻水溶液20。在液體供給管18中，由被放射線11照射的蝕刻水溶液20產(chǎn)生活性物種，用以利用羥基對待蝕刻層30的表面進行官能化。如圖7B所示，從上方向液體供給管18供給蝕刻水溶液20。液體供給管18中被放射線11照射的蝕刻水溶液20與由液體供給管18的底部產(chǎn)生的活性物種一起流至蝕刻槽13中的待蝕刻層30。放射線11可以不被直接施加至待蝕刻層30。在蝕刻槽13中，通過與待蝕刻層30和平臺17之間的半導(dǎo)體基板31的吸附而使待蝕刻層30固定至平臺17。由置于上面的液體供給管18向待蝕刻層30供給蝕刻水溶液20和活性物種。待蝕刻層30的在抗蝕層的開口部分暴露的那部分的表面用羥基官能化，并被蝕刻。蝕刻槽13包括液體排出管19，其在彼此相對的獨立的末端部分由內(nèi)側(cè)將蝕刻水溶液20排出。由待蝕刻層30的蝕刻產(chǎn)生的蝕刻產(chǎn)物或者用完的蝕刻水溶液20由液體排出管19排至外部。液體供給管18和待蝕刻層30的表面之間的距離M可以參考液體供給管18的較低端部分(與蝕刻槽13偶聯(lián))與待蝕刻層30的表面之間的距離。放射線11可以不直接施加至待蝕刻層30，但部分放射線11可以進入液體供給管18的較低端部分鄰近的蝕刻槽13中。液體供給管18和待蝕刻層30的表面之間的距離M可以經(jīng)指定而使放射線11不被施加至待蝕刻層30。由于液體供給管18中產(chǎn)生的活性物種迅速移至待蝕刻層30的表面，液體供給管18的較低端部分和待蝕刻層30的表面之間的距離M可以小。
在蝕刻裝置10中，蝕刻水溶液20吸收放射線11并由此使待蝕刻層30可以不被放射線11照射。例如，液體供給管18和待蝕刻層30的表面之間的距離可以被設(shè)定在這樣的位置在此放射線11通過蝕刻水溶液20的吸收而被大幅削弱。雖然圖中并未顯示，但蝕刻槽13可以包括開啟和閉合單元，用以開啟和閉合蝕刻槽13的一部分。包括待蝕刻層30的半導(dǎo)體基板31可以通過開啟或閉合單元而置于蝕刻槽13中或從蝕刻槽13中取出。蝕刻裝置10減少了向待蝕刻層30施加的放射線11。蝕刻裝置10的蝕刻速率可以被提聞?？梢詫⒋呋瘎又糜趫D7A和7B所示的蝕刻裝置10的液體供給管18內(nèi)部。圖8顯示了示例性蝕刻裝置。蝕刻裝置10的液體供給管18的內(nèi)徑可以基本等于待蝕刻層30的直徑。從置于其上方的液體供給管18將蝕刻水溶液20與活性物種一起供給至待蝕刻層30的整個表面。對于圖8所示的蝕刻裝置10，待蝕刻層30的表面的蝕刻速率可以變得均一。液體供給管18的內(nèi)徑可以大于待蝕刻層30的直徑。圖9顯示了示例性的蝕刻裝置。圖9所示的蝕刻裝置10包括多個液體供給管18。各個液體供給管18都提供有彼此相對的放射線源12。各個放射線源12都提供有反射部分14。圖9所示的蝕刻裝置10包括三個液體供給管18。單獨的液體供給管18被放置于在圓周方向?qū)⒋g刻層30分成3個相等部分的位置。蝕刻水溶液20與活性物種一起被均勻地供給至待蝕刻層30。圖9所示的蝕刻裝置10包括多個液體供給管18，并因此向待蝕刻層30供給包括活性物種的蝕刻水溶液20。用羥基對待蝕刻層30的表面的官能化可以被進一步促進并且可以提高蝕刻速率。在蝕刻裝置10中，從多個液體供給管18將蝕刻水溶液20和活性物種一起均勻地供給至待蝕刻層30。由此，以良好的面內(nèi)均勻性蝕刻待蝕刻層30。測定圖IA和IB所示的蝕刻裝置的待蝕刻層的蝕刻速率和蝕刻的面內(nèi)均勻性。對于用于形成待蝕刻層的材料，使用氧化鋁。在直徑為3英寸的硅基板上形成厚度為40nm的待蝕刻層。待蝕刻層上沒有形成抗蝕層。對于蝕刻水溶液，使用濃度為10質(zhì)量％的氫氟酸水溶液。對于放射線源，使用波長為172nm的紫外燈。在蝕刻裝置的放射線窗口的外表面位置的紫外輻射為lOmW/cm2。催化劑層16a和待蝕刻層30之間的距離為2mm。蝕刻時間為5分 鐘。用蝕刻裝置蝕刻待蝕刻層(蝕刻I)。對于蝕刻水溶液,使用濃度為6質(zhì)量％的氫氧化鉀水溶液,并且其它蝕刻條件被指定為與蝕刻I的基本相同(蝕刻2)。對于蝕刻水溶液，使用濃度為2. 38質(zhì)量％的TMAH水溶液，并且其它蝕刻條件被指定為與蝕刻I的基本相同(蝕刻3)。對于待蝕刻層的材料，使用氧化鉿，并且其它蝕刻條件被指定為與蝕刻I的基本相同(蝕刻4)。沒有向蝕刻水溶液施加紫外射線，并且其它蝕刻條件被指定為與蝕刻I的基本相同(蝕刻5)。沒有向蝕刻水溶液施加紫外射線，并且其它蝕刻條件被指定為與蝕刻2的基本相同(蝕刻6)。沒有向蝕刻水溶液施加紫外射線，并且其它蝕刻條件被指定為與蝕刻3的基本相同(蝕刻7)。沒有向蝕刻水溶液施加紫外射線，并且其它蝕刻條件被指定為與蝕刻4的基本相同(蝕刻8)。用橢圓率計測量蝕刻I至蝕刻8中的待蝕刻層的厚度。在待蝕刻的圓形層中心和位于半徑一半和鄰近邊緣的位置(其中心角為O度、90度、180度和270度)的總共9個位置進行厚度測量。蝕刻速率被指定為通過用九個測量點各自的厚度降低量除以蝕刻時間而獲得的值。平均蝕刻速率被指定為九個測量點的蝕刻速率的平均值。通過使用九個測量點的蝕刻速率來測定蝕刻速率的面內(nèi)均勻性。面內(nèi)均勻性被計算為九個測量點的蝕刻速率的最大值和最小值之間的差異。圖10顯示了示例性平均蝕刻速率和面內(nèi)均勻性。圖10顯示蝕刻I至蝕刻8各自的平均蝕刻速率和面內(nèi)均勻性。如圖10所示，蝕刻I至蝕刻4中的平均蝕刻速率大于蝕刻5至蝕刻8的平均蝕刻速率，并且均勻性等于或優(yōu)于蝕刻5至蝕刻8的均勻性。以相同于蝕刻I的方式將照明光度計放置于待蝕刻層的位置，并且測量待蝕刻層的表面位置的紫外線強度和活性物種的發(fā)射光譜。圖11顯示了示例性的發(fā)射光譜。圖11顯示了待蝕刻層的表面的位置的紫外線強度和活性物種的發(fā)射光譜。如圖11所示，在172nm波長處，紫外線強度低于或等于測量值的下限并且，因此紫外射線沒有到達待蝕刻層的表面，從而紫外射線沒有被施加至待蝕刻層的表面。在305nm波長處，檢測到了作為活性物種的羥基自由基(OH*)的發(fā)射光譜的峰，從而羥基自由基(OH )到達待蝕刻層的表面。通過使用圖7A和7B所示的蝕刻裝置測定待蝕刻層的蝕刻速率。對于用于形成待蝕刻層的材料，使用氧化鋁。在直徑為3英寸的硅基板上形成厚度為40nm的待蝕刻層。液體供給管的內(nèi)徑為4cm。對于蝕刻水溶液，使用濃度為10質(zhì)量％的氫氟酸水溶液。對于放射線源，使用波長為172nm的紫外燈。蝕刻裝置的液體供給管的外表面上的紫外輻射為lOmW/cm2。液體供給管的較低端部分和待蝕刻層30之間的距離為2mm。蝕刻時間為5分鐘。用蝕刻裝置蝕刻待蝕刻層(蝕刻11)。
對于蝕刻水溶液，使用濃度為6質(zhì)量％的氫氧化鉀水溶液，并且其它蝕刻條件被指定為與蝕刻11的基本相同(蝕刻12)。對于蝕刻水溶液，使用濃度為2. 38質(zhì)量％的TMAH水溶液，并且其它蝕刻條件被指定為與蝕刻11的基本相同(蝕刻13)。對于待蝕刻層的材料，使用氧化鉿，并且其它蝕刻條件被指定為與蝕刻11的基本相同(蝕刻14)。沒有向蝕刻水溶液施加紫外射線，并且其它蝕刻條件被指定為與蝕刻11的基本相同(蝕刻15)。
沒有向蝕刻水溶液施加紫外射線，并且其它蝕刻條件被指定為與蝕刻12的基本相同(蝕刻16)。沒有向蝕刻水溶液施加紫外射線，并且其它蝕刻條件被指定為與蝕刻13的基本相同(蝕刻17)。沒有向蝕刻水溶液施加紫外射線，并且其它蝕刻條件被指定為與蝕刻14的基本相同(蝕刻18)。以與蝕刻I至蝕刻8相同的方式測定蝕刻11至蝕刻18中的待蝕刻層的平均蝕刻速率。圖12顯示了示例性平均蝕刻速率。圖12所示的蝕刻速率表明了蝕刻11和蝕刻18中的平均蝕刻速率。如圖12所示，蝕刻11至蝕刻14的平均蝕刻速率大于蝕刻15至蝕刻18的平均蝕
刻速率。已根據(jù)以上優(yōu)點對本發(fā)明的實施方式的實例進行了描述?？梢岳斫?，這些實例僅為例示本發(fā)明。許多變化和修飾對于本領(lǐng)域技術(shù)人員會是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.蝕刻方法，其包括 對蝕刻水溶液施加放射線；和 通過使用被放射線照射的蝕刻水溶液對待蝕刻的材料進行蝕刻。
2.如權(quán)利要求I所述的蝕刻方法，其進一步包括 由被放射線照射的蝕刻水溶液產(chǎn)生活性物種，以利用羥基對待蝕刻的材料進行官能化。
3.如權(quán)利要求I所述的蝕刻方法，其進一步包括 向催化劑和所述蝕刻水溶液施加所述放射線。
4.如權(quán)利要求3所述的蝕刻方法，其進一步包括 穿過由所述催化劑形成的催化劑層向所述蝕刻水溶液施加所述放射線。
5.如權(quán)利要求3所述的蝕刻方法，其中所述催化劑包括氧化鈦或者包含銻、鉻和鎳中至少一種的氧化鈦。
6.如權(quán)利要求3所述的蝕刻方法，其中所述催化劑包括鈦酸鍶或者包含銻、鉻和鎳中至少一種的鈦酸鍶。
7.如權(quán)利要求I所述的蝕刻方法，其進一步包括 將被所述放射線照射的蝕刻水溶液供給至所述待蝕刻的材料。
8.如權(quán)利要求7所述的蝕刻方法，其中所述放射線被所述蝕刻水溶液吸收。
9.如權(quán)利要求I所述的蝕刻方法，其進一步包括向所述蝕刻水溶液和所述待蝕刻的材料施加所述放射線。
10.如權(quán)利要求I所述的蝕刻方法，其進一步包括 將所述待蝕刻的材料置于基板上，和 形成包括所述基板的半導(dǎo)體裝置。
11.蝕刻裝置，其包括 放射線源，用以向蝕刻水溶液施加放射線；和 蝕刻槽，用以容納待用所述放射線照射的所述蝕刻水溶液。
12.如權(quán)利要求11所述的蝕刻裝置，其進一步包括 反射部分，用以反射從所述放射線源發(fā)射的放射線并將所述放射線施加至所述蝕刻水溶液。
13.如權(quán)利要求11所述的蝕刻裝置，其進一步包括 放射線窗口，其置于所述蝕刻槽上，用以傳輸所述放射線。
14.如權(quán)利要求13所述的蝕刻裝置，其進一步包括催化劑層，其被置于所述放射線窗口內(nèi)。
15.如權(quán)利要求11所述的蝕刻裝置，其進一步包括 液體供給管，用以傳輸所述放射線并向所述蝕刻槽供給所述蝕刻水溶液，和 放射線源，用以穿過所述液體供給管向所述蝕刻水溶液施加放射線。
全文摘要
蝕刻方法，其包括對蝕刻水溶液施加放射線；和通過使用被放射線照射的蝕刻水溶液對待蝕刻的材料進行蝕刻。
文檔編號H01L21/311GK102683198SQ20121006865
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月14日
發(fā)明者尾崎史朗, 武田正行 申請人:富士通株式會社