專(zhuān)利名稱(chēng)：用于濕化學(xué)處理半導(dǎo)體晶片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于濕化學(xué)處理半導(dǎo)體晶片的方法。
背景技術(shù)：
用于生產(chǎn)電子元件所需的半導(dǎo)體晶片必須定期地清洗顆粒和金屬污染 物。這樣的清洗步驟通常由電子元件生產(chǎn)商進(jìn)行，以及由其供應(yīng)商、半導(dǎo) 體晶片的生產(chǎn)商進(jìn)行。已知單個(gè)晶片清洗和批量清洗方法。
本發(fā)明涉及單個(gè)晶片清洗方法。
單個(gè)晶片清洗方法是基于旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片的原理，在這種情況下在待 清洗的半導(dǎo)體晶片表面上形成液體膜。單個(gè)晶片清洗是有利的，這是因?yàn)?在這種情況下尤其較小的清洗液消耗是可能的。
含有氟化氫(HF)和臭氧(03)的水溶液已經(jīng)被證實(shí)為有效的清洗液， 參見(jiàn)，例如，US5759971。
US7037842 B2描述了一種用含有例如HF和03的水性清洗液噴灑旋轉(zhuǎn) 半導(dǎo)體晶片表面的方法。例如，氫氣(H2)和氮?dú)?N2)也可以作為該清 洗液的選擇性成份。
最后，US7037842B2還公開(kāi)了將旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片暴露于聲波中來(lái)增加 清洗過(guò)程的有效性。在圍繞其中心軸旋轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體晶片的中心，由于這里 的表面張力和消失的離心力而產(chǎn)生了液體膜的鼓起，這可以通過(guò)加入醇以 及降低表面張力來(lái)減輕。作為一種選擇方案，通過(guò)物理力，通過(guò)將N2氣體 吹到鼓起上而減少了鼓起。
US2002/0050279A1中描述了用來(lái)進(jìn)行單個(gè)晶片清洗方法的合適裝置。 來(lái)自Semitool/USA的設(shè)計(jì)系列Raider SP系統(tǒng)是特別適合的。
US2002/0050279A1還公開(kāi)了一種用來(lái)使氣體充分?jǐn)U散通過(guò)施加到旋 轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片上的液體膜的方法。通過(guò)半導(dǎo)體晶片的快速旋轉(zhuǎn)降低了液體
4膜的厚度。該膜越薄，氣體就能夠越快地?cái)U(kuò)散通過(guò)該膜。然而，由此原因， 液體膜的厚度是半導(dǎo)體晶片表面上氣體成分濃度的限定參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于濕化學(xué)處理半導(dǎo)體晶片的特別有效 的方法，其中氣體成分在液體膜中具有改進(jìn)的擴(kuò)散性。 該目的是通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的方法實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明特別在于含酸性HF和含臭氧清洗溶液的化學(xué)效應(yīng)以及清洗液 中所產(chǎn)生的小氣泡(微泡)的物理效應(yīng)的結(jié)合。此外，已經(jīng)顯示了這樣的 微泡適合用來(lái)加速運(yùn)送反應(yīng)氣體通過(guò)清洗液。
微泡優(yōu)選使用于含有氟化氫或者氯化氫的酸性溶液中。
微泡還被用于蝕刻硅晶片表面的含HF和臭氧的清洗液中。表面顆粒被 從底下切開(kāi)從而從表面上除去。游離的顆粒被吸附在微泡上并且在液體流 中通過(guò)氣泡運(yùn)送走。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，含有上述微泡的清洗液通過(guò)入口分布于旋轉(zhuǎn) 的半導(dǎo)體晶片上。
該半導(dǎo)體晶片優(yōu)選是硅晶片。
該方法還適合于處理SOI和GeOI晶片(SOI、 GeOI二 "絕緣體上的硅 /鍺")，涂覆晶片，具有一個(gè)或多個(gè)功能層結(jié)構(gòu)的晶片，特別是包括具有 硅/鍺層的晶片。
該方法特別優(yōu)選用于直徑為300mm或450mm的半導(dǎo)體晶片。 半導(dǎo)體晶片的旋轉(zhuǎn)速度為20—600rpm，優(yōu)選100—500rpm，特別優(yōu)選 200—400rpm。
含有大量微泡的薄液體膜形成于半導(dǎo)體晶片上。
活性氣體例如臭氧優(yōu)選是通過(guò)氣相應(yīng)用的。微泡使得氣體擴(kuò)散穿過(guò)液 體膜到達(dá)半導(dǎo)體晶片的表面。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)使微泡與蝕刻硅表面的清洗化學(xué)品結(jié)合實(shí)現(xiàn) 了改進(jìn)的顆粒清洗。
此外，由于微泡的存在，引起了活性氣體在清洗液中改進(jìn)的氣體運(yùn)送 (擴(kuò)散)。這促進(jìn)了有機(jī)污染物和含金屬污染物的氧化和除去。此外，通過(guò)微泡的使用，減輕了在現(xiàn)有技術(shù)中所觀察到的液體膜在晶 片中心的鼓起。
在本發(fā)明的上下文中，微泡應(yīng)該被理解為直徑為100um或更小的氣泡。
所述微泡具有相對(duì)大的表面一體積比。此外，微泡在水介質(zhì)中的長(zhǎng)期 穩(wěn)定性以及在它們的表面吸附疏水性和兩性物質(zhì)的能力被認(rèn)為是特別有利 的。
具體實(shí)施例方式
下面將基于優(yōu)選的方案詳細(xì)地解釋本發(fā)明的主題。
微泡理論上可以由惰性氣體或者由活性氣體生產(chǎn)。
惰性氣體的例子是空氣、氮?dú)夂蜌鍤狻?br> 合適的活性氣體的例子是氫氣、二氧化碳和臭氧。
微泡在水中的穩(wěn)定性可以通過(guò)向水溶液中添加兩性物質(zhì)來(lái)進(jìn)一步提 高。例如，陰離子或非離子表面活性劑、脂肪酸、脂肪醇或者乙二醇適合 于此。
微泡自身是例如在混合氣體和液體的專(zhuān)用噴嘴中生產(chǎn)的。此外，可以 通過(guò)離心泵生產(chǎn)氣泡。
用于生產(chǎn)微泡的合適裝置可以從Nanoplanet Co丄td購(gòu)得，參見(jiàn) JP2006116365A2。
根據(jù)本發(fā)明用于清洗半導(dǎo)體晶片的方法在于使半導(dǎo)體晶片快速旋轉(zhuǎn)并 且同時(shí)將含有微泡的清洗液噴灑到半導(dǎo)體晶片表面上。 清洗溶液優(yōu)選包括氟化氫(HF)。
包括氯化氫(HC1)的清洗液或者結(jié)合了 HC1和HF的清洗液同樣是優(yōu) 選的。
微泡優(yōu)選是由使硅表面氧化的活性氣體組成的。臭氧以及臭氧與氧氣 或空氣的混合物是特別優(yōu)選的。
當(dāng)清洗液接觸半導(dǎo)體晶片的時(shí)候，在半導(dǎo)體晶片上形成了液體膜，并 且通過(guò)半導(dǎo)體晶片的旋轉(zhuǎn)，液體膜變薄為l一100lim的厚度。
通常，厚度為50—100um的液體膜是通過(guò)50—300rpm的旋轉(zhuǎn)速度生產(chǎn)的。
微泡在半導(dǎo)體晶片的表面上吸附，結(jié)合形成較大的氣泡或者破裂。這 些機(jī)械過(guò)程具有液體膜被局部旋動(dòng)，產(chǎn)生具有渦流的區(qū)域或者液體膜在各 個(gè)區(qū)域完全破裂的效應(yīng)。通過(guò)所產(chǎn)生的力，表面顆粒被從半導(dǎo)體晶片上除 去并且被運(yùn)送到液體膜的本體中。
由于半導(dǎo)體晶片的高旋轉(zhuǎn)速度，清洗溶液的體積元與半導(dǎo)體晶片的接 觸時(shí)間非常短。因此，在微泡被應(yīng)用于清洗槽中時(shí)至關(guān)重要的微泡長(zhǎng)期穩(wěn) 定性，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的方法是不重要的。
使用用來(lái)穩(wěn)定氣泡的表面活性物質(zhì)是可能的，但不是絕對(duì)必需的。
為了確保均在半導(dǎo)體表面上清洗液中盡可能高密度的均勻分布的微 泡，在液體接觸半導(dǎo)體晶片，也就是說(shuō)"使用點(diǎn)"之前，直接生產(chǎn)微泡是 有利的。
將顆粒從表面上除去是由清洗溶液的化學(xué)效應(yīng)支持的。由于它們高的 表面一體積比，微泡使得氣體能夠快速?gòu)臍馀輸U(kuò)散到周?chē)囊后w中。
從而，在稀氫氟酸中，含臭氧的微泡形成了氟化氫和溶解的臭氧的混 合物。該混合物能夠蝕刻硅表面。
在這種情況下，半導(dǎo)體晶片表面薄層中存在的二氧化硅被氟化氫溶解。
暴露的硅立即再次被臭氧氧化。這樣這兩個(gè)過(guò)程一起產(chǎn)生了硅的連續(xù) 除去。粘附于表面上的顆粒被從底下切開(kāi)。與微泡的機(jī)械效應(yīng)一起，這使 得能夠有效的除去顆粒。
在本發(fā)明的第二個(gè)方案中，微泡被用來(lái)促進(jìn)并且加速氣體擴(kuò)散透過(guò)液 體膜。
含微泡的液體被分散于旋轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體晶片上。
半導(dǎo)體晶片被設(shè)置于然后另外加入氣體成分的加工室中。氣體擴(kuò)散透 過(guò)液體膜到達(dá)半導(dǎo)體晶片表面并且在此放大了化學(xué)效應(yīng)，例如，蝕刻硅， 氧化有機(jī)化合物，溶解金屬污染物。
微泡改進(jìn)了氣體運(yùn)送通過(guò)液體膜。本發(fā)明的發(fā)明人為此設(shè)想了三種不 同的機(jī)理
a)微泡在液體膜的表面裝載了氣體成分然后與流動(dòng)的液體一起移動(dòng)到 硅晶片表面。b)由于微泡在液體中的移動(dòng)或者在液體表面破裂，從而產(chǎn)生了渦流或
者強(qiáng)化層流的區(qū)域。在這些區(qū)域中發(fā)生氣體遷移通過(guò)液體膜，不僅僅由于
擴(kuò)散，另外在很大程度上由于對(duì)流物質(zhì)的運(yùn)送。
C)由于在半導(dǎo)體晶片以高旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，微泡的直徑基本上相
應(yīng)于液體膜的厚度，從而氣體擴(kuò)散主要是通過(guò)微泡的氣體空間發(fā)生的。氣
體擴(kuò)散通過(guò)另一種氣體比氣體擴(kuò)散通過(guò)液體快的多。
通常用于清洗半導(dǎo)體晶片的氣體適合作為該氣體成分。 不限制本發(fā)明的范圍，可以提及下列氣體作為特別合適的氣體臭氧、
氨氣、氟化氫、氯化氫、氫氣和二氧化碳。
惰性氣體或?qū)嵤┨囟ɑ瘜W(xué)作用的其它氣體可以用來(lái)生產(chǎn)這些微泡。 例子是空氣、氮?dú)?、氬氣、氦氣作為惰性氣體，以及氧氣或臭氧(產(chǎn)
生氧化氣氛)、氫氣(縮小微泡)或者二氧化碳(在水溶液中以酸的形式
反應(yīng))。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的方案中，分布于旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片上的液體含有
氟化氫。HF的濃度優(yōu)選為0.02-2%，優(yōu)選0.05-0.5%，特別優(yōu)選0.05-0.15%。 在HF溶液中生成的微泡含有惰性氣體，例如，氮?dú)饣蚩諝狻?清洗液的溫度優(yōu)選為5-70°C。
從周?chē)鷼怏w空間加入的氣體成分是臭氧或者臭氧與氧氣或者空氣的混 合物。
氧氣/臭氧混合物中臭氧的濃度優(yōu)選為100-300克每標(biāo)準(zhǔn)立方米 [g/m3(stp)]。
臭氧-HF混合物的蝕刻和氧化效果實(shí)現(xiàn)了有效的顆粒清潔以及有機(jī)和
含金屬化合物的完全除去。
在根據(jù)本發(fā)明方法的另一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案中，包括惰性氣體如氮?dú)狻?br> 空氣或者氬氣的微泡是在堿性水溶液中產(chǎn)生的。
氨氣、氫氧化四甲銨(TMAH)或者碳酸鉀適合作為堿性成分。 其它堿性添加劑也是可用的，特別是有機(jī)胺和堿金屬氫氧化物。 將該溶液施加到半導(dǎo)體晶片上。臭氧沒(méi)有通過(guò)氣相擴(kuò)散進(jìn)入液體中。 這樣的堿和氧化物與微泡的結(jié)合特別適合于除去半導(dǎo)體晶片上的有機(jī)
污染物。本發(fā)明的第三個(gè)技術(shù)方案用來(lái)從半導(dǎo)體晶片上徹底除去表面氧化層并 且用來(lái)產(chǎn)生不含氧的半導(dǎo)體表面。
將含有氫氣微泡的去離子水噴灑到旋轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體晶片上。將HF氣體引 入到加工室中。在水中產(chǎn)生了HF和氫氣的溶液。
可比的混合物還可以由包括惰性氣體微泡的稀氫氟酸以及沒(méi)有以氣相 擴(kuò)散的氫氣獲得。
該溶液能夠除去半導(dǎo)體表面上產(chǎn)生的氧化物層(二氧化硅與HF反應(yīng)形 成四氟化硅)。還原的氫氣氛圍防止了氧化層重新形成。
該方法的應(yīng)用并不限于硅晶片，并且延伸到其它半導(dǎo)體材料例如，硅 和鍺的合金。
微泡對(duì)于除去顆粒的正面效應(yīng)可以通過(guò)使用超聲或者強(qiáng)聲進(jìn)一步強(qiáng)化。
權(quán)利要求
1、用于濕化學(xué)處理半導(dǎo)體晶片的方法，其包括a)使半導(dǎo)體晶片旋轉(zhuǎn)；b)將包括直徑為100μm或以下的氣泡的清洗液施加到旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片上，以便在半導(dǎo)體晶片上形成液體膜；c)使旋轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體晶片暴露于具有活性氣體的氣氛中；d)除去液體膜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述氣泡包括選自以下組中的氣 體或者氣體混合物空氣、氮?dú)狻鍤?、氦氣、氫氣、二氧化碳、臭氧?及上述氣體混合物。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述半導(dǎo)體晶片以20-600rpm 的速度旋轉(zhuǎn)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的方法，其中所述液體膜具有大于或 等于lum并且小于或等于100nm的厚度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述液體膜具有50-100 um的厚 度，并且所述半導(dǎo)體晶片的旋轉(zhuǎn)速度是50-300rpm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的方法；其中根據(jù)b)和c)中半導(dǎo)體 晶片的濕化學(xué)處理進(jìn)行了 30-200s。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中對(duì)半導(dǎo)體晶片的濕化學(xué)處理進(jìn)行 了 30-60s。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法，其中所述液體膜在d)中通 過(guò)用超純水、含臭氧的超純水、SC1溶液或者稀鹽酸沖洗而除去。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的方法，其中所述半導(dǎo)體晶片是硅晶片、SOI晶片、GeOI晶片或者具有硅-鍺層的硅晶片。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l-9任一項(xiàng)所述的方法，其中使旋轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體晶片暴 露于選自以下組中的活性氣體的氣氛中臭氧、氨氣、氟化氫、氯化氫、 氫氣和二氧化碳或者上述氣體與氧氣或空氣的混合物。
11、 如權(quán)利要求IO所述的方法，其涉及臭氧濃度為100-300g/n^(stp)(克每標(biāo)準(zhǔn)立方米)的臭氧/氧氣混合物或者臭氧/氧氣/氮?dú)饣旌衔铩?br> 12、 根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的方法，其中所述清洗液包括氟化 氫、氯化氫、或者氟化氫與氯化氫的組合。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述清洗液含有濃度為0.02-2% 的氟化氫。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述清洗液包括選 自以下組中的堿性成分氨、氫氧化四甲基銨、有機(jī)胺、堿金屬氫氧化物 或者堿金屬碳酸鹽，并且使旋轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體晶片暴露于臭氧氣氛。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述清洗液包括去 離子水和氫氣氣泡，并且使旋轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體晶片暴露于氟化氫氣氛中。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述清洗液包括稀 氫氟酸、由選自空氣、氮?dú)夂蜌鍤獾亩栊詺怏w構(gòu)成的氣泡，并且所述旋轉(zhuǎn) 的半導(dǎo)體晶片暴露于氫氣氣氛中。
17、 根據(jù)權(quán)利要求1-16中任一項(xiàng)所述的方法，其中將選自離子或者非 離子表面活性劑、脂肪酸、脂肪醇和乙二醇的兩性物質(zhì)加入到所述清洗液 中。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于濕化學(xué)處理半導(dǎo)體晶片的方法，其包括a)使半導(dǎo)體晶片旋轉(zhuǎn)；b)將包括直徑為100μm或以下的氣泡的清洗液施加到旋轉(zhuǎn)半導(dǎo)體晶片上，以便在半導(dǎo)體晶片上形成液體膜；c)使旋轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體晶片暴露于具有活性氣體的氣氛中；d)除去液體膜。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101452824SQ200810174958
公開(kāi)日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2008年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日
發(fā)明者C·薩皮爾科, D·費(fèi)霍, G·施瓦布, T·布施哈爾特, T·榛原, Y·毛利 申請(qǐng)人:硅電子股份公司