專利名稱：半導(dǎo)體晶片的濕化學(xué)表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種借助于一系列處理步驟實(shí)施半導(dǎo)體晶片濕化學(xué)表面處理的方法，其中多種液體作用于半導(dǎo)體晶片表面。
背景技術(shù)：
由于電子元件的制造中的日益小型化，因此對(duì)半導(dǎo)體材料、尤其通常以晶片形式使用的硅的表面品質(zhì)的要求也更高。此品質(zhì)要求不僅是表面的幾何形狀品質(zhì)，而且包括其純度、化學(xué)條件及不含顆粒及斑點(diǎn)。
為使這些參數(shù)可用重復(fù)的方式加以影響及控制，特別發(fā)展出濕化學(xué)表面處理方法。這些方法特別于研磨、精研或拋光等機(jī)械表面處理之后使用。依照現(xiàn)有技術(shù)，這些方法的特征為通過(guò)一系列處理步驟，不同水性、酸性或堿性液體和/或連同氣體的液體在表面上產(chǎn)生作用。濕化學(xué)表面處理方法是與除去表面材料有關(guān)，也稱蝕刻方法。
在半導(dǎo)體晶片蝕刻實(shí)際應(yīng)用中有兩種蝕刻方法，該兩種方法與使用堿性或酸性液體有關(guān)通過(guò)下列反應(yīng)方程式可將堿性蝕刻加以說(shuō)明(以硅的實(shí)例為基準(zhǔn))
為制得無(wú)任何斑點(diǎn)的晶片及達(dá)成足夠高的材料除去率，該方法必須在高溫下實(shí)施。這些溫度是最低設(shè)定在100℃，因?yàn)檩^低溫度會(huì)導(dǎo)致形成斑點(diǎn)，這些斑點(diǎn)僅可通過(guò)另一拋光步驟再度予以除去，因而增加半導(dǎo)體晶片的生產(chǎn)成本。堿性蝕刻作用通常是在機(jī)械材料除去步驟如精研或研磨步驟之后實(shí)施。其可用于清洗和純化晶片表面，也可用于除去機(jī)械材料除去步驟中損壞的晶體區(qū)域。
然而，利用堿性液體，甚至用超純化學(xué)品，也不能制得實(shí)質(zhì)上無(wú)金屬污染的半導(dǎo)體晶片。就機(jī)械處理的晶片而言，在表面及受損區(qū)將發(fā)現(xiàn)容易擴(kuò)散的元素如銅或鎳，且在高溫下這些元素?cái)U(kuò)散至半導(dǎo)體的較低層內(nèi)，因而不再受表面清理方法的影響。另一方面，其優(yōu)點(diǎn)是，就加工工程而言，可使堿性蝕刻相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)樗纬傻臍浯_保所需的質(zhì)量遷移。所以，無(wú)需大量花費(fèi)即可將晶片整個(gè)表面的材料予以均勻除去。此意謂以機(jī)械方式除去材料所設(shè)定的晶片幾何形狀盡可能地保留下來(lái)。
就酸性蝕刻而言，硅通常是利用硝酸(HNO3)加以氧化，所形成的二氧化硅(SiO2)利用氫氟酸(HF)加以溶解
因該方法可在低溫下實(shí)施而且還具有金屬溶解特性，該方法可用以制造實(shí)質(zhì)上無(wú)金屬雜質(zhì)的半導(dǎo)體晶片。
然而，酸性蝕刻的缺點(diǎn)是均勻除去材料的程度極為有限而且成本昂貴，因此機(jī)械材料除去步驟所設(shè)定的晶片幾何形狀在酸性蝕刻過(guò)程中再度受到損傷。尤其接近邊緣區(qū)內(nèi)，如果自晶片每個(gè)表面除去的材料超過(guò)10微米，則晶片幾何形狀不可能保持。
所以，曾嘗試相互結(jié)合堿性蝕刻及酸性蝕刻的有利方式。例如，堿性蝕刻通常是采用短暫清洗蝕刻的形式，其中附著在晶片表面的顆粒得以除去。但此種情形并不包括將先前機(jī)械處理?yè)p傷的晶體區(qū)完全除去。此種情形僅發(fā)生在隨后的酸性蝕刻過(guò)程中，在酸性蝕刻中已擴(kuò)散進(jìn)來(lái)的金屬也被除去。DE 19953152 C1、US 6239039 B1及WO 02/01616 A1中公開了此類濕化學(xué)表面處理方法，其中(也許結(jié)合其他濕化學(xué)步驟)首先使用堿性蝕刻，之后使用酸性蝕刻。
然而，甚至這些結(jié)合的方法仍不完全滿足對(duì)半導(dǎo)體晶片幾何形狀及其中不含金屬的日益增高要求，尤其，雖然在犧牲酸性蝕刻的條件下，增加堿性蝕刻的材料除去量可導(dǎo)致晶片幾何形狀的改良，但對(duì)金屬雜質(zhì)的除去具有不良影響，反之亦然。再者，堿性蝕刻的材料除去量增加，可導(dǎo)致更為顯著的堿性蝕刻結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通常導(dǎo)致粗糙度值的增加。受損程度增加的部位受到不成比例的蝕刻，所以表面上留下凹槽。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種半導(dǎo)體晶片實(shí)施濕化學(xué)表面處理的方法，該方法可滿足有關(guān)不含金屬及半導(dǎo)體晶片幾何形狀同等優(yōu)良的要求。
通過(guò)一種半導(dǎo)體晶片實(shí)施濕化學(xué)表面處理的方法可達(dá)成此目的，在該方法中該半導(dǎo)體晶片—用酸性液體處理，由該半導(dǎo)體晶片的每個(gè)表面除去至多10微米的材料，然后—用堿性液體處理，除去至少足夠的材料，以便完全除去經(jīng)先前機(jī)械處理?yè)p傷的晶體區(qū)。
與現(xiàn)有技術(shù)相較，本發(fā)明方法的顯著優(yōu)點(diǎn)是半導(dǎo)體晶片首先用酸性液體及隨后用堿性液體加以處理，且在各種情況均實(shí)施化學(xué)材料除去。在酸性蝕刻過(guò)程中晶片每個(gè)面的材料除去量至多為10微米。此足以除去出現(xiàn)于晶片表面或位于接近表面的區(qū)域內(nèi)的金屬雜質(zhì)，例如銅或鎳。同時(shí)，材料的除去量甚小，以致由先前機(jī)械處理決定的半導(dǎo)體晶片幾何形狀僅受到輕微不利影響。對(duì)實(shí)施機(jī)械處理過(guò)程中經(jīng)損傷、有待完全除去的晶體區(qū)而言，在隨后堿性蝕刻過(guò)程中足夠的材料自該半導(dǎo)體晶片除去(該半導(dǎo)體晶片繼酸性蝕刻劑之后已實(shí)質(zhì)上不含金屬)。
本發(fā)明的方法順序可獲致該兩種蝕刻技術(shù)的最佳利益。該方法確保將機(jī)械處理(例如精研或研磨)所形成的晶片幾何形狀保留下來(lái)，因而提供至少半導(dǎo)體晶片正面隨后拋光的最佳先決條件。
具體實(shí)施例方式
以下所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，其中提出最適于硅的加工參數(shù)。然而，該方法并非局限于硅。為達(dá)成此目的，茲將本發(fā)明的方法分為步驟a)至e)，半導(dǎo)體晶片的表面則用下列液體依所示順序處理a)使用第一清洗液體，該液體適于除去附著在半導(dǎo)體晶片表面的顆粒，b)使用酸性液體，由該半導(dǎo)體晶片的每個(gè)表面除去至多10微米的材料，c)使用所述第一清洗液體，d)使用第二清洗液體，該液體適于由半導(dǎo)體晶片表面除去金屬雜質(zhì)，以及e)使用堿性液體，除去至少足夠的材料，以便完全除去經(jīng)先前機(jī)械處理?yè)p傷的晶體區(qū)。
步驟b)及e)是絕對(duì)必須實(shí)施者，步驟a)、c)及d)是屬有利但仍可省去。
優(yōu)選地，首先，在步驟a)內(nèi)附著在半導(dǎo)體晶片表面的顆粒(例如精研研磨劑殘留物)是借助于顆粒清洗作用予以除去。實(shí)施該工作，優(yōu)選使用含有水及表面活性劑的清洗液體。水性清洗液體內(nèi)的表面活性劑將待清除的顆粒加以重新排列，因而有助于這些顆粒的除去。該清洗液體的pH值優(yōu)選為10至12。該清洗所用的溫度優(yōu)選為至多90℃，特別優(yōu)選至多60℃。此確保出現(xiàn)在半導(dǎo)體晶片表面或接近表面的區(qū)域內(nèi)的金屬不擴(kuò)散至半導(dǎo)體晶片的更深層處。為有助于清洗作用，優(yōu)選同時(shí)采用超聲波。無(wú)超聲波的作用則清洗作用的效果減低，這意謂清洗晶片所需的處理時(shí)間更長(zhǎng)和/或處理浴更多。
在步驟b)內(nèi)，自半導(dǎo)體晶片每個(gè)面除去的材料至多為10微米。為達(dá)成晶片幾何形狀的最低可能變化，自該晶片每個(gè)面除去的材料優(yōu)選至多為5微米。該酸性蝕刻不僅除去出現(xiàn)在半導(dǎo)體晶片表面上的金屬而且除去經(jīng)先前機(jī)械處理?yè)p傷的晶體區(qū)內(nèi)所粘附的金屬，并保持晶片幾何形狀無(wú)重大改變。酸性液體優(yōu)選含有水、氫氟酸及硝酸，其中硝酸的濃度優(yōu)選60％至80％，氫氟酸的濃度優(yōu)選0.5％至5％，所有表示的百分率是以溶液總重量為基準(zhǔn)的相關(guān)化合物重量百分率。該液體的溫度優(yōu)選10℃至30℃，特別優(yōu)選15℃至25℃。步驟b)內(nèi)酸性蝕刻的實(shí)施優(yōu)選依照EP 625795 A1中所述，以便除去的材料盡可能均勻。
在隨后的步驟c)內(nèi)，酸性蝕刻后仍出現(xiàn)在半導(dǎo)體晶片表面上的顆粒，可借助于類似于步驟a)的進(jìn)一步顆粒清洗作用加以除去。優(yōu)選實(shí)施步驟a)及c)中至少一個(gè)步驟，更優(yōu)選實(shí)施該兩個(gè)步驟。
在堿性蝕刻步驟e)之前，優(yōu)選使用適于自半導(dǎo)體晶片表面除去金屬雜質(zhì)的第二清洗液體實(shí)施進(jìn)一步清洗步驟d)。該第二清洗液體優(yōu)選含有水、氫氟酸(HF)及臭氧(O3)。清洗液體上方的環(huán)境優(yōu)選也含有臭氧。氫氟酸的濃度優(yōu)選為0.01％至2％。該液體也優(yōu)選含有飽和的臭氧。為防止先前步驟留下的或新添金屬雜質(zhì)在堿性蝕刻高溫下擴(kuò)散至半導(dǎo)體晶片內(nèi)，在加工中此時(shí)將金屬清洗掉是有利的。
之后，在步驟e)內(nèi)，用堿性液體處理該半導(dǎo)體晶片。該堿性液體優(yōu)選含有水及堿金屬氫氧化物，特別優(yōu)選含有氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)。堿金屬氫氧化物的濃度優(yōu)選為25％至60％。為避免金屬的進(jìn)一步污染，優(yōu)選使用高純度的化學(xué)品，其中鐵、銅、鎳及鉻的濃度優(yōu)選總是低于5ppt。處理過(guò)程中的溫度優(yōu)選為70℃至125℃。在處理過(guò)程中優(yōu)選移動(dòng)(例如旋轉(zhuǎn))半導(dǎo)體晶片。堿性蝕刻作用自經(jīng)先前機(jī)械處理所損傷、有待完全除去的晶體區(qū)至少除去足夠的材料。
依照本發(fā)明實(shí)施濕化學(xué)處理后，優(yōu)選依照現(xiàn)有技術(shù)，利用(例如)異丙醇干燥器(尤其Marangoni干燥器)、熱水干燥器或清洗器干燥器，將半導(dǎo)體晶片烘干。干燥方法優(yōu)選適當(dāng)選擇，使得對(duì)表面品質(zhì)(尤其有關(guān)金屬及顆粒污染)不會(huì)產(chǎn)生不良效果。特別優(yōu)選使用HF/臭氧干燥器。
本發(fā)明的方法可應(yīng)用于先前業(yè)經(jīng)機(jī)械處理過(guò)的半導(dǎo)體晶片。該方法特別適用于硅晶片，尤其適用于任何預(yù)期直徑的單晶硅晶片。
權(quán)利要求
1.一種用于半導(dǎo)體晶片的濕化學(xué)表面處理方法，其中所述半導(dǎo)體晶片—用酸性液體處理，由該半導(dǎo)體晶片的每個(gè)表面除去至多10微米的材料，然后—用堿性液體處理，除去至少足夠的材料，以便完全除去經(jīng)先前機(jī)械處理?yè)p傷的晶體區(qū)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中在用堿性液體處理之前，所述半導(dǎo)體晶片用適于除去附著在半導(dǎo)體晶片表面的顆粒的第一清洗液體處理至少一次。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，其中就在用堿性液體處理之前，所述半導(dǎo)體晶片用適于由半導(dǎo)體晶片表面除去金屬雜質(zhì)的第二清洗液體處理。
4.如權(quán)利要求3的方法，其中在步驟a)至e)內(nèi)依序使用下列液體處理半導(dǎo)體晶片表面a)使用第一清洗液體，該液體適于除去附著在半導(dǎo)體晶片表面的顆粒，b)使用酸性液體，由該半導(dǎo)體晶片的每個(gè)表面除去至多10微米的材料，c)使用所述第一清洗液體，d)使用第二清洗液體，該液體適于由半導(dǎo)體晶片表面除去金屬雜質(zhì)，以及e)使用堿性液體，除去至少足夠的材料，以便完全除去經(jīng)先前機(jī)械處理?yè)p傷的晶體區(qū)。
5.如權(quán)利要求1-4之一的方法，其中所述酸性液體含有水、氫氟酸及硝酸。
6.如權(quán)利要求1-5之一的方法，其中在用酸性液體處理過(guò)程中由半導(dǎo)體晶片每個(gè)表面除去至多5微米的材料。
7.如權(quán)利要求1-6之一的方法，其中所述堿性液體含有水及堿金屬氫氧化物。
8.如權(quán)利要求7的方法，其中所述堿金屬氫氧化物是氫氧化鈉或氫氧化鉀。
9.如權(quán)利要求2或4的方法，其中所述第一清洗液體含有水及表面活性劑。
10.如權(quán)利要求2、4或9的方法，其中使用第一清洗液體處理是在至多90℃的溫度下實(shí)施。
11.如權(quán)利要求2、4、9或10的方法，其中使用第一清洗液體處理是在同時(shí)有超聲波作用的情況下實(shí)施。
12.如權(quán)利要求3或4的方法，其中所述第二清洗液體含有水、氫氟酸及臭氧。
13.如權(quán)利要求1-12之一的方法，其中所述半導(dǎo)體晶片是硅晶片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于半導(dǎo)體晶片的濕化學(xué)表面處理方法，其中所述半導(dǎo)體晶片用酸性液體處理，由該半導(dǎo)體晶片的每個(gè)表面除去至多10微米的材料，然后用堿性液體處理，除去至少足夠的材料，以便完全除去經(jīng)先前機(jī)械處理?yè)p傷的晶體區(qū)。
文檔編號(hào)H01L21/304GK1577764SQ200410062029
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月26日
發(fā)明者京特·施瓦布, 赫爾穆特·弗蘭克, 赫爾穆特·帕爾策, 曼弗雷德·舍夫貝格爾, 馬克西米利安·施塔德勒 申請(qǐng)人:硅電子股份公司