[发明专利]从半导体表面脱除颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及从表面脱除颗粒的方法。从表面脱除颗粒的方法典型地用于半导体工业以在生产过程中清洁硅晶片(如前光清洁、后CMP清洁、后等离子体清洁)。但是，可以将这种清洁方法应用于其它板状制品如光盘、光掩模、中间掩模、磁盘或平板显示器。当用于半导体工业时也可以将其应用于玻璃衬底(如在绝缘硅片工艺中)、III-V衬底(如GaAs)或用于生产集成电路的任何其它衬底或载体。

背景技术

在半导体工业中通过去离子水(DI)、过氧化氢、氨水(如在60-80℃下的5∶2∶1至50∶2∶1)的热混合物即所谓的“Standard Clean#1(SC-1)”实施从硅晶片上脱除颗粒。将过氧化氢作为浓度为约31wt.％的水溶液提供。将氨水(含氨的)作为浓度为约28wt.％的含氨水溶液提供。

SC-1的清洁机理包括两个主要步骤。第一个步骤是有机硅二氧化物的蚀刻，所述有机硅二氧化物是硅上的自然钝化层(如称为天然氧化物)。第二个步骤是松散的颗粒与表面的彼此排斥。

由于氢氧根离子在大于7的高pH值下使硅晶片顶部的天然氧化物层缓慢地蚀刻。在大于10的pH下(在25℃下)开始大的蚀刻速率。这引起与天然氧化物晶片表面相连的颗粒的不完全蚀刻。过氧化氢使硅氧化成二氧化硅，由此更新氧化物层和因此保护晶片的本体材料免受由氢氧根离子引起的不可控蚀刻。

SC-1的主要缺点是使衬底的表面蚀刻。在半导体工业中不希望在清洁期间使衬底蚀刻。应当不再由清洁使衬底上的层变薄。

通过去离子水(DI)、过氧化氢和盐酸(如在60-80℃下的7∶2∶1至50∶2∶1)的热混合物即所谓的“Standard Clean #2(SC-2)”从硅晶片脱除金属和金属离子污染物。将过氧化氢作为浓度为约31wt.％的水溶液提供。将盐酸作为浓度为约37wt.％的氯化氢水溶液提供。在酸性pH条件下金属阳离子从硅表面离开和一些特殊的阳离子由氯离子络合。但是在半导体工业中公知的是SC-2不具有脱除颗粒的有用能力。

发明内容

本发明的目的是提供颗粒脱除方法，当应用所述方法时其基本避免任何腐蚀或任何衬底材料损失。本发明的进一步目的是提供可结合颗粒脱除与金属或金属离子污染物脱除的方法。本发明的进一步目的是提供避免使用任何昂贵或环境有害化学品的方法。

本发明通过提供从半导体表面脱除颗粒的方法而满足所述目的，所述方法包括其中将含水清洁介质提供到所述半导体表面的清洁步骤。所述清洁介质包含以胶体形式悬浮的清洁颗粒。另外在所述清洁步骤期间将机械搅拌施加到要脱除的颗粒至少一部分时间。

具体实施方式

通过将具有所述半导体表面的半导体晶片浸入所述清洁介质或通过将所述清洁介质分散到半导体晶片的所述表面上而提供清洁介质。如可以由超声能量、喷嘴或刷洗提供机械搅拌。

可以通过液体的搅拌或衬底的搅拌施用要脱除的颗粒的机械搅拌。

这种液体的搅拌可以选自超声能量、应用加速的液滴、分配连续的液体束、旋转片状制品、经过片状制品的表面在足够快的流速下流动以产生最小0.1m/s的平行于片状制品表面的平均速度v。液体搅拌的另一种可能性是利用光。在此情况下由紧靠(距离＜1μm)各颗粒的激光产生小气泡(微气泡)和因此诱导微冲击波。

由于半导体工业中的衬底和大多数层由无机材料组成，故优选清洁颗粒由无机材料组成。但是如果要清洁有机表面(如有机低k材料)可以优选使用由有机材料组成的胶体颗粒。

在本发明的优选实施方案中，清洁颗粒由与要清洁的表面的至少一种材料在化学上相同的材料组成。这是由于一方面在颗粒和要清洁的衬底之间的范德华力与另一方面在颗粒和由衬底材料组成的清洁颗粒(胶体)之间的这种力相同。因此颗粒至少具有与对要清洁的衬底相同的对清洁颗粒的亲和力。

如果如要清洁硅晶片，则清洁颗粒优选由胶体二氧化硅(silicondioxide)(胶体二氧化硅(silica))组成，这是由于硅典型地形成作为硅上钝化层的天然氧化物。这种胶体二氧化硅如从Grace(Ludox^)或H.C.Starck(Levasil^)获得。由于可以在工业上得到足够纯度的胶体二氧化硅，故优选是胶体二氧化硅。

有利的平均粒度为1-100nm(优选3-30nm)。如果在衬底上沉积由衬底材料组成的胶体，则不将小颗粒考虑为“杀伤颗粒”。