CN102315098B - 清洗半导体基底和形成栅介质层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种清洗半导体基底和一种形成栅介质层的方法。所述清洗半导体基底的方法包括：提供半导体基底，所述半导体基底上含有碱性金属；通入卤代烃，去除所述碱性金属；通入清洗气体，去除所述卤代烃的残留物。所述形成栅介质层的方法包括：提供半导体基片；在所述半导体基片上形成栅介质层，所述栅介质层上含有碱性金属；通入卤代烃，去除所述碱性金属；通入清洗气体，去除所述卤代烃的残留物。通过本发明实施例提供的方法，能够完全去除残留在所述半导体基底或所述栅介质层上的所述卤代烃，提高所述半导体基底或所述栅介质层的厚度的均匀性，从而改善最终产品的电性能，并节省生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造工艺，尤其涉及一种清洗半导体基底和一种形成栅介质层的方法。
背景技术
在半导体制造工艺中，半导体基底的清洁度对最终产品的电性能具有十分重要的影响。然而，在净化室中对所述半导体基底进行各种操作时，人体会给所述净化室的环境中带入“生物金属”，一般包括Na、K、Mg、Ca等碱性金属。这些碱性金属会附着在所述半导体基底上，从而影响半导体器件的电性能。因此，需要对半导体基底进行清洗，以去除这些碱性金属。
现有技术中，一般采用通入汽化的卤代烃，使其与氧气燃烧产生极易与碱性金属反应的酸性气体，如汽化盐酸。然后，通入惰性气体，去除上述反应的产物。由此，残留在半导体基底上的碱性金属被去除了。然而，在清洗过程结束后，未反应的卤代烃会残留在半导体基底上，并会降低半导体基底厚度的均匀性，这都会影响最终产品的电性能。
在栅介质层的形成过程中，碱性金属的去除尤为重要，因此，也需要通入卤代烃对栅介质层进行清洗。同样，未反应的卤代烃会残留在栅介质层上，因此，形成栅介质层的方法中，也需要包括去除卤代烃残留物的过程。
申请号为98812998.1的中国专利申请公开了一种“原位晶片清洗方法”，该方法通过通入符合化学计量比的氧气和汽化的卤代烃以保证卤代烃能够完全燃烧，从而去除卤代烃的残留物。然而，使用该方法需要先将卤代烃汽化并通入反应炉管中与氧气发生燃烧反应，与半导体制造工厂中常用的通过惰性气体鼓泡(bubble)携带卤代烃进入反应炉管的方法有较大的不同，需要添加相应的配套设施，会增加生产成本。而且，该方法也不能保证不会产生所述卤代烃的残留物。
发明内容
本发明解决的问题是，提供一种清洗半导体基底和一种形成栅介质层的方法，能够完全去除在所述半导体基底或所述栅介质层上的卤代烃，提高所述半导体基底或所述栅介质层的厚度的均匀性，从而改善最终产品的电性能，并节省成本。
为解决上述问题，本发明提供一种清洗半导体基底的方法，包括：提供半导体基底，所述半导体基底上含有碱性金属；通入卤代烃，去除所述碱性金属；通入清洗气体，去除所述卤代烃的残留物。
可选地，所述清洗气体包括含氧的反应气体。
可选地，所述含氧的反应气体包括O2、H2O2、O3中的一种或多种的组合。
可选地，所述清洗气体还包括载流气体，所述载流气体包括N2、惰性气体中的一种或多种的组合。
可选地，所述含氧的反应气体的体积与所述载流气体的体积的比值大于等于30。
可选地，所述载流气体的体积大于等于20升。
可选地，所述卤代烃是反式二氯乙烯。
可选地，所述清洗半导体基底的方法进一步包括：去除所述卤代烃的残留物后，通入惰性气体的步骤。
可选地，所述半导体基底包括栅介质层，所述碱性金属位于所述栅介质层上。
为解决上述问题，本发明还提供一种形成栅介质层的方法，包括：提供半导体基底；在所述半导体基底上形成栅介质层，所述栅介质层上含有碱性金属；通入卤代烃，去除所述碱性金属；
通入清洗气体，去除所述卤代烃的残留物。
可选地，所述清洗气体包括含氧的反应气体。
可选地，所述含氧的反应气体包括O2、H2O2、O3中的一种或多种的组合。
可选地，所述清洗气体还包括载流气体，所述载流气体包括N2、惰性气体中的一种或多种的组合。
可选地，所述含氧的反应气体的体积与所述载流气体的体积的比值大于等于30。
可选地，所述载流气体的体积大于等于20升。
可选地，所述卤代烃是反式二氯乙烯。
可选地，所述清洗半导体基底的方法进一步包括：去除所述卤代烃的残留物后，通入惰性气体的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
首先，通入所述清洗气体与所述卤代烃的残留物反应，可以方便地将所述卤代烃的残留物完全去除，提高所述半导体基底或所述栅介质层的厚度的均匀性，从而改善最终产品的电性能，并节省成本。
进一步优化地，所述清洗气体包括所述含氧的反应气体和所述载流气体，所述载流气体能够有效地去除上述反应的反应产物。
进一步优化地，所述含氧的反应气体的体积与所述载流气体的以特定的体积比例相混合，进一步提高所述半导体基底或所述栅介质层的厚度的均匀性，从而改善最终产品的电性能。
附图说明
图1是本发明的一个实施例提供的清洗半导体基底的方法的流程示意图。
图2至图4是本发明的一个实施例提供的清洗半导体基底的方法的剖面结构示意图。
图5是本发明的一个实施例提供的形成栅介质层的方法的流程示意图。
图6至图9是本发明的一个实施例提供的形成栅介质层的方法的剖面结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有的清洗半导体基底的方法是，利用卤代烃与氧气燃烧，产生酸性气体，如汽化盐酸，然后由所述酸性气体与附着在所述半导体基底上的碱性金属反应，从而去除所述碱性金属。通常，通入反式二氯乙烯(trans-dichloroethylene；DCE)产生汽化盐酸对所述碱性金属进行去除。
以通入的卤代烃是DCE为例，其与氧气燃烧，并最终产生汽化盐酸的反应式如下：
2DCE+5O2→4CO2+2Cl2+2H2O式(1)
2H2O+2Cl2→4HCl+O2式(2)
由上述反应式可知，理论上，通入符合化学计量比的DCE和O2，即DCE和O2的体积比为2∶5，可以保证DCE充分燃烧。然而，在现有的常用的清洗半导体基底的工艺中，是通过将氮气通入液态的卤代烃中进行鼓泡(bubble)，以使所述氮气携带所述卤代烃进入反应炉管的。发明人发现，在所述鼓泡过程中，很难精确控制被所述氮气带出的所述卤代烃的量。因此，为保证所述碱性金属能够被完全去除，通入的所述卤代烃的量会相应地大于理论上需要的量，从而使得未参加反应的所述卤代烃残留在所述半导体基底上。而若采用如背景技术中所述的加热所述卤代烃以使之汽化，从而精确控制通入的所述卤代烃的量的方法，势必会增加生产成本。而且，由于氧气会与反应炉管中的其他物质发生反应，并不会全部与所述卤代烃反应，因此，也无法保证不会产生所述卤代烃的残留物。发明人发现，用上述方法清洗所述半导体基底后，会有所述卤代烃残留，其引起的厚度增加的范围是0.5埃～2埃。残留的所述卤代烃以及由此引发的厚度不均匀性，都会影响最终器件的电性能，例如，对于0.25μm节点及其以下节点(目前的绝大部分工艺都在0.18μm以下)的工艺，厚度的误差达到2埃就已经足够会导致超出控制界限(outofcontrol；OOC)，0.5埃的误差也会严重影响器件的品质，由此造成了浪费，增加生产成本。
为了解决上述问题，本发明的实施例提供一种清洗半导体基底的方法，完全去除所述卤代烃的残留，提高所述半导体基底的厚度的均匀性，改善最终产品的电性能，并节省生产成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的实施例进行详细的说明。下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
图1本发明的一个实施例提供的清洗半导体基底的方法的流程示意图，包括：步骤S1：提供半导体基底，所述半导体基底上含有碱性金属；步骤S2：通入卤代烃，去除所述碱性金属；以及步骤S3：通入清洗气体，去除所述卤代烃的残留物。用本发明的实施例提供的方法清洗所述半导体基底，通过通入所述清洗气体与所述卤代烃的残留物反应，能够完全去除所述卤代烃的残留物，提高所述半导体基底厚度的均匀性，改善最终产品的电性能，并节省成本。
参考图1和图2，执行步骤S1，提供半导体基底11，所述半导体基底11上含有碱性金属12。
所述半导体基底11上形成有各种结构，包括各种介质层，如栅介质层、层间介质层、金属间介质层等(未示出)。所述碱性金属12是人体带入的“生物金属”，主要包括第I主族的碱金属和第II主族的碱土金属，如K、Na、Ca、Mg等。所述碱性金属12附着在所述半导体基底11上，不溶于水，较难去除。
参考图1和图3，执行步骤S2，通入卤代烃，去除所述碱性金属12。
烃分子中的氢原子被卤素原子取代后的化合物，即为卤代烃。本领域的技术人员知道，现有技术一般采用鼓泡法，使氮气或惰性气体等化学性质较为稳定的气体通过所述卤代烃，从而使所述化学性质较为稳定的气体携带所述卤代烃进入反应炉管。待清洗的所述半导体基底置于所述反应炉管中，并且，所述反应炉管中充有氧气。所述反应炉管中是常压环境，其温度范围是：700℃～1000℃。在上述工艺条件下，所述卤代烃和氧气燃烧，产生酸性气体，如汽化盐酸等。所述酸性气体极易与所述碱性金属12发生反应，反应产物则由所述化学性质较为稳定的气体带走。
通常，所述卤代烃是反式二氯乙烯(DCE)。
然而，如图3所述，采用所述卤代烃去除所述碱性金属12后，会有卤代烃的残留物13附着在所述半导体基底11之上。发明人发现，由于有所述卤代烃的残留物13的存在，在完成所述步骤S2之后，所述半导体基底11的厚度会有一定程度的增加，增加的范围是0.5埃～2埃。残留的卤代烃以及由此引起的厚度不均匀性，都会影响最终产品的电性能。因此，需要去除所述卤代烃的残留物13。
参考图1和图4，执行步骤S3，通入清洗气体，去除所述卤代烃的残留物13。
如图3所示，所述卤代烃的残留物13附着在所述半导体基底11上。实际上，所述卤代烃的残留物13还会附着在所述反应炉管的内壁，甚至会影响在所述反应炉管中进行的其他操作。例如，发明人发现，在利用所述卤代烃对所述半导体基底11进行清洗之后，在所述反应炉管中形成的下一批次的半导体基底的厚度会增加。通入所述清洗气体，能够去除所述卤代烃的残留物13，形成如图4所示的所述半导体基底11。
所述清洗气体包括含氧的反应气体，如O2、H2O2、O3中的一种或多种的组合。所述含氧的反应气体能够与所述卤代烃的残留物13反应，产生二氧化碳、氯气、水蒸气等产物，从而去除所述卤代烃的残留物13。
进一步优化地，所述清洗气体还包括载流气体，所述载流气体是化学性质较为稳定的气体，如氮气、惰性气体中的一种或多种的组合物。所述载流气体能够将上述反应的气体产物去除。优选地，所述载流气体的体积大于等于20升，比如可以通过通入气体流量是0.2slm，通入时间大于等于100分钟来实现。
然而，随着所述载流气体的增多，所述含氧的反应气体会被稀释，可能会导致不能将所述卤代烃的残留物13完全去除。优选地，所述含氧的反应气体的体积与所述载流气体的体积的比值大于等于30。
可选地，在通入所述清洗气体去除所述卤代烃的残留物13之后，进一步地通入惰性气体，以保证在所述反应炉管中的各种气体被完全地去除。
下面以所述清洗气体包含氮气和氧气，对形成有栅介质层的半导体基底进行清洗为例进行进一步说明。
作为第一个具体实施例：提供三个半导体基底，其上所形成的所述栅介质层的厚度范围是28.796埃～29.037埃。为去除所述半导体基底上的碱金属，将氮气通入液态DCE中进行鼓泡，使氮气携带DCE进入反应炉管，通入的时间是50分钟，氮气的流量是0.2slm。同时向反应炉管中通入氧气。所述反应炉管中是常压，温度是1000℃。所述DCE与所述氧气燃烧反应产生汽化盐酸，从而去除所述碱金属。上述步骤完成后，所述栅介质层的厚度增加的范围是1.116埃～1.273埃。对于0.18μm节点以下的工艺，需要将栅介质层的厚度误差值控制在正负0.5埃的范围内。
作为第二个具体实施例：提供三个半导体基底，其上所形成的所述栅介质层的厚度范围是28.851埃～29.105埃。利用如第一个具体实施例中所述的方法去除所述半导体基底上的碱金属后，通入氮气和氧气以去除所述DCE的残留。其中，所述反应炉管中是常压，温度是1000℃。所述氮气的流量是0.2slm，通入的时间为50分钟，通入的体积是10升，所述氧气的流量是10slm，通入的时间是30分钟，通入的体积是300升。上述步骤完成后，所述栅介质层的厚度增加的范围是0.168埃～0.267埃。
作为第三个具体实施例：提供三个半导体基底，其上所形成的所述栅介质层的厚度范围是28.78埃～29.07埃。利用如第一具体实施例中所述的方法去除所述半导体基底上的碱金属后，通入氮气和氧气以去除所述DCE的残留。其中，所述反应炉管中是常压，温度是1000℃。所述氮气的流量是0.2slm，通入的时间是100分钟，通入的体积是20升，所述氧气的流量是10slm，通入的时间是40分钟，通入的体积是400升。上述步骤完成后，所述栅介质层的厚度增加的范围是0.216埃～0.362埃。
作为第四个具体实施例：提供三个半导体基底，其上所形成的所述栅介质层的厚度范围是28.766埃～28.866埃。利用如第一具体实施例中所述的方法去除所述半导体基底上的碱金属后，通入氮气和氧气以去除所述DCE的残留。其中，所述反应炉管中是常压，温度是1000℃。所述氮气的流量是0.2slm，通入的时间是100分钟，通入的体积是20升，所述氧气的流量是10slm，通入的时间是60分钟，通入的体积是600升。上述步骤完成后，所述栅介质层的厚度增加的范围是0.022埃～0.083埃。
从上述具体实施例可以看出，将所述含氧的反应气体的体积与所述载流气体的体积的比值设置为大于等于30，将所述载流气体的体积设置为大于等于20升能够极大地防止栅介质层厚度的增加。
实施例二
栅介质层的电性能对于半导体器件的性能十分重要。为了去除在所述栅介质层的形成过程中被带入的碱性金属，并完全去除残留在所述栅介质层上的卤代烃，本发明的实施例还提供了一种形成栅介质层的方法，请参考图5，包括：步骤S1’：提供半导体基片；步骤S2’：在所述半导体基片上形成栅介质层，所述栅介质层上含有碱性金属；步骤S3’：通入卤代烃，去除所述碱性金属；以及步骤S4’：通入清洗气体，去除所述卤代烃的残留物。用本发明的实施例提供的方法形成所述栅介质层，通过通入所述清洗气体与所述卤代烃的残留物反应，能够完全去除所述卤代烃的残留物，提高所述半导体基片厚度的均匀性，改善最终产品的电性能，并节省成本。
参考图5和图6，执行步骤S1’，提供半导体基片21。
参考图5和图7，执行步骤S2’，在所述半导体基片21上形成栅介质层22，所述栅介质层上含有碱性金属23。
所述栅介质层22的形成方法为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述。如前述，在所述栅介质层22的形成过程中，会有所述碱性金属23附着在其之上。
参考图5和图8，执行步骤S3’，通入卤代烃，去除所述碱性金属23。
采用鼓泡法，使氮气或惰性气体等化学性质较为稳定的气体通过所述卤代烃，从而能够携带所述卤代烃进入反应炉管。所述栅介质层22置于所述反应炉管中，并且，所述反应炉管中充有氧气。所述反应炉管中是常压，其温度范围是700℃～1000℃。在上述工艺条件下，所述卤代烃和氧气燃烧，产生酸性气体，如汽化盐酸。所述酸性气体极易与所述碱性金属23发生反应，反应产物被所述化学性质较为稳定的气体带走。
通常，所述卤代烃是反式二氯乙烯(DCE)。
然而，如图8所示，采用所述卤代烃去除所述碱性金属23后，会有卤代烃的残留物24产生在所述栅介质层22之上。发明人发现，在完成所述步骤S3’之后，所述介质层22的厚度在局部区域会增加0.5埃～2埃。残留的卤代烃以及由此引起的厚度不均匀性，都会影响所述栅介质层22的电性能，从而影响最终产品的电性能。因此，需要去除所述卤代烃的残留物24。
参考图5和图9，执行步骤S4’，通入清洗气体，去除所述卤代烃的残留物24。
通入所述清洗气体，能够去除所述卤代烃的残留物24，形成如图9所示的所述栅介质层22。
所述清洗气体包括含氧的反应气体，如O2、H2O2、O3中的一种或多种的组合。所述含氧的反应气体能够与所述卤代烃的残留物24反应，产生二氧化碳、氯气、水蒸气等产物，从而去除所述卤代烃的残留物24。
进一步优化地，所述清洗气体还包括载流气体，所述载流气体是化学性质较为稳定的气体，如氮气、惰性气体中的一种或多种的组合物。所述载流气体能够将上述反应的气体产物去除。优选地，所述载流气体的体积大于等于20升，比如可以通过通入气体流量是0.2slm，通入时间大于等于100分钟来实现。
然而，随着所述载流气体的增多，所述含氧的反应气体会被稀释，可能会导致不能将所述卤代烃的残留物24完全去除。优选地，所述含氧的反应气体的体积与所述载流气体的体积的比值大于等于30。
可选地，在通入所述清洗气体去除所述卤代烃的残留物24之后，进一步地通入惰性气体，以保证在所述反应炉管中的各种气体被完全地去除。
下面以欲形成厚度为90埃的栅介质层，并以包括氮气和氧气的清洗气体进行清洗过程为例进行说明。
作为一个具体实施例：提供三个半导体基片，分别在所述半导体基片上形成一层栅介质层，所形成的所述栅介质层的厚度范围是90.326埃～90.390埃。为去除所述栅介质层上的碱金属，将氮气通入液态DCE中进行鼓泡，使氮气携带DCE进入反应炉管，通入的时间是50分钟，氮气的流量是0.2slm。同时向反应炉管中通入氧气。所述反应炉管中是常压，温度是900℃。所述DCE与所述氧气燃烧反应产生汽化盐酸，从而去除所述碱金属。上述步骤完成后，所述栅介质层的厚度增加的范围是0.781埃～1.273埃。对于0.18μm节点以下的工艺，需要将栅介质层的厚度误差值控制在正负0.5埃的范围内。
作为另一个具体实施例：利用前一个具体实施例所述的方法形成栅介质层，其厚度范围是89.388埃～89.740埃。利用如前一个具体实施例中所述的方法去除所述栅介质层上的碱金属后，通入氮气和氧气以去除所述DCE的残留。其中，所述反应炉管中是常压，温度是900℃。所述氮气的流量是0.2slm，通入的时间是100分钟，通入的体积是20升，所述氧气的流量是10slm，通入的时间是60分钟，通入的体积是600升。上述步骤完成后，所述栅介质层的厚度增加的范围是0.061埃～-0.126埃。
经过研究，将所述含氧的反应气体的体积与所述载流气体的体积的比值设置为大于等于30，将所述载流气体的体积设置为大于等于20升能够极大地防止栅介质层厚度的增加。
综上，本发明的实施例具有以下优点：
首先，通入所述清洗气体与所述卤代烃的残留物反应，可以方便地将所述卤代烃的残留物完全去除，提高所述半导体基底或所述栅介质层的厚度的均匀性，从而改善最终产品的电性能，并节省成本。
进一步优化地，所述清洗气体包括所述含氧的反应气体和所述载流气体，所述载流气体能够有效地去除上述反应的反应产物。
进一步优化地，所述载流气体与所述含氧的反应气体以特定的比例混合，进一步提高所述半导体基底或所述栅介质层的厚度的均匀性，从而改善最终产品的电性能。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (11)
1.一种清洗半导体基底的方法，包括：
提供半导体基底，所述半导体基底上含有碱性金属；
通入卤代烃，去除所述碱性金属；
通入清洗气体，去除所述卤代烃的残留物；
其中，所述清洗气体包括含氧的反应气体；
所述清洗气体还包括载流气体，且所述载流气体的体积大于等于20升；
其中，所述含氧的反应气体的体积与所述载流气体的体积的比值大于等于30。
2.如权利要求1所述的清洗半导体基底的方法，其特征在于，所述含氧的反应气体包括O2、H2O2、O3中的一种或多种的组合。
3.如权利要求2所述的清洗半导体基底的方法，其特征在于，所述载流气体包括N2、惰性气体中的一种或多种的组合。
4.如权利要求1至3中任一项所述的清洗半导体基底的方法，其特征在于，所述卤代烃是反式二氯乙烯。
5.如权利要求1至3中任一项所述的清洗半导体基底的方法，其特征在于，进一步包括：去除所述卤代烃的残留物后，通入惰性气体的步骤。
6.如权利要求1至3中任一项所述的清洗半导体基底的方法，其特征在于，所述半导体基底包括栅介质层，所述碱性金属位于所述栅介质层上。
7.一种形成栅介质层的方法，包括：
提供半导体基片；
在所述半导体基片上形成栅介质层，所述栅介质层上含有碱性金属；
通入卤代烃，去除所述碱性金属；
通入清洗气体，去除所述卤代烃的残留物；
其中，所述清洗气体包括含氧的反应气体；
所述清洗气体还包括载流气体，且所述载流气体的体积大于等于20升；
其中，所述含氧的反应气体的体积与所述载流气体的体积的比值大于等于30。
8.如权利要求7所述的形成栅介质层的方法，其特征在于，所述含氧的反应气体包括O2、H2O2、O3中的一种或多种的组合。
9.如权利要求8所述的形成栅介质层的方法，其特征在于，所述载流气体包括N2、惰性气体中的一种或多种的组合。
10.如权利要求7至9中任一项所述的形成栅介质层的方法，其特征在于，所述卤代烃是反式二氯乙烯。
11.如权利要求7至9任一项所述的形成栅介质层的方法，其特征在于，进一步包括：去除所述卤代烃的残留物后，通入惰性气体的步骤。
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