CN1218982A - 半导体器件生产装置及生产方法 - Google Patents

Abstract

在一种半导体器件生产方法中,在非晶硅膜上生长半球形晶粒,用过氧化氢氨水溶液在一室温度下清洗硅晶片,或用过氧化氢盐酸水溶液,然后,浸入稀氢氟酸中,此后,用清水对其清洗,然后,用异丙基乙醇干燥晶片的非晶硅表面。

Description

半导体器件生产装置及生产方法

本发明涉及生长有半圆形晶粒(HSGs)的非晶态硅膜上的半导体器件的生产装置及生产方法，更具体地涉及这样一种半导体器件的生产装置及生产方法，其中在上面生长有HSG的非晶态硅膜上不会产生水印。

近年来，随着存储单元的表面面积的缩小，对电容部分的电容值增大的需求越来越大，为此，正在追求使用一种高电容率膜或增大电容部分的表面积。

为增大电容器的表面积，一种方法是形成一种三维结构的电容器。达到此目的的一种公知的方法包括在硅基片下面的层上形成一沟道电容器；及在硅基片上面的层上形成一种叠式电容器。对于此种形成叠式电容器的方法，其通过将电容器结构的中空部分制成柱状而增大电容器的表面积。

一种无需使用微处理技术而能有效提高电容值的方法是在日本未审查专利公开H8-306646中揭示的一种半导体器件的生产方法，其中在生产期间在非晶态硅膜表面上生长半圆形晶粒，从而在其上获得微小的凹凸结构。

下面参考图4对简单生长HSG的现有技术的方法进行描述。首先，在氨的过氧化氢溶液中对硅基片进行加热和清洗，以去除污染非晶硅表面的微型粒子(步骤S1)。氨、过氧化氢及水混合的体积比为1∶1∶5，而并在30℃-80℃温度下进行10分钟的加热清洗。

然后，对于从非晶硅膜表面已经去除掉微粒子的硅基片在清水中进行漂洗(步骤S2)，此后，用盐酸的过氧化氢水溶液或硫酸的过氧化氢溶液进行加热清洗，从而去除掉污染非晶硅膜表面的金属杂质(步骤S3)。盐酸、过氧化氢及水的体积比为1∶1∶6，并在30℃-80℃温度下进行10分钟的加热清洗。在使用过氧化氢硫酸溶液的情况下，在80℃-115℃的范围内进行10分钟的加热清洗。

通过此种的用于去除金属杂质的清洗液的方式，在非晶硅膜的表面上形成化学氧化物膜。通过清洗液的氧化作用形成厚度为1到1.5nm的化学氧化物表面。即使试图在此其上形成有化学氧化膜的此非晶硅膜的表面上生长HSG，由于化学氧化膜阻止硅的迁移，HSG不会生长。鉴于此现象，在清洗完上面形成有化学氧化膜的非晶硅的基片后(步骤S4)，将其浸入浓度为百分之1或更小的氢氟酸溶液中，从而去除化学氧化膜(步骤S5)。

在去除掉化学氧化膜后，在清水中漂洗硅基片10分钟(步骤S6)，此后通过从其表面去除掉水成分而使其干燥，使用离心力型干燥装置(步骤S7)。为了防止在被干化的非晶硅膜表面上生长天然氧化膜，可立即在非晶硅膜的表面上生长HSG。然后，生长容性膜，并用过氧化氢氨多水清洗液进行腐蚀从而形成电容电极。

由于HSG对非晶硅膜表面的污染敏感，需要进行适当的加热清洗并用稀释的氢氟酸进行处理，同时需注意使HSG生长的底层膜不要受到污染。被认为会影响在非晶硅膜表面上生长HSG的污染成分包括大气中有机物质、天然氧化膜及水。

例如，将诸如硅膜的底层浸入稀氢氟酸溶液中以去除天然氧化膜，此后非晶硅膜变成疏水性的，即使在浸入稀氢氟酸溶液后并进行干燥，在非晶硅膜表面上仍有残留的水。在具有高尺寸比结构的器件的表面上，在先前步骤对表面的干燥是不足够的，从而在干燥后仍有残留的水。尤其是在过去的方法中，使用旋转型干燥器干燥非晶硅膜的表面以去除其上的水，在此步骤仍有可能残留下水。此类的残留水成份助长了天然氧化膜的局部生长，从而导致产生水印。

如果由于水印等因素使天然氧化膜形成在非晶硅膜的表面上，可以防止HSG的生长，生长后的HSG中可能存在小尺寸的凹凸，在这些凹凸中存在着不均匀性。对于存在有这些种问题的非晶硅膜，当通过过氧化氨的水溶液腐蚀非晶硅膜时，其中的过氧化氢氨水溶液用于在形成容性膜之后及形成容性电极之前去除微粒杂质，HSG凹凸的尺寸变小，从而，其无法获得足够的电容，或获得均匀的电容。

相应地，本发明的一个目的是提供一种半导体器件生产装置及生产方法，其不会在上面生长有HSG的非晶硅膜的表面上产生水印。

为实现上述目的，本发明提供一种用于生产半导体器件的半导体器件生产装置，其在水的非晶硅膜上生长晶粒，所述装置具有干燥装置，其在所述表面上形成所述晶粒前对已用异丙基乙醇进行湿处理的晶片进行干燥。

本发明的另一方面为一种用于生产在水的非晶硅膜上生长有晶粒的半导体器件的装置，所述装置包含，在所述非晶硅膜表面上形成所述晶粒前对所述晶片进行温处理的湿处理装置；用清水对已通过所述湿处理装置进行湿处理的所述晶片进行清洗的漂洗装置；及用异丙基乙醇对已通过所述漂洗装置进行漂洗的所述晶片进行干燥的干燥装置。

本发明的另一方面在于所述装置具有一个室，在其中设置所述湿处理装置，所述漂洗装置及所述干燥装置，而所述装置包括用于向所述室内提供惰性气体的装置。

本发明的方法为一种用于生产半导体器件的方法，其在水的非晶硅膜上生长有晶粒，其中所述非晶硅膜上形成所述晶粒前，用异丙基乙醇对湿处理的晶片进行干燥。

本发明的另一种用于生产半导体器件的方法，其在晶片的非晶硅膜上生长晶粒，其中所述方法包含如下步骤：(1)清洗所述晶片从而从所述非晶硅膜的表面去除掉微粒及金属杂质；(2)将所述晶片浸入稀氢氟酸溶液中，以从非晶硅膜的所述表面去除掉由所述清洗形成的化学氧化膜；(3)在清水中清洗所述晶片；(4)用异丙基乙醇干燥所述晶片；及(5)在非晶硅膜的表面上形成晶粒，按序号顺序进行所述步骤。

在用清水清洗晶片的上述步骤(3)中，最好所使用的清水中的溶解的氧浓度不大于10ppb。

根据本发明，在晶片上形成半球形晶粒之前用异丙基乙醇湿处理晶片。为此，由于所用的方法有两种，一种是直接用异丙基乙醇替除表面上的残留水，另一种是用表面张力去除水成分，与用旋转型干燥机的方法相比，去除水的效率更高，其结果是可能防止形成天然氧化膜(诸如在表面上生长HSG时的水印等)。

图1为简化的根据本发明的半导体器件产生装置的示意图；

图2为根据本发明的半导体器件生产方法的工艺图；

图3为本发明与现有技术的HSG生长实例的比较示意图；

图4为描述现有技术的半导体器件生产方法的工艺图。

下面参考图1到图3对本发明的最佳实施例进行描述。

如图1所示，根据本发明的生产半导体器件的装置，内部具有：不透气的密封室14、氢氟酸处理箱3、清洗箱6及干燥器11(其使用异丙基乙醇ISA)，在室14的外部同样具有加载锁紧室10，提供氢氟酸的管12的排出口及提供清水用于调节氢氟酸浓度的管13的排出口被装入氢氟酸箱3，从而在氢氟酸箱3内将氢氟酸与纯水进行混合以形成稀释的氢氟酸溶液。通过用外部供给装置1向水箱2提供氢氟酸，并从水箱2提供给管12。用外部供给装置4向氢氟酸箱3提供纯水。

如果用于调节稀释氢氟酸浓度的纯水中的溶解氧浓度较高，在硅晶片上将会形成天然氧化膜，并对其在氢氟酸箱3中对其进行处理。由于此种情况，将过滤器8与管13相连用于将溶解在纯水中的氧的浓度减少到低于10ppb。然而，除使用过滤器8以外，也可以从纯水供应系统向氢氟酸箱3提供小于10ppb溶解氧浓度的纯水。

在此情况下，为了通过用纯水将稀释氢氟酸的浓度调节到具有较低的溶解氧浓度，在氢氟酸盐箱3中提供空气传感器5用于控制氢氟酸及纯水的量。同样也可不使用此空气传感器5，而固定供水量，通过时间控制氢氟酸的量，从而对稀释氢氟酸的浓度进行调节。通过上面任何一种方法，调节氢氟酸箱3中的液体温度，从而用受控浓度的稀释氢氟酸对氧化膜进行均匀量的腐蚀，为了防止在氢氟酸箱3中产生有残留的微粒，需进行循环过滤与管13分开部分的出口接入漂洗箱6用于清洗硅晶片，其中管13与过滤器8相连，过滤器8用于从纯水中去除掉上面提到的溶解的氧。如果漂洗箱6中纯水内溶解氧的浓度较高，在清洗阶段会形成天然氧化膜，从而妨碍了半球形晶粒的生长。

为了将清洗箱6中纯水内的溶解的浓度控制在10ppb以下，或者将过滤器8与管13相连，或者干脆用过滤器8，具有低溶解氧浓度的纯水从纯水供应系统提供到清洗箱6。在使用此种纯水的情况下，为了控制晶片清洗完成时间，将一个电阻计7放置在清洗箱6内用于测量清洗箱6中纯水的电阻率。

IPA干燥部分11为用IPA干燥硅晶片的部分。使用IPA的干燥方法有如下两种，一种是将IPA汽化并使其直接用IPA替代非晶硅膜表面上的水成份，另一种方法如马瑞高尼(Marangoni)干燥方法，其中是通过将水抽出到IPA气氛中，每种方法都可用IPA替代非晶硅膜表面处的水成分。为了在干燥阶段控制污染的侵入，最好是使用马瑞高尼方法，其不存在来自外部气氛的侵扰。

对室14(内部放置上述多氢氟酸箱3)、清洗箱6及IPA型干燥器11进行密闭式密封，并用外部供给装置9向其中供入诸如N₂或氩的惰性气体。这样可以防止已被减少了熔解氧浓度的纯水与外部空气接触，从而防止其再溶解氧，并无污染地，对清洗的硅晶片进行干燥。对室14提供加载锁紧室10以保证向室14提供硅晶片及从室14取出硅晶片，通过惰性气体使室14仍保持密闭密封。

下面参考图2对具有如上所述结构的本发明的半导体器件生产装置，及其制造方法进行描述。

在本发明中，与现有技术中的情况一样，用过氧化氢氨的水溶液对非晶硅膜的表面进行加热清洗，从而去除污染非晶硅膜表面的微粒(步骤S1)。然后，在用清水清洗后(步骤S2)，用清洗液(如过氧化氢盐酸水溶液或过氧化氢硫酸水溶液)进行加热清洗，从而去除污染非晶硅膜表面的金属杂质(步骤S3)。通过用此种清洗液进行加热清洗，在硅晶片上形成化学氧化膜。由于清洗液的体积比及清洗温度和时间都与现技术相同，这里省去对其的描述。

本发明的工艺具有以下特点。将上面形成有化学氧化层的硅晶片，从图1的加载锁紧室10置入氢氟酸箱3中，然后浸入氢氟酸箱3内的稀释氢氟酸溶液中，并在清洗工艺中将所形成的化学氧化膜清洗掉(步骤S5)。在此步骤，可以设定稀释氢氟酸溶液的浓度及处理时间，从而足以从非晶硅膜表面去除天然氧化膜。由于氢氟酸箱3中的稀释氢氟酸溶液的温度可以调节，氧化膜的腐蚀量是均匀的，将此溶液进行循环过滤从而微粒不会存留在氢氟酸箱3内，结果是污染物不会与硅晶片的非晶硅膜的表面接触。

用稀释氢氟酸己从其表面去除掉化学氧化物膜的硅晶片被转换到清洗箱6，在那里用清水对其清洗，从而去除掉与非晶硅膜表面接触的氢氟酸。清洗工作的完成是通过在清洗期间从使用纯水的电阻率进行判断的，通过电阻计7对此进行监控(步骤S6)。在用清水清洗后，将硅晶片移至IPA干燥器11用于通过干燥处理去除掉仍存留在非晶硅膜表面上的水(步骤S7)。

由于从将硅晶片浸入稀释氢氟酸溶液直到干燥阶段，室14的内部都充满了N9或氩气，同时由于用于过程中的溶解于纯水中的氧的浓度不大于10ppb，在处理后不会在非晶硅膜的表面上生长有天然氧化膜。在此情况下被干燥的硅晶片从加载锁紧室10取走并在这样处理的非晶硅膜的表面上进行HSG生长，此后形成容性膜，此后用过氧化氢氨的水溶液对其进行清洗。由于非常稳定地进行HSG生长，且晶粒的直径均匀，即使用过氧化氢氨水溶液进行腐蚀，也会保留住足够的HSG的凹凸，从而可以获得具有足够电容值的电容器电极。

在本发明中，对晶片的湿处理步骤至少包括上述的步骤S5及S6。

图3示出根据本发明的HSG生长方法与现有技术的方法比较。此图的水平轴表示生长中的热处理时间，纵轴表示非晶硅膜的晶粒直径。实线表示根据本发明的HSG生长，虚线表示根据现有技术方法的HSG生长。

如实线所示，根据本发明的HSG生长的晶粒直径的变化是恒定的且生长是稳定的。这表明在进行生长的非晶硅膜的表面上不存在由于残留水造成的水印，并获得了清净的非晶硅膜表面。与此相对比，如代表现有技术的虚线所示，现有技术的HSG生长方法表明，一旦达到某一晶粒直径，生长速度下降，且HSG生长终止。这表明，用现有技术的HSG生长方法，在非晶硅膜表面由于残留水引起的水印，使其产生了天然氧化膜从而阻碍了HSG生长。由于此种的局部天然氧化膜，在阻碍进行HSG生长的非晶硅膜表面的地方经常与图形中的台阶区域相一致。这是因为使用旋转型干燥器使水份存留在此种台阶上。然而本发明中使用IPA进行干燥，从而即使在表面台阶处也不会防碍HSG生长。

需注意的是，本发明不是在上述实施例进行限定，在本发明的技术范围内可以有各种的变型及修改。

根据本发明，异丙基乙醇用于在HSG生长前对湿处理晶片进行干燥。因此，或者直接用异丙基乙醇替代表面上的水，或用表面张力去除水份，与用旋转型干燥器的方法相比，本发明去除水分的效能很高，可防止形成天然氧化膜(如水印等)。结果，可在非晶硅膜的表面上获得大的晶粒尺寸，并且即使在小表面积的情况下也可得到足够的电容。并同时提高了容性膜的可靠性。

Claims (6)

1、一种用于制造半导体器件的生产装置，其中对于所述半导体器件，在晶片的非晶硅膜上生长晶粒，所述装置具有一个干燥装置，其在所述表面上形成所述晶粒前用异丙基乙醇对已进行湿处理的晶片进行干燥。

2、一种用于制造半导体器件的生产装置，对于所述半导体器件，在晶片的非晶硅膜上生长晶粒，其特征在于所述装置包括：

湿处理装置，其在所述非晶硅膜表面上形成所述晶粒前对所述晶片进行湿处理；

清洗装置，其用清水对已用所述湿处理装置进行湿处理的晶片进行清洗；及

干燥装置，其用异丙基乙醇对已用清洗装置清洗过的晶片进行干燥。

3、根据权利要求2所述的半导体器件生产装置，其特征在于所述装置包含：

一个室，在其中放置所述湿处理装置、所述清洗装置及所述干燥装置；及

用于将惰性气体供入所述室的装置。

4、一种生产在晶片的非晶硅膜上生长晶粒的半导体器件的方法，其特征在于在所述非晶硅膜上形成提供晶粒前，用异丙基乙醇对湿处理的晶片进行干燥。

5、一种生产在晶片的非晶硅膜上生长晶粒的半导体器件的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

(1)清洗所述晶片，从而从所述非晶硅膜的表面去除掉微粒及金属杂质；

(2)将所述晶片浸入稀氢氟酸溶液中，以去除掉由所述清洗而形成的非晶硅膜表面上的化学氧化膜：

(3)在清水中清洗所述晶片；

(4)用异丙基乙醇干燥所述晶片；及

(5)在非晶硅膜的表面上形成晶粒，按所述步骤序号顺序执行上述步骤。

6、根据权利要求5所述的生产半导体器件的方法，其特征在于在清水中清洗所述晶片的步骤(3)中所述纯水的溶解的氧的浓度不大于10ppb。

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