CN1577764A - 半导体晶片的湿化学表面处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于半导体晶片的湿化学表面处理方法，其中所述半导体晶片用酸性液体处理，由该半导体晶片的每个表面除去至多10微米的材料，然后用碱性液体处理，除去至少足够的材料，以便完全除去经先前机械处理损伤的晶体区。
Description
技术领域
本发明涉及一种借助于一系列处理步骤实施半导体晶片湿化学表面处理的方法，其中多种液体作用于半导体晶片表面。
背景技术
由于电子元件的制造中的日益小型化，因此对半导体材料、尤其通常以晶片形式使用的硅的表面品质的要求也更高。此品质要求不仅是表面的几何形状品质，而且包括其纯度、化学条件及不含颗粒及斑点。
为使这些参数可用重复的方式加以影响及控制，特别发展出湿化学表面处理方法。这些方法特别于研磨、精研或抛光等机械表面处理之后使用。依照现有技术，这些方法的特征为：通过一系列处理步骤，不同水性、酸性或碱性液体和/或连同气体的液体在表面上产生作用。湿化学表面处理方法是与除去表面材料有关，也称蚀刻方法。
在半导体晶片蚀刻实际应用中有两种蚀刻方法，该两种方法与使用碱性或酸性液体有关：
通过下列反应方程式可将碱性蚀刻加以说明(以硅的实例为基准)：
为制得无任何斑点的晶片及达成足够高的材料除去率，该方法必须在高温下实施。这些温度是最低设定在100℃，因为较低温度会导致形成斑点，这些斑点仅可通过另一抛光步骤再度予以除去，因而增加半导体晶片的生产成本。碱性蚀刻作用通常是在机械材料除去步骤如精研或研磨步骤之后实施。其可用于清洗和纯化晶片表面，也可用于除去机械材料除去步骤中损坏的晶体区域。
然而，利用碱性液体，甚至用超纯化学品，也不能制得实质上无金属污染的半导体晶片。就机械处理的晶片而言，在表面及受损区将发现容易扩散的元素如铜或镍，且在高温下这些元素扩散至半导体的较低层内，因而不再受表面清理方法的影响。另一方面，其优点是，就加工工程而言，可使碱性蚀刻相对简单，因为所形成的氢确保所需的质量迁移。所以，无需大量花费即可将晶片整个表面的材料予以均匀除去。此意谓以机械方式除去材料所设定的晶片几何形状尽可能地保留下来。
就酸性蚀刻而言，硅通常是利用硝酸(HNO3)加以氧化，所形成的二氧化硅(SiO2)利用氢氟酸(HF)加以溶解：
因该方法可在低温下实施而且还具有金属溶解特性，该方法可用以制造实质上无金属杂质的半导体晶片。
然而，酸性蚀刻的缺点是：均匀除去材料的程度极为有限而且成本昂贵，因此机械材料除去步骤所设定的晶片几何形状在酸性蚀刻过程中再度受到损伤。尤其接近边缘区内，如果自晶片每个表面除去的材料超过10微米，则晶片几何形状不可能保持。
所以，曾尝试相互结合碱性蚀刻及酸性蚀刻的有利方式。例如，碱性蚀刻通常是采用短暂清洗蚀刻的形式，其中附着在晶片表面的颗粒得以除去。但此种情形并不包括将先前机械处理损伤的晶体区完全除去。此种情形仅发生在随后的酸性蚀刻过程中，在酸性蚀刻中已扩散进来的金属也被除去。DE 19953152 C1、US 6239039 B1及WO 02/01616 A1中公开了此类湿化学表面处理方法，其中(也许结合其他湿化学步骤)首先使用碱性蚀刻，之后使用酸性蚀刻。
然而，甚至这些结合的方法仍不完全满足对半导体晶片几何形状及其中不含金属的日益增高要求，尤其，虽然在牺牲酸性蚀刻的条件下，增加碱性蚀刻的材料除去量可导致晶片几何形状的改良，但对金属杂质的除去具有不良影响，反之亦然。再者，碱性蚀刻的材料除去量增加，可导致更为显著的碱性蚀刻结构，该结构通常导致粗糙度值的增加。受损程度增加的部位受到不成比例的蚀刻，所以表面上留下凹槽。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种半导体晶片实施湿化学表面处理的方法，该方法可满足有关不含金属及半导体晶片几何形状同等优良的要求。
通过一种半导体晶片实施湿化学表面处理的方法可达成此目的，在该方法中该半导体晶片
—用酸性液体处理，由该半导体晶片的每个表面除去至多10微米的材料，然后
—用碱性液体处理，除去至少足够的材料，以便完全除去经先前机械处理损伤的晶体区。
与现有技术相较，本发明方法的显著优点是：半导体晶片首先用酸性液体及随后用碱性液体加以处理，且在各种情况均实施化学材料除去。在酸性蚀刻过程中晶片每个面的材料除去量至多为10微米。此足以除去出现于晶片表面或位于接近表面的区域内的金属杂质，例如：铜或镍。同时，材料的除去量甚小，以致由先前机械处理决定的半导体晶片几何形状仅受到轻微不利影响。对实施机械处理过程中经损伤、有待完全除去的晶体区而言，在随后碱性蚀刻过程中足够的材料自该半导体晶片除去(该半导体晶片继酸性蚀刻剂之后已实质上不含金属)。
本发明的方法顺序可获致该两种蚀刻技术的最佳利益。该方法确保将机械处理(例如：精研或研磨)所形成的晶片几何形状保留下来，因而提供至少半导体晶片正面随后抛光的最佳先决条件。
具体实施方式
以下所述是本发明的优选实施方案，其中提出最适于硅的加工参数。然而，该方法并非局限于硅。为达成此目的，兹将本发明的方法分为步骤a)至e)，半导体晶片的表面则用下列液体依所示顺序处理：
a)使用第一清洗液体，该液体适于除去附着在半导体晶片表面的颗粒，
b)使用酸性液体，由该半导体晶片的每个表面除去至多10微米的材料，
c)使用所述第一清洗液体，
d)使用第二清洗液体，该液体适于由半导体晶片表面除去金属杂质，以及
e)使用碱性液体，除去至少足够的材料，以便完全除去经先前机械处理损伤的晶体区。
步骤b)及e)是绝对必须实施者，步骤a)、c)及d)是属有利但仍可省去。
优选地，首先，在步骤a)内附着在半导体晶片表面的颗粒(例如：精研研磨剂残留物)是借助于颗粒清洗作用予以除去。实施该工作，优选使用含有水及表面活性剂的清洗液体。水性清洗液体内的表面活性剂将待清除的颗粒加以重新排列，因而有助于这些颗粒的除去。该清洗液体的pH值优选为10至12。该清洗所用的温度优选为至多90℃，特别优选至多60℃。此确保出现在半导体晶片表面或接近表面的区域内的金属不扩散至半导体晶片的更深层处。为有助于清洗作用，优选同时采用超声波。无超声波的作用则清洗作用的效果减低，这意谓清洗晶片所需的处理时间更长和/或处理浴更多。
在步骤b)内，自半导体晶片每个面除去的材料至多为10微米。为达成晶片几何形状的最低可能变化，自该晶片每个面除去的材料优选至多为5微米。该酸性蚀刻不仅除去出现在半导体晶片表面上的金属而且除去经先前机械处理损伤的晶体区内所粘附的金属，并保持晶片几何形状无重大改变。酸性液体优选含有水、氢氟酸及硝酸，其中硝酸的浓度优选60％至80％，氢氟酸的浓度优选0.5％至5％，所有表示的百分率是以溶液总重量为基准的相关化合物重量百分率。该液体的温度优选10℃至30℃，特别优选15℃至25℃。步骤b)内酸性蚀刻的实施优选依照EP 625795 A1中所述，以便除去的材料尽可能均匀。
在随后的步骤c)内，酸性蚀刻后仍出现在半导体晶片表面上的颗粒，可借助于类似于步骤a)的进一步颗粒清洗作用加以除去。优选实施步骤a)及c)中至少一个步骤，更优选实施该两个步骤。
在碱性蚀刻步骤e)之前，优选使用适于自半导体晶片表面除去金属杂质的第二清洗液体实施进一步清洗步骤d)。该第二清洗液体优选含有水、氢氟酸(HF)及臭氧(O3)。清洗液体上方的环境优选也含有臭氧。氢氟酸的浓度优选为0.01％至2％。该液体也优选含有饱和的臭氧。为防止先前步骤留下的或新添金属杂质在碱性蚀刻高温下扩散至半导体晶片内，在加工中此时将金属清洗掉是有利的。
之后，在步骤e)内，用碱性液体处理该半导体晶片。该碱性液体优选含有水及碱金属氢氧化物，特别优选含有氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)。碱金属氢氧化物的浓度优选为25％至60％。为避免金属的进一步污染，优选使用高纯度的化学品，其中铁、铜、镍及铬的浓度优选总是低于5ppt。处理过程中的温度优选为70℃至125℃。在处理过程中优选移动(例如：旋转)半导体晶片。碱性蚀刻作用自经先前机械处理所损伤、有待完全除去的晶体区至少除去足够的材料。
依照本发明实施湿化学处理后，优选依照现有技术，利用(例如)异丙醇干燥器(尤其Marangoni干燥器)、热水干燥器或清洗器干燥器，将半导体晶片烘干。干燥方法优选适当选择，使得对表面品质(尤其有关金属及颗粒污染)不会产生不良效果。特别优选使用HF/臭氧干燥器。
本发明的方法可应用于先前业经机械处理过的半导体晶片。该方法特别适用于硅晶片，尤其适用于任何预期直径的单晶硅晶片。
Claims (13)
1.一种用于半导体晶片的湿化学表面处理方法，其中所述半导体晶片
—用酸性液体处理，由该半导体晶片的每个表面除去至多10微米的材料，然后
—用碱性液体处理，除去至少足够的材料，以便完全除去经先前机械处理损伤的晶体区。
2.如权利要求1的方法，其中在用碱性液体处理之前，所述半导体晶片用适于除去附着在半导体晶片表面的颗粒的第一清洗液体处理至少一次。
3.如权利要求1或2的方法，其中就在用碱性液体处理之前，所述半导体晶片用适于由半导体晶片表面除去金属杂质的第二清洗液体处理。
4.如权利要求3的方法，其中在步骤a)至e)内依序使用下列液体处理半导体晶片表面：
a)使用第一清洗液体，该液体适于除去附着在半导体晶片表面的颗粒，
b)使用酸性液体，由该半导体晶片的每个表面除去至多10微米的材料，
c)使用所述第一清洗液体，
d)使用第二清洗液体，该液体适于由半导体晶片表面除去金属杂质，以及
e)使用碱性液体，除去至少足够的材料，以便完全除去经先前机械处理损伤的晶体区。
5.如权利要求1-4之一的方法，其中所述酸性液体含有水、氢氟酸及硝酸。
6.如权利要求1-5之一的方法，其中在用酸性液体处理过程中由半导体晶片每个表面除去至多5微米的材料。
7.如权利要求1-6之一的方法，其中所述碱性液体含有水及碱金属氢氧化物。
8.如权利要求7的方法，其中所述碱金属氢氧化物是氢氧化钠或氢氧化钾。
9.如权利要求2或4的方法，其中所述第一清洗液体含有水及表面活性剂。
10.如权利要求2、4或9的方法，其中使用第一清洗液体处理是在至多90℃的温度下实施。
11.如权利要求2、4、9或10的方法，其中使用第一清洗液体处理是在同时有超声波作用的情况下实施。
12.如权利要求3或4的方法，其中所述第二清洗液体含有水、氢氟酸及臭氧。
13.如权利要求1-12之一的方法，其中所述半导体晶片是硅晶片。
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