专利名称:形成硅石污斑的方法、硅石污斑测试结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及集成电路的制造。特别是本发明涉及在集成电路制作过程中在衬底上形成硅石污斑的方法，及硅石污斑测试结构及其制造方法。
背景技术：
在生产半导体集成电路时，晶片在加工过程中时常要使用湿化学试剂。例如，有些加工过程需要把已构图的晶片浸入湿的、液体化学试剂中进行腐蚀。在晶片的暴露部分被湿化学试剂腐蚀掉后，将晶片取出，再用去离子水清洗，然后干燥。
清洗和干燥后，发现在晶片表面有时会出现硅石污斑。硅石污斑是由清洗液中的溶解二氧硅产生的，它们在干燥过程中又重新淀积在晶片表面上。如果晶片在清洗和干燥后，留下了足够厚的硅石污斑层，这些污斑就会影响后续的加工工序。例如不希望有的硅石污斑充当了晶片上的沾污杂质，它会影响制作成的IC的电学特性。再例如硅石污斑会充当后续腐蚀工序的非有意掩模。所属领域的技术人员都明白这些硅石污斑通常是不希望有的。
为了监测晶片表面硅石污斑的存在及数量，通常需要硅石测试结构。硅石污斑测试结构被设计成能够增强硅石污斑的形成，从而把它们变成更容易被探测和监测。
现有技术中，曾提出过几种硅石污斑测试结构。为易于讨论，图1展示了现有技术的平面型硅石污斑测试结构100，一般情况下，它形成在硅晶片102的上面。在硅晶片102上，显示了许多二氧化硅(SiO2)条104。二氧化硅条104一般情况下是这样形成的，首先统一地在硅晶片102上淀积一层二氧化硅，然后深腐蚀掉部分二氧化硅(利用适当的光刻胶掩模和腐蚀剂)，从而形成条状图形。
当清洗和干燥带有硅石污斑测试结构100的晶片时，交替排列的条状硅和二氧化硅材料允许包含硅石的清洗液的液滴沾附在测试结构的表面上。当液滴干燥后，留下了污斑。这些污斑在图2中表示为在硅石污斑测试结构100上的污斑202。
在图2中，示出的污斑202清晰可见，因而可以探测。实际上，现有技术的硅石污斑测试结构(例如，如图1和图2所示现有技术的硅石污斑测试结构100)一般得不到能够用通常的光学显微镜(例如，10倍到100倍)探测的有足够大尺寸和厚度的污斑。一般情况下，在现有技术中，必需在污斑上采取额外的处理来使污斑易于被探测和测量。例如，一种现有技术污斑监测技术要求对形成在现有技术硅石污斑测试结构上的污斑在能被探测和/或测量之前要通过反应离子腐蚀(RIE)被进一步腐蚀。例如通过监测RIE畸变确定污斑的存在和数量。
所属领域的技术人员明白，探测和/或测量形成在现有技术硅监测测试结构上的污斑需要的附加处理步骤有许多缺点。至少，附加处理会对工艺工程师带来不便，他们必须在可以探测硅石污斑的存在和/或数量前进行额外的工作。另外附加处理还引起附加的复杂情况，这通常可以从所需的额外时间和/或花费来衡量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种改进的硅石污斑监测技术，具体而言，提供一种在衬底上形成硅石污斑的方法，及硅石污斑测试结构及其制造方法。
在一个实施例中，本发明涉及一种在衬底上形成硅石污斑的方法，以在集成电路制作过程中易于监测硅石污斑。这个方法包括提供一种硅石污斑测试结构，这个结构具有一硅衬底，一淀积在硅衬底上含亲水性二氧化硅的层，和许多穿过含二氧化硅的层制作在硅衬底中的空腔。这种空腔具有疏水的侧壁。本方法还包括把硅石污斑测试结构暴露在去离子水中，然后干燥硅石污斑测试结构，以在含二氧化硅的层上形成硅石污斑。
另一个实施例中，本发明涉及一种硅石污斑测试结构，它能使硅石污斑容易形成。硅石污斑测试结构包括一个硅衬底，一层淀积在硅衬底上含二氧化硅的层。含二氧化硅的层是亲水性的较好。这个硅石污斑测试结构还包括许多穿过含二氧化硅的层制作在硅衬底中的空腔。这些空腔最好具有疏水的侧壁。
再一个实施例中，本发明涉及一种制造硅石污斑测试结构的方法。硅石污斑测试结构被构形成用来监测在集成电路生产过程中形成的硅石污斑。本方法包括提供一硅衬底，在硅衬底上淀积一含二氧化硅的层。这层含二氧化硅的层最好具有亲水性。本方法还包括穿过含二氧化硅的层在硅衬底中腐蚀出许多空腔。该方法还包括用HF腐蚀剂腐蚀硅石污斑测试结构，从而使这些空腔的侧壁具有疏水性。
由于本发明提供的形成硅石污斑的方法，能够显著增加清洗工序中的硅的溶解量，易于直观观测，本发明提供的硅石污斑测试结构能够使硅斑易于形成。
结合附图及下面对发明的详细说明，本发明的这些及其它的特点将会更明了。
下面结合附图通过非限定性的实例说明本发明，在各附图中，相同标记表示相同的部件，其中图1是现有技术平面硅石污斑测试结构。
图2是在图1的现有技术平面硅石污斑测试结构上形成的污斑。
图3是根据本发明的一个实施例，说明本发明的硅石污斑测试结构的一部分。
图4是根据本发明的一个实施例，说明在图3的本发明的硅石污斑测试结构上形成的污斑。
图5是一个流程图，表示形成和使用本发明的硅石污斑测试结构来探测和/或监测硅石污斑的步骤。
具体实施方式
下面结合附图中所提供的几个例示性的实施例详细说明本发明。在下面的说明中，描述了一些具体的细节，以便更充分地了解本发明。但是，很显然，对所属领域的技术人员来说，不用这些具体细节中的一部分或全部也可以实施本发明。另一方面，对众所周知的工艺步骤和/或结构没有详细说明，这是为了更容易了解本发明。
根据本发明的一个实施例，提供一种发明的硅石污斑形成技术，能够显著增加在清洗工序中硅的溶解量。通过增加硅的水合物，在干燥后留在测试结构上的硅石污斑就会显著增大和/或变厚，这样利用通常的光学监测设备(如，利用常规的10倍-100倍光学显微镜)更易于直观地进行监测。
根据这个实施例，提供了一种发明的硅石污斑测试结构，它具有大的表面区域以供硅溶解。与现有技术平面硅石污斑测试结构相比，本发明的硅石污斑测试结构利用了许多空腔(即孔和沟槽)的很大的侧壁表面积，这些空腔形成在硅衬底中，目的是增加硅的溶解。这些空腔的大侧壁表面积能保证在清洗过程中有大量的硅溶解，这样就在测试结构干燥后能形成更大的污斑。
根据本发明的一个方案，使空腔的硅侧表面积具有疏水性(例如用HF腐蚀剂腐蚀测试结构)。而测试结构的上表面区域却仍保持亲水性(例如在其上保持一层二氧化硅的敷层)。在清洗过程中，由于毛细作用，去离子水存留在空腔中，从而增加二氧化硅溶解。在干燥过程中，测试结构的亲水性的上表面区域仍允许更多的二氧化硅的水合物溶液存留在上表面区域。干燥后，便形成更大的和/或更厚的污斑。
可以通过参阅图3来更好地理解本发明的特点和优点。图3示出了本发明的硅石污斑测试结构302的一部分。硅石污斑测试结构302一般是由硅衬底304构成。在硅衬底304上，设置可染色的层306。可染色层306在H-F腐蚀后仍有足够的亲水性，以有效的促使在其上形成硅石污斑。在一个实施例中，可染色层306包括介质材料。例如，这样的介质材料包括二氧化硅(SiO2)，如TEOS或其它的含氧硅层。含二氧化硅的层306可以利用任何通常的淀积技术来淀积，包括化学气相沉积(CVD)或低压化学气相沉积(LPCVD)。包括例如氮化物或氮氧化物的其它层也是有用的。
穿过含二氧化硅的层306在硅衬底304中形成许多空腔308。虽然在这个例子中空腔308被示意成孔，但在其它情况下也可以是沟槽。正如所提及的，空腔308的侧壁表面310提供主要的硅溶解点，并且形成的污斑数量与侧壁表面积成正比例，任何情况下都是如此。
在一个实施例中，可以用反应离子刻蚀法(RIE)腐蚀空腔308。然而，空腔308也可以利用适当的腐蚀剂和一种适当的光刻胶技术，通过任何通常的腐蚀方法形成。一种这样的光刻胶技术是，在含二氧化硅的层306上淀积光刻胶材料，用接触或分步印刷系统曝光光刻胶，并且显影光刻胶以形成掩模，为后续的腐蚀作准备，由此构图光胶层。
空腔308形成后，用HF腐蚀剂腐蚀空腔308的侧壁310，使侧壁表面310具有疏水性。可以确信，这样的腐蚀会导致从侧壁表面310除去自然氧化层，并在侧壁表面310形成悬空氢原子。为此，侧壁表面310从亲水性变为疏水性。
含二氧化硅的层306较好的是具有足以使在HF腐蚀后在硅石污斑测试结构302表面上仍能够存留一些亲水性二氧化硅的厚度。粗糙的亲水性二氧化硅表面增加了硅石溶解液的存留，导致在干燥后硅石污斑会更大和/或更厚。例示性硅石污斑在图4中显示为硅石污斑402。
图5是一个流程图，展示了形成和使用本发明的硅石污斑测试结构来探测和/或监测硅石污斑的步骤。在步502，提供一硅衬底，例如硅晶片。该硅衬底可以是特定衬底或一种产品衬底的一部分，例如一个用于制作动态存储器(DRAM)或其它的半导体器件的衬底。在步504，一含亲水性二氧化硅(SiO2)的层整体地淀积在硅衬底上。如上所述，含二氧化硅的层较好的是具有足以使用HF腐蚀后仍能存留一些亲水性的二氧化硅的厚度。在一个实施例中，含二氧化硅的层的适宜的厚度是约3.5×10-5cm(3500埃)。
在步506，穿过含二氧化硅的层在硅衬底中腐蚀成许多空腔(例如孔或沟槽)。如上所述，空腔较好具有保证在清洗和开始干燥时空腔内的毛细作用能留住去离子水(因而增加硅石的溶解)，同时还能为石硅溶解提供很大的表面积。
在步508，空腔的侧壁表面用HF腐蚀剂腐蚀。在一个实施例中，使用浓度约在0.001％到1％之间的HF水溶液进行湿法HF腐蚀。较好是利用0.05％的水溶液湿法腐蚀侧壁表面约1-2分钟。HF溶液的浓度和腐蚀时间应能保证侧壁表面转变成疏水性，但同时在硅石污斑测试结构表面仍留有含有亲水性二氧化硅的层为宜。
注意，HF腐蚀不是必须的湿法腐蚀。其它的腐蚀技术(例如等离子体腐蚀)也是可用的。而且，其它的能够把侧壁转变成疏水性的腐蚀剂也是可用的。例如，这样的腐蚀剂包括如KOH等碱性物质。
在步510，在去离子水溶液中清洗衬底。水进入空腔中并被空腔中的毛细作用保持在里面。水在空腔中溶解侧壁表面的硅石。例如清洗工序的时间可以是1分钟到1小时之间的任意时间，一个实例所用时间是约10分钟，效果很好。
在步512，干燥硅石污斑测试结构，除去去离子水，从而形成污斑。可以用任何常用方法来完成干燥工作，包括利用低压，提高温度，旋转的方法和使用酒精，液体或气体浸入的方法等等。意想不到的是，在干燥和/或清洗过程中，含硅石的溶液被从大高宽比的空腔中拉到表面。这就与所希望的形成了对比，希望的是大高宽比空腔的毛细作用会在干燥和/或清洗过程中继续把含硅石溶液保持住，这样就会导致较小的和/或更薄的污斑。实际上，观察到相反效果，形成的硅石污斑比现有技术平面硅石污斑测试结构形成的要更厚和/或更大。
虽然理论还无法解释，但可以相信，在干燥过程中保持空腔中溶液的毛细作用在空腔开口被打开时作用会相反。这样就使饱含硅石的水溶液被拉到表面，在那里它们被干燥，形成污斑。
在任何情况下，在表面发现的硅石污斑都足够大和/或厚，可以利用通常的10倍到100倍光学显微镜进行观察。也可以任意地利用常规的厚度测量技术(例如SEM图像技术，接触测量技术，等等)测量硅石污斑。因为形成的污斑比较厚和/或大，这样的污斑还提高了自动污斑探测技术的准确率，这可以被生产者用在自动确定衬底表面污斑的数量。
重要的是，空腔的尺寸要适当，使里面的表面张力能够留住去离子水，以溶解硅石，尽管空腔侧壁具有疏水性。而且，空腔彼此要有适当的间距，以便形成最大硅石污斑。在一个实施例中，空腔高宽比要足够大，以使去离子水能够留在空腔中，溶解里面的硅石。例如，空腔高宽比约大于等于约20∶1(即，空腔的深度至少要20倍于它的宽度)。临界尺寸，即空腔的宽，要小于约0.5微米。相邻的空腔之间的距离要小于约0.5微米。
在一个实施例中，空腔高宽比在20∶1到约500∶1之间，更好的是在约20∶1到约80∶1，并且最好是约40∶1。临界尺寸可以在0.05微米到约0.5微米之间，更好的是在约0.175微米到约0.5微米之间，最好是约0.25微米。相邻空腔之间的距离要在0.05微米到约0.5微米之间，更好的是在0.2微米到约0.5微米之间，最好是约0.3微米。在这些范围内，期望本发明的硅石污斑测试结构能比用现有技术平面硅石污斑测试结构形成更大和/或厚的污斑(从而更容易被观察)。因为利用本发明的硅石污斑监测技术形成的污斑不再需要额外的处理就能够被观察和/或测量，所以可以节约时间和花费。
根据本发明的一个方案，硅石污斑测试结构可以留在它自己的晶片上，这样的晶片周期性地放在生产晶片(例如用于制造DRAMs或其它的半导体器件的晶片)组之间进行处理，用来监测某一个工序的一致性(相对污斑形成的情况)。因为形成和监测硅石污斑不需要额外处理(例如，在现有技术中，为观察污斑而进行的上述RIE腐蚀)或任何其它的破坏性的工序，本发明的硅石污斑测试结构可以被一遍一遍地清洗和再利用，因此节约了成本。
或者，本发明的硅石污斑测试结构可以制作在生产晶片(例如，用来生产DRAMs或其它的半导体器件的晶片)的一部分上，使生产工程师可以监测某一给定的晶片在清洗和干燥后出现的硅石污斑的数量。这种布局更加具有优越性，因为空腔可以利用用于制作半导体器件(例如，DRAMs)的同样的VLSI制作工艺形成。
虽然用几个说明性的实施例阐述了本发明，但存在着落入本发明范围内的替代、变换和等同物等。所以权利要求
书应解释为包括溶入本发明精神和范围中的所有这些替代、变换和等同物。
权利要求
1.一种在集成电路制作过程中在衬底上形成硅石污斑的方法，它便于监测所说硅石污斑，所说方法包括提供硅石污斑测试结构，包括硅衬底；设置于所说的硅衬底上的一含亲水性二氧化硅的层；及多个穿过所说含二氧化硅的层形成在硅衬底中的空腔，所说空腔具有疏水性的侧壁；将所说硅石污斑测试结构暴露在去离子水中；干燥所说硅石污斑测试结构，以在含二氧化硅的层上形成所说硅石污斑。
2.如权利要求
1的方法，其中至少一些所说空腔是硅衬底中穿过所说含二氧化硅的层的孔。
3.如权利要求
1的方法，其中至少一些所说空腔是硅衬底中穿过所说含二氧化硅的层的沟槽。
4.如权利要求
1的方法，其中至少一些空腔的高宽比大于20∶1。
5.如权利要求
1的方法，其中至少一些空腔的高宽比大于80∶1。
6.如权利要求
1的方法，其中至少一些空腔的高宽比是40∶1。
7.如权利要求
1的方法，其中至少一些空腔具有小于0.5微米的临界尺寸。
8.如权利要求
1的方法，其中至少一些空腔具有0.25微米的临界尺寸。
9.如权利要求
1的方法，其中至少一些相邻所说空腔间隔小于0.5微米的间距。
10.如权利要求
1的方法，其中所说集成电路制作包括动态随机存取存储器的制作。
11.如权利要求
10的方法，其中所说硅衬底是用于制作所说动态随机存取存储器的衬底的一部分。
12.一种便于形成硅石污斑的硅石污斑测试结构，包括硅衬底；设置于所说硅衬底上的一含二氧化硅的层，所说含二氧化硅的层是亲水性的；及许多穿过所说含二氧化硅的层形成在硅衬底中的空腔，所说空腔具有疏水性的侧壁；
13.如权利要求
12的硅石污斑测试结构，其中通过腐蚀剂HF腐蚀所说硅石污斑测试结构使所说空腔的所说侧壁具有疏水性。
14.如权利要求
13的硅石污斑测试结构，其中所说含二氧化硅的层足够厚，以便允许腐蚀后在硅衬底上仍能存留一些二氧化硅。
15.如权利要求
12的硅石污斑测试结构，其中至少一些所说空腔为硅衬底中穿过含二氧化硅的层的孔。
16.如权利要求
12的硅石污斑测试结构，其中至少一些所说空腔为硅衬底中穿过含二氧化硅的层的沟槽。
17.如权利要求
12的硅石污斑测试结构，其中至少一些所说空腔的高宽比大于20∶1。
18.如权利要求
12的硅石污斑测试结构，其中至少一些所说空腔的临界尺寸小于0.5微米。
19.如权利要求
12的硅石污斑测试结构，其中所说集成电路制作包括动态随机存取存储器制作。
20.如权利要求
12的硅石污斑测试结构中，所说硅衬底是用于制作动态随机存取存储器的衬底的一部分。
21.一种制造硅石污斑测试结构的方法，所说硅石污斑测试结构构形成用来监测集成电路制作过程中形成的硅石污斑，包括提供硅衬底；在所说硅衬底上淀积一含二氧化硅的层，所说含二氧化硅的层是亲水性的；穿过所说含二氧化硅的层在硅衬底中腐蚀出许多空腔；用HF腐蚀剂腐蚀硅石污斑测试结构，从而使所说空腔的侧壁具有疏水性。
22.如权利要求
21的方法，其中所说含二氧化硅的层具有足够的厚度，以便允许在用HF腐蚀剂腐蚀后至少仍有一些二氧化硅存留在硅衬底上。
23.如权利要求
21的方法，其中所说硅石污斑测试结构是用于动态随机存取存储器的制作过程中。
专利摘要
本发明公开了一种形成硅石污斑的方法、硅石污斑测试结构及其制造方法。本发明目的是提供一种改进的硅石污斑监测技术，所述硅石污斑是在集成电路制作过程中在衬底上形成的。形成硅石污斑的方法包括提供一硅石污斑测试结构，它有一个硅衬底，一个设置于硅衬底上的含亲水性二氧化硅的层，和许多穿过含二氧化硅的层形成于硅衬底中的空腔。这些空腔具有疏水性的侧壁。该方法还包括把硅石污斑测试结构暴露在去离子水中，并且干燥硅石污斑测试结构以在含二氧化硅的层上形成硅石污斑。
文档编号H01L21/304GKCN1137507SQ98109600
公开日2004年2月4日 申请日期1998年6月10日
发明者拉斯·阿恩特, 苏珊·科恩, 罗纳德·霍耶, 科琳·斯内夫利, 霍耶, 拉斯 阿恩特, 斯内夫利, 科恩 申请人:西门子公司, 国际商业机器公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan