专利名称：降低半导体晶片上水迹形成的方法
技术领域：
本发明涉及降低半导体晶片上水迹形成的方法。更具体地，通过使晶片接触一种含有阳离子表面活性剂的溶液而降低半导体晶片上水迹的形成。
在半导体晶片的制造过程中，半导体晶片上的一些无意形成的表面缺陷是不希望的。水迹便是在晶体制造过程中这样一种无意形成的缺陷。
通常，一个半导体晶片具有一个硅表面及其上的一个氧化物薄层。该氧化物层能够通过使该半导体晶片经受湿法化学处理步骤，例如稀氢氟酸浸渍而得以去除。经过这一处理后，该半导体晶片通常要经受去离子水清洗以去除上述化学处理步骤所用的化学物质。然而，晶片表面的硅在与去离子水接触时能够溶解并在溶液中形成反应产物Si(OH)4。当清洗后的半导体晶片经过后续干燥时，溶液中硅又会在半导体晶片表面析出，从而在晶片表面产生水迹。
Einsenberg等的文章“用于半导体工艺的表面化学清洗和钝化”(见Einsenberg et al，Surface Chemical Cleaning and Passivation for SemiconductorProcessing，Materials Research Soc Symp.Proc.No.315，Pittsburgh，pp.485-490(1993))阐述了在水中存在溶解氧时硅的刻蚀机理如下首先Si-Si背键与氧反应；第二步，由于氧的负电性使硅原子得到一个正电荷，从而引起了OH与Si-Si背键的反应；第三步涉及SixOyHz向溶液中释放，硅键和氢反应结束。每当一种水溶液接触一个裸露的或未加保护的硅表面，无意的硅的刻蚀和水迹的形成就是一种潜在问题。
有必要提供一种容易实施的抑制Si溶解的方法，以降低晶片在其处理过程中水迹的形成，从而提高半导体芯片的生产率。
现已发现一些降低半导体晶片上水迹形成的新颖方法，包括以下步骤提供一个半导体晶片，以及使该半导体晶片接触一种含有能降低水迹形成的量的阳离子表面活性剂的溶液。这些吸附在晶片表面(尤其吸附在裸露的硅表面上)的阳离子表面活性剂减少了水和晶片表面的相互作用程度，并协助降低硅的溶解，因而减少了水迹的形成。
在一个具体的有用的实施例中，该方法包括提供一个具有一个包括氧化物和裸露的硅区域的表面的半导体晶片，以及通过使该半导体晶片接触一种含有能降低水迹形成的量的至少一种阳离子表面活性剂的液体而增加该半导体晶片表面的疏水性能。上述一种或几种阳离子表面活性剂不仅使氧化物区域具有疏水性能，而且吸附在硅区域上并降低水与晶片表面的相互作用程度。通过使上述半导体晶片表面与一种有机溶剂接触使上述降低水迹形成量的阳离子表面活性剂得以去除。
本发明总体上涉及在包括随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存贮器(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)和逻辑元件的集成电路的制造过程中降低基片上水迹形成的方法。应当注意到，典型地，集成电路是成排地在一个半导体基片如一个晶片上同时制造的。一旦制造工艺完成，则晶片被切割、分离成单个的芯片，以备封装。
根据本发明，一种阳离子表面活性剂被用来增加晶片表面的疏水性。该阳离子表面活性剂减少或降低硅在用于清洗晶片以去除上一工序中的化学物质的去离子水中的溶解量。结果，就降低了在干燥过程中产生的水迹的可能性。该阳离子表面活性剂接着可以用一种不会发生任何明显程度硅溶解的有机溶剂去除，从而不会有形成水迹的危险。
在一个实施例中，上述半导体晶片包括例如硅。其它类型的半导体晶片，例如硅-锗和绝缘体上外延硅(silicon on insulator，SOI)也是可用的。上述晶片包括在其上制造的多个集成电路。这些集成电路可以处在工序中的任何一个阶段，因此，晶片包括各种各样的区域。例如，在集成电路的制造过程中晶片包括一些氧化物和裸露的硅的区域。所述氧化物区域具有亲水性而上述裸露的硅区域通常具有疏水性。
半导体器件或集成电路的制造典型地是经过一些连续的步骤进行的，其中的一步或多步可能涉及通过光刻技术在表面上形成一个图形。形成图形的步骤典型地包括用一种光致抗蚀材料在基片的至少部分涂覆，暴光上述合适的图形并显影上述光致抗蚀层。一旦光致抗蚀层显影，然后就可以进行后续工序，即刻蚀，使半导体材料在局部被赋予物理特征从而产生一个需要的结构。
刻蚀工序可以通过一种例如湿法化学处理技术实现。典型地，在此湿法化学处理过程中，所述半导体晶片表面与一种酸，例如稀氢氟酸接触。合适的形成图形和湿法化学处理的参数(例如，刻蚀剂的选择、刻蚀剂的浓度、时间、温度等等)都已众所周知。
化学处理步骤之后，通过去除、稀释和/或中和刻蚀剂来清洗被刻蚀过的晶片表面，以停止此化学处理。一种合适的清洗液是去离子水。然而，当去离子水接触晶片时，它将使硅溶解，尤其在裸露的硅区域。在干燥时将产生水迹。
根据本发明的一个实施例，一种包括阳离子表面活性剂的水溶液接触晶片，以降低或防止水迹形成。这种溶液，可以包括例如有机物，以促进其中的表面活性剂的制备。该溶液中阳离子表面活性剂的量应足以有效地降低后续的干燥过程水迹的形成。这种溶液可以在刻蚀工序中作为刻蚀液的一部分施加在晶片上。该溶液也可以在用去离子水清洗晶片之前作为一个独立步骤施加或与清洗液同时施加于晶体。
此处可采用的阳离子表面活性剂包括任何现有的阳离子表面活性剂。在一个实施例中，上述阳离子表面活性剂包括烃基胺类(alkyl amines)。适合的烃基胺类包括，但不限于，那些具有包含4至20个碳原子，优选为6至18个碳原子，更优选为8至16个碳原子的烃基链的胺类。这些烃基胺的例子包括丁胺(butyl amine)、戊胺(pentyl amine)、己胺(hexyl amine)、庚胺(heptylamine)、辛胺(octyl amine)、壬胺(nonyl amine)、癸胺(decyl amine)、十二基胺(dodecyl amine)和同类的胺。优选为包括10、12或14个碳原子的烷基胺，例如庚胺(decyl amine)和十二基胺(dodecyl amine)。几种阳离子表面活性剂的混合物也是可以采用的。
在一个实施例中，与晶片接触的阳离子表面活性剂的量足以有效地降低水迹的形成。什么量为足够量取决于许多因素。这些因素包括，例如，所用的具体的表面活性剂、晶片的尺寸以及晶片的表面特征。典型地，能减少水迹形成的量通常为约0.002mM至约40mM，优选约0.05mM至约20mM，更优选约0.5mM至约2mM。通常，对于烃基胺来说，上述的烃基链越长，所需的表面活性剂的浓度越低。尽管接触时间不太关键，但晶片与阳离子表面活性剂的接触时间应该为约2秒至约60秒，优选约5秒至约45秒，更优选约10秒至约30秒。与上述表面活性剂接触时的温度并不需要精确地控制，但通常为约5℃至约50℃，优选约15℃至约30℃。
所述晶片与阳离子表面活性剂接触之后，只要阳离子表面活性剂还没有从所述晶片上去除，可以接着只用去离子水进行任意清洗。
如果必要，可以接着把阳离子表面活性剂从清洗过的晶片表面去除。通过使一种有机溶剂接触半导体晶片表面而实现这一步骤。可采用的有机溶剂包括醇类(alcohols)，例如，甲醇(methanol)、乙醇(ethanol)、丙醇(propanol)、异丙醇(isopropyl alcohol)、丁醇(butaol)、异丁醇(isobutyl alcohol)及其类似物。优选用乙醇和异丙醇去除上述阳离子表面活性剂。选用醇类作为有机溶剂有利于上述去除过程，因为上述表面活性剂在醇类溶液中可以完全溶解，这便限制了任何碳的残留和污染问题。
据报导晶片的氧化物区域在清洗液的pH值水平上(即pH值大于2的水平)呈现负电性，在这些区域具有亲水性。相反，上述阳离子表面活性剂典型地呈现出一个正电性的基头和一个疏水性的基尾。尽管不想被任何理论限制，但是可以确信，一旦这种表面活性剂接触晶片的上述氧化物区域，则该表面活性剂就有利于被这些氧化物吸附。更具体地，可以确信，阳离子表面活性剂的正电性的基头吸附于负电性的氧化物表面。这样一来，上述氧化物区域就将呈现疏水性。在上述半导体晶片表面的裸露硅区域，可以确信所述表面活性剂被吸附且会促使上述半导体晶片表面的裸露硅区域具有更大的疏水性和更低的被水侵蚀的可能性。因此，认为加入上述阳离子表面活性剂将使上述半导体晶片的整个表面呈现疏水性。这样一来，水便被晶片表面排斥，从而减少了硅的溶解。这样便抑制了由晶片干燥时将会发生的溶解硅的再沉积而引起的水迹的形成。
尽管本发明已经参照各种说明性实施例进行了描述，但是本领域的技术人员将明白，在不背离本发明的范围和精神的情况下可以对其进行各种修改和变化。因此本发明不应该由上述描述进行限制，而应该由后面的权利要求及其等同物来进行限定。
权利要求
1.一种防止半导体晶片上水迹形成的方法，包括(a)提供一个半导体晶片，该晶片上有一个具有亲水性能的区域；和(b)使该晶片接触一种含有阳离子表面活性剂的溶液。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述阳离子表面活性剂使所述具有亲水性能的区域呈现疏水性。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述阳离子表面活性剂包括烃基胺。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述阳离子表面活性剂选自由烃基胺构成的一组物质，所述烃基中包括4至20个碳原子。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述烃基胺选自于包括癸胺和十二基胺的一组物质。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述溶液包括约0.002mM至约40mM的量的阳离子表面活性剂。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述溶液在一个冲洗步骤内接触所述晶片。
8.根据权利要求2所述的方法，还包括从所述半导体晶片表面去除所述阳离子表面活性剂的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述阳离子表面活性剂是通过使所述晶片接触一种有机溶剂而去除的。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述有机溶剂是一种醇。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述醇选自于一组包括乙醇和异丙醇在内的物质。
12.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤(a)包括湿法化学处理半导体晶片的步骤。
13.根据权利要求2所述的方法，其中，半导体晶片的表面具有包括氧化物的亲水区域。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述氧化物包括二氧化硅。
15.一种降低半导体晶片的表面上水迹形成的方法，包括(a)提供一个具有一个包括氧化物和裸露硅区域的表面的半导体晶片；和(b)通过使所述半导体晶片的表面接触一种含有至少一种能降低水迹的量的阳离子表面活性剂，以增加所述晶片表面的疏水性。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述阳离子表面活性剂选自一组包括烃基胺的物质。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述烃基胺选自一组包括癸胺和十二基胺在内的物质。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述溶液的阳离子表面活性剂的含量为约0.002mM至约40mM。
19.根据权利要求15所述的方法，还包括通过使所述晶片的表面接触一种有机溶剂而从所述晶片表面去除阳离子表面活性剂的步骤。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述有机溶剂是一种醇。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述醇选自一组包括乙醇和异丙醇在内的物质。
全文摘要
一种用于降低水迹形成的方法,包括提供一个半导体晶片和使该半导体晶片接触一种包含能降低水迹的量的至少一种阳离子表面活性剂的溶液。吸附在晶片表面的阳离子表面活性剂减少了水和晶片表面的相互作用程度,并协助降低硅的溶解,因而减少了水迹的形成。
文档编号H01L21/304GK1203441SQ9811500
公开日1998年12月30日 申请日期1998年6月19日 优先权日1997年6月25日
发明者拉维库马·拉马钱德朗 申请人:西门子公司