形成矽石汙斑的方法、矽石汙斑測試結構及其製造方法
2023-05-21 21:31:51 1
專利名稱:形成矽石汙斑的方法、矽石汙斑測試結構及其製造方法
技術領域：
本發明涉及集成電路的製造。特別是本發明涉及在集成電路製作過程中在襯底上形成矽石汙斑的方法，及矽石汙斑測試結構及其製造方法。
背景技術：
在生產半導體集成電路時，晶片在加工過程中時常要使用溼化學試劑。例如，有些加工過程需要把已構圖的晶片浸入溼的、液體化學試劑中進行腐蝕。在晶片的暴露部分被溼化學試劑腐蝕掉後，將晶片取出，再用去離子水清洗，然後乾燥。
清洗和乾燥後，發現在晶片表面有時會出現矽石汙斑。矽石汙斑是由清洗液中的溶解二氧矽產生的，它們在乾燥過程中又重新澱積在晶片表面上。如果晶片在清洗和乾燥後，留下了足夠厚的矽石汙斑層，這些汙斑就會影響後續的加工工序。例如不希望有的矽石汙斑充當了晶片上的沾汙雜質，它會影響製作成的IC的電學特性。再例如矽石汙斑會充當後續腐蝕工序的非有意掩模。所屬領域的技術人員都明白這些矽石汙斑通常是不希望有的。
為了監測晶片表面矽石汙斑的存在及數量，通常需要矽石測試結構。矽石汙斑測試結構被設計成能夠增強矽石汙斑的形成，從而把它們變成更容易被探測和監測。
現有技術中，曾提出過幾種矽石汙斑測試結構。為易於討論，圖1展示了現有技術的平面型矽石汙斑測試結構100，一般情況下，它形成在矽晶片102的上面。在矽晶片102上，顯示了許多二氧化矽(SiO2)條104。二氧化矽條104一般情況下是這樣形成的，首先統一地在矽晶片102上澱積一層二氧化矽，然後深腐蝕掉部分二氧化矽(利用適當的光刻膠掩模和腐蝕劑)，從而形成條狀圖形。
當清洗和乾燥帶有矽石汙斑測試結構100的晶片時，交替排列的條狀矽和二氧化矽材料允許包含矽石的清洗液的液滴沾附在測試結構的表面上。當液滴乾燥後，留下了汙斑。這些汙斑在圖2中表示為在矽石汙斑測試結構100上的汙斑202。
在圖2中，示出的汙斑202清晰可見，因而可以探測。實際上，現有技術的矽石汙斑測試結構(例如，如圖1和圖2所示現有技術的矽石汙斑測試結構100)一般得不到能夠用通常的光學顯微鏡(例如，10倍到100倍)探測的有足夠大尺寸和厚度的汙斑。一般情況下，在現有技術中，必需在汙斑上採取額外的處理來使汙斑易於被探測和測量。例如，一種現有技術汙斑監測技術要求對形成在現有技術矽石汙斑測試結構上的汙斑在能被探測和/或測量之前要通過反應離子腐蝕(RIE)被進一步腐蝕。例如通過監測RIE畸變確定汙斑的存在和數量。
所屬領域的技術人員明白，探測和/或測量形成在現有技術矽監測測試結構上的汙斑需要的附加處理步驟有許多缺點。至少，附加處理會對工藝工程師帶來不便，他們必須在可以探測矽石汙斑的存在和/或數量前進行額外的工作。另外附加處理還引起附加的複雜情況，這通常可以從所需的額外時間和/或花費來衡量。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種改進的矽石汙斑監測技術，具體而言，提供一種在襯底上形成矽石汙斑的方法，及矽石汙斑測試結構及其製造方法。
在一個實施例中，本發明涉及一種在襯底上形成矽石汙斑的方法，以在集成電路製作過程中易於監測矽石汙斑。這個方法包括提供一種矽石汙斑測試結構，這個結構具有一矽襯底，一澱積在矽襯底上含親水性二氧化矽的層，和許多穿過含二氧化矽的層製作在矽襯底中的空腔。這種空腔具有疏水的側壁。本方法還包括把矽石汙斑測試結構暴露在去離子水中，然後乾燥矽石汙斑測試結構，以在含二氧化矽的層上形成矽石汙斑。
另一個實施例中，本發明涉及一種矽石汙斑測試結構，它能使矽石汙斑容易形成。矽石汙斑測試結構包括一個矽襯底，一層澱積在矽襯底上含二氧化矽的層。含二氧化矽的層是親水性的較好。這個矽石汙斑測試結構還包括許多穿過含二氧化矽的層製作在矽襯底中的空腔。這些空腔最好具有疏水的側壁。
再一個實施例中，本發明涉及一種製造矽石汙斑測試結構的方法。矽石汙斑測試結構被構形成用來監測在集成電路生產過程中形成的矽石汙斑。本方法包括提供一矽襯底，在矽襯底上澱積一含二氧化矽的層。這層含二氧化矽的層最好具有親水性。本方法還包括穿過含二氧化矽的層在矽襯底中腐蝕出許多空腔。該方法還包括用HF腐蝕劑腐蝕矽石汙斑測試結構，從而使這些空腔的側壁具有疏水性。
由於本發明提供的形成矽石汙斑的方法，能夠顯著增加清洗工序中的矽的溶解量，易於直觀觀測，本發明提供的矽石汙斑測試結構能夠使矽斑易於形成。
結合附圖及下面對發明的詳細說明，本發明的這些及其它的特點將會更明了。
下面結合附圖通過非限定性的實例說明本發明，在各附圖中，相同標記表示相同的部件，其中圖1是現有技術平面矽石汙斑測試結構。
圖2是在圖1的現有技術平面矽石汙斑測試結構上形成的汙斑。
圖3是根據本發明的一個實施例，說明本發明的矽石汙斑測試結構的一部分。
圖4是根據本發明的一個實施例，說明在圖3的本發明的矽石汙斑測試結構上形成的汙斑。
圖5是一個流程圖，表示形成和使用本發明的矽石汙斑測試結構來探測和/或監測矽石汙斑的步驟。
具體實施方式
下面結合附圖中所提供的幾個例示性的實施例詳細說明本發明。在下面的說明中，描述了一些具體的細節，以便更充分地了解本發明。但是，很顯然，對所屬領域的技術人員來說，不用這些具體細節中的一部分或全部也可以實施本發明。另一方面，對眾所周知的工藝步驟和/或結構沒有詳細說明，這是為了更容易了解本發明。
根據本發明的一個實施例，提供一種發明的矽石汙斑形成技術，能夠顯著增加在清洗工序中矽的溶解量。通過增加矽的水合物，在乾燥後留在測試結構上的矽石汙斑就會顯著增大和/或變厚，這樣利用通常的光學監測設備(如，利用常規的10倍-100倍光學顯微鏡)更易於直觀地進行監測。
根據這個實施例，提供了一種發明的矽石汙斑測試結構，它具有大的表面區域以供矽溶解。與現有技術平面矽石汙斑測試結構相比，本發明的矽石汙斑測試結構利用了許多空腔(即孔和溝槽)的很大的側壁表面積，這些空腔形成在矽襯底中，目的是增加矽的溶解。這些空腔的大側壁表面積能保證在清洗過程中有大量的矽溶解，這樣就在測試結構乾燥後能形成更大的汙斑。
根據本發明的一個方案，使空腔的矽側表面積具有疏水性(例如用HF腐蝕劑腐蝕測試結構)。而測試結構的上表面區域卻仍保持親水性(例如在其上保持一層二氧化矽的敷層)。在清洗過程中，由於毛細作用，去離子水存留在空腔中，從而增加二氧化矽溶解。在乾燥過程中，測試結構的親水性的上表面區域仍允許更多的二氧化矽的水合物溶液存留在上表面區域。乾燥後，便形成更大的和/或更厚的汙斑。
可以通過參閱圖3來更好地理解本發明的特點和優點。圖3示出了本發明的矽石汙斑測試結構302的一部分。矽石汙斑測試結構302一般是由矽襯底304構成。在矽襯底304上，設置可染色的層306。可染色層306在H-F腐蝕後仍有足夠的親水性，以有效的促使在其上形成矽石汙斑。在一個實施例中，可染色層306包括介質材料。例如，這樣的介質材料包括二氧化矽(SiO2)，如TEOS或其它的含氧矽層。含二氧化矽的層306可以利用任何通常的澱積技術來澱積，包括化學氣相沉積(CVD)或低壓化學氣相沉積(LPCVD)。包括例如氮化物或氮氧化物的其它層也是有用的。
穿過含二氧化矽的層306在矽襯底304中形成許多空腔308。雖然在這個例子中空腔308被示意成孔，但在其它情況下也可以是溝槽。正如所提及的，空腔308的側壁表面310提供主要的矽溶解點，並且形成的汙斑數量與側壁表面積成正比例，任何情況下都是如此。
在一個實施例中，可以用反應離子刻蝕法(RIE)腐蝕空腔308。然而，空腔308也可以利用適當的腐蝕劑和一種適當的光刻膠技術，通過任何通常的腐蝕方法形成。一種這樣的光刻膠技術是，在含二氧化矽的層306上澱積光刻膠材料，用接觸或分步印刷系統曝光光刻膠，並且顯影光刻膠以形成掩模，為後續的腐蝕作準備，由此構圖光膠層。
空腔308形成後，用HF腐蝕劑腐蝕空腔308的側壁310，使側壁表面310具有疏水性。可以確信，這樣的腐蝕會導致從側壁表面310除去自然氧化層，並在側壁表面310形成懸空氫原子。為此，側壁表面310從親水性變為疏水性。
含二氧化矽的層306較好的是具有足以使在HF腐蝕後在矽石汙斑測試結構302表面上仍能夠存留一些親水性二氧化矽的厚度。粗糙的親水性二氧化矽表面增加了矽石溶解液的存留，導致在乾燥後矽石汙斑會更大和/或更厚。例示性矽石汙斑在圖4中顯示為矽石汙斑402。
圖5是一個流程圖，展示了形成和使用本發明的矽石汙斑測試結構來探測和/或監測矽石汙斑的步驟。在步502，提供一矽襯底，例如矽晶片。該矽襯底可以是特定襯底或一種產品襯底的一部分，例如一個用於製作動態存儲器(DRAM)或其它的半導體器件的襯底。在步504，一含親水性二氧化矽(SiO2)的層整體地澱積在矽襯底上。如上所述，含二氧化矽的層較好的是具有足以使用HF腐蝕後仍能存留一些親水性的二氧化矽的厚度。在一個實施例中，含二氧化矽的層的適宜的厚度是約3.5×10-5cm(3500埃)。
在步506，穿過含二氧化矽的層在矽襯底中腐蝕成許多空腔(例如孔或溝槽)。如上所述，空腔較好具有保證在清洗和開始乾燥時空腔內的毛細作用能留住去離子水(因而增加矽石的溶解)，同時還能為石矽溶解提供很大的表面積。
在步508，空腔的側壁表面用HF腐蝕劑腐蝕。在一個實施例中，使用濃度約在0.001％到1％之間的HF水溶液進行溼法HF腐蝕。較好是利用0.05％的水溶液溼法腐蝕側壁表面約1-2分鐘。HF溶液的濃度和腐蝕時間應能保證側壁表面轉變成疏水性，但同時在矽石汙斑測試結構表面仍留有含有親水性二氧化矽的層為宜。
注意，HF腐蝕不是必須的溼法腐蝕。其它的腐蝕技術(例如等離子體腐蝕)也是可用的。而且，其它的能夠把側壁轉變成疏水性的腐蝕劑也是可用的。例如，這樣的腐蝕劑包括如KOH等鹼性物質。
在步510，在去離子水溶液中清洗襯底。水進入空腔中並被空腔中的毛細作用保持在裡面。水在空腔中溶解側壁表面的矽石。例如清洗工序的時間可以是1分鐘到1小時之間的任意時間，一個實例所用時間是約10分鐘，效果很好。
在步512，乾燥矽石汙斑測試結構，除去去離子水，從而形成汙斑。可以用任何常用方法來完成乾燥工作，包括利用低壓，提高溫度，旋轉的方法和使用酒精，液體或氣體浸入的方法等等。意想不到的是，在乾燥和/或清洗過程中，含矽石的溶液被從大高寬比的空腔中拉到表面。這就與所希望的形成了對比，希望的是大高寬比空腔的毛細作用會在乾燥和/或清洗過程中繼續把含矽石溶液保持住，這樣就會導致較小的和/或更薄的汙斑。實際上，觀察到相反效果，形成的矽石汙斑比現有技術平面矽石汙斑測試結構形成的要更厚和/或更大。
雖然理論還無法解釋，但可以相信，在乾燥過程中保持空腔中溶液的毛細作用在空腔開口被打開時作用會相反。這樣就使飽含矽石的水溶液被拉到表面，在那裡它們被乾燥，形成汙斑。
在任何情況下，在表面發現的矽石汙斑都足夠大和/或厚，可以利用通常的10倍到100倍光學顯微鏡進行觀察。也可以任意地利用常規的厚度測量技術(例如SEM圖像技術，接觸測量技術，等等)測量矽石汙斑。因為形成的汙斑比較厚和/或大，這樣的汙斑還提高了自動汙斑探測技術的準確率，這可以被生產者用在自動確定襯底表面汙斑的數量。
重要的是，空腔的尺寸要適當，使裡面的表面張力能夠留住去離子水，以溶解矽石，儘管空腔側壁具有疏水性。而且，空腔彼此要有適當的間距，以便形成最大矽石汙斑。在一個實施例中，空腔高寬比要足夠大，以使去離子水能夠留在空腔中，溶解裡面的矽石。例如，空腔高寬比約大於等於約20∶1(即，空腔的深度至少要20倍於它的寬度)。臨界尺寸，即空腔的寬，要小於約0.5微米。相鄰的空腔之間的距離要小於約0.5微米。
在一個實施例中，空腔高寬比在20∶1到約500∶1之間，更好的是在約20∶1到約80∶1，並且最好是約40∶1。臨界尺寸可以在0.05微米到約0.5微米之間，更好的是在約0.175微米到約0.5微米之間，最好是約0.25微米。相鄰空腔之間的距離要在0.05微米到約0.5微米之間，更好的是在0.2微米到約0.5微米之間，最好是約0.3微米。在這些範圍內，期望本發明的矽石汙斑測試結構能比用現有技術平面矽石汙斑測試結構形成更大和/或厚的汙斑(從而更容易被觀察)。因為利用本發明的矽石汙斑監測技術形成的汙斑不再需要額外的處理就能夠被觀察和/或測量，所以可以節約時間和花費。
根據本發明的一個方案，矽石汙斑測試結構可以留在它自己的晶片上，這樣的晶片周期性地放在生產晶片(例如用於製造DRAMs或其它的半導體器件的晶片)組之間進行處理，用來監測某一個工序的一致性(相對汙斑形成的情況)。因為形成和監測矽石汙斑不需要額外處理(例如，在現有技術中，為觀察汙斑而進行的上述RIE腐蝕)或任何其它的破壞性的工序，本發明的矽石汙斑測試結構可以被一遍一遍地清洗和再利用，因此節約了成本。
或者，本發明的矽石汙斑測試結構可以製作在生產晶片(例如，用來生產DRAMs或其它的半導體器件的晶片)的一部分上，使生產工程師可以監測某一給定的晶片在清洗和乾燥後出現的矽石汙斑的數量。這種布局更加具有優越性，因為空腔可以利用用於製作半導體器件(例如，DRAMs)的同樣的VLSI製作工藝形成。
雖然用幾個說明性的實施例闡述了本發明，但存在著落入本發明範圍內的替代、變換和等同物等。所以權利要求
書應解釋為包括溶入本發明精神和範圍中的所有這些替代、變換和等同物。
權利要求
1.一種在集成電路製作過程中在襯底上形成矽石汙斑的方法，它便於監測所說矽石汙斑，所說方法包括提供矽石汙斑測試結構，包括矽襯底；設置於所說的矽襯底上的一含親水性二氧化矽的層；及多個穿過所說含二氧化矽的層形成在矽襯底中的空腔，所說空腔具有疏水性的側壁；將所說矽石汙斑測試結構暴露在去離子水中；乾燥所說矽石汙斑測試結構，以在含二氧化矽的層上形成所說矽石汙斑。
2.如權利要求
1的方法，其中至少一些所說空腔是矽襯底中穿過所說含二氧化矽的層的孔。
3.如權利要求
1的方法，其中至少一些所說空腔是矽襯底中穿過所說含二氧化矽的層的溝槽。
4.如權利要求
1的方法，其中至少一些空腔的高寬比大於20∶1。
5.如權利要求
1的方法，其中至少一些空腔的高寬比大於80∶1。
6.如權利要求
1的方法，其中至少一些空腔的高寬比是40∶1。
7.如權利要求
1的方法，其中至少一些空腔具有小於0.5微米的臨界尺寸。
8.如權利要求
1的方法，其中至少一些空腔具有0.25微米的臨界尺寸。
9.如權利要求
1的方法，其中至少一些相鄰所說空腔間隔小於0.5微米的間距。
10.如權利要求
1的方法，其中所說集成電路製作包括動態隨機存取存儲器的製作。
11.如權利要求
10的方法，其中所說矽襯底是用於製作所說動態隨機存取存儲器的襯底的一部分。
12.一種便於形成矽石汙斑的矽石汙斑測試結構，包括矽襯底；設置於所說矽襯底上的一含二氧化矽的層，所說含二氧化矽的層是親水性的；及許多穿過所說含二氧化矽的層形成在矽襯底中的空腔，所說空腔具有疏水性的側壁；
13.如權利要求
12的矽石汙斑測試結構，其中通過腐蝕劑HF腐蝕所說矽石汙斑測試結構使所說空腔的所說側壁具有疏水性。
14.如權利要求
13的矽石汙斑測試結構，其中所說含二氧化矽的層足夠厚，以便允許腐蝕後在矽襯底上仍能存留一些二氧化矽。
15.如權利要求
12的矽石汙斑測試結構，其中至少一些所說空腔為矽襯底中穿過含二氧化矽的層的孔。
16.如權利要求
12的矽石汙斑測試結構，其中至少一些所說空腔為矽襯底中穿過含二氧化矽的層的溝槽。
17.如權利要求
12的矽石汙斑測試結構，其中至少一些所說空腔的高寬比大於20∶1。
18.如權利要求
12的矽石汙斑測試結構，其中至少一些所說空腔的臨界尺寸小於0.5微米。
19.如權利要求
12的矽石汙斑測試結構，其中所說集成電路製作包括動態隨機存取存儲器製作。
20.如權利要求
12的矽石汙斑測試結構中，所說矽襯底是用於製作動態隨機存取存儲器的襯底的一部分。
21.一種製造矽石汙斑測試結構的方法，所說矽石汙斑測試結構構形成用來監測集成電路製作過程中形成的矽石汙斑，包括提供矽襯底；在所說矽襯底上澱積一含二氧化矽的層，所說含二氧化矽的層是親水性的；穿過所說含二氧化矽的層在矽襯底中腐蝕出許多空腔；用HF腐蝕劑腐蝕矽石汙斑測試結構，從而使所說空腔的側壁具有疏水性。
22.如權利要求
21的方法，其中所說含二氧化矽的層具有足夠的厚度，以便允許在用HF腐蝕劑腐蝕後至少仍有一些二氧化矽存留在矽襯底上。
23.如權利要求
21的方法，其中所說矽石汙斑測試結構是用於動態隨機存取存儲器的製作過程中。
專利摘要
本發明公開了一種形成矽石汙斑的方法、矽石汙斑測試結構及其製造方法。本發明目的是提供一種改進的矽石汙斑監測技術，所述矽石汙斑是在集成電路製作過程中在襯底上形成的。形成矽石汙斑的方法包括提供一矽石汙斑測試結構，它有一個矽襯底，一個設置於矽襯底上的含親水性二氧化矽的層，和許多穿過含二氧化矽的層形成於矽襯底中的空腔。這些空腔具有疏水性的側壁。該方法還包括把矽石汙斑測試結構暴露在去離子水中，並且乾燥矽石汙斑測試結構以在含二氧化矽的層上形成矽石汙斑。
文檔編號H01L21/304GKCN1137507SQ98109600
公開日2004年2月4日 申請日期1998年6月10日
發明者拉斯·阿恩特, 蘇珊·科恩, 羅納德·霍耶, 科琳·斯內夫利, 霍耶, 拉斯 阿恩特, 斯內夫利, 科恩 申請人:西門子公司, 國際商業機器公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan