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在半導(dǎo)體制造中，半導(dǎo)體的濕法清洗使用氫氟酸(HF)、標(biāo)準(zhǔn)清洗1(SCI)和標(biāo)準(zhǔn)清洗2(SC2)的順序化學(xué)配方進(jìn)行柵極前清洗。該清洗程序旨在通過(guò)HF去除大塊二氧化硅(SiO)，然后用SCI(去離子水(DI)、氫氧化氨(NH，OH)和過(guò)氧化氫(HCO)的混合物)清洗顆粒，然后用SC2(去離子水、鹽酸(HCI)和HCO的混合物)清洗金屬。該順序清潔過(guò)程之后通常是最后的異丙醇(異丙醇)干燥步驟。在每個(gè)步驟之間通常會(huì)進(jìn)行中間去離子水沖洗。重要的是在高頻之后和化學(xué)氣相沉積重新生長(zhǎng)一氧化硅層之前，清潔半導(dǎo)體襯底的硅(硅)表面。任何由硅-二氧化硅界面中的顆粒、金屬或表面粗糙度引起的缺陷都可能導(dǎo)致氧化物電荷-擊穿(Qtd)故障的電測(cè)試，導(dǎo)致器件成品率降低。
用于清洗半導(dǎo)體晶片的系統(tǒng)和方法，其中消除了SCI和SC2的使用，代之以DIO和稀釋化學(xué)物質(zhì)的使用。在一個(gè)方面，本方法包括：(a)在處理室中支撐至少一個(gè)半導(dǎo)體晶片，該半導(dǎo)體晶片具有硅基底，在至少一個(gè)預(yù)柵極結(jié)構(gòu)中具有二氧化硅層；(b)將去離子水中的氫氟酸水溶液施加到半導(dǎo)體晶片上，以去除二氧化硅層并形成柵極；(c)向半導(dǎo)體晶片施加臭氧化去離子水(DIO ),以從柵極去除顆粒并鈍化硅基底；(d)將氫氟酸和鹽酸在去離子水中的稀溶液施加到半導(dǎo)體晶片上，以去除由于施加DIO而可能在柵極中形成的任何二氧化硅層，并去除任何金屬污染物；以及(e)將DIO應(yīng)用于半導(dǎo)體晶片，以在柵極中的硅基底上生長(zhǎng)新的二氧化硅層。?
本方法不限于任何特定的工藝參數(shù)，但是優(yōu)選的是，氟化氫水溶液的應(yīng)用目標(biāo)是從預(yù)柵結(jié)構(gòu)中去除130埃的一氧化硅層(熱氧化物)。該目標(biāo)和工藝參數(shù)可以根據(jù)被加工的器件和/或晶片的精確加工需要而改變。氟化氫水溶液的應(yīng)用優(yōu)選從預(yù)柵極結(jié)構(gòu)中去除所有的一氧化硅層，從而暴露柵極結(jié)構(gòu)中的裸露硅基底。在HF水溶液的施加完成后，系統(tǒng)控制器關(guān)閉閥，打開(kāi)閥，并啟動(dòng)泵。結(jié)果，氟化氫水溶液的流動(dòng)停止，去離子水從容器中抽出，并通過(guò)噴嘴被壓到晶片表面上。電機(jī)在處理過(guò)程中連續(xù)旋轉(zhuǎn)晶片。這種高流量去離子水沖洗優(yōu)選在至60℃的溫度下對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行2至7分鐘的時(shí)間。最優(yōu)選地，該高流量去離子水沖洗在40℃持續(xù)5分鐘。最終沖洗能夠達(dá)到18兆歐姆的去離子水電阻率。可以通過(guò)在去離子水供應(yīng)線(xiàn)上適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合加熱器或冷卻器來(lái)控制溫度，這又可以由系統(tǒng)控制器來(lái)控制。如果需要，聲能可以在去離子水沖洗期間施加到晶片上，以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)清洗。?
在去離子水沖洗完成后，系統(tǒng)控制器關(guān)閉閥，打開(kāi)閥，并啟動(dòng)泵。結(jié)果，去離子水流動(dòng)停止，DIO從容器中被抽出，并被供應(yīng)到噴嘴，用于施加到晶片的頂面。同樣在此時(shí)，系統(tǒng)控制器激活聲能源，這導(dǎo)致聲能被產(chǎn)生并經(jīng)由發(fā)射器（和DIO耦合層)傳輸?shù)骄砻妗．?dāng)DIO施加到半導(dǎo)體晶片表面時(shí)，DIO接觸暴露的裸露硅基底，并有助于去除顆粒和/或污染物。DIO的臭氧濃度優(yōu)選為30-50 ppm，更優(yōu)選為40 ppm去離子水。DIO優(yōu)選處于20-40℃的溫度，更優(yōu)選大約30℃。DIO優(yōu)選施加4-8分鐘，更優(yōu)選大約6分鐘。聲能優(yōu)選為兆頻超聲波頻率，并且在DIO應(yīng)用期間以1400瓦的功率施加到半導(dǎo)體晶片。DIO應(yīng)用的目標(biāo)是通過(guò)氧化表面，將暴露的硅基底從疏水性鈍化為親水性。同樣，溫度可以通過(guò)使用在線(xiàn)加熱器或在線(xiàn)冷卻器來(lái)控制。?
在DIO應(yīng)用之后，進(jìn)行4分鐘的高流量去離子水沖洗。該第二去離子水沖洗通過(guò)系統(tǒng)控制器關(guān)閉閥、停用聲能源、打開(kāi)閥和啟動(dòng)泵來(lái)完成。作為這些行動(dòng)的結(jié)果，DIO的流動(dòng)和聲能的創(chuàng)造被停止了。去離子水從容器中抽出，并被強(qiáng)制通過(guò)噴嘴，以施加到晶片上。該第二次沖洗的去離子水優(yōu)選保持在40℃的溫度，并且優(yōu)選最終達(dá)到18兆歐姆的電阻率。如果需要，聲能可以在第二次沖洗過(guò)程中施加到晶片上。所有溫度都由在線(xiàn)加熱器或冷卻器控制。?
一旦dHF/HCI的應(yīng)用完成，該高流量去離子水沖洗優(yōu)選在45℃下持續(xù)8分鐘。聲能優(yōu)選以1400瓦的能量和兆頻超聲波頻率施加。?
在完成第三次去離子水沖洗后，進(jìn)行第二次DIO施加，以在裸硅基底22上生長(zhǎng)高質(zhì)量的一氧化硅層。優(yōu)選地，DIO的這種應(yīng)用與聲能的應(yīng)用相結(jié)合。DIO的第二次應(yīng)用優(yōu)選地處于比第一次DIO應(yīng)用更低的臭氧濃度。具體而言，DIO的這種應(yīng)用優(yōu)選地具有低于20 ppm去離子水的臭氧濃度。DIO在30℃的溫度下應(yīng)用6分鐘。在這個(gè)DIO應(yīng)用過(guò)程中，聲能以1400瓦的功率和兆頻超聲波頻率應(yīng)用。?
圖2示出了在執(zhí)行上述五種清潔配方后Qbd數(shù)據(jù)的威布爾圖。它是作為氧化物電場(chǎng)的函數(shù)的故障數(shù)量的圖，該電場(chǎng)是氧化物質(zhì)量的量度。該圖顯示，在執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的預(yù)柵極清潔配方(在圖2中命名為HFDO3HF/ HC1DO3)之后，一氧化硅顯示出最佳結(jié)果。該圖還顯示，根據(jù)本發(fā)明的預(yù)柵極清潔配方(在圖2中命名為HFDO3HF/HC1DO3)也具有最佳的Qtd結(jié)果。
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圖2
圖3和圖4分別示出了將現(xiàn)有技術(shù)配方與本發(fā)明的配方進(jìn)行比較的更多結(jié)果Vq和RBS測(cè)量。圖3顯示了Vq數(shù)據(jù)。它表明，本發(fā)明的配方，HF+DIO，+dHF/HCI+DIO”比標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)配方HF+SCI+SC2具有更低的Vq。這表明本發(fā)明的化合物(具有DIO)比SCI和SC2生長(zhǎng)得更厚。圖4顯示了RBS數(shù)據(jù)。它表明，本發(fā)明的配方，HF+DIO，+dHF/HCI+DIO在柵極SiO表面上的缺陷數(shù)比標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有技術(shù)配方HF+SCI+SC2低。
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圖3
因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，隨著半導(dǎo)體器件尺寸的縮小，傳統(tǒng)的HF+SCI+SC2的柵極前清洗將不再滿(mǎn)足產(chǎn)量要求，因?yàn)樵跂艠O氧化物的清洗中生長(zhǎng)的Si表面被SCI和低質(zhì)量的SiO損壞。然而，本發(fā)明通過(guò)使用DIO代替SCI和使用DIO生長(zhǎng)更好的SiO來(lái)解決這些問(wèn)題。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，只有臭氧濃度高的DIO才有利于顆粒物的去除。此外，DIO的高濃度羥基自由基(OH*)和DIO的+dHF/HCI可能有助于清除。
雖然本方法是根據(jù)清洗預(yù)柵極結(jié)構(gòu)來(lái)描述的，但這只是根據(jù)本發(fā)明可以執(zhí)行的“臨界清洗”的一個(gè)例子。此外，在一些實(shí)施例中，可能沒(méi)有必要在每個(gè)工藝步驟之間執(zhí)行沖洗步驟。此外，在本方法的一些實(shí)施例中，兆頻超聲波能量可以施加到晶片的與預(yù)柵結(jié)構(gòu)器件相對(duì)的一側(cè)。