專利名稱：改進(jìn)的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)和其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路的制造。特別是本發(fā)明涉及晶片污斑監(jiān)測的設(shè)備及方法。
在生產(chǎn)半導(dǎo)體集成電路時，晶片在加工過程中時常要使用濕化學(xué)試劑。例如，有些加工過程需要把已構(gòu)圖的晶片浸入濕的、液體化學(xué)試劑中進(jìn)行腐蝕。在晶片的暴露部分被濕化學(xué)試劑腐蝕掉后，將晶片取出，再用去離子水清洗，然后干燥。
清洗和干燥后，發(fā)現(xiàn)在晶片表面有時會出現(xiàn)硅石污斑。硅石污斑是由清洗液中的溶解二氧硅產(chǎn)生的，它們在干燥過程中又重新淀積在晶片表面上。如果晶片在清洗和干燥后，留下了足夠厚的硅石污斑層，這些污斑就會影響后續(xù)的加工工序。例如不希望有的硅石污斑充當(dāng)了晶片上的沾污雜質(zhì)，它會影響制作成的IC的電學(xué)特性。再例如硅石污斑會充當(dāng)后續(xù)腐蝕工序的非有意掩模。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員都明白這些硅石污斑通常是不希望有的。
為了監(jiān)測晶片表面硅石污斑的存在及數(shù)量，通常需要硅石測試結(jié)構(gòu)。硅石污斑測試結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成能夠增強(qiáng)硅石污斑的形成，從而把它們變成更容易被探測和監(jiān)測。
現(xiàn)有技術(shù)中，曾提出過幾種硅石污斑測試結(jié)構(gòu)。為易于討論，

圖1展示了現(xiàn)有技術(shù)的平面型硅石污斑測試結(jié)構(gòu)100，一般情況下，它形成在硅晶片102的上面。在硅晶片102上，顯示了許多二氧化硅(SiO2)條104。二氧化硅條104一般情況下是這樣形成的，首先統(tǒng)一地在硅晶片102上淀積一層二氧化硅，然后深腐蝕掉部分二氧化硅(利用適當(dāng)?shù)墓饪棠z掩模和腐蝕劑)，從而形成條狀圖形。
當(dāng)清洗和干燥帶有硅石污斑測試結(jié)構(gòu)100的晶片時，交替排列的條狀硅和二氧化硅材料允許包含硅石的清洗液的液滴沾附在測試結(jié)構(gòu)的表面上。當(dāng)液滴干燥后，留下了污斑。這些污斑在圖2中表示為在硅石污斑測試結(jié)構(gòu)100上的污斑202。
在圖2中，示出的污斑202清晰可見，因而可以探測。實(shí)際上，現(xiàn)有技術(shù)的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)(例如，如圖1和圖2所示現(xiàn)有技術(shù)的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)100)一般得不到能夠用通常的光學(xué)顯微鏡(例如，10倍到100倍)探測的有足夠大尺寸和厚度的污斑。一般情況下，在現(xiàn)有技術(shù)中，必需在污斑上采取額外的處理來使污斑易于被探測和測量。例如，一種現(xiàn)有技術(shù)污斑監(jiān)測技術(shù)要求對形成在現(xiàn)有技術(shù)硅石污斑測試結(jié)構(gòu)上的污斑在能被探測和/或測量之前要通過反應(yīng)離子腐蝕(RIE)被進(jìn)一步腐蝕。例如通過監(jiān)測RIE畸變確定污斑的存在和數(shù)量。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員明白，探測和/或測量形成在現(xiàn)有技術(shù)硅監(jiān)測測試結(jié)構(gòu)上的污斑需要的附加處理步驟有許多缺點(diǎn)。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硅石污斑的存在和/或數(shù)量前進(jìn)行額外的工作。另外附加處理還引起附加的復(fù)雜情況，這通?？梢詮乃璧念~外時間和/或花費(fèi)來衡量。
鑒于上述情況，希望有改進(jìn)的硅石污斑監(jiān)測技術(shù)。
在一個實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種在襯底上形成硅石污斑的方法，以在集成電路制作過程中易于監(jiān)測硅石污斑。這個方法包括提供一種硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)具有一硅襯底，一淀積在硅襯底上含親水性二氧化硅的層，和許多穿過含二氧化硅的層制作在硅襯底中的空腔。這種空腔具有疏水的側(cè)壁。本方法還包括把硅石污斑測試結(jié)構(gòu)暴露在去離子水中，然后干燥硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，以在含二氧化硅的層上形成硅石污斑。
另一個實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，它能使硅石污斑容易形成。硅石污斑測試結(jié)構(gòu)包括一個硅襯底，一層淀積在硅襯底上含二氧化硅的層。含二氧化硅的層是親水性的較好。這個硅石污斑測試結(jié)構(gòu)還包括許多穿過含二氧化硅的層制作在硅襯底中的空腔。這些空腔最好具有疏水的側(cè)壁。
再一個實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種制造硅石污斑測試結(jié)構(gòu)的方法。硅石污斑測試結(jié)構(gòu)被構(gòu)形成用來監(jiān)測在集成電路生產(chǎn)過程中形成的硅石污斑。本方法包括提供一硅襯底，在硅襯底上淀積一含二氧化硅的層。這層含二氧化硅的層最好具有親水性。本方法還包括穿過含二氧化硅的層在硅襯底中腐蝕出許多空腔。該方法還包括用HF腐蝕劑腐蝕硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，從而使這些空腔的側(cè)壁具有疏水性。
結(jié)合附圖及下面對發(fā)明的詳細(xì)說明，本發(fā)明的這些及其它的特點(diǎn)將會更明了。
下面結(jié)合附圖通過非限定性的實(shí)例說明本發(fā)明，在各附圖中，相同標(biāo)記表示相同的部件，其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)平面硅石污斑測試結(jié)構(gòu)。
圖2是在圖1的現(xiàn)有技術(shù)平面硅石污斑測試結(jié)構(gòu)上形成的污斑。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，說明本發(fā)明的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)的一部分。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，說明在圖3的本發(fā)明的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)上形成的污斑。
圖5是一個流程圖，表示形成和使用本發(fā)明的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)來探測和/或監(jiān)測硅石污斑的步驟。
下面結(jié)合附圖中所提供的幾個例示性的實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。在下面的說明中，描述了一些具體的細(xì)節(jié)，以便更充分地了解本發(fā)明。但是，很顯然，對所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，不用這些具體細(xì)節(jié)中的一部分或全部也可以實(shí)施本發(fā)明。另一方面，對眾所周知的工藝步驟和/或結(jié)構(gòu)沒有詳細(xì)說明，這是為了更容易了解本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，提供一種發(fā)明的硅石污斑形成技術(shù)，能夠顯著增加在清洗工序中硅的溶解量。通過增加硅的水合物，在干燥后留在測試結(jié)構(gòu)上的硅石污斑就會顯著增大和/或變厚，這樣利用通常的光學(xué)監(jiān)測設(shè)備(如，利用常規(guī)的10倍-100倍光學(xué)顯微鏡)更易于直觀地進(jìn)行監(jiān)測。
根據(jù)這個實(shí)施例，提供了一種發(fā)明的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，它具有大的表面區(qū)域以供硅溶解。與現(xiàn)有技術(shù)平面硅石污斑測試結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)利用了許多空腔(即孔和溝槽)的很大的側(cè)壁表面積，這些空腔形成在硅襯底中，目的是增加硅的溶解。這些空腔的大側(cè)壁表面積能保證在清洗過程中有大量的硅溶解，這樣就在測試結(jié)構(gòu)干燥后能形成更大的污斑。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，使空腔的硅側(cè)表面積具有疏水性(例如用HF腐蝕劑腐蝕測試結(jié)構(gòu))。而測試結(jié)構(gòu)的上表面區(qū)域卻仍保持親水性(例如在其上保持一層二氧化硅的敷層)。在清洗過程中，由于毛細(xì)作用，去離子水存留在空腔中，從而增加二氧化硅溶解。在干燥過程中，測試結(jié)構(gòu)的親水性的上表面區(qū)域仍允許更多的二氧化硅的水合物溶液存留在上表面區(qū)域。干燥后，便形成更大的和/或更厚的污斑。
可以通過參閱圖3來更好地理解本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。圖3示出了本發(fā)明的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)302的一部分。硅石污斑測試結(jié)構(gòu)302一般是由硅襯底304構(gòu)成。在硅襯底304上，設(shè)置可染色的層306。可染色層306在H-F腐蝕后仍有足夠的親水性，以有效的促使在其上形成硅石污斑。在一個實(shí)施例中，可染色層306包括介質(zhì)材料。例如，這樣的介質(zhì)材料包括二氧化硅(SiO2)，如ETOS或其它的含氧硅層。含二氧化硅的層306可以利用任何通常的淀積技術(shù)來淀積，包括化學(xué)氣相沉積(CVD)或低壓化學(xué)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。
穿過含二氧化硅的層306在硅襯底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(cè)壁表面310提供主要的硅溶解點(diǎn)，并且形成的污斑數(shù)量與側(cè)壁表面積成正比例，任何情況下都是如此。
在一個實(shí)施例中，可以用反應(yīng)離子刻蝕法(RIF)腐蝕空腔308。然而，空腔308也可以利用適當(dāng)?shù)母g劑和一種適當(dāng)?shù)墓饪棠z技術(shù)，通過任何通常的腐蝕方法形成。一種這樣的光刻膠技術(shù)是，在含二氧化硅的層306上淀積光刻膠材料，用接觸或分步印刷系統(tǒng)曝光光刻膠，并且顯影光刻膠以形成掩模，為后續(xù)的腐蝕作準(zhǔn)備，由此構(gòu)圖光膠層。
空腔308形成后，用HF腐蝕劑腐蝕空腔308的側(cè)壁310，使側(cè)壁表面310具有疏水性。可以確信，這樣的腐蝕會導(dǎo)致從側(cè)壁表面310除去自然氧化層，并在側(cè)壁表面310形成懸空氫原子。為此，側(cè)壁表面310從親水性變?yōu)槭杷浴?br> 含二氧化硅的層306較好的是具有足以使在HF腐蝕后在硅石污斑測試結(jié)構(gòu)302表面上仍能夠存留一些親水性二氧化硅的厚度。粗糙的親水性二氧化硅表面增加了硅石溶解液的存留，導(dǎo)致在干燥后硅石污斑會更大和/或更厚。例示性硅石污斑在圖4中顯示為硅石污斑402。
圖5是一個流程圖，展示了形成和使用本發(fā)明的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)來探測和/或監(jiān)測硅石污斑的步驟。在步502，提供一硅襯底，例如硅晶片。該硅襯底可以是特定襯底或一種產(chǎn)品襯底的一部分，例如一個用于制作動態(tài)存儲器(DRAM)或其它的半導(dǎo)體器件的襯底。在步504，一含親水性二氧化硅(SiO2)的層整體地淀積在硅襯底上。如上所述，含二氧化硅的層較好的是具有足以使用HF腐蝕后仍能存留一些親水性的二氧化硅的厚度。在一個實(shí)施例中，含二氧化硅的層的適宜的厚度是約3500埃。
在步506，穿過含二氧化硅的層在硅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干燥時空腔內(nèi)的毛細(xì)作用能留住去離子水(因而增加硅石的溶解)，同時還能為石硅溶解提供很大的表面積。
在步508，空腔的側(cè)壁表面用HF腐蝕劑腐蝕。在一個實(shí)施例中，使用濃度約在0.001％到1％之間的HF水溶液進(jìn)行濕法HF腐蝕。較好是利用0.05％的水溶液濕法腐蝕側(cè)壁表面約1-2分鐘。HF溶液的濃度和腐蝕時間應(yīng)能保證側(cè)壁表面轉(zhuǎn)變成疏水性，但同時在硅石污斑測試結(jié)構(gòu)表面仍留有含有親水性二氧化硅的層為宜。
注意，HF腐蝕不是必須的濕法腐蝕。其它的腐蝕技術(shù)(例如等離子體腐蝕)也是可用的。而且，其它的能夠把側(cè)壁轉(zhuǎn)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等堿性物質(zhì)。
在步510，在去離子水溶液中清洗襯底。水進(jìn)入空腔中并被空腔中的毛細(xì)作用保持在里面。水在空腔中溶解側(cè)壁表面的硅石。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(shí)例所用時間是約10分鐘，效果很好。
在步512，干燥硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，除去去離子水，從而形成污斑。可以用任何常用方法來完成干燥工作，包括利用低壓，提高溫度，旋轉(zhuǎn)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，在干燥和/或清洗過程中，含硅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(xì)作用會在干燥和/或清洗過程中繼續(xù)把含硅石溶液保持住，這樣就會導(dǎo)致較小的和/或更薄的污斑。實(shí)際上，觀察到相反效果，形成的硅石污斑比現(xiàn)有技術(shù)平面硅石污斑測試結(jié)構(gòu)形成的要更厚和/或更大。
雖然理論還無法解釋，但可以相信，在干燥過程中保持空腔中溶液的毛細(xì)作用在空腔開口被打開時作用會相反。這樣就使飽含硅石的水溶液被拉到表面，在那里它們被干燥，形成污斑。
在任何情況下，在表面發(fā)現(xiàn)的硅石污斑都足夠大和/或厚，可以利用通常的10倍到100倍光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察。也可以任意地利用常規(guī)的厚度測量技術(shù)(例如SEM圖像技術(shù)，接觸測量技術(shù)，等等)測量硅石污斑。因?yàn)樾纬傻奈郯弑容^厚和/或大，這樣的污斑還提高了自動污斑探測技術(shù)的準(zhǔn)確率，這可以被生產(chǎn)者用在自動確定襯底表面污斑的數(shù)量。
重要的是，空腔的尺寸要適當(dāng)，使里面的表面張力能夠留住去離子水，以溶解硅石，盡管空腔側(cè)壁具有疏水性。而且，空腔彼此要有適當(dāng)?shù)拈g距，以便形成最大硅石污斑。在一個實(shí)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，溶解里面的硅石。例如，空腔高寬比約大于等于約20∶1(即，空腔的深度至少要20倍于它的寬度)。臨界尺寸，即空腔的寬，要小于約0.5微米。相鄰的空腔之間的距離要小于約0.5微米。
在一個實(shí)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，并且最好是約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。在這些范圍內(nèi)，期望本發(fā)明的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)能比用現(xiàn)有技術(shù)平面硅石污斑測試結(jié)構(gòu)形成更大和/或厚的污斑(從而更容易被觀察)。因?yàn)槔帽景l(fā)明的硅石污斑監(jiān)測技術(shù)形成的污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(jié)約時間和花費(fèi)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，硅石污斑測試結(jié)構(gòu)可以留在它自己的晶片上，這樣的晶片周期性地放在生產(chǎn)晶片(例如用于制造DRAMs或其它的半導(dǎo)體器件的晶片)組之間進(jìn)行處理，用來監(jiān)測某一個工序的一致性(相對污斑形成的情況)。因?yàn)樾纬珊捅O(jiān)測硅石污斑不需要額外處理(例如，在現(xiàn)有技術(shù)中，為觀察污斑而進(jìn)行的上述RIE腐蝕)或任何其它的破壞性的工序，本發(fā)明的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)可以被一遍一遍地清洗和再利用，因此節(jié)約了成本。
或者，本發(fā)明的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)可以制作在生產(chǎn)晶片(例如，用來生產(chǎn)DRAMs或其它的半導(dǎo)體器件的晶片)的一部分上，使生產(chǎn)工程師可以監(jiān)測某一給定的晶片在清洗和干燥后出現(xiàn)的硅石污斑的數(shù)量。這種布局更加具有優(yōu)越性，因?yàn)榭涨豢梢岳糜糜谥谱靼雽?dǎo)體器件(例如，DRAMs)的同樣的VLSI制作工藝形成。
雖然用幾個說明性的實(shí)施例闡述了本發(fā)明，但存在著落入本發(fā)明范圍內(nèi)的替代、變換和等同物等。所以權(quán)利要求書應(yīng)解釋為包括落入本發(fā)明精神和范圍中的所有這些替代、變換和等同物。
權(quán)利要求
1.一種在集成電路制作過程中在襯底上形成硅石污斑的方法，它便于監(jiān)測所說硅石污斑，所說方法包括提供硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，包括硅襯底；設(shè)置于所說的硅襯底上的一含親水性二氧化硅的層；及多個穿過所說含二氧化硅的層形成在硅襯底中的空腔，所說空腔具有疏水性的側(cè)壁；將所說硅石污斑測試結(jié)構(gòu)暴露在去離子水中；干燥所說硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，以在含二氧化硅的層上形成所說硅石污斑。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一些所說空腔是硅襯底中穿過所說含二氧化硅的層的孔。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一些所說空腔是硅襯底中穿過所說含二氧化硅的層的溝槽。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一些空腔的高寬比大于約20∶1。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一些空腔的高寬比大于約80∶1。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一些空腔的高寬比約是40∶1。
7.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一些空腔具有小于0.5微米的臨界尺寸。
8.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一些空腔具有約0.25微米的臨界尺寸。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中至少一些相鄰所說空腔間隔小于0.5微米的間距。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中所說集成電路制作包括動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)的制作。
11.如權(quán)利要求10的方法，其中所說硅襯底是用于制作所說動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)的襯底的一部分。
12.一種便于形成硅石污斑的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，包括硅襯底；設(shè)置于所說硅襯底上的一含二氧化硅的層，所說含二氧化硅的層是親水性的；及許多穿過所說含二氧化硅的層形成在硅襯底中的空腔，所說空腔具有疏水性的側(cè)壁；
13.如權(quán)利要求12的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，其中通過腐蝕劑HF腐蝕所說硅石污斑測試結(jié)構(gòu)使所說空腔的所說側(cè)壁具有疏水性。
14.如權(quán)利要求13的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，其中所說含二氧化硅的層足夠厚，以便允許腐蝕后在硅襯底上仍能存留一些二氧化硅。
15.如權(quán)利要求12的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，其中至少一些所說空腔為硅襯底中穿過含二氧化硅的層的孔。
16.如權(quán)利要求12的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，其中至少一些所說空腔為硅襯底中穿過含二氧化硅的層的溝槽。
17.如權(quán)利要求12的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，其中至少一些所說空腔的高寬比大于約20∶1。
18.如權(quán)利要求12的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，其中至少一些所說空腔的臨界尺寸小于0.5微米。
19.如權(quán)利要求12的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，其中所說集成電路制作包括動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)制作。
20.如權(quán)利要求12的硅石污斑測試結(jié)構(gòu)中，所說硅襯底是用于制作動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)的襯底的一部分。
21.一種制造硅石污斑測試結(jié)構(gòu)的方法，所說硅石污斑測試結(jié)構(gòu)構(gòu)形成用來監(jiān)測集成電路制作過程中形成的硅石污斑，包括提供硅襯底；在所說硅襯底上淀積一含二氧化硅的層，所說含二氧化硅的層是親水性的；穿過所說含二氧化硅的層在硅襯底中腐蝕出許多空腔；用HF腐蝕劑腐蝕硅石污斑測試結(jié)構(gòu)，從而使所說空腔的側(cè)壁具有疏水性。
22.如權(quán)利要求21的方法，其中所說含二氧化硅的層具有足夠的厚度，以便允許在用HF腐蝕劑腐蝕后至少仍有一些二氧化硅存留在硅襯底上。
23.如權(quán)利要求21的方法，其中所說硅石污斑測試結(jié)構(gòu)是用于動態(tài)隨機(jī)存取存儲器(DRAM)的制作過程中。
全文摘要
一種在襯底上形成硅石污斑以便在集成電路制作過程中容易監(jiān)測硅石污斑的方法。這種方法包括提供一硅石污斑測試結(jié)構(gòu),它有一個硅襯底,一個設(shè)置于硅襯底上的含親水性二氧化硅的層,和許多穿過含二氧化硅的層形成于硅襯底中的空腔。這些空腔具有疏水性的側(cè)壁。該方法還包括把硅石污斑測試結(jié)構(gòu)暴露在去離子水中,并且干燥硅石污斑測試結(jié)構(gòu)以在含二氧化硅的層上形成硅石污斑。
文檔編號H01L21/66GK1220488SQ98109600
公開日1999年6月23日 申請日期1998年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月25日
發(fā)明者拉斯·阿恩特, 蘇珊·科恩, 羅納德·霍耶, 科琳·斯內(nèi)夫利 申請人:西門子公司, 國際商業(yè)機(jī)器公司