專利名稱:集成電路制造方法
本發(fā)明涉及制造集成電路和半導體材料的新的方法，更特別地，涉及試圖提供高產(chǎn)品合格率的新的處理方法。
在集成電路例如超大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)中，一個基本點是構(gòu)成的材料和電路須與污染物分離，在生產(chǎn)硅片和制造電路中所需的多個步驟不可避免地會有污染，除非采用有效的預防措施和步驟。
在已有的制造硅基片的過程中，首先生長硅晶體，晶體被按規(guī)格修切，接著磨成一圓柱體。該圓柱體被切成薄的切片(即硅片)，其厚度根據(jù)圓柱體的直徑而定。這些硅片接著被磨平，腐蝕抗蝕劑并成形，并開始清洗。它們接著被蝕刻以達到平整并且除去缺損，然后再清洗，拋光，蝕刻和清洗。在后一清洗過程中，用過氧化氫溶液以提供一薄的氧化物涂層(例如大約25到30
)，該元件再用凈水漂洗。以后，硅片以無菌形式包裝并傳送供電路制造。
電路的制造是復雜的過程，它需要多個步驟，其中薄膜材料成層在硅片上。在制造過程中，硅片表面的裸露部分被暴露出來。這些被暴露的區(qū)域是電路的關(guān)鍵功能部分，如果暴露的硅被以任何形式污染的話，它可能使將來的電路失效，這種失效只有到該電路被測試時才能檢測到。例如，不僅在裸硅和其上氧化物層間存在臨界交界面(critical interface)，在硅氧化物和多晶涂層之間，以及許多其它交界面間存在臨界交界面。因此使裸硅和交界面同污染物分開是十分重要的。
有些污染較之于其他污染來說，對于電路元件的功能度具有更大的負效應(yīng)，總的來說，該影響可被解釋為印刷阻斷(lithographically blocking)或化學污染。最小特征尺寸的10%到30%的不透光的微粒能有效改變電路元件的功能特性。這是因為它們改變了印刷復制過程。如果它們化學地改變了接近前表面的硅，或者沉積在硅片上的膜的構(gòu)成，更小的微粒也會降低成品率。最大的問題是涉及用作柵單元的氧化物或用作柵電極或觸點上的多晶硅沉積物的質(zhì)量的降低。這些污染問題并不會立即引起功能失效和片子合格率的降低，但是在片子供給顧客以后會出現(xiàn)諸如氧化物或觸點的可靠性問題。
典型地，在電路的制造過程中，用去電離子水清潔基片，包括清潔裸硅，和在器件的制備過程中清潔材料界面。
硅片和整個集成電路處理工藝是氧化物相容的。所以，本發(fā)明的一個目的是，在制造集成電路過程中，以這樣的方式處理硅片，使在裸硅上具有盡可能最清潔的氧化物層，并且對于所加的下一層最易接受。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種生產(chǎn)集成電路的方法，其中在臨界交界面期間，基片被處理以最大限度地減少交界面間的問題并提供更高的合格率。
本發(fā)明的其他目的將從下列描述中可明顯看出。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在硅片上制造集成電路的過程中，用含有至少0.01ppm的臭氧的凈化水來對基片漂洗以清潔硅裸表面和電路結(jié)構(gòu)的各交界面是有益的，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種處理可通過最大限度減小有機物的附著力來使污染減至最小，并使包括細菌顆粒的散粒的附著力減至最小。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造集成電路的方法，其中在半導體基片上有多層制有圖形的薄膜材料層，其方法包括下列步驟在半導體基片表面上涂覆一層材料;在該層材料上涂一層光致抗蝕劑;使光致抗蝕劑曝光以改變其特性;除去一部分光致抗蝕劑以提供該材料層的暴露部分;除去該暴露部分的材料層，接著用含有至少0.01ppm臭氧的凈化水溶液進行漂洗。
在所述實施例中，在除去部分光致抗蝕劑和除去暴露部分的材料層步驟間，該電路板同樣也用含有至少0.01ppm臭氧的凈化水溶液處理。
在所述實施例中，凈化水溶液最好含有0.02到0.09ppm臭氧。所述半導體基片材料是硅，但該方法同樣也可適用于在砷化鎵材料上制備集成電路。
本發(fā)明的更詳細的說明如下列說明和權(quán)利要求
所提供，并可參見附圖所示。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于提供在硅基片上制備集成電路用的臭氧水的水處理方法的方框圖;
圖2A-2N表示在電路制備過程中硅片的剖視圖。
根據(jù)本發(fā)明，在電路制造過程中，用臭氧和去離子的凈水處理基片，以清洗硅的裸表面和電路構(gòu)成中的層層交界面。圖1示出了提供臭氧化、去離子凈水的系統(tǒng)。參見附圖1，生水被多介質(zhì)過濾器和包含化學填充劑的預處理級10進行預處理。接著通過泵12把它抽到反滲透裝置14并且通過脫氣器16脫氣(如果需要的話)，再通過加壓泵18抽到包含陰床、陽床和混合床或只具有混合床的去鹽級20中。
為了取代反滲透裝置，脫氣裝置16，加壓泵18和包含陰床、陽床和混合床或只具有混合床的去鹽級20，可用如皮特內(nèi)的美國專利第4，574，049所揭示的雙向反滲透系統(tǒng)。
去鹽水流到去離子水存貯箱22中，它通過泵24加壓，并送到包含混合床(典型的是陰陽樹脂的組合)的拋光去離子交換瓶26中。來自混合床26的去離子水通過后置過濾器28過濾，接著通過紫外線燈30處理以控制細菌，再經(jīng)亞微米級過濾裝置32，后置過濾器被用作樹脂收集器。去離子凈水通過導管34送到靜態(tài)氣體注入機36中。
去離子凈水被進行如下所述的臭氧化處理。純氧氣通過能產(chǎn)生壓力在10磅/平方英寸左右的氧氣加臭氧的常用臭氧發(fā)生器38送入，具有約10磅/平方英寸壓力的氧氣臭氧被送入壓縮機40，其中氣體被加壓至85磅/平方英寸，以后被送入靜態(tài)氣體注入機36。被壓縮的氧氣和臭氧在靜態(tài)氣體注入機36中與凈水混合以形成臭氧化的水并通過導管42提供臭氧化的水。用流水線44去掉臭氧化水線中的水泡。
導管中的去離子的、臭氧化的凈水通過PVDF管道系統(tǒng)送到電路制造地。臭氧溶解表46用以監(jiān)測臭氧濃度。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在去離子凈水中的臭氧濃度最好是在0.01到0.1ppm，以使在電路制造期間基片處于適當環(huán)境并防止對系統(tǒng)硬件有重大損傷。我們發(fā)現(xiàn)最佳的臭氧濃度在0.02到0.09ppm之間。
去離子的、臭氧化的凈水是循環(huán)的，但是臭氧必須在水回到去離子水的存貯箱22以前去除。為此，臭氧化水用紫外線燈48處理以使去除臭氧并循環(huán)。去除臭氧后的去離子凈水，經(jīng)導管50通過背壓調(diào)節(jié)器52送到去離子的水存貯箱22中。
圖2A-2N說明了在得到了清潔的硅基片后集成電路的制造的一部分。圖2A說明了從基片制造者處得到的覆蓋有化學生長的氧化物62的硅基片60或者前面過氧化氫處理的硅基片，其上氧化物典型的具有20埃到30埃的厚度。通常電路制造者要除去該氧化物以重新清洗硅。另一方面，圖2A中有氧化物層的硅可被置于爐中，在爐中它被氧化以產(chǎn)生具有厚度在100埃到400埃的熱生長的氧化物64(圖2B)。以后，在爐中形成氮化硅上層66(圖2c)，并且光致抗蝕層68位于氮化硅層之上。
光致抗蝕層68被光照，接著蝕刻(圖2E所示)留下氮化硅的暴露部分。接著，圖2E所示的片子用含有0.01到0.1ppm，最好是0.02～0.09ppm臭氧濃度的去離子凈水進行漂洗處理。
在上述漂洗后，不再被光致抗蝕劑68所覆蓋的氮化硅66被蝕刻導致如圖2F的片子，其中，光致抗蝕劑被除去并且氧化物64的部分被暴露。該片子再一次被用臭氧化水漂洗處理。以后，片子被置于爐中以在氮化物被去除的地方產(chǎn)生厚度約為2，000埃的厚膜氧化物70。該狀態(tài)如圖2G所示。以后，該片子被以臭氧水漂洗處理，氮化硅66被去除(見圖2H)。該片子再被臭氧水漂洗，以后加上光致抗蝕層68(見圖2I)，光照以后蝕刻(見圖2I)。如圖2J所示，它留下了裸露的氧化物部分，該片再一次被臭氧水漂洗處理。如圖2K所示，在硅的表面上不同區(qū)域，光致抗蝕層被去除，氧化物被向下蝕刻至硅裸露，以后，如圖2L所示，柵氧化物72被熱生長出來，該柵氧化物具有150埃到300埃范圍內(nèi)高精度公差的厚度。該柵氧化物是在整個集成電路制造過程中典型地最關(guān)鍵的氧化物，所以適當處理用于生長柵的裸硅是絕對重要的。為此，臭氧水漂洗和處理裸硅并產(chǎn)生一層薄的氧化層，約幾個單分子層以接受柵氧化物。
在如圖2L所示的柵生長以后，參見圖2M，沉積了一多晶硅層74。在多晶硅沉積以后，產(chǎn)生另一層光致抗蝕層68，它被光照，蝕刻，用臭氧水漂洗，接著暴露的多晶硅層被蝕刻并被臭氧水漂洗，以導致如圖2N所示的片子。
在電路制造過程中，還有許多其它的成層的步驟。根據(jù)本發(fā)明，典型的是提供一光致抗蝕層，它被光照，蝕刻，其剩余物被臭氧水漂洗，接著，不在光致抗蝕劑以下的材料被蝕刻以后被臭氧水漂洗。
盡管當光致抗蝕層被去除時須用臭氧化水漂洗，但最基本的一點是，在沒有被光致抗蝕劑覆蓋的材料被蝕刻后再用臭氧水進行處理。這樣，在產(chǎn)生上層材料以前，最基本的點是用含有0.01到0.1ppm，最好是0.02到0.09ppm臭氧濃度的去離凈水進行漂洗處理。
我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用上面所說的臭氧水處理通過用超純試劑控制界面的氧化從而提高了電路制造工藝，通過最大限度地減小有機物和顆粒(包括細菌顆粒)的附著力而使污染減至最小。其中只存在極少量的顆粒，這是因為將非常清潔的氣體被注入到超純水中。注入到水中的臭氧的純度比電路制作中的已有技術(shù)處理系統(tǒng)所用的化學物質(zhì)的純度高。
盡管已對所述實施例進行說明，但可以理解到對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在不超出本發(fā)明的精神和范圍以內(nèi)，還可能取得各種變形和替換。
權(quán)利要求
1.一種制造集成電路的方法，其特征在于在半導體基片上有多層制有圖形的薄膜材料層，其步驟包括在半導體基片表面上覆一材料層；在所述材料層上提供一光致抗蝕劑層；使光致抗蝕劑曝光以改變其特性；除去光致抗蝕劑一部分以提供材料層的暴露部分；除去所述材料層的暴露部分；以及用含至少0.01ppm臭氧的凈水溶液漂洗該片子。
2.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于在去除部分光致抗蝕劑和去除材料層的暴露部分的步驟間，有一個用含0.01ppm臭氧的凈水溶液漂洗該片的處理步驟。
3.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于所述凈水溶液含有0.02到0.09ppm臭氧。
4.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于所述材料層的厚度為20到400埃。
5.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于所述材料層包括氮化硅。
6.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于所述材料層包括厚膜氧化物。
7.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于所述半導體材料是硅，并且當材料層的暴露部分被去除時，裸硅在處理步驟以前暴露，通過處理步驟裸硅被含有臭氧的凈水漂洗處理。
8.如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，在處理步驟以后還包括下列步驟在已處理的基片上提供第二材料層;在所述第二材料層上提供光致抗蝕層;使所述光致抗蝕劑暴光以改變其特性;去除部分光致抗蝕劑以提供暴露的第二材料層部分;去除所述第二材料層的暴露部分;以及用含有至少0.01ppm臭氧的凈水溶液漂洗該片。
9.一種制造集成電路的方法，其特征在于，在硅基片上有多層制有圖形的薄膜材料層，其步驟包括在硅基片表面上覆一材料層;在所述材料層上提供光致抗蝕層;使光致抗蝕劑曝光以改變其特性;去除部分光致抗蝕劑以提供暴露的材料層部分;用含0.02～0.09ppm臭氧的凈水溶液對其進行漂洗處理;去除材料層的暴露部分的暴露裸硅;用含0.02～0.09ppm臭氧的凈水溶液漂洗處理裸硅。
10.如權(quán)利要求
9所述的方法，其特征在于，在處理裸硅的步驟以后還包含下列步驟在所述處理后的基片上提供第二材料層;在所述第二材料層上提供光致抗蝕層;使光致擴蝕劑曝光以改變其特性;去除部分光致抗蝕劑以暴露部分第二材料層;去除第二材料層的暴露部分;以及用含0.02到0.09ppm臭氧的凈水溶液漂洗處理該片。
11.一種制造集成電路的方法，其特征在于在半導體基片上有多層制有圖形的薄膜材料層，其步驟包括;在半導體基片表面覆有材料層;在涂覆步驟間去除部分材料;在去除步驟和涂覆步驟之間，用含有至少0.01ppm臭氧的凈水溶液漂洗處理該片。
12.如權(quán)利要求
11所述的方法，其特征在于所述凈水溶液含0.02到0.09ppm臭氧。
專利摘要
一種在硅片上有多層制有圖形的薄膜材料層的集成電路制造方法，在每次蝕刻之后，用含至少0.01ppm最好0.02到0.09ppm臭氧的凈水溶液漂洗，基片是處于所產(chǎn)生的各層之間。
文檔編號H01L21/306GK87106114SQ87106114
公開日1988年5月4日 申請日期1987年9月1日
發(fā)明者彼得·L·特里蒙特, 亞瑟·J·阿克曼 申請人:箭頭工業(yè)用水公司, 孟山都公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan