制备应变硅的清洁表面的改善的方法

摘要

本发明涉及一种处理晶片的方法，所述晶片包含至少一个硅-锗(SiGe)表面层和与所述SiGe层接触的应变硅(sSi)层，所述sSi层通过对所述SiGe层的蚀刻而被暴露，所述方法包括以下步骤：(a)对所述SiGe层的第一选择性蚀刻，之后进行可选的氧化清洁步骤；(b)利用去离子水的清洗步骤；(c)干燥；和(d)第二选择性蚀刻步骤。本发明涉及一种包含至少一个应变硅(sSi)表面层的晶片，所述sSi表面层具有5nm～100nm的厚度并且具有最多200个缺陷/晶片。

权利要求

1.一种处理晶片的方法，所述晶片包含至少一个硅-锗SiGe表面层和与所述SiGe表面层接触的应变硅sSi层，所述sSi层通过对所述SiGe表面层的蚀刻而被暴露，所述方法包括以下步骤：(a)对所述SiGe表面层的第一选择性蚀刻，之后进行或不进行氧化清洁步骤；

(b)利用去离子水的清洗步骤；

(c)干燥；和

(d)第二选择性蚀刻步骤。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一选择性蚀刻步骤(a)以包含乙酸CH3COOH、过氧化氢H2O2和氢氟酸HF的混合物的蚀刻溶液进行。

3.如权利要求2所述的方法，其中，在所述第一选择性蚀刻步骤(a)中的氢氟酸HF浓度为0.05重量％～10重量％，所述第一选择性蚀刻步骤(a)中的温度为20℃～60℃，所述第一选择性蚀刻步骤(a)的持续时间为20秒～500秒。

4.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，在所述第一选择性蚀刻步骤(a)之后，在17℃～35℃的温度使用以15ppm～50ppm的浓度溶解在水中的臭氧O3溶液进行时间为5秒～300秒的氧化清洁步骤。

5.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，在15℃～60℃的温度以去离子水进行持续时间为5秒～3分钟的所述清洗步骤(b)。

6.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，利用惰性气体流进行所述干燥步骤(c)。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述惰性气体为氮气或氩气。

8.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，以包含乙酸CH3COOH、过氧化氢H2O2和氢氟酸HF的混合物的蚀刻溶液进行所述第二选择性蚀刻步骤(d)。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述第二选择性蚀刻步骤(d)中的氢氟酸HF浓度为0.05重量％～10重量％，所述第二选择性蚀刻步骤(d)中的温度为20℃～60℃，所述第二选择性蚀刻步骤(d)的持续时间为5秒～40秒。

10.如权利要求8所述的方法，其中，所述第二选择性蚀刻步骤(d)的持续时间为10秒～30秒。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述第二选择性蚀刻步骤(d)的持续时间为15秒～25秒。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述第二选择性蚀刻步骤(d)的持续时间为约

20秒。

13.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，在所述第二选择性蚀刻步骤(d)之后进行清洗步骤和干燥步骤。

14.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其中，在所述第二选择性蚀刻步骤(d)之后进行进一步的氧化清洁步骤(e)。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述第二选择性蚀刻步骤(d)之后的所述氧化清洁步骤(e)在17℃～35℃的温度使用以15ppm～50ppm的浓度溶解在水中的臭氧O3溶液进行5秒～300秒的时间。

16.如权利要求14所述的方法，其中，在所述进一步的氧化步骤(e)之后进行清洗步骤和干燥步骤。

17.一种通过权利要求1所述的方法获得的包含至少一个应变硅sSi表面层的晶片，所述sSi表面层的厚度为5nm～100nm，缺陷总和SOD值SOD@0.40μm最多为200个缺陷/晶片。

18.如权利要求17所述的晶片，其中，所述晶片具有约200mm或约300mm的直径。

19.如权利要求17或18所述的晶片，其中，所述晶片包含绝缘体上应变硅sSOI结构。

说明书

制备应变硅的清洁表面的改善的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及对应变硅(sSi)层的清洁，所述应变硅(sSi)层通过对与sSi层接触的硅-锗(SiGe)层进行选择性蚀刻而被剥露，所述选择性蚀刻与sSOI(绝缘体上应变硅)或SGOI(绝缘体上硅-锗(SiGe))型晶片的制造中所采用的相同。

背景技术

[0002] 有多种技术可制备所述晶片。用于制造sSOI或SGOI型晶片的最有效的现有技术之一的一个实例是：利用Smart 技术将应变硅(sSi)或松弛SiGe转移到绝缘支持物(例如硅基片上的SiO2层)上来制造应变硅(sSi)或松弛SiGe的有源层从而产生所需异质结构。实施所述制造技术的具体实例在美国专利申请US 2004/053477和国际专利申请WO2004/006311中有所描述。

[0003] 所述晶片的精整步骤涉及在将SiGe层转移到“受体”基片并与“供体”基片脱离后将存在于硅层之上的SiGe层消除的选择性蚀刻程序。选择性蚀刻是可以选择性消除上部的SiGe层而不侵蚀相邻的应变硅(sSi)层的化学侵蚀法。已发现的能够实现这种“选择性蚀刻”的组合物包括CH3COOH/H2O2/HF混合物。

[0004] 在去除上部SiGe层的“选择性蚀刻”步骤之后，可以适当地采用清洁步骤从而减少对SiGe层进行选择性蚀刻后在应变硅层表面上的微粒污染和表面缺陷。因而必须选择能够清洁sSi表面而不蚀刻该应变硅层的清洁组合物。

[0005] 这一选择性蚀刻后的清洁步骤通常使用含氧化剂但不含氢氟酸(HF)的组合物。名为“RCA”的已知方法包括：利用含有NH4OH、H2O2和去离子水的“SC1”(标准清洁1)溶液(或APM，氢氧化铵过氧化物混合物)的第一清洁步骤，和利用含有HCl、H2O2和去离子水的“SC2”(标准清洁2)溶液(或HPM，盐酸过氧化物混合物)的第二清洁步骤。

[0006] 美国专利申请US 2006/0264008中提出的另一种处理方法包括：在选择性蚀刻SiGe层的步骤之后，以臭氧水溶液而不用RCA清洁程序来清洁应变硅层表面的步骤。

[0007] 对于通过1)SiGe层的选择性蚀刻和2)氧化清洁等工序步骤获得的晶片，随后可以将其用于后续的半导体设备制造工序。通常，氧化清洁步骤之后进行以去离子水清洗的步骤。

[0008] 可将如此获得的具有暴露的sSi的晶片用在MOS晶体管中。半导体工业的工作者实际上一直致力于降低集成电路的尺寸并增加集成电路的运算速度。在其它参数相同时，晶体管的运算速度随电荷载流子(既包括电子也包括(正电)空穴)迁移率的增加而增加，而实现所述增加的一种方式是使用应变硅，其中生长在硅-锗表面上的硅受迫具有比纯硅中更宽地间隔开的原子。可以观察到为普通、松弛硅的两倍的电荷载流子迁移率。

[0009] 对于本领域的现有技术，本发明人已发现通过SOD(缺陷总和)测定的缺陷程度始终高于对所获晶片期望的应用所需的缺陷程度。

[0010] 另外，本发明人已观察到现有技术工序不能彻底去除SiGe。相反，虽然在某些区域彻底去除了SiGe，但其它区域实际上存在SiGe的“岛”。已观察这些岛可对应于约35％的所测定表面缺陷。来自所述岛的锗原子可能会扩散到应变硅层中并将其污染。另外，这些岛还会干扰后续的制造步骤，如掺杂步骤。

[0011] 因而在技术中还需要制造展示最小量的表面缺陷和最小量的残余SiGe的sSi层。然而，除1)SiGe层的选择性蚀刻和2)氧化清洁等现有技术工序之外，所选择的任何进一步清洁工序都需要使sSi层的已暴露部分的消耗最小化。

发明内容

[0012] 本发明人已惊讶地发现通过包含第二选择性蚀刻步骤的工序从而将清洗和干燥步骤设在第一和第二选择性蚀刻步骤之间，可以获得更低的表面缺陷和更少的残余SiGe。

[0013] 因此本发明的第一方面涉及晶片的处理方法，所述晶片包含至少一个硅-锗(SiGe)表面层和与所述SiGe层接触的应变硅(sSi)层，所述sSi层通过对所述SiGe层的蚀刻而被暴露，所述方法包括以下步骤：

[0014] (a)SiGe层的第一选择性蚀刻，之后进行可选的氧化清洁步骤；

[0015] (b)利用去离子水的清洗步骤；

[0016] (c)干燥；和

[0017] (d)第二选择性蚀刻步骤。

[0018] 本发明在第二方面还涉及尤其可通过本发明的方法获得的晶片。

具体实施方式

[0019] 在本发明的方法的一个实施方式中，以包含乙酸(CH3COOH)、过氧化氢(H2O2)和氢氟酸(HF)的混合物的蚀刻溶液进行第一选择性蚀刻步骤(a)。通常，在第一选择性蚀刻步骤(a)中使用所述选择性蚀刻溶液的适宜的工序条件包括：氢氟酸(HF)浓度为0.05重量％～10重量％，在当前优选的实施方式中为约2重量％(1.5重量％～2.5重量％)。

[0020] 在当前优选的第一实施方式中，所用的乙酸/H2O2/HF混合物比例以体积计为15/15/1，相当于49重量％∶49重量％∶2重量％。在当前优选的第二实施方式中，所用的乙酸/H2O2/HF混合物比例以体积计为1/1/1，相当于32重量％∶50重量％∶18重量％。

[0021] 第一选择性蚀刻步骤过程中通常适宜的温度为20℃～60℃，第一选择性蚀刻步骤中通常适宜的持续时间为20秒～500秒。此外，可以适当使用400rpm～2000rpm的晶片旋转速率。

[0022] 在本发明的替代性实施方式中，利用RCA溶液：首先是SC1溶液、然后是SC2溶液来进行第一选择性蚀刻步骤(a)。本发明人实际上已观察到，此处RCA溶液可用于选择性蚀刻以及氧化清洁。这一程序也可以应用于第二选择性蚀刻步骤(d)。

[0023] 在另一替代性实施方式中，相对体积比为15/15/1/5的乙酸/H2O2/HF/H2SO4的混合物可被用于第一选择性蚀刻步骤(a)。所述混合物也可以用于第二选择性蚀刻步骤(d)。

[0024] 在本发明的方法的一个实施方式中，持续进行第一选择性蚀刻步骤(a)直至这样的时间点之后：在该时间点测定表明或者通过外推的理论计算预测到已将SiGe从现已暴露的sSi表面(至少其一些区域)彻底去除。该阶段被称为“过蚀刻”(OE)，从所用试剂与第一选择性蚀刻步骤(a)相同这一意义上来说，该阶段并不表示不同的工序步骤，“过蚀刻”是超过对应于SiGe去除的终点检测(EPD)时刻的延续。可以使用测定反射光强度的反射计来检测终点。另一种选择是，如果已经通过预先的实验精确确定了某温度下给定选择性蚀刻溶液去除SiGe的能力(作为时间的函数的所去除的厚度)，则可以以合理的确定度计算出第一选择性蚀刻步骤(a)的终点，该终点在时间上就是过蚀刻开始的瞬间。本发明中可选的“过蚀刻”可以帮助降低由蚀刻引起的可能的不均匀性。“过蚀刻”的持续时间通常适宜为选自0秒～60秒。

[0025] 在本发明的方法的一个实施方式中，在第一选择性蚀刻步骤(a)之后进行氧化清洁步骤，这一氧化清洁步骤在17℃～35℃的温度使用以15ppm～50ppm的浓度溶解在水中的臭氧(O3)溶液进行5秒～300秒的时间。该氧化清洁步骤的当前优选的处理时间为约15秒。对于这一以臭氧进行的处理，适当的晶片旋转速率为400rpm～2000rpm。

[0026] 在实际于第一选择性蚀刻步骤(a)之后例如使用臭氧进行氧化清洁步骤的情况中，据信第二选择性蚀刻步骤不仅去除了残余的SiGe“岛”，并且还可以去除sSi表面上可能存在的Si和Ge的氧化物，不过不应将这理解为是对本发明的限制。

[0027] 在本发明的方法的框架内，清洗步骤(b)中所用的去离子水(DIW)具有可用于微电子学的标准质量。清洗步骤的通常适宜的持续时间为5秒～3分钟。对于所述DIW清洗步骤，在15℃～60℃的温度当前优选的处理时间为约15秒。清洗步骤(b)的通常适宜的晶片旋转速率为400rpm～2000rpm。

[0028] 在本发明的方法的一个实施方式中，利用诸如氮气或氩气等惰性气体流进行干燥步骤(c)。可以适当选择所用气体的纯度和压力条件以使其具有微电子领域技术人员常用的参数。在适当的实施方式中，利用为在清洗后干燥晶片而设计的喷嘴来供应氮气。当前优选的干燥工序涉及利用氮气对经两次扫描(通过(pass))处理的晶片进行干燥。

[0029] 在本发明的方法的一个实施方式中，利用包含乙酸(CH3COOH)、过氧化氢(H2O2)和氢氟酸(HF)的混合物的蚀刻溶液进行第二选择性蚀刻步骤(d)。第二选择性蚀刻步骤(d)中氢氟酸(HF)的通常适宜的浓度为0.05重量％～10重量％。第二选择性蚀刻步骤(d)中通常适宜的温度为20℃～60℃。

[0030] 对于第二选择性蚀刻步骤(d)的持续时间，优选的最大持续时间为约40秒。尤其是在包含乙酸(CH3COOH)、过氧化氢(H2O2)和氢氟酸(HF)的混合物的蚀刻溶液的情况下，当前优选的时间范围为5秒～40秒。该情况下步骤(d)的当前进一步优选持续时间为10秒～30秒，更优选为15秒～25秒，已发现约20秒的持续时间特别适宜。

[0031] 在本发明的方法的一个实施方式中，在第二选择性蚀刻步骤(d)之后可以直接进行清洗步骤和随后的干燥步骤。通常适宜的工序条件是上文对于第一选择性蚀刻步骤(a)之后的清洗步骤(b)和干燥步骤(c)所述的那些条件。

[0032] 在本发明的方法的一个实施方式中，第二选择性蚀刻步骤(d)之后是进一步的氧化清洁步骤(e)。该进一步的氧化清洁步骤(e)的一种适宜的工序选择包括：在17℃～35℃的温度使用以15ppm～50ppm的的浓度溶解在水中的臭氧(O3)溶液，时间为5秒～300秒。

[0033] 在实际于第二选择性蚀刻步骤(d)之后例如使用臭氧进行第二氧化清洁步骤的情况中，据信第二氧化清洁可以通过表面氧化使最终表面更具亲水性并由此抑制颗粒沉积引起的污染，不过不应将这理解为是对本发明的限制。

[0034] 在本发明的方法的一个实施方式中，在进一步的氧化清洁步骤(e)之后可以进行清洗步骤和干燥步骤。通常适宜的工序条件是上文对于第一选择性蚀刻步骤(a)之后的清洗步骤(b)和干燥步骤(c)所述的那些条件。

[0035] 本发明在第二方面还涉及尤其是可通过本发明的方法获得的晶片。

[0036] 本发明的晶片优选包含至少一个应变硅(sSi)的表面层，所述sSi的表面层的厚度为5nm～100nm、优选为10nm～30nm，并且所显示的缺陷总和(SOD)值SOD@0.40μm优选为最多200个缺陷/晶片。

[0037] 此处SOD按照US 2006/0264008所述以0.40μm的检测阈确定。例如可以以KLA-Tencor的SP1设备进行测定。所述测定包括LPD(小缺陷)和AP(较大缺陷)的检测。这些按尺寸划分的不同的缺陷类别既包括拓扑缺陷(孔、凹陷或凸起)也包括颗粒(尘粒)。SOD是LPD和AP的总和。通过扫描电子显微镜测定可以辨识缺陷的性质种类，此处本发明人检测到(第二蚀刻步骤后)95％的残余缺陷为表面的拓扑缺陷，5％由颗粒引起。

[0038] 相对于观察到的现有技术晶片的SOD值，观察到的本发明的晶片的SOD值表现出显著的进步。本发明人明确观察到，在只进行了第一选择性蚀刻步骤(常规技术方法)之后，SOD@0.40μ的典型值为约4000个缺陷/晶片。因而本发明可以使SOD值以约15或20倍的因数下降。

[0039] 在优选的实施方式中，本发明的晶片的直径为约200mm或约300mm。实际上，微电子领域中的晶片就以这些标准尺寸生产。对于200mm晶片和300mm晶片，优选最多200个缺陷/晶片是适宜的。

[0040] 对于2μm×2μm的扫描表面，本发明的晶片通常显示最多 的表面粗糙度。在适宜的实施方式中，300mm晶片的缺陷密度小于0.3个颗粒/cm2(200个缺陷限制的结果)，200mm晶片的缺陷密度小于0.6个颗粒/cm2。

[0041] 本发明的晶片通常具有绝缘体上应变硅(sSOI)结构。所述晶片优选通过上述技术获得，由此可以通过氧化物层将叠层的sSi/SiGe从供体基片转移至Si大块受体基片。

[0042] 实施例

[0043] 下表给出了在本发明的框架内测试的处理条件。经处理的晶片通过例如美国专利申请US 2004/053477所述的用于制造sSOI或SGOI型晶片的Smart 技术获得。所用晶片为可用于微电子应用的硅大块晶片，可以以直径为200mm或300mm的“微电子质量的硅”商购获得，200mm或300mm直径是目前的两种标准尺寸。

[0044]