专利名称：半导体器件的制造方法和湿法处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件的制造方法和湿法处理设备。
背景技术：
为了将具有不同电源电压(Vdd)的两种晶体管集成到一个芯片中，具有不同膜厚度的栅绝缘膜需要形成在一个且同一硅衬底上。这种栅绝缘膜是通过已知的复合氧化物(multiple oxide)技术来形成的。此后，将描述用于它的工序。首先，在两个晶体管形成区上形成具有大的膜厚度的氧化硅膜。其后，用抗蚀剂覆盖用于形成具有高Vdd的晶体管(I/O等)的晶体管形成区，并通过利用BHF等的蚀刻来去除形成在用于具有低Vdd的晶体管(核心晶体管)的晶体管形成区上的氧化硅膜。随后，去除抗蚀剂，并在用于形成低Vdd晶体管的晶体管形成区上形成具有小的膜厚度的氧化硅膜。这完成了形成具有不同膜厚度的栅绝缘膜。
近年来，根据器件的小型化，通过蚀刻去除氧化硅膜需要高均匀性和减少外来物质。为此，现在采用了利用逐片(sheet-by-sheet)方法去除氧化硅膜的技术。在逐片方法中，例如，化学溶液挤压喷嘴对着以预定转数保持并旋转的半导体衬底的正表面上的中心，并且从该喷嘴喷出化学溶液，诸如BHF。这样通过蚀刻去除了衬底的正表面上的氧化硅膜。
日本未决公开专利公布No.10-79371公开了一种通过把蚀刻剂喷射到正表面上来蚀刻衬底的正表面的湿法刻蚀处理方法，其中蚀刻剂被喷射到正表面上的同时也被喷射到衬底的背表面上。这样，蚀刻剂被喷射到衬底的正表面上的同时被喷射到背表面上，从而在背表面上产生了液流，由此借助该液流防止了蚀刻剂循环到衬底的背表面。为此，据说从衬底的正表面流动的蚀刻剂中包含的颗粒将很难贴附到衬底的表面。而且，由于借助于相同的蚀刻剂处理衬底的正表面和背表面，所以在正表面和背表面上产生的Zeta电位将是相同的电位，从而可以防止颗粒由于电位差而贴附到背表面上。
同时，在通过利用逐片方法的蚀刻来去除氧化膜时，出现了在衬底的正表面中发生诸如扩散层的挖掘(digging)或溶解(melting)等缺陷的问题，由此导致产量下降。
本发明人热心于对产生这种缺陷的原因的研究。结果，发明人发现这是由于以下原因。在通过蚀刻去除氧化膜时，衬底带电，当BHF化学溶液开始接触衬底上的特定位置(例如，中心)时，积累在衬底中的电荷立刻全部逃逸到导电的化学试剂一侧。
图10示出了由本发明人发现的导电的化学溶液BHF被提供给带电的半导体衬底1000的正表面的状态。在逐片系统的湿法处理设备中，当半导体衬底1000安装在例如用Teflon(注册商标)等构造的安装座上时，半导体衬底1000的背表面将带正电，并且相应地，半导体衬底1000的正表面将带负电。当在半导体衬底1000以这种方式带电的状态下，将导电的化学溶液提供给半导体衬底1000的正表面时，静电从半导体器件1000的正表面逃逸到导电的化学溶液中，从而形成电流路径，由此在半导体衬底1000的正表面上产生了损伤。
日本未决公开专利公布No.2005-307311公开了一种具有静电调节单元的衬底处理设备和湿法型处理设备。静电调节单元具有检测衬底的带电状态的静电传感器和带电部分鼓风机(charged part blower)，由此去除存在于带电衬底中的静电或使衬底充电到任意带电状态。这样，实现了通过根据湿法型工艺的种类适当地控制衬底的带电状态，可以抑制由衬底的正表面上的静电引起的缺陷。然而，利用这种构造，需要提供一种带电部分输送机，所以该设备构造将是大且复杂的。
日本未决公开专利公布No.2003-188138公开了一个步骤，其中为了抑制要被处理的衬底的带电，在清洗处理步骤期间将可以控制带电量的用于去除电的带电流体提供给半导体晶片，由此在清洗处理步骤中去除了存在于半导体晶片的正表面侧上的电荷。日本未决公开专利公布No.2003-188138给出了如下描述在将用于清洗的纯水喷射到晶片的正表面上之前，将用于去除电的纯水提供给晶片的背表面。
图11是示例在日本未决公开专利公布No.2003-188138中公开的常规技术的示意图。其公开了当允许带负电的纯水作用在具有带负电的正表面和带正电的背表面的半导体衬底1000上时，中和了半导体衬底1000的背表面上的正电荷，由此可以减少半导体衬底1000的带电量。然而，利用这种方法，难以控制将半导体衬底1000的带电量减少到近似为零的时刻。而且，当用于提供带负电的纯水的时间段变长时，恐怕半导体衬底1000的背表面一侧将带负电，并且正表面将带正电。当半导体衬底1000保持带电状态并且使导电的化学溶液作用在半导体衬底1000的正表面上时，导电的化学溶液将成为电流路径，并且不能够防止以与图10所示相同的方式在半导体衬底1000的正表面上产生损伤。
而且，即使如日本未决公开专利公布No.10-79371中公开的那样，蚀刻剂被喷射到半导体衬底的正表面上的同时被喷射到背表面上，也不能够防止在半导体衬底的正表面上产生损伤。
发明内容
根据本发明，提供了一种半导体器件的制造方法，包括
将导电的第一化学溶液提供给半导体衬底的背表面，其中在所述半导体衬底的正表面上形成有元件；和在开始提供第一化学溶液给半导体器件的背表面之后，通过将导电的第二化学溶液提供给半导体衬底的正表面来进行湿法处理。
这里，导电的化学溶液例如可以是BHF(缓冲氢氟酸)、DHF(稀释氢氟酸)、SPM(硫酸/过氧化氢(/水)混合物)、APM(氢氧化铵/过氧化氢(/水)混合物)或HPM(氢氯化物(hydrochloride)/过氧化氢(/水)混合物)。导电的化学溶液可以是包含电解质的溶液。从开始提供第一化学溶液的步骤直至开始进行湿法处理的步骤的时间段可根据湿法处理的内容和湿法处理设备的特性来确定，并且可以是足以使半导体衬底的带电量变得小于或等于预定值的时间段。该时间段例如可以是几秒至几十秒。
通过以这种方式进行，在对半导体衬底的正表面进行湿法处理时，在提供导电的化学溶液给半导体衬底的正表面之前，可以从半导体衬底的背表面去除电荷，从而可以防止在半导体衬底的正表面中出现的缺陷，例如扩散层的挖掘或溶解。根据本发明，可以通过简单的方法去除半导体衬底中的电荷，同时抑制设备成本的增加。
根据本发明，提供了一种湿法处理设备，包括安装座，在其上安装半导体衬底；第一化学溶液喷嘴，其将导电的化学溶液提供给安装在安装座上的半导体衬底的正表面；第二化学溶液喷嘴，其将导电的化学溶液提供给安装在安装座上的半导体衬底的背表面；和控制单元，其控制从第一化学溶液喷嘴提供化学溶液的时刻和从第二化学溶液喷嘴提供化学溶液的时刻，在开始从第二化学溶液喷嘴提供化学溶液之后，控制单元开始从第一化学溶液喷嘴提供化学溶液。
通过以这种方式进行，在对半导体衬底的正表面进行湿法处理时，在提供导电的化学溶液给半导体衬底的正表面之前，可以从半导体衬底的背表面去除电荷，从而可以防止在半导体衬底的正表面上产生损伤。
这里，作为本发明的各方面，在方法、设备和其它当中，上述组成要素以及由本发明的表达的转换而获得的组成要素的任何组合也是有效的。
根据本发明，可以减少湿法处理时对半导体衬底的正表面的损伤。
从结合附图的以下描述，本发明的以上和其它目的、优点和特征将更加明显，其中图1是示例根据本发明的实施例的湿法处理设备构造的示意图；图2A和2B是示例根据本发明的实施例的湿法处理工序的示意图；图3是示出用于供给第一化学溶液和第二化学溶液的时序图；图4A至4D是示出在本发明的实施例中用于制造具有不同膜厚度的栅绝缘膜的工序的截面步骤图；图5A和5B是示出在本发明的实施例中用于制造具有不同膜厚度的栅绝缘膜的工序的截面步骤图；图6是示例根据本发明的实施例的湿法处理设备的构造的图；图7是示例根据本发明的实施例的湿法处理设备的构造的图；图8是示例根据本发明的实施例的湿法处理设备的构造的图；图9是示出在半导体衬底的正表面上进行湿法处理之前将导电的化学溶液供给半导体衬底的背表面的时间与缺陷数量之间的关系的图；图10是示出将作为导电的化学溶液的BHF供给半导体衬底带电的正表面的状态的图；和图11是示例常规技术的示意图。
具体实施例方式
现在在此将参考示例性实施例描述本发明。本领域技术人员将认识到，利用本发明的讲解可以完成许多可选的实施例，并且本发明不限于为了说明目的而示例的实施例。
此后，将参考附图描述根据本发明的实施例。这里，在所有的图中，相似的组成元件用相似的附图标记表示，并且将不再重复其详细描述。
(第一实施例)图1是示例根据本实施例的湿法处理设备的构造的示意图。
湿法处理设备200包括安装座202、卡盘204、第一化学溶液喷嘴210、第一阀212、第二化学溶液喷嘴214和第二阀216。半导体衬底10安装在安装座202上。卡盘204保持半导体衬底10。例如，在半导体衬底10的正表面上中途地(halfway)形成诸如晶体管的元件(图中未示出)。第一化学溶液喷嘴210将化学溶液提供给半导体衬底10的正表面。第二化学溶液喷嘴214将化学溶液提供给半导体衬底10的背表面。通过打开第一阀212，从第一化学溶液喷嘴210供给化学溶液。通过打开第二阀216，从第二化学溶液喷嘴214供给化学溶液。在安装座202的中心形成开口202a，并将第二化学溶液喷嘴214的尖端引入开口202a中，从而将化学溶液提供给半导体衬底10的背表面。
在本实施例中，安装座202可由诸如Teflon(注册商标)的氟树脂制成。半导体衬底10由安装座202可旋转地保持。这里，安装座202带负电。当半导体衬底10被安装在安装座202上时，半导体衬底10的背表面将带正电，并且正表面将带负电。
接下来，在本实施例中，将给出用于利用湿法处理设备200在半导体衬底10的正表面上进行湿法处理的工序的描述。
图2A和2B是示例根据本实施例的湿法处理工序的示意图。首先，参考图2A，将包含电解质的导电的第一化学溶液50从第二化学溶液喷嘴214提供给半导体衬底10的背表面。这里，例如，第一化学溶液50可以是诸如BHF、DHF、SPM、APM或HPM的导电的化学溶液。通过以这种方式将导电的第一化学溶液50提供给半导体衬底10的背表面，静电从半导体衬底10的背表面逃逸到第一化学溶液50中，从而形成电流路径，由此可以去除半导体衬底10中的电。以电导率的形式，第一化学溶液50的电导率可以是1μS/cm或更大(或以电阻率的形式，为1MΩ·cm或更小)，更优选以电导率的形式，电导率为5μS/cm或更大(以电阻率的形式，为0.2MΩ·cm或更小)。
随后，参考图2B，导电的第二化学溶液52从第一化学溶液喷嘴210提供给半导体衬底10的正表面。通过以这种方式进行，在半导体衬底10不带电的状态下，第二化学溶液52可以提供给半导体衬底10的正表面。这使得即使第二化学溶液52包含电解质，在半导体衬底10的正表面侧上也不形成电流路径，由此可以减少对半导体衬底10的正表面的损伤。第一化学溶液52可包含与第二化学溶液52相同的材料。在本实施例中，第一化学溶液50和第二化学溶液52可以是相同的化学溶液。图2A和2B示出了第一化学溶液50和第二化学溶液52是BHF的实例。而且，在其它实例中，第一化学溶液50和第二化学溶液52可以是不同的化学溶液。第二化学溶液52的供给可以在去除半导体衬底10中的电之后开始。半导体衬底10中的电是否被去除可以通过如下检测半导体衬底10的带电量来确定。当通过检测半导体衬底10的带电量，带电量已变得小于或等于预定判别值时，或者当在减少带电量小于或等于预定判别值需要的足够的时间段已过去时，能够认为半导体衬底10中的电被去除了。
图3是示出用于供应第一化学溶液50和第二化学溶液52的时序的图。首先，在时间为零时，将第一化学溶液50提供给半导体衬底10的背表面。随后，在时间t1过去之后，将第二化学溶液52提供给半导体衬底10的正表面。时间t1可以根据湿法处理的内容和湿法处理设备的特性来确定，并且可以是足够使半导体衬底10的带电量变得小于或等于预定值的时间段。例如，时间t1可以通过半导体衬底10的带电量来确定。而且，时间t1可根据第一化学溶液50的种类来确定。这里，当第二化学溶液52正提供给半导体衬底10的正表面时，第一化学溶液50可保持提供给半导体衬底10的背表面，或者可选地可停止第一化学溶液50的提供。
接下来，将描述在本实施例中制造半导体器件的工序。在本实施例中，将本发明应用到具有不同膜厚度的栅绝缘膜的制造。
图4A至5B是示出在本实施例中制造具有不同膜厚度的栅绝缘膜的工序的截面步骤图。
首先，在半导体衬底10上形成元件隔离区12之后，分别在第一区域13a和第二区域13b中通过热氧化法形成第一氧化膜14(例如，具有5.0nm的膜厚度)和第二氧化膜16(例如，具有5.0nm的膜厚度)(图4A)。这里，半导体衬底10是硅衬底，第一氧化膜14和第二氧化膜16是氧化硅膜。元件隔离区12是通过浅沟槽隔离法(STI法)形成的，并由通过热氧化法和CVD法形成的氧化膜制成。随后，在第二氧化膜16上形成抗蚀剂层18(图4B)。
在这种状态下，通过图1中所示的湿法处理设备200执行去除第一氧化膜14的工艺(图4C)。在湿法处理设备200中，通过利用缓冲氢氟酸(BHF)(第二化学溶液52)的湿法蚀刻来去除形成在半导体衬底10的正表面上的第一氧化膜14。在本实施例中，在利用第二化学溶液52对半导体衬底10的正表面开始湿法处理之前，将BHF(第一化学溶液50)提供给半导体衬底10的背表面。这使得可以在半导体衬底10不带电的状态下，对半导体衬底10的正表面进行湿法处理，由此可以防止半导体衬底10的正表面受到损伤。通过该工艺，去除了第一氧化膜14(图4D)。
其后，通过湿法蚀刻去除抗蚀剂层18。这里，抗蚀剂层18的湿法蚀刻可通过浸渍法或通过逐片方法进行。这完成了抗蚀剂层18的去除(图5A)。
随后，通过RTO(快速热氧化)形成第三氧化膜20(例如，具有0.8nm的膜厚度)(图5B)。这样形成了具有不同膜厚度的两种栅绝缘膜。其后，在栅绝缘膜上形成栅电极，并形成源/漏区，由此可以形成具有不同厚度的栅绝缘膜的晶体管。
(第二实施例)图6是示例根据本实施例的湿法处理设备200的构造的图。
在本实施例中，除了第一实施例中参考图1描述的构造之外，湿法处理设备200还包括控制器(控制单元)218。控制器218控制第一阀212和第二阀216的打开和关闭。在本实施例中，在通过打开第一阀212来从第一化学溶液喷嘴210提供化学溶液的工艺之前，控制器218进行通过打开第二阀216来从第二化学溶液喷嘴214提供化学溶液的工艺。这使得在对半导体衬底10的正表面进行湿法处理时，在将导电的化学溶液提供给半导体衬底10的正表面之前，可以从半导体衬底10的背表面去除电荷，由此可以防止在半导体衬底10的正表面上产生的损伤。
图7是示例根据本实施例的湿法处理设备200的另一实例的图。
除了参考图6描述的构造之外，湿法处理设备200还包括电容传感器220。电容传感器220可以是在非接触的状态下，即，不接触半导体衬底10的状态下，测量半导体衬底10的带电量的设备。电容传感器220将测量到的带电量通知给控制器218。在通过打开第二阀216来从第二化学溶液喷嘴214提供化学溶液的工艺开始之后，控制器218检测由电容传感器220测量到的半导体衬底10的带电量变得低于或等于预定判别值的时刻。控制器218可包括存储预定判别值的存储器。当半导体衬底10的带电量变得低于或等于预定判别值时，控制器218通过打开第一阀212来开始从化学溶液喷嘴210提供化学溶液的工艺。
通过采用这种构造，可以在适当时刻开始对半导体衬底10的正表面的湿法处理。图7示出了控制器218控制第一阀212和第二阀216的打开和关闭的构造。然而，当控制器218检测到半导体衬底10的带电量变得低于或等于预定判别值的时刻时，控制器218会利用通知单元等(图中未示出)通知该时刻的使用者。这使得湿法处理设备200的使用者可以通过在适当时刻打开第一阀212来开始对半导体衬底10的正表面的湿法处理。
图8是示例根据本实施例的湿法处理设备200的另一实例的图。
湿法处理设备200可具有进一步包括输入接收单元230和存储单元232的构造。存储单元232可存储例如在半导体器件的制造工艺中的每阶段的工艺和在相应的该工艺中去除半导体衬底10的电荷所需要的处理时间。这里，需要的处理时间指的是在开始将第一化学溶液50提供给半导体衬底10的背表面之后，半导体衬底10的带电量变得低于或等于预定值所需要的时间段。当输入接收单元230接收到处理内容时，控制器218参考存储单元232以获得与相关工艺相对应地存储的处理时间。随后，控制器218打开第二阀216，以开始将导电的化学溶液提供给半导体衬底10的背表面，并且当获得的处理时间过去时，控制器218打开第一阀212，以开始将化学溶液提供给半导体衬底10的正表面。
这里，图6至8所示的湿法处理设备200的控制器218和存储单元232没有显示出硬件单元的构造而显示出功能单元的模块。这些是通过主要包括任意计算机的CPU和存储器、存储在存储器中的程序、存储该程序的存储单元等的硬件和软件的任意组合实现的。
(实例)根据参考图4A至5B描述的工序制造了半导体器件。在此期间，在图4C去除第一氧化膜14的工艺中，把从开始提供第一化学溶液50给半导体衬底10的背表面直至开始提供第二化学溶液52给半导体衬底10的正表面的时间段t1设置为0秒、5秒、15秒和30秒。第一化学溶液50和第二化学溶液52都是BHF，流速设置为约2L/分钟。在这种条件下，观察到在半导体衬底的正表面的扩散层中的缺陷数(遭受缺陷的数量)。当t1为0秒时，缺陷数为45，而当t1设置为5秒，缺陷数为2，显示出相当大的下降。而且，当t1设置为30秒时，没有看到缺陷。而且，尽管在开始提供第一化学溶液50之前半导体衬底10的带电量为约-5至-6KV，但当t1设置为30秒时带电量变为约0.1KV。
以这种方式，可测量没有产生缺陷或缺陷数低于或等于与形成在半导体衬底10的正表面上的元件有关的预定值的带电量，并且t1可根据其来确定。而且，t1可通过没有产生缺陷或缺陷数低于或等于与形成在半导体衬底10的正表面上的元件有关的预定值的时间段来确定。
如上所述，参考各图描述本发明的实施例；然而，这些仅是本发明的实例，所以可以采用除上述构造之外的各种构造。
在上述实施例中，作为实例已描述了去除形成在半导体衬底10的正表面上的氧化膜的步骤。然而，本发明可以应用到例如形成在半导体衬底上形成的多层互连结构的步骤。例如，在多层互连结构中，本发明可以应用到形成铜互连之后的冲洗步骤。
很明显，本发明不限于上述实施例，可修改和改变，而不脱离本发明的范围和精神。
权利要求
1.一种半导体器件的制造方法，包括将导电的第一化学溶液提供给半导体衬底的背表面，其中在所述半导体衬底的正表面上形成有元件；和在开始所述提供所述第一化学溶液给所述半导体器件的所述背表面之后，通过将导电的第二化学溶液提供给所述半导体衬底的所述正表面来进行湿法处理。
2.根据权利要求1的半导体器件的制造方法，其中所述第一化学溶液和所述第二化学溶液包含相同的材料。
3.根据权利要求1的半导体器件的制造方法，其中在所述进行湿法处理时，通过所述第二化学溶液来去除形成在所述半导体衬底的所述正表面上的氧化膜。
4.根据权利要求2的半导体器件的制造方法，其中在所述进行湿法处理时，通过所述第二化学溶液来去除形成在所述半导体衬底的所述正表面上的氧化膜。
5.根据权利要求1的半导体器件的制造方法，进一步包括在开始所述提供第一化学溶液给所述半导体衬底的所述背表面之后，检测所述半导体衬底的带电量，其中在所述检测半导体衬底的带电量时，当检测到所述半导体衬底的带电量已经变得低于或等于预定判别值之后，开始所述进行湿法处理。
6.根据权利要求3的半导体器件的制造方法，进一步包括在开始所述提供第一化学溶液给所述半导体衬底的所述背表面之后，检测所述半导体衬底的带电量，其中在所述检测半导体衬底的带电量时，当检测到所述半导体衬底的带电量已经变得低于或等于预定判别值之后，开始所述进行湿法处理。
7.根据权利要求1的半导体器件的制造方法，其中在去除所述半导体衬底中的电之后，开始所述进行湿法处理。
8.根据权利要求5的半导体器件的制造方法，其中在所述检测半导体衬底的带电量时，当检测到去除了所述半导体衬底中的电之后，开始所述进行湿法处理。
9.根据权利要求1的半导体器件的制造方法，其中在所述半导体衬底的带电量减少到下述量时所需的时间段已经过去之后，开始所述进行湿法处理，所述量使得当所述第二化学溶液提供给所述正表面时在形成于所述正表面上的元件中不产生缺陷。
10.根据权利要求3的半导体器件的制造方法，其中在所述半导体衬底的带电量减少到下述量时所需的时间段已经过去之后，开始所述进行湿法处理，所述量使得当所述第二化学溶液提供给所述正表面时在形成于所述正表面上的元件中不产生缺陷。
11.一种湿法处理设备，包括安装座，在其上安装半导体衬底；第一化学溶液喷嘴，其将导电的化学溶液提供给安装在所述安装座上的半导体衬底的正表面；第二化学溶液喷嘴，其将导电的化学溶液提供给安装在所述安装座上的半导体衬底的背表面；和控制单元，其控制从所述第一化学溶液喷嘴提供所述化学溶液的时刻和从所述第二化学溶液喷嘴提供所述化学溶液的时刻，其中在开始所述从所述第二化学溶液喷嘴提供化学溶液之后，所述控制单元开始所述从所述第一化学溶液喷嘴提供化学溶液。
全文摘要
将导电的第一化学溶液提供给半导体衬底的背表面，其中在该半导体衬底的正表面上形成有元件。在开始提供第一化学溶液之后，通过将导电的第二化学溶液提供给半导体衬底的正表面来进行湿法处理。
文档编号H01L21/311GK101079377SQ20071000581
公开日2007年11月28日 申请日期2007年2月25日 优先权日2006年2月23日
发明者铃木达也 申请人:恩益禧电子股份有限公司