CN102773231A - 清洗晶圆的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种清洗晶圆的方法，包含以下步骤：首先，将一晶圆放置在一清洗槽中，其中晶圆包含一金属层，多个粒子嵌入金属层的一表面，然后，进行一第一清洗步骤以超音波液体润洗晶圆，其中超音波液体被施加一超音波能量，进行第一清洗步骤之后，进行一第二清洗步骤以刷洗晶圆，最后干燥晶圆。

Description

清洗晶圆的方法
技术领域
本发明涉及一种清洗晶圆的方法，特别是涉及一种清洗嵌在金属层上的粒子的方法。
背景技术
半导体工艺包含利用多次的化学或是物理方式将集成电路制作在半导体基底上，然而在半导体工艺中，常会在晶圆表面产生污染物。
因此在半导体工艺中，最频繁的工艺步骤就是晶圆清洗。晶圆清洗的目的乃是为了去除附着于晶圆表面上的有机化合物、金属杂质或微粒(Particle)等污染物。这些污染物对于产品后续工艺的影响非常大。金属杂质的污染会造成p-n接面的漏电、缩减少数载子的生命期、降低栅极氧化层的雪崩电压。微粒的附着则会影响光刻工艺图案转移的真实性，甚至造成电路结构的短路。因此，在晶圆清洗制程中，必须有效的去除附着于晶圆表面的有机化合物、金属杂质以及微粒，同时在清洗后晶圆表面必须无自然氧化层(Native Oxide)存在，且表面粗糙度要极小。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种清洗晶圆的方法，其可更有效地清理晶圆上不需要的粒子。
根据本发明的一优选实施例，一种清洗晶圆的方法，包含以下步骤：首先将一晶圆放置在一清洗槽中，然后，进行一第一清洗步骤以超音波液体润洗晶圆，其中超音波液体被施加一超音波能量，在进行第一清洗步骤之后，进行一第二清洗步骤以刷洗晶圆，最后干燥晶圆。
根据本发明的另一优选实施例，一种清洗晶圆的方法，包含以下步骤：首先，将一晶圆放置在一清洗槽中，其中晶圆包含一金属层，多个粒子嵌入金属层的一表面，接着，进行一第一清洗步骤以超音波液体润洗晶圆，其中超音波液体被施加一超音波能量，进行所述第一清洗步骤之后，进行一第二清洗步骤以刷洗晶圆，最后干燥晶圆。
为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举优选实施方式，并配合所附图式，作详细说明如下。然而如下的优选实施方式与图式仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1为根据本发明的一优选实施例所绘示的晶圆清洗槽的示意图。
图2绘示的是本发明的清洗晶圆的方法流程图。
图3绘示的是一刚完成金属工艺阶段的晶圆示意图。
图4至图7为本发明的清洗方式和传统清洗方式的实验数据图。
其中，附图标记说明如下：
10    晶圆清洗槽          12    晶圆
14    晶圆平台            16    刷子
18    液体喷嘴            20    超音波液体喷嘴
22    金属层              24    粒子
30    第一清洗步骤        40    第二清洗步骤
50    最后步骤            241   上部分
242   下部分
具体实施方式
虽然本发明以实施例揭露如下，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以后附的权利要求所界定者为准，且为了不致使本发明的精神晦涩难懂，一些习知结构与制程步骤的细节将不再于此揭露。
同样地，图示所表示为实施例中的装置示意图但并非用以限定装置的尺寸，特别是，为使本发明可更清晰地呈现，部分组件的尺寸可能放大呈现于图中。再者，多个实施例中所揭示相同的组件者，将标示相同或相似的符号以使说明更容易且清晰。
图1为根据本发明的一优选实施例所绘示的晶圆清洗槽的示意图。图2绘示的是本发明清洗晶圆的方法流程图。
请参阅图1，一晶圆清洗槽10用于清洗晶圆12，晶圆清洗槽10包含一晶圆平台14用于支撑晶圆12并且旋转晶圆12，一刷子16例如一PVA刷子和至少一液体喷嘴18皆放置于晶圆平台14的上方，液体喷嘴18的数量可以随着不同需求而调整。举例而言，如图1所示，于晶圆平台14上方的相对两侧可以放置两个液体喷嘴18。另外，一超音波液体喷嘴20亦设置在晶圆平台14上方。
请同时参阅图1和图2，下文将配合图示叙述本发明的清洗晶圆的方法。首先提供一晶圆12，然后将晶圆12放置于图1所绘示的晶圆清洗槽10中，接着进行一第一清洗步骤30，第一清洗步骤30包含超音波清洗，详细来说，在进行第一清洗步骤30时，由超音波液体喷嘴20射出超音波液体以润洗晶圆12，在润洗的同时利用晶圆平台14旋转晶圆12，超音波液体在接触到晶圆12之前已被施以超音波能量，而超音波能量的频率较佳介于1.4MHz至1.6MHz之间，超音波液体可以为去离子水，另外，晶圆12较佳可以在整个第一清洗步骤30都处于旋转的状态。
在进行第一清洗步骤30时，除了由超音波液体喷嘴20射出的超音波液体之外，也可以选择性地分别由两个液体喷嘴18射出清洗液体以补助润洗晶圆12的表面，清洗液体可以为去离子水，由两个液体喷嘴18射出的清洗液体未被施加超音波能量。另外，根据不同的需求，液体喷嘴18可以配合开启或关闭，以控制清洗液体是否射出。
在第一清洗步骤30完成之后，进行一第二清洗步骤40以刷子16刷洗晶圆12，刷子16可以为以PVA所制作的刷子，然后，在最后步骤50，晶圆12被施以旋转干燥。
本发明的清洗步骤适合用于所有需要清洗的晶圆，根据本发明的优选实施例，刚完成金属工艺阶段的晶圆最适合使用前述图1和图2所揭露的清洗方式。
图3绘示的是一刚完成金属工艺阶段的晶圆示意图，其中相同的组件将以相同的符号标示。如图3所示，一晶圆12包含一金属层22于晶圆12的表面上，金属层22可以为铜铝合金、铝或是其它金属，根据本发明的优选实施例，金属层22为铜铝合金，金属层22的形成方式可以为化学气相沉积法、物理气相沉积法或是其它的工艺方式。因为铜铝合金的性质，在完成金属层22后会有许多粒子24嵌入在金属层22的表面，嵌入的粒子24大多是铜铝合金粒子，详细来说，至少有一嵌入的粒子24具有一上部分241突出于金属层22的表面，并且具有一下部分242埋入于金属层22中，因此，金属层22的表面变得粗糙不平整，以致于影响到后续形成在金属层22的材料层的平坦度。
为了使晶圆12得到最佳的清洗，可以对图3中具有粒子24的晶圆12施以本发明的清洗晶圆的方法，请参阅图1至图3，首先，将具有粒子24的晶圆12置入晶圆清洗槽10中，在进行第一清洗步骤30时，由超音波液体喷嘴20射出的超音波液体和由液体喷嘴18射出的清洗液体同时润洗晶圆12，润洗的同时利用晶圆平台14旋转晶圆12，其中超音波液体是被施以超音波能量，而清洗液体则没有被施以超音波能量，超音波能量的频率较佳介于1.4MHz至1.6MHz之间，超音波液体和清洗液体可以为去离子水。第一清洗步骤30较佳可以进行20秒，而晶圆在第一清洗步骤30清洗时的旋转速度较佳为3000rpm。此时，在晶圆12上的粒子24的结构被超音波能量破坏。
在第一清洗步骤30完成之后，进行第二清洗步骤40以刷子16刷洗粒子24的上部分241，也就是粒子24突出于金属层22表面的部分，刷洗的时间约为20秒，此时晶圆12的旋转速度为3000rpm，在刷洗时，刷子16接触金属层22的表面，之后粒子24即从金属层22的表面被移除。然后，于最后步骤50，晶圆12利用旋转约15秒使其干燥。至此，本发明的清洗晶圆的方法业已完成。
图4至图7为本发明的清洗方式和传统清洗方式的实验数据图。图4显示分别使用本发明的清洗方式和传统的清洗方式时，在第一金属层上具有损坏的晶粒的芯片的数量。纵轴代表在第一金属层上具有损坏的晶粒的芯片的数量，而横轴代表芯片是用本发明的清洗方式或传统的清洗方式进行清洗。另外，使用传统的清洗方式进行数据量测时，检测数量为39，平均值为66.74，标准值为96.15，四分位数间距为28.5，而四分位数间距可以有Q1、Q2、Q3、Q4，(介于Q3～Q1范围内的数据值总和)/(介于Q3～Q1范围内的数据个数)的数值为32.33；使用本发明的清洗方式进行数据量测时，检测数量为25，平均值为6.78，标准值为3.78，四分位数间距为5.5，(介于Q3～Q1范围内的数据值总和)/(介于Q3～Q1范围内的数据个数)的数值为5.28。如图4所示，使用本发明的清洗方式可有效减少在第一金属层上具有损坏的晶粒的芯片的数量。第一金属层的厚度约为4000埃，另外，第一金属层的过程温度为150℃。
图5显示分别使用本发明的清洗方式和传统的清洗方式时，在一芯片的第一金属层上的缺陷数量。纵轴代表在一芯片的第一金属层上的缺陷数量，而横轴代表芯片是用本发明的清洗方式或传统的清洗方式进行清洗。另外，使用传统的清洗方式进行数据量测时，检测数量为39，平均值为337.99，标准值为1305.24，四分位数间距为32.5，而四分位数间距可以有Q1、Q2、Q3、Q4，(介于Q3～Q1范围内的数据值总和)/(介于Q3～Q1范围内的数据个数)的数值为35.71；使用本发明的清洗方式进行数据量测时，检测数量为25，平均值为8.6，标准值为5.18，四分位数间距为7.0，(介于Q3～Q1范围内的数据值总和)/(介于Q3～Q1范围内的数据个数)的数值为7.04。如图5所示，使用本发明的清洗方式可有效减少一芯片的第一金属层上的缺陷数量。
图6显示分别使用本发明的清洗方式和传统的清洗方式时，在第二金属层上具有损坏的晶粒的芯片的数量。纵轴代表在第二金属层上具有损坏的晶粒的芯片的数量，而横轴代表芯片是用本发明的清洗方式或传统的清洗方式进行清洗。另外，使用传统的清洗方式进行数据量测时，检测数量为38，平均值为33.03，标准值为44.31，四分位数间距为20.0，而四分位数间距可以有Q1、Q2、Q3、Q4，(介于Q3～Q1范围内的数据值总和)/(介于Q3～Q1范围内的数据个数)的数值为24.25；使用本发明的清洗方式进行数据量测时，检测数量为28，平均值为27.91，标准值为26.71，四分位数间距为25.5，(介于Q3～Q1范围内的数据值总和)/(介于Q3～Q1范围内的数据个数)的数值为19.27。如图6所示，使用本发明的清洗方式可有效减少在第二金属层上具有损坏的晶粒的芯片的数量。第二金属层的厚度约为10500埃，另外，第二金属层的过程温度为440℃。
图7显示分别使用本发明的清洗方式和传统的清洗方式时，在一芯片的第二金属层上的缺陷数量。纵轴代表在一芯片的第二金属层上的缺陷数量，而横轴代表芯片是用本发明的清洗方式或传统的清洗方式进行清洗。另外，使用传统的清洗方式进行数据量测时，检测数量为38，平均值为76.68，标准值为155.89，四分位数间距为36.5，而四分位数间距可以有Q1、Q2、Q3、Q4，(介于Q3～Q1范围内的数据值总和)/(介于Q3～Q1范围内的数据个数)的数值为32.73；使用本发明的清洗方式进行数据量测时，检测数量为28，平均值为56.13，标准值为138.52，四分位数间距为38.5，(介于Q3～Q1范围内的数据值总和)/(介于Q3～Q1范围内的数据个数)的数值为24.91。如图7所示，使用本发明的清洗方式可有效减少一芯片的第二金属层上的缺陷数量。
本发明的主要特征在于先完成超音波清洗晶圆的步骤之后，再利用刷子刷洗晶圆，如此一来，可以缩短清洗的时间，同时也使清洗结果更佳。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (16)

1.一种清洗晶圆的方法，其特征在于，包含：
将晶圆放置在清洗槽中；
进行第一清洗步骤，以超音波液体润洗所述晶圆，所述超音波液体被施加一超音波能量；
进行所述第一清洗步骤之后，进行第二清洗步骤，刷洗所述晶圆；以及
干燥所述晶圆。
2.如权利要求1所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，超音波液体为去离子水。
3.如权利要求1所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，超音波能量的频率介于1.4MHz至1.6MHz。
4.如权利要求1所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，清洗槽包含晶圆平台，用于旋转晶圆。
5.如权利要求1所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，一金属层设置于晶圆的表面上。
6.如权利要求1所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，第二清洗步骤包含利用旋转的刷子刷洗晶圆。
7.如权利要求1所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，在干燥所述晶圆时利用转旋所述晶圆来使所述晶圆干燥。
8.一种清洗晶圆的方法，其特征在于，包含：
将晶圆放置在清洗槽中，所述晶圆包含金属层，多个粒子嵌入金属层的表面；
进行第一清洗步骤，以超音波液体润洗晶圆，所述超音波液体被施加一超音波能量；
进行第一清洗步骤之后，进行第二清洗步骤，刷洗所述晶圆；以及
干燥所述晶圆。
9.如权利要求8所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，金属层包含铜铝合金。
10.如权利要求8所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，进行第二清洗步骤之后，粒子由金属层的表面移除。
11.如权利要求8所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，粒子中的至少一个粒子具有一个上部分突出金属层的表面，并且具有一个下部分埋入在金属层中。
12.如权利要求8所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，超音波液体是去离子水。
13.如权利要求8所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，超音波能量的频率介在1.4MHz至1.6MHz之间。
14.如权利要求8所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，清洗槽包含晶圆平台，用于旋转所述晶圆。
15.如权利要求8所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，第二清洗步骤包含利用旋转的刷子刷洗所述晶圆。
16.如权利要求8所述的清洗晶圆的方法，其特征在于，在干燥晶圆时是利用转旋晶圆来使晶圆干燥。
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