CN103137433A

CN103137433A - 晶圆在超纯水中过浸泡后的补救方法

Info

Publication number: CN103137433A
Application number: CN2011103770936A
Authority: CN
Inventors: 陈东强; 寿晓懂
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2013-06-05

Abstract

本发明公开了一种晶圆在超纯水中过浸泡后的补救方法，适用于晶圆生产过程中的任何一种湿法工艺，该方法对在超纯水中过度浸泡的晶圆，在正常回收以后，流至下一制程以前，用稀氢氟酸进行处理。通过对在超纯水中过度浸泡的晶圆追加一步稀氢氟酸处理步骤，有效地改变了晶圆的表面形态，去除了浸泡过程中沉积在晶圆表面的金属污染物，从而提高了产品的良率和可靠性。

Description

晶圆在超纯水中过浸泡后的补救方法

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及湿法清洗工艺中，晶圆在超纯水中过浸泡后的补救方法。

背景技术

湿法清洗工艺是集成电路制造过程中的一项重要工艺，目的是去除晶圆表面的各种污染物(包括颗粒污染物、有机污染物、金属污染物等等)。

Kern和Puotinen于1970年发表的RCA清洗工艺依然是目前被广泛采用的湿法清洗工艺(Handbook of Silicon Wafer Cleaning Technology，2nd Edition，2008 William AndrewInc.)，该工艺主要包含顺序的两个清洗步骤：1)SC-1清洗，即H₂O₂-NH₄OH-H₂O混合液清洗，用于去除颗粒污染物和有机污染物；2)SC-2清洗，即H₂O₂-HCl-H₂O混合液清洗，用于去除金属污染物。为了提高RCA清洗能力，也可选择在SC-1清洗前增加SPM(H₂O₂-H₂SO₄-H₂O混合液)清洗和DHF(HF-H₂O)清洗。经由SC-1、SC-2或SPM处理过后，硅表面会覆盖一层厚约

的氧化层，其最外层的悬挂键为Si-OH。

RCA清洗工艺常使用于槽式处理设备，即一批晶圆依次浸泡于SC-1处理槽、超纯水处理槽、SC-2处理槽、超纯水处理槽、干燥槽。每一处理槽的处理时间都预先设定，当达到该处理槽的预设时间时，机械手即会自动将晶圆搬送至下一处理槽，直至最后由干燥槽干燥出来，完成该清洗工艺。

在用槽式处理设备清洗晶圆时，如果发生设备故障(包括硬件或软件的故障，比如，机械手臂无法正常动作，机台软件死机等)，则正在处理中的晶圆将无法从当前处理槽及时搬至下一处理槽。此时，如果晶圆正处在化学品槽，则通常会自动将化学品置换成超纯水，并在超纯水中浸泡至设备恢复；如果晶圆处在超纯水处理槽，也会在超纯水中浸泡至设备恢复。在此过程，晶圆会被长时间浸泡于超纯水中，且浸泡时间有可能远远大于预设的处理时间，比如，通常的预设时间在10分钟左右，但有可能因机械手的故障导致晶圆在超纯水中浸泡大于10分钟或更久。由于硅表面氧化层最外层的悬挂键Si-OH极易与超纯水中的金属离子发生离子交换(Adhesion Mechanism of Metal Impurities on Si Wafers in Alkali Solution，T.Hoshino等，Journal of The Electrochemical Society，151(9)G590-G597，2004)，如图1及下式所示：

≡Si-OH(s)+M(aq)→≡Si-O-M(s)+H⁺(aq)

式中，M代表超纯水中的微量金属离子，比如Al(OH)^4-、Fe(OH)^4-等等。

晶圆表面所交换的金属离子的量会随晶圆在超纯水中的浸泡时间的增加而增加。尽管晶圆制造厂所用超纯水中含有的金属离子极其微量(在ppb水平或更低)，但是在超纯水中的长时间浸泡仍然会导致晶圆表面依附较多的金属离子，而金属污染通常会降低载流子的复合寿命(Issues of wet cleaning in ULSI process，T.Ajioka等，1994 International Symposiumon Semiconductor Manufacturing，pp.93-98)、降低栅极氧化物击穿电压(The effect ofmetallic impurities on the dielectric breakdown of oxides and some new ways ofavoiding them，S.Verhaverbeke，et al，IEDM 91，pp.71-74)以及增加PN结漏电流(TheEffect of Copper Contamination on Field Overlap Edges and Perimeter Junction LeakageCurrent，Bert Vermeire等，IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURING，VOL.11，NO.2，MAY 1998，pp.232-238)，从而导致产品的低良率和低可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种晶圆在超纯水中过浸泡后的补救方法，它可以提高在超纯水中过浸泡的晶圆的良率和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明的晶圆在超纯水中过浸泡后的补救方法，对在湿法工艺中在超纯水中过度浸泡的晶圆，在依次经过余下的处理槽处理，并由干燥槽正常回收以后，流转至下一制程以前，用稀氢氟酸对其进行处理。

所述湿法工艺可以是晶圆生产过程中的任何一种湿法工艺，特别是栅极氧化生长前的湿法清洗工艺。

所述过度浸泡是指晶圆在超纯水中的浸泡时间超过设定时间10分钟以上。

所述氢氟酸的浓度为0.05wt％～5wt％，温度为20～30℃，用氢氟酸处理的时间为30秒～30分钟。氢氟酸处理可以在批式处理设备或单片处理设备上进行。

本发明通过对在超纯水中过浸泡的晶圆追加一个稀氢氟酸(DHF)处理步骤，有效地改变了晶圆的表面形态，去除了浸泡过程中沉积在晶圆表面的金属污染物，从而提高了产品的良率和可靠性。

附图说明

图1是晶圆在超纯水中长时间浸泡，表面吸附金属污染物的化学反应示意图。

图2是采用本发明的方法，用DHF处理在超纯水中过浸泡的晶圆，去除晶圆表面吸附的金属污染物的化学反应示意图。

具体实施方式

为对本发明的技术内容、特点与功效有更具体的了解，现结合图示的实施方式详述如下：

本实施例使用四片8英寸的p型单晶硅晶圆，每片晶圆的硼掺杂浓度为E14 atoms/cm³，晶圆表面单晶硅的电阻率为11.5～15.5Ω.cm。

实验前先对这些晶圆进行RCA预清洗。然后将四片晶圆均分成两组，分别在常温(25℃)和高温(65℃)的超纯水中浸泡1小时，以模拟晶圆在超纯水中发生过浸泡的情形。

接着，每组各取一片晶圆增加一步额外的稀氢氟酸处理步骤，对另外2片晶圆不进行稀氢氟酸处理。使用的稀氢氟酸的浓度为0.25wt％(重量百分比)，温度为25℃，处理时间为120秒。

最后，将四片晶圆合在一起置于一氧化炉管中，在800℃高温下形成一层厚约

的氧化硅，用Quantox方法(Quantox Analysis of SC-1 and SC-2 Variables in Wafer SurfacePreparation，Siti Kudnie Sahari，et al，ICSE 2008 Proc.2008，Johor Bahru，Malaysia，pp.591-595)测量晶圆中的Fe(铁)浓度和载流子复合寿命，每片晶圆上量测5个点，取其平均值进行比较。

实验结果如表1所示：

表1Quantox测试结果

由表1可见，无论是在常温或高温的超纯水中浸泡1小时，都会导致晶圆表面吸附大量的金属污染物，而在超纯水中长时间浸泡后追加一步稀氢氟酸处理步骤，则可以有效地去除金属污染物，并能够提高载流子复合寿命，从而解决了晶圆在超纯水中长时间浸泡所导致的低良率和低可靠性问题。

Claims

1.晶圆在超纯水中过浸泡后的补救方法，其特征在于，在湿法工艺中，对在超纯水中过度浸泡的晶圆，在由干燥槽正常回收以后，流转至下一制程以前，使用稀氢氟酸对该晶圆进行处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿法工艺是栅极氧化生长前的湿法清洗工艺。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过度浸泡为浸泡时间超过设定时间10分钟以上。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氢氟酸的浓度为0.05wt％～5wt％。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氢氟酸的温度为20～30℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用所述氢氟酸处理的时间为30秒～30分钟。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在批式处理设备或单片处理设备上进行氢氟酸处理。