CN104335330A - 半导体晶片的洗净方法 - Google Patents

半导体晶片的洗净方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种半导体晶片的洗净方法,其特征在于,在由平均铝浓度为1ppb以下的合成石英材料所构成的洗净槽内,装满包含氨和过氧化氢的洗净液,使前述半导体晶片浸渍于前述洗净液中,并以使由前述洗净液所导致的前述合成石英的表面蚀刻速度为0.3nm/分钟以下的方式,来洗净前述半导体晶片。由此,可提供一种洗净方法,该方法可将氨/双氧水洗净液中的铝浓度保持为低浓度,并提高半导体晶片的表面清洁度。

Description

半导体晶片的洗净方法
技术领域
本发明涉及一种半导体晶片的洗净方法。
背景技术
作为半导体晶片(semiconductor wafer)的洗净方法,通常使用包含氨与过氧化氢(以下也称为双氧水)的混合液,来作为洗净液。作为此时的半导体晶片的洗净流程,例如有:氨/双氧水洗净(使用氨和双氧水的混合液所进行的洗净)→纯水冲洗→盐酸/双氧水洗净(使用盐酸和双氧水的混合液所进行的洗净)→纯水冲洗→干燥。在此洗净方法中,利用最初的氨/双氧水洗净液(包含氨和双氧水的混合液)来移除表面附着有机物与粒子,并利用纯水冲洗冲掉化学药品,然后,利用接下来的盐酸/双氧水洗净液(包含盐酸和双氧水的混合液)来移除金属杂质,再次利用纯水冲洗冲掉化学药品,然后进行干燥。
一般而言,大多将半导体晶片的洗净所使用的洗净液,加温至60℃~80℃后再使用,以提高其洗净效果。因此,在洗净槽内安装有循环过滤系统,在移除粒子的同时,利用加热器来进行洗净液温度的调节。又,有时还将药液控制为一定的浓度,以防止因洗净液中所包含的化学药品蒸发而导致洗净液的浓度降低。进一步,有时还并用超音波洗净,以提高粒子的移除力。
又,半导体晶片的洗净方法所使用的洗净液,由于将直接影响半导体晶片的清洁度品质,因此,洗净液中的粒子和金属杂质浓度受到严格管理。同样地,由于洗净液中所包含的化学药品也直接影响半导体晶片的清洁度品质,因此,使用粒子和杂质极少的高品质的化学药品。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-322714号公报
发明内容
[发明所要解决的课题]
半导体晶片的洗净步骤中所使用的氨/双氧水洗净,主要用于移除粒子,但是会有金属杂质易残留在半导体晶片表面上的问题,尤其作为金属杂质而成为问题的是容易进入至氧化膜中的铝(Al)。铝在作为洗净槽石英材料所使用的天然石英中约含10ppmw,此铝通过由氨/双氧水洗净所实施的石英表面蚀刻而溶出至洗净液中,而污染半导体晶片表面。
因此,当需要表面清洁度更高的半导体晶片时,有时使用合成石英洗净槽,以降低其表面的铝污染(参照专利文献1)。然而,由于即便使用此种合成石英槽,在制作石英槽时的熔接和热处理中,也无法避免包含铝的金属污染,因此,无法消除由石英洗净槽所导致的铝污染。
本发明是鉴于上述问题点而完成的,其目的在于提供一种洗净方法,该方法可将氨/双氧水洗净液中的铝浓度保持为低浓度,并提高半导体晶片的表面清洁度。
[解决课题的方法]
为了达成上述目的,本发明提供一种半导体晶片的洗净方法,其特征在于:在由平均铝浓度为1ppb以下的合成石英材料所构成的洗净槽内,装满包含氨和过氧化氢的洗净液,使前述半导体晶片浸渍于前述洗净液中,并以使由前述洗净液所导致的前述合成石英的表面蚀刻速度为0.3nm/分钟(nm/min)以下的方式,来洗净前述半导体晶片。
如此一来,使用高纯度的合成石英材料,同时以使合成石英的表面蚀刻速度为0.3nm/分钟以下的方式,来洗净半导体晶片,由此,使氨/双氧水洗净后的半导体晶片的表面铝浓度为1×1010原子/cm2(atoms/cm2)以下,并改善半导体晶片的表面清洁度。进一步,也可省略使半导体晶片的表面铝浓度为1×1010原子/cm2以下所需的半导体晶片的酸洗。
此时,优选为利用使前述洗净液循环并进行过滤及恒温加热的循环过滤装置,一边将前述洗净液中的氨和过氧化氢分别控制为一定的浓度,一边洗净前述半导体晶片。
如此一来,利用一边将洗净液中的氨和过氧化氢分别控制为一定的浓度,一边洗净半导体晶片,可将合成石英的表面蚀刻速度确实地控制为特定值,并提高半导体晶片的洗净效果。
[发明的效果]
如上所述,根据本发明,由于可使氨/双氧水洗净后的半导体晶片的表面铝浓度为1×1010原子/cm2以下,因此,可改善半导体晶片的表面清洁度,并且也可省略用于使半导体晶片的表面铝浓度为1×1010原子/cm2以下的酸洗净,因而可以更低的成本且更短的时间,获得清洁度较高的半导体晶片。
附图说明
图1是实施例及比较例中的为了调查洗净实验前的半导体晶片的表面金属杂质(铝)浓度而对半导体晶片施加的处理的流程图。
图2是实施例及比较例中的洗净实验的洗净流程图。
图3是可实施本发明中的半导体晶片的洗净方法的装置。
具体实施方式
以下,作为实施方式的一个实例,一边参照附图,一边详细地说明本发明,但本发明并不限定于此实施方式。
图3是表示用于实施本发明的半导体晶片的洗净方法的装置的一个实例的概略图。在图3中,在洗净槽2内装满洗净液3(此处的“装满洗净液”是指装有足够量的洗净液),使半导体晶片1浸渍于洗净液3中,来洗净半导体晶片1。此时,利用使洗净液3循环通过过滤装置5,将洗净液中的药液分别控制为一定的浓度。进一步,利用用于加热洗净槽2内的洗净液3的加热装置4,将洗净液3控制为一定的液温。在此洗净装置6中,洗净槽2是由平均铝浓度为1ppb以下的合成石英所形成。
使用此种装置,本发明的半导体晶片的洗净方法,是在由平均铝浓度为1ppb以下的合成石英材料所构成的洗净槽内,装满包含氨和过氧化氢的洗净液,使半导体晶片浸渍于洗净液中,并以使由前述洗净液所导致的合成石英的表面蚀刻速度为0.3nm/分钟以下的方式,来洗净半导体晶片。
如此一来,使用高纯度的合成石英,同时以使合成石英的表面蚀刻速度为0.3nm/分钟以下的方式,来洗净半导体晶片,由此,使氨/双氧水洗净后的半导体晶片表面的铝浓度为1×1010原子/cm2以下,并改善半导体晶片的表面清洁度。进一步,由于也可省略使半导体晶片的表面铝浓度为1×1010原子/cm2以下所需的半导体晶片的酸洗净,因此,可以更低的成本且更短的时间,获得清洁度较高的半导体晶片。
此酸洗净是使用酸性药液的洗净,广泛用于半导体集成电路(IC)制造中的晶片洗净,但在本发明的半导体晶片的洗净方法中,如上所述,由于可使洗净后的半导体晶片的表面铝浓度为1×1010原子/cm2以下,因此,可省略半导体晶片的酸洗净。但在本发明中,也可视需要进行酸洗净,并不排除此种情况。
又,优选为,利用如图3所示的洗净装置6,使洗净液3循环通过过滤装置5而过滤,进一步利用加热装置4,恒温加热由合成石英所构成的洗净槽2内的洗净液3,由此,一边将洗净液3中的氨及过氧化氢分别控制为一定的浓度,一边洗净半导体晶片1。
如此一来,利用一边将洗净液中的氨及过氧化氢分别控制为一定的浓度和液温,一边洗净半导体晶片,可提高半导体晶片的洗净效果,并可确实地使由合成石英所构成的洗净槽的表面被洗净液蚀刻的速度为0.3nm/分钟以下。
另外,本发明中的要被洗净的半导体晶片并无特别限定,除硅晶片以外,还可使用如锗的元素半导体或如GaAs、InP的化合物半导体等。
[实施例]
以下示出实施例和比较例,更具体地说明本发明,但本发明并不限定于这些实施例和比较例。
(实施例1)
准备一直径为300mm且两面已镜面精加工后的清洁的硅单晶的晶片。如图1所示,此硅晶片在进行氨/双氧水洗净后,连续利用稀氢氟酸进行洗净,进一步利用臭氧水施加处理以在该硅晶片表面上形成清洁的氧化膜,然后进行干燥。
然后,利用氢氟酸进行硅晶片的表面金属杂质(铝)的回收,并利用电感耦合等离子体质谱(Inductively Coupled Plasma–Mass Spectrometry(ICP-MS))分析装置对此回收液进行定量分析,以调查此清洁的硅晶片的表面金属杂质(铝)浓度。其分析结果为:实验前的硅晶片表面金属杂质(铝)浓度全部为N.D.(检测下限值以下)。
其次,进行合成石英洗净槽中的硅晶片的洗净实验。如图2所示,此洗净实验,首先将硅晶片浸渍于合成石英洗净槽内所装满的氨/双氧水洗净液中进行洗净。此时,作为洗净条件,使氨/双氧水洗净液的药液组成(混合比例)为氨:双氧水:纯水=1:1:10。又,使洗净液温度为50℃,且使洗净中的由氨/双氧水洗净液所导致的合成石英的蚀刻速度为0.3nm/分钟。另外,氨/双氧水洗净是在调配上述洗净液并进行4小时温度调节和循环过滤后,实施5分钟,并使用合成石英洗净槽中的平均铝浓度为0.5ppb的合成石英洗净槽。
然后,对经施加氨/双氧水洗净的硅晶片,进行纯水冲洗,进一步使已进行纯水冲洗的硅晶片干燥。
在上述洗净实验结束后,对于该合成石英槽的石英中所包含的铝浓度,自合成石英槽中取出分析样品,在利用氢氟酸进行溶解后,以ICP-MS进行分析,计算硅晶片表面金属杂质(铝)浓度。
(实施例2)
当利用氨/双氧水洗净液进行硅晶片的洗净实验时,使洗净液温度为40℃,且使洗净中的由氨/双氧水洗净液所导致的合成石英的蚀刻速度为0.2nm/分钟,除此以外,与实施例1同样地进行洗净实验,实验结束后,计算合成石英槽的硅晶片表面金属杂质(铝)浓度。
(实施例3)
当利用氨/双氧水洗净液进行硅晶片的洗净实验时,使用所包含的铝的平均浓度为1.0ppb的合成石英槽,来作为洗净槽,除此以外,与实施例1同样地进行洗净实验,计算实验结束后的硅晶片表面金属杂质(铝)浓度。
(比较例1)
当利用氨/双氧水洗净液进行硅晶片的洗净实验时,使用所包含的铝的平均浓度为10ppm的天然石英槽,来作为氨和双氧水洗净槽,使洗净液温度为80℃,且使洗净中的由氨/双氧水洗净液所导致的合成石英的蚀刻速度为0.7nm/分钟,除此以外,与实施例1同样地进行洗净实验,计算实验结束后的硅晶片表面金属杂质(铝)浓度。
(比较例2)
当利用氨/双氧水洗净液进行硅晶片的洗净实验时,使用所包含的铝的平均浓度为2.0ppb的合成石英槽,来作为氨和双氧水洗净槽,除此以外,与比较例1同样地进行洗净实验,计算实验结束后的硅晶片表面金属杂质(铝)浓度。
(比较例3)
当利用氨/双氧水洗净液进行硅晶片的洗净实验时,使洗净液温度为50℃,且使洗净中的由氨/双氧水洗净液所导致的合成石英的蚀刻速度为0.3nm/分钟,除此以外,与比较例2同样地进行洗净实验,计算实验结束后的硅晶片表面金属杂质(铝)浓度。
以下,将实施例1~实施例3及比较例1~比较例3中的硅晶片的洗净条件、及分析硅晶片洗净后的晶片表面金属杂质(铝)浓度的结果,分别汇总于表1、表2中。
表1
表2
条件 晶片表面金属杂质(铝浓度)
比较例1 22.1×1010原子/cm2
比较例2 3.9×1010原子/cm2
比较例3 1.9×1010原子/cm2
实施例1 0.6×1010原子/cm2
实施例2 0.4×1010原子/cm2
实施例3 0.9×1010原子/cm2
以上,根据实施例1~实施例3,可知以下事项:当洗净半导体晶片时,在由平均铝浓度为1ppb以下的合成石英材料所构成的洗净槽内,装满包含氨/双氧水的洗净液,使半导体晶片浸渍于此洗净液中,在使由此洗净液所导致的合成石英的表面蚀刻速度为0.3nm/分钟以下的条件下,洗净半导体晶片,由此,可使氨/双氧水洗净后的半导体晶片的表面铝浓度为1×1010原子/cm2以下。
另一方面,在比较例1、比较例2中,当洗净半导体晶片时,在由平均铝浓度大于1ppb的石英材料(比较例1为天然石英,比较例2为合成石英)所构成的洗净槽内,装满包含氨/双氧水的洗净液,使半导体晶片浸渍于此洗净液中,以由此洗净液所导致的石英的表面蚀刻速度大于0.3nm/分钟的速度,来洗净半导体晶片,由此,无法使氨/双氧水洗净后的半导体晶片的表面铝浓度为1×1010原子/cm2以下。
又,在比较例3中,虽然在由包含氨/双氧水的洗净液所导致的合成石英的表面蚀刻速度为0.3nm/分钟的条件下,洗净半导体晶片,但却使用由平均铝浓度大于1ppb的合成石英材料所构成的洗净槽,由此,与比较例1、比较例2同样地,无法使氨/双氧水洗净后的半导体晶片的表面铝浓度为1×1010原子/cm2以下。
另外,在实施例1~实施例3及比较例1~比较例3中,是以进行氨/双氧水洗净时的洗净液温度,来改变石英槽的蚀刻速度,但变更洗净液中所包含的氨与双氧水的混合比的组成,同样也可改变石英槽的蚀刻速度。
另外,本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式为例示,具有与本发明的权利要求书中所述的技术思想实质上相同的构成并发挥同样作用效果的所有发明,均包含在本发明的技术范围内。

Claims (2)

1.一种半导体晶片的洗净方法,其特征在于,
在由平均铝浓度为1ppb以下的合成石英材料所构成的洗净槽内,装满包含氨和过氧化氢的洗净液,使前述半导体晶片浸渍于前述洗净液中,并以使由前述洗净液所导致的前述合成石英的表面蚀刻速度为0.3nm/分钟以下的方式,来洗净前述半导体晶片。
2.如权利要求1所述的半导体晶片的洗净方法,其中,利用使前述洗净液循环并进行过滤及恒温加热的循环过滤装置,一边将前述洗净液中的氨及过氧化氢分别控制为一定的浓度,一边洗净前述半导体晶片。
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