CN1601703A

CN1601703A - 超纯水中氢氧自由基清洗晶圆表面的方法

Info

Publication number: CN1601703A
Application number: CN 03154403
Authority: CN
Inventors: 黄致远
Original assignee: Macronix International Co Ltd
Current assignee: Macronix International Co Ltd
Priority date: 2003-09-27
Filing date: 2003-09-27
Publication date: 2005-03-30

Abstract

本发明提供了一种超纯水中氢氧自由基清洗晶圆表面的方法，应用于半导体制程中闸极氧化层或穿隧氧化层生成之前的清洗制程，其采用氢氧自由基在清洗液中以清除硅晶圆表面的污染物，该氢氧自由基被用来取代现有技术中以臭氧或过氧化氢清洗硅晶圆表面的方法，以较低的制程成本达到更佳的清洗晶圆表面的效果。

Description

超纯水中氢氧自由基清洗晶圆表面的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体制程，特别是关于一种利用超纯水(deionizedwater)中氢氧自由基清洗晶圆表面的方法。

背景技术

在半导体制程中，制作集成电路的尺寸越来越小，晶圆上的组件也随之缩小，使得各种有机物、粒子的接触污染及各机台导致的金属杂质等污染物大于或相当于组件尺寸的现象更严重，若在半导体制程中有污染物残留在晶圆表面上，将造成组件短路或缺陷，导致集成电路无法使用，因此，半导体制程中不允许晶圆表面上残留有污染物。污染物的去除是半导体制程中极为重要的技术，以化学方法湿式清洗为晶圆制程中最为有效且成本合理的方法，其中以RCA(英国无线电公司)清洗法最早应用于清洗晶圆。

图1为本领域已知的RCA清洗法的流程图，由步骤1开始，以硫酸及过氧化氢混合的硫酸与双氧水的混合(SPM)液体去除晶圆表面的有机物及光阻，然后以超纯水快速浸泡(QDR)晶圆表面，再以超纯水冲洗晶圆，以稀释的氢氟酸去除晶圆表面的自然氧化物，再使用超纯水冲洗晶圆，进行步骤2，其以氨水及过氧化氢混合(代号为SC1)液体去除在晶圆表面的粒子，再使用超纯水冲洗晶圆，进行步骤3，其以盐酸及过氧化氢混合的(代号为SC2)液体去除在晶圆表面的金属杂质，再使用超纯水冲洗晶圆，最后使用超声波水冲洗晶圆表面，再使晶圆干燥。

由于RCA清洗法需要多种药品来混合液体，因此，制程成本(Cost ofOwnership；CoO)相当可观，再者，使用RCA清洗法尚需要处理废弃液体，避免污染环境。为改善RCA清洗法的缺点，出现了臭氧水清洗法。

图2为本领域已知的臭氧水清洗法的流程图，臭氧水清洗法又称为IMEC清洗法，步骤1为氧化物的生成，由硫酸加上臭氧混合的液体或臭氧水来生成氧化物，以去除晶圆表面的有机物，步骤2为去除氧化物，以稀释的氢氟酸或稀释的氢氟酸加盐酸的液体蚀刻晶圆表面的氧化物，步骤3为再氧化，用臭氧水或臭氧水加盐酸的液体以超声波冲洗方式形成干净的化学氧化物，最后使用超纯水冲洗及使晶圆干燥化，其干燥方法包括异丙醇蒸气马南根尼(Marangoni)干燥法以消除水印(watermark)，步骤3的程序是非必要的，在形成干净的化学氧化物后，晶圆表面具有亲水性，在使用干燥法时，可以加速晶圆表面干燥。

由于臭氧水具有高氧化能力，且在洗净后分解成水及氧元素，因此不需要废液处理。虽然臭氧水清洗法的制程成本与RCA清洗法比较，前者的成本较低，但是臭氧水清洗法的制程成本仍然很高，因此，一种降低制程成本的晶圆清洗法成为业内当务之急。

发明内容

本发明的目的在于提出一种利用超纯水中氢氧自由基清洗晶圆表面的方法，以增加粒子移除的效率，并减少制程成本。

本发明提供了一种利用超纯水中氢氧自由基清洗晶圆表面的方法，用于半导体制程中闸极氧化层或穿隧氧化层生成之前的清洗制程，该方法包括以第一液体去除在该晶圆表面的有机物及光阻；使用超纯水快速浸泡该晶圆；使用超纯水冲洗该晶圆；以稀释的氢氟酸去除该晶圆表面的自然氧化物；使用超纯水冲洗该晶圆；以第二液体冲洗该晶圆，以去除在该晶圆表面的残留粒子；使用超纯水冲洗该晶圆；以第三液体去除在该晶圆表面的金属杂质；使用超纯水冲洗该晶圆；使用超声波水冲洗该晶圆；以及该晶圆干燥；其中，第一、第二及第三液体中至少一个具有氢氧自由基，其余可为已知的清洗液体。

本发明提供的利用超纯水中氢氧自由基清洗晶圆表面的方法，增加了粒子移除的效率，同时减少了制程成本。

根据后述实施例，本发明还提供了一种利用超纯水中氢氧自由基清洗晶圆表面的方法，用于半导体制程中闸极氧化层或穿隧氧化层生成之前的清洗制程，该方法包括以含有氢氧自由基的液体清洗在该晶圆表面的有机物，并形成一氧化物；以含有氟化氢的液体清洗该氧化物及在该晶圆表面的金属杂质及粒子；用超纯水冲洗该晶圆；以及该晶圆干燥。

上述方法还可包括在该具有氢氧自由基的液体中加入碱性液体，其中使该晶圆干燥化的步骤包括使用异丙醇蒸气马南根尼干燥法。

本发明提供的在半导体制程中利用超纯水中氢氧自由基清洗晶圆表面的方法，其采用氢氧自由基在清洗液中清除硅晶圆表面污染物，该氢氧自由基被用来取代现有技术中臭氧或过氧化氢清洗硅晶圆表面的方法，达到了以较低的制程成本获得更佳的清洗晶圆表面的效果。

附图说明

以下详细叙述配合附图，使本发明的目的及优点更清楚，其中：

图1：本领域已知的RCA清洗法的流程图；

图2：本领域已知的臭氧水清洗法的流程图；

图3：本发明应用于RCA清洗法的流程图；

图4：本发明应用于臭氧水清洗法的流程图；

图5：氧化剂的氧化电位表；

图6：氢氧自由基、臭氧及过氧化氢的化学氧化物生成的时间示意图；

图7：使用在各种氧化剂清洗流程后的充电击穿示意图。

具体实施方式

本发明为一种利用超纯水中氢氧自由基清洗晶圆表面的方法，以氢氧自由基取代现有技术中臭氧或过氧化氢清洗硅晶圆表面的方法，以更低的制程成本达到更佳的清洗晶圆表面的能力。

图3为本发明应用于RCA清洗法的流程图，步骤1为使用含有氢氧自由基的超纯水去除晶圆表面的有机物及光阻，再以超纯水快速浸泡(QDR)晶圆表面，以及超纯水冲洗晶圆，以稀释的氢氟酸去除晶圆表面的自然氧化物，使用超纯水冲洗晶圆；步骤2使用具有氢氧自由基的超纯水去除在晶圆表面的残留粒子，并使用超纯水冲洗晶圆；步骤3使用具有氢氧自由基的超纯水去除在晶圆表面的金属杂质，并使用超纯水冲洗晶圆，使用超声波水冲洗晶圆表面，最后使晶圆干燥。在步骤1、2及步骤3中依然可以使用已知的RCA的清洗液体，如步骤1使用SPM液体，步骤2使用SC1液体，步骤3使用SC2液体，但是其中至少有一个步骤使用具有氢氧自由基的超纯水取代，可以达到较佳的清除污染物的效果，在步骤1、2及步骤3均使用具有氢氧自由基的超纯水取代现有的RCA的清洗液，可以有效地降低制程成本，提高清除污染物的效果。

图4为本发明应用于臭氧水清洗法的流程图，步骤1为氧化物的生成，使用具有氢氧自由基的超纯水生成氧化物，以去除晶圆表面的有机物；步骤2为去除氧化物，以稀释的氢氟酸或稀释的氢氟酸加盐酸的液体蚀刻晶圆表面的氧化物；步骤3为再氧化，使用具有氢氧自由基的超纯水以超声波冲洗法形成干净的化学氧化物，最后用超纯水冲洗及使晶圆干燥，其干燥方法包括异丙醇蒸气马南根尼(Marangoni)干燥法以消除水印(watermark)。步骤3的程序是非必要的，在形成干净的化学氧化物后，晶圆表面具有亲水性，在使用干燥法时可以加速晶圆表面的干燥化。在步骤1及步骤3依然可以使用已知的臭氧水清洗法的液体，但是其中一个步骤以具有氢氧自由基的超纯水取代，可以降低制程成本。

图5为氧化剂的氧化电位表，其中氢氧自由基的氧化电位高于臭氧及过氧化氢的氧化电位，代表氢氧自由基的氧化能力高于臭氧及过氧化氢，因此，在本发明以超纯水中氢氧自由基清洗晶圆表面的方法，氢氧自由基可以代替现有的臭氧及过氧化氢来作为清洗硅晶圆表面，且可以达到更佳的清洗晶圆表面的效果。

图6为氢氧自由基、臭氧及过氧化氢的化学氧化物的生成的时间示意图，其中氢氧自由基与臭氧的化学氧化物生成速率差不多，但氢氧自由基远比过氧化氢的化学氧化物生成速率快，使用具有氢氧自由基的超纯水其在硅基底的氧化能力与臭氧水的氧化能力差不多，但比过氧化氢的氧化能力高。因此，在氢氧自由基的清洗流程中，与臭氧水的清洗流程的粒子移除效率差不多，但比RCA的清洗流程中使用过氧化氢的粒子移除效率高，其中，臭氧可加入酸性液体中，以提高粒子移除效率，而氢氧自由基在加入碱性液体时，其粒子移除效率高于臭氧加入酸性液体的粒子移除效率。

图7为各种氧化剂清洗流程后的充电击穿示意图，充电击穿为一种电气参数，氢氧自由基的清洗流程与臭氧水的清洗流程所显示的充电击穿差不多，氢氧自由基的清洗流程中使用过氧化氢所显示的充电击穿优于RCA的清洗流程中的充电击穿。

氢氧自由基的购买成本比臭氧或过氧化氢的混合液体低，可以降低清洗晶圆表面流程的制程成本，再者，使用氢氧自由基运用在晶圆制程的机台上以清洗硅晶圆表面的污染物，可得到比现有技术中以臭氧及过氧化氢清洗硅晶圆表面到更佳的清洗晶圆表面的能力。

以上描述了本发明的优选实施例，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。

Claims

1.一种超纯水中氢氧自由基清洗晶圆表面的方法，用于半导体制程中闸极氧化层或穿隧氧化层生成之前的清洗制程，该方法包括下列步骤：

以第一液体去除在该晶圆表面的有机物及光阻；

使用超纯水快速浸泡该晶圆；

使用超纯水冲洗该晶圆；

以稀释的氢氟酸去除该晶圆表面的自然氧化物；

使用超纯水冲洗该晶圆；

以第二液体去除在该晶圆表面的残留粒子；

使用超纯水冲洗该晶圆；

以第三液体去除在该晶圆表面的金属杂质；

使用超纯水冲洗该晶圆；

使用一超音波水冲洗该晶圆；以及

使该晶圆干燥；

其特征在于，该第一、第二及第三液体中至少一个具有氢氧自由基。

2.如权利要求1所述的方法，还包括在该具有氢氧自由基的液体中加入碱性液体。

3.一种超纯水中氢氧自由基清洗晶圆表面的方法，用于半导体制程中闸极氧化层或穿隧氧化层生成之前的清洗制程，其特征在于包括下列步骤：

以具有氢氧自由基的液体清洗在该晶圆表面的有机物，并形成一氧化物；

以含有氟化氢的液体清洗该氧化物及在该晶圆表面的金属杂质及粒子；

使用超纯水冲洗该晶圆；以及

使该晶圆干燥。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括在该具有氢氧自由基的液体中加入碱性液体。

5.如权利要求3所述的方法，其中使该晶圆干燥化的步骤包括使用异丙醇蒸气马南根尼干燥法。

6.如权利要求3所述的方法，还包括在该含有氟化氢的液体清洗后以另一具有氢氧自由基的液体再氧化该晶圆表面。