TW200849358A - Method for cleaning and drying semiconductor wafer, and for making it hydrophilic - Google Patents

Description

200849358 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及清洗、乾燥且同時親水化半導體晶圓的方法，其中 該乾燥是在旋轉半導體晶圓的情況下進行的。 【先前技術】 用作例如製備微電子元件之基材的半導體晶圓，通常係矽晶 圓，在拋光、塗層（例如透過屋晶沉積）或熱處理步驟（退火處 理）之後或在鬲溫處理步驟之前，透過濕化學清洗半導體晶圓。 清洗的目的為儘可能完全地除去半導體晶圓的汙染物，例如金屬 (例如銅）或有機物質以及黏附於晶圓表面的顆粒污染物，因為 該等污染物在隨後生產元件期間會導致一些問題，例如導致閘極 氧化物的不均勻生長或導致多晶矽閘極的非均相沉積。 從習知技術中可得知許多清洗和乾燥半導體晶圓的方法： US 5,714,203公開了一種方法，其中將完全浸潰於一包括氣化氮 溶液（氫氟酸）槽中之半導體晶圓從該槽中移至含臭氧的氛圍中。 該氛圍中的臭氧會溶解於液體表面並因此而減少其表面張力，這 使液體變得易於從晶圓表面流走。同時，晶圓表面被含臭氧的氛 圍氧化。因此，在乾燥後的晶圓是親水性的。在us 6,45i，i24中 規疋，允許將半導體晶圓以僅僅每秒〇 〇1至15毫米及較佳為每秒 0·01至0·5毫米的速度從氫氟酸中取出，以實際上獲得乾燥的晶圓 表面。如果提供直徑為300亳米的晶圓和每秒〇·5亳米的速度，僅 忒過程本身就需要1〇分鐘。必須將晶圓完全乾燥，否則會在晶圓 表面觀察到非均勻性，例如所謂的「水紋（watermark)」。 5 200849358 多年以來，個別的晶圓清洗方法亦已逐漸地被採用，其中，使 半導體晶圓繞其中心軸快速旋轉並首先使用一種或多種液體清 洗，然後使用去離子水沖洗並乾燥該半導體晶圓。提供液體至轉 動的半導體晶圓上並由於離心力而朝向晶圓的邊緣加速，以使液 體向外流走並在晶圓表面形成—通常為整個面積的薄膜。在隨後 經半導體晶圓進-步旋轉而乾燥期間，例如添加蒸汽（例如里丙 醇的蒸幻來降低液態臈的表面張力，該液態膜最後完全地流走。 這類方法係如US2__3915AaEP〇9〇5 747 Ai巾所描述。 這種個別的晶圓清洗方法之特徵是化學物質消耗較少。 在這樣的裝置中使用氫氟酸作為清洗液也是眾所周知的。因 此’us 6,869,487 Bi令描述了使用快速旋轉的液體來清洗半導體 晶圓的方法，該液體包含溶解的臭氧，該臭氧係提前溶解在液體 中或係來自含臭氧的處理氛圍中。此外，在已經停止提供該液體 =後’透過將純添加至處理氛财可以獲得親水性表面。然而， b思確保只要晶圓表面與臭氧有所接觸就總會在晶圓表面存在 有一閉鎖性液體薄膜。隨後以去離子水沖洗並乾燥該半導體晶 圓。舉例言之’該乾燥是透過離心乾燥與添加蒸汽來實現的。 一 认舍現以这種方式處理的半導體晶圓在顆粒、金屬和 偷染物的濃度方面仍需要改進。因此’本發明的目的在於提 供-種克料些缺點的清洗和乾燥方法。 【發明内容】 '目：是透過清洗、乾操及親水化半導體晶圓之方法來實現 的，已括以下給定順序的步驟·· 200849358 a) 以一含有氟化氫的液態水溶液處理半導體晶圓，其申該半導 體晶圓至少有時繞其甲心軸旋轉；以及 b) 使半導體晶圓以1000至5〇〇〇轉/分鐘的轉速在一含臭氧的氛 圍中繞其中心軸旋轉以乾燥該半導體晶圓，其中該含錢化氯的 液態水溶液由於因旋轉所產生的離心力而從該半導體 上、、六 走，且該半導體晶圓的表面係藉由臭氧而加以親水化。 μ 本發明包括在含臭氧的氣態氛财旋轉半導體晶圓以乾燥該半 導體晶圓’其被含有HF的清洗溶液所覆蓋。乾燥和表面親水化作 :係在同-加工步财進行。财法㈣適合應用於個別的晶圓 置中_’例如由US 2004/0103915 A1所公開者。與已知的旋 + C知法不同’無需使用單獨的沖洗介質（例如去離子水）且無 需有機溶劑（如11 的用去離子水來進一 污染物的濃度，且會導致所加晶圓表面上之顆粒和金屬 勾地除去沖洗水而是讀」形成'。若沒有完全且均 水纹4此、 《在半導體表面上的某些位置’則會出現 在於二不受控制的方式乾燥。在此咖 致」。尤其是微量溶於^中物的會沉積於半導體晶圓上並形成「水 此，即使財洗步財習知^二切㈣㈣殊的污染物。因 發明也無需該用水沖洗的牛^中係被稱為必需的步驟’根據本 除諸如異丙醇的有機化據本發明的方法可以免 物。 洗之後會再次導致有機污染 另一個優 點疋省去處理所用 之化學物質、去離子水和異丙醇， 200849358 特別是可避免用以將有機廢物處理為與環境相容的費用。此外， 與包括親水化、沖洗和乾燥的傳統三階段處理法相比，根據本發 明的方法可使加工時間顯著地縮短。 不同於在US 5,714,203中所公開的HF-臭氧乾燥器，根據本發 明的方法亚非-種浴洗處理（bathpr〇cess)，而是一種個別的晶圓 處理，其中藉由至少-個喷嘴而將處理所用之化學物質散佈於旋 轉的半導體晶®上。因為可將乾燥法併人具最低處理費用之多階 段的個別晶圓清洗過程巾，所以此㈣處理過程是極為有利的。 【實施方式】 步驟a) 在本發明方法的步驟a)中’以含有氟化氫（氫驗）的液態水 溶液處理晶圓表面。難使該紐透過—個或更）㈣嘴提供（例 如噴灑）至半導體晶圓上’同時借助於一支撐裝置使半導體晶圓 旋轉。由於離心力，液體向外流走並在此情況下於半導體晶圓的 表面上形成薄膜。通常將半導體晶圓水平安裝，從而使其可以繞 -垂直軸旋轉。-般將液體從上方以及^適當時，同時從下方送 入0 軋化氫在液態水溶液中的濃度較佳為0 001至5〇重量％，更佳 為〇_〇1至2重量％。在HF濃度小於請1%時，便無 體晶圓上的氧化物層完全溶解。高濃度的氫I酸腐純很強，因 此根據本發明採用不大於观的濃度，較佳採用不大於2 %的濃 度。視需要地，其他的清洗化學物f如氣化氫亦可存在於溶液中。 氯化氫與金屬陽離子-起形心溶性錯合物，其與氟化氫溶液一 200849358 起被除去。 送至半導體晶圓之前，將臭氧加入溶液中。臭氧的 'X 4 公升’從而提高了溶液的清 液態膜的表面張力。 :::如可以在乾淨的室内空氣中或在惰性氛圍例顺 然而’亦可在步驟a)中便已將臭氧添加到氛圍中。臭氧較 土= 〇3/〇2混合物之連續的氣體流形式提供。在步驟 :體流較佳包含!至35重量%的臭氧’更佳包含5 的

臭氧,。若該氛圍包含臭氧，則臭氧會溶解於液態膜中並藉擴㈣的 進至半導體晶圓的表面從而使其氧化。可使用含 g J 含臭氧溶液的另-個選擇，或是 '、'汛圍作為 气；貝外使用έ臭氧的氛圍。含有臭 軋和HF的溶液能夠透過連續 六 導體晶圓。這有助歸去融日 成减物層來钱刻半 的。η ± 且祕除錢厚料®層是有利 、同日寸，於存在有強氧化劑如臭氧的产、、y 表面上的金屬還原沉積。僅含有^不:可防止在半導體 僅僅選擇践除去㈣表面上的料:^減_清洗溶液 _乍用。這對於一度方 是有利的。 〃有间度要求的半導體晶圓 步驟b) 在步驟〇結料，半導體晶_表 當時含有其他成分如氯化氫或臭氧现有3有齓化虱及若適 明，在步驟a)之後位於半導體 ^的水液態膜。根據本發 氯濃度到步驟㈠之前不會改變曰，曰二=的液態水溶液中的氣化 尤其疋在乾燥前不用水或其他液 9 200849358 體沖洗半導體晶圓。 在步驟b)中，含臭氧的氣體混合物流過半導體晶圓上方的氣體 二間例如以臭氧與氧氣（〇2)或空氣的混合物形式使用臭氧。 臭氧較佳仙〇3/〇2混合物之連續氣體流的形式提供。在步驟^ 中，臭氧在該氣體流中的濃度較佳為5至35重量％，更佳為5至 2〇重量％。在該臭氧濃度下，—方面可確保晶圓表面的完全親水 化’且另-方面透過溶解的臭氧充分地降低液態膜的表面張力以 獲付元全付合要求的乾燥。 來自該氛圍的臭氧部分地溶解於液態膜中，並降低液體的表面 張力。半導體晶圓快速地旋轉，因此在離心力的作用下使液態膜 流走。應選擇足夠高的轉速，以將液體完全地從晶圓表面離心除 去1這可借助於1000至5000轉/分鐘，較佳為2〇〇〇至3〇〇〇轉/ 分鐘的轉速來實現。只有保龍轉速，才能省略根據習知技術所 必需的用水沖洗步驟。 季父仏在步驟a)中結束液體供應並同時提高半導體晶圓的轉速 時’開始將臭氧添加至氣體空間t。若已經透過轉動減少液能膜 的厚度’則亦可在較晚的時間點添加臭氧。然而，為了完全且均 去液體’只要在晶圓上仍存在有閉鎖性液態膜，就必需將 魏送人氣體空間中。整個清洗和乾燥過程可在少於3g秒内完成。 ，在乾燥半導體晶圓期間，使含臭氧的氣體氛圍與晶圓表面接觸 亚形成親水性氧化物層，從而在步驟b)結束時，該半導體 =性且乾燥的。該經乾燥的晶圓並沒有波紋。因為根據:二 的方法不會導致晶圓表面上的全屬 “屬和齡&度的升高，根據本發 10 200849358 明處理的半導體晶圓之待徵在於較低的金屬和顆 根據本發_方法可應 ^ 、㈣的牛岭體曰曰5}，較佳應用於單 日日日日芦。心用於尚未具有任何元件結構的半導體晶圓亦為較佳 者。 【圖式簡單說明】 【主要元件符號說明】 11

Claims (1)

1. 200849358 十、申請專利範圍： 包括以下給定 1· 一種清洗、乾燥及親水化半導體晶圓之方法 順序的步驟： a) 以一含有氟化氫的液態水溶液處理半導體晶圓，其中 該半導體晶圓至少有時繞其中心轴旋轉；以及 b) 使該半導體晶圓以1000至5000轉/分鐘的轉速在一含 臭氧的氛圍中繞其中心軸旋轉以乾燥該半導體晶圓，其甲該 含有氣化氫的液態水溶液由於因旋轉所產生的離心力而從該 半導體晶圓流走’且該半導體晶圓的表面係藉由臭氧而加: 親水化。 如請求項1所述之方法，其特徵在於步驟b)中的轉速為20( 至3000轉/分鐘。 3. 4. 6. 如請求項1或2所述之方法，其特徵在於步驟a)和b)中_ 化氫在該液態水溶液中的濃度為〇〇1至2重量％。 2 ^項3所述之方法，其特徵在於在步驟y之後位於 ==上之液態水溶液中的氣化氯濃度，到步雜 如請求項丨或2所述 之方法，其特徵在於步驟b)中，臭氧在 錢園中的湲度為5至2〇重量％。 一飞在 如請求項1或2所述之方、土 . ^ 气 法，/、特徵在於步驟a)係在一含臭 乳的坑圍中進行。 如明求項6所述之方法， 圍…… 其特徵在於步驟心中，臭氧在該氛 固T的/辰度為5至20重量0/〇。 12 200849358 8·如請求項1或2所述之方法，其特徵在於該液態水溶液係包 含臭氧。 9.如請求項1或2所述之方法，其特徵在於該方法是借助於一 個別的晶圓清洗裝置來進行。 1〇·如請求項1或2所述之方法，其特徵在於從該半導體晶圓仍 以一連續的液態膜覆蓋的時間點開始，該半導體晶圓係暴露 於該含臭氧的氛圍中。 13 200849358 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：（無）。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明: (無） 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無）