TW200915405A - Process for cleaning a semiconductor wafer - Google Patents
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Description
200915405 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用含水液體薄膜以清潔半導體晶圓之方法, 該液體薄膜包含氟化氳和臭氧。 【先前技術】 製造電子元件所需的半導體晶圓必須經常性地均勻地清潔顆粒 和金屬污染物。這種清潔步驟對於電子元件的製造商以及對於其 供應商(即半導體晶圓的製造者)來說都是常規的。 已證明含有氟化氫(HF)和臭氧(03)的水溶液是有效的清潔 劑。US 5759971描述了 一種清潔方法,其中複數個半導體晶圓被 同時浸入水浴(aqueous bath)中,該水浴含有濃度為0.03至0.05 重量%的氟化氫及溶解至飽和的臭氧。現代方法係設計用於單一晶 圓處理,尤其因為此使得清潔液的消耗較低。在此方法中,清潔 液係以液體薄膜形式施用到該半導體晶圓之一側或兩侧的表面 上。US 7037842 B2描述了一種方法,其中將含水清潔液噴灑於一 旋轉中之半導體晶圓之一侧的表面,該含水清潔液包含氟化氫和 臭氧。 基於經濟的原因,需要使清潔循環的時間盡可能地短,即實現 盡可能高的半導體晶圓生產率。與此目的相矛盾的事實是,通常 以一較長時間進行時,清潔係相應地更為完全。針對此一問題可 想見的明顯解決方案包含增加氟化氫和臭氧成分的濃度,以盡力 發揮清潔作用。但是,這種策略的缺點是增加氟化氫的濃度也會 增加該成分的蝕刻作用,此將會導致經清潔後之表面產生非所欲 5 200915405 之粗链度。本發明的目的是提供一種方法,其能在不會不合意地 增加表面粗撻度之情況下,提供短的循環時間和有效的清潔。 【發明内容】 上述目的係透過一種清潔半導體晶圓之方法來實現,該方法包 括在一待清潔的半導體晶圓表面上形成一第一含水液體薄膜,該 第一液體薄膜包含氟化氮和臭氧;用一包含氟化氫和臭氧之第二 含水液體薄膜替換該第一液體薄膜,氟化氫在該第二液體薄膜中 的濃度係低於在第一液體薄膜中的濃度;以及去除該第二液體薄 膜。 本方法的優點是顯著的’尤其是與仍不具有半導體元件之碎半 導體晶圓有關的清潔。此種半導體晶圓通常是在拋光、熱處理後、 或是沉積磊晶層後進行清潔。清潔液的钮刻作用會暴露出晶體原 生顆粒(crystal originated particles,COP)缺陷和氧沉;殿物(塊 體微缺陷(bulk microdefects ’ BMD))。這些缺陷將被散射光測量 儀檢測為顆粒,且它們是表面粗糙度增加的原因。本發明可以限 制此有害的影響,且不需放棄清潔的快速完成。 本發明的清潔方法是以旋轉中的半導體晶圓之單一晶圓處理的 概念為基礎,包括兩個清潔階段,該等清潔階段的主要差別在於 清潔液中的氟化氫濃度,在第一階段之清潔液中的氟化氫濃度比 隨後階段之清潔液中的濃度高。第一階段係由在待清潔的半導體 晶圓表面上形成第一液體薄膜,延續至第一液體薄膜被第二液體 薄膜替換為止。第二階段從此時持續至將第二液體薄膜由待清潔 的半導體晶圓表面上去除為止。兩個階段較佳係分別持續不超過 6 200915405 60秒鐘,更佳係分別不超過3〇秒鐘,以使本發明的清潔可以在較 佳不超過120秒鐘、更佳不超過6〇秒鐘内完成。 從第-清潔階段到第二清潔階段的轉換,較佳係藉由用第二液 體薄膜將第-液體薄膜排出(displaee)而完成,且在此期間持續 以液體潤濕該待清潔的半導體晶圓表面。 第-液體薄膜和第二液體薄膜的厚度係透過半導體晶圓繞旋轉 軸旋轉的速度來控制,該旋轉軸係與待清潔表面的中心垂直相 父。方疋轉速度較佳為_至2〇〇〇啊,更佳為綱至論pm 第一清潔階段中的轉動速度可不同於第二清潔階段中的轉動迷 度。第-清_段中所選的速度較佳在該清潔階段中係不變的。 由於圓的轉動’經使用的清潔液與顆粒及溶解的污染物 在=:緣,出。因而流失的清潔液係藉由-或多it :二量之新鮮液體到待清潔㈣^ I買上是借助於相對高濃度 快速地溶解原生(刚㈣的表面氧化物,以二 _餘物。用於不溶性顆粒的黏著基抛光 一,以便能約持續地從半導體晶圓的表面將=^ 段實質上是用來在促進科^ 表面將⑽洗除。第二階 鬥時使得因半導體"程的條件下’維持該洗滌過程’ 同時…半導體材料的钱刻而產 在第一液體薄膜中㈣餘降到最小。 隹為…〇重量。農度較佳為ο·1至w議,更 〇._至〇」重量❶Γ,1更佳第;τ薄膜中’氟化氫的濃度較佳為 其更佳為〇·02至〇.05重量%。臭氧的濃度在 200915405 兩種液體薄膜中可以是相同的,或者在第二液體薄膜中的臭氧濃 度可以比在第—液體薄膜中的低。但是’在任何情況下,都應選 擇足夠向的濃度以留下親水性的晶圓表面。臭氧可在液體薄膜施 半導體晶圓上時,便包含在清潔液中。但是,較佳的方法是 從周圍氣相中透過擴散驅動型輸送,使液體薄膜富含臭氧。這種 套係插述於例如US 2002/0050279 A1中。在此情形下,臭氧係 以含氧^ 卜 氣的混合物形式引入處理室(process chamber)中。臭氧在 氡氣中的濃度較佳為3至20重量%。 另外較佳的是,第一液體薄膜及/或第二液體薄膜含有濃度為〇.2 复2
’重量%的氣化氫(HC1)。此種添加可促進金屬污染物例如金 屬鋼、鐵和鎳之離子的去除Q 該第一液體薄膜和該第二液體薄膜較佳係處於室溫(25°C )下。 ’該溫度可以高於或低於此溫度,其可以高達95°C。該第一 #缚膜和該第二液體薄膜的溫度可為相同或者不同。 第二液體薄膜較佳可透過用洗滌劑(例如含有臭氧、SCI溶液或 #鹽駿之超純水)將其排出而去除。接著可例如在高旋轉速度、 '主有氡氡的情況下,透過旋轉將洗滌劑除掉,或者透過實施稱為 馬蘭各尼乾燥(Marangoni drying )的乾燥方法,以將半導體晶圓 乾燥。 【實施方式】 實施例 在化學-機械拋光(CMP)直徑為3〇〇毫米的矽半導體晶圓後, 將其凊洗。粗糙的拋光劑殘餘物係借助於滾筒(r〇Uer)而預先除 8 200915405 去。在按此方法預處理之半導體晶圓的拋光表面上,可檢測到平 均尺寸大於65奈米的200至500個顆粒。根據本發明的方法,對 這些半導體晶圓中的一部分,用含HF和03之清潔液來進行兩階 段式清潔。在第一清潔階段中,在單一晶圓處理設備内用含有濃 度為0.1重量%之氟化氫的水溶液喷灑半導體晶圓的拋光表面。同 時,使具有230克臭氧/牛頓·立方公尺(stp)之氧氣/臭氧混合物 通過該設備的氣體空間。經此處理後,半導體晶圓表面上形成一 含有濃度為0.1重量%之HF的含臭氧液體薄膜。在過30秒鐘後, 用含有濃度為0.05重量%之氟化氫的水溶液在第二清潔階段中喷 灑半導體晶圓。臭氧的供給沒有任何變化,以在拋光表面上形成 一 HF濃度為0.05重量%的含臭氧液體薄膜。再過30秒鐘後,用 超純水洗滌經清潔的半導體晶圓,並乾燥。整個清潔(第一清潔 階段和第二清潔階段)持續60秒鐘,且係以300rpm的恒定速度 旋轉該半導體晶圓來進行。 為進行比較,以進行過上述預處理的半導體晶圓在相同的設備 中進行僅一階段式的清潔。待清潔的半導體晶圓之拋光表面用含 有濃度為0.05重量%之氟化氫水溶液喷灑。同時,使具有230克 臭氧/牛頓·立方公尺(stp)的臭氧/氧氣混合物通過該設備的氣體 空間。在以此方法處理過的半導體晶圓表面上,形成一 HF濃度為 0.05重量。/。的含臭氧液體薄膜。在此清潔期間,半導體晶圓係以 300rpm的恒定速度旋轉。在60秒鐘過後,用超純水洗滌清潔過 的半導體晶圓並乾燥。對於某些半導體晶圓,清潔的持續時間延 長至240秒鐘,而對於其他半導體晶圓而言,氟化氫的濃度則增 9 200915405 加至o.i重量%。 檢測清潔的效果顯示,在根據本發明方法而進行清潔的半導體 晶圓上,發現經該清潔後的顆粒平均少80%。而一階段式清潔在 最好的情況下,則有45%的顆粒被除掉。延長清潔時間的效果是, 可檢測到的顆粒數目因為蝕刻作用而增加,從而降低了清潔效率。 【圖式簡單說明】 【主要元件符號說明】
Claims (1)
- 200915405 十、申請專利範圍: 1. 一種用於清潔半導體晶圓之方法,其包括在一待清潔的半導體 晶圓表面上形成一第一含水液體薄膜,該第一液體薄膜包含氟 化氫和臭氧;用一包含氟化氫和臭氧之第二含水液體薄膜替換 該第一液體薄膜,氟化氫在該第二液體薄膜中的濃度係低於在 該第一液體薄膜中的濃度;以及去除該第二液體薄膜。 2. 如請求項1所述之方法,其特徵在於從形成該第一液體薄膜到 去除該第二液體薄膜,耗時不超過120秒。 3. 如請求項1或2所述之方法,其特徵在於從形成該第一液體薄 膜到用該第二液體薄膜替換該第一液體薄膜,耗時不超過60 秒。 4. 如請求項1或2所述之方法,其特徵在於氟化氫在該第一液體 薄膜中的濃度為0.1至10重量%。 5. 如請求項1或2所述之方法,其特徵在於氟化氫在該第二液體 薄膜中的濃度為0.001至0.1重量%。 6. 如請求項1或2所述之方法,其特徵在於係用該第二液體薄膜 將第一液體薄膜排出,以用該第二液體薄膜替換該第一液體薄 膜,且在此期間持續以液體潤濕該待清潔的半導體晶圓表面。 7. 如請求項1或2所述之方法,其特徵在於該半導體晶圓在清潔 期間係以100至2000rpm的速度旋轉。 8·如請求項1或2所述之方法,其特徵在於該第一液體薄膜或該 第二液體薄膜,或該兩種液體薄膜含有濃度為0.2至2.0重量 % 的 HCb 11 200915405 9.如請求項1或2所述之方法,其特徵在於用超純水將該第二液 體薄膜排出,該超純水含有臭氧、SCI溶液或稀鹽酸。 12 200915405 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) 4
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