TW520535B - Chemical cleaning method for semiconductor wafer - Google Patents

Description

520535 五、發明說明（1) 本發明係有關於一種洗淨方法，特別有關於一種用於 半導體晶圓之洗淨方法。 在超大型積體電路（ULSI)製程中，矽晶圓在進入高溫 爐管進行擴散或氧化熱製程前、進行化學氣相沈積薄膜 前、或進行薄膜蝕刻後，均必須經過化學清洗（chemical cleaning)、去離子水洗濯（di water rinse)、及除濕乾 化（dry i ng)步驟，才能使晶圓表面達到高潔淨度的要求， 因此’晶圓洗淨技術是影響晶圓廠製造良率（yield)、元 件品質及可靠度的重要因素之一。其中洗淨的目的主要是 用來清除晶圓表面的癖污（contamination)，如微粒 (particle)，有機物（organic)、和無機物金屬離子 (metak i ons)等 ° 在晶圓洗淨技術中，以傳統的RCA化學洗淨製程最為 常用，如第1圖所示。 依據第1圖所提供之化學洗淨站（chemical cleaning station)10，其包括一晶圓載入/載出（i〇a(j /uni〇ad)站 I / 0 3 0 ’用以將待洗淨晶圓載入此化學洗淨站1 〇以進行清 洗’其次’利用機械手臂1 2將晶圓送入複數個製程模組 1、2、3以進行清洗。在此，以包含去除自然原生氧化層 (native oxide)在内的洗淨製程為例，依據標準的RCa洗 淨技術順序’係先將晶圓送入模組1，模組1包括一且有 SCI溶液之化學清洗槽（chemical bath tank)ll及一水洗 槽（water bath tank) QDR-14，其中，化學溶液SC1係採 用APM(NH4〇H/H2〇2)配方（recipe)，其對金屬雜質的去除性

第4頁 520535 五、發明說明（2) 較低’但對石夕晶圓表面微粒的去除有較高的效果，然後， 將晶圓送入水洗槽qDR — 14進行快速沖洗（Quick dump rinse) ’以避免化學溶液SCi殘留；其次，將晶圓送入模 組2 ’核組2包括一具有SC2溶液之化學清洗槽（chemicai bath tank)13 及一水洗槽（water bath tank) QDR-16，其 =，化學溶液SC2係採用HPM(HC1/H202 )配方（recipe)，其 能夠有效地將晶圓表面金屬雜質洗淨去除，然後，將晶圓 送入水洗槽QDR-16進行快速沖洗（quick dump rinse)，以 避免化學溶液SC2殘留。 然而，在上述化學洗淨過程中，由於化學溶液混合有 強氧化劑（oxidizer)，如雙氧水（h2〇2)，因此極易分解出 初生悲氧原子（〇 )，進而在晶圓表面生成一層原始自然氧 化層’因此’以接觸窗製程（c〇ntact pr〇cess)為例，在 形成接觸窗後，形成金屬或複晶矽插塞之前，必須先將原 生氧化層去除乾淨，才不會產生高接點阻值（h i gh contact resistance)，因此，在洗淨過程中的最後一站 一般係將晶圓送入模組3，簡稱終站氫氟酸浸鍅 (DHF/BHF-LAST)，模組3包括一具有稀釋氫氟酸或緩衝氫 氟酸/谷液（DHF/BHF)之化學清洗槽（chemi cal bath tank)15 及一水洗槽（water bath tank) QDR-18，其中， 將晶圓短暫浸泡在約100: 1的稀釋氫氟酸（DHF)或加入氧化 銨所形成的緩衝氫氟酸（BHF)溶液中，以去除原生氧化 層，然後，將晶圓送入水洗槽QDR-18進行快速沖洗（quick dump rinse)，以避免化學溶液（DHF/BHF)殘留。 520535 五、發明說明（3) 後，最終洗m(final rinseK未顯示） 乾化。发Ϊ 將晶圓送入乾燥機‘DRYER_20予以除濕 站俜為了避免晶圓未經乾燥即被載出，化學洗淨 係^疋_乾燥機台DRYER_20之乾燥化為最終步驟（f s =)，—旦晶圓予以乾燥後’即必須載出晶圓而不能 直接回到化學洗淨站内的製程模組。 或2及^ =題在於，當晶圓進入不同之製程模組如1 質時，若未先，ΐ學洗乎溶液如SC1/SC2*MF/DHF去除雜 戍2内之水、先=4二化步驟，則於經過前-個製程模組1 円之水冼槽14/16的水洗過程後，錄 分，將使晶圓於進入下一個製程 ；日日圓上之水 時，導致化學洗淨溶液BHF/DHF濃且學 造成影響。以去除接觸窗表面生的:之度/生\化= 有水分殘存於接觸窗底部，則將 :〜^為例，右 釋，而使接觸窗頂部的钱刻速車:虱齓馱溶液濃度的稀 致相鄰接觸窗的頂部因： = ==底部，容易導 有鑑於此，本發明之目的即 出一種用於半導體晶圓之化;;解决上述問題，而提 首先以-第-濕式化學洗淨製程：一ΐ圓J括：列步驟： 對晶圓進行乾燥以去除水分；1 a、曰日^進仃洗淨’·然後 製程對晶圓進行洗淨；以及對二以"7第二濕式化學洗淨 由於在不同濕式化學洗淨步驟：二進行乾燥以去除水分。 因此’可避免之後的第二濕式‘先燥化步驟， 之水分殘留而改變溶液濃度，進了製程因前一步製程 而對日日圓造成不良影響。

第6頁 麵 五、發明說明（4) 為讓本發明之 顯易懂，下文特汽 和其他目的、特徵、和優點能更明 細說明如下：♦一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 圖式簡單說明 第1圖為傳絲田 意圖。 用於半導體晶圓之化學洗淨站之内部示 第2圖為本發 學洗淨站之内部〜之一實施例中，用於半導體晶圓之化 楚0 °丨7^意圖。 第3圖為本發 — 學洗淨方法之流# 貫施例中，用於半導體晶圓之化 [符號說明] 圖 15、no /lW化=洗淨站；12、12〇~機械手臂；n、w、 18、丨8〇〜水洗# 〜化學清洗槽；14、140、16、16〇、 載出站；〜30、100 機台〜2〇、2〇〇 ;30、300〜晶圓載入 貫施例 方法本i轭例主要係提供一種用於半導體晶圓之化學洗淨 一曰η二包括下列步驟：以至少兩種濕式化學洗淨製程對 =二進行洗淨，其中該些濕式化學洗淨製程包括以化學 \'谷液對該經晶圓進行洗淨（clean)，及以一去離子水丨 iί ^進行清洗（rinSe);及在該些濕式化學洗淨製程 傻 刀別對該晶圓進行乾燥以去除水分。 以下以兩種濕式化學洗淨溶液 首先請參閱第3圖，其顯示本/明例，說明如次。 %明之一實施例之用於

第7頁 520535 五、發明說明（5) ί ϊ Ϊ晶圓之化學洗淨方法的流程’其為對傳統RCA化學 洗淨製程進行改良，包括下列步驟。、 首先依據步驟S1〇，係提供一化學洗淨站，以將晶圓 ^入。其次’依據步驟S20 ’進行_第_濕式化學洗淨製 其使用一第一濕式化學洗淨溶液對此晶圓進行洗淨， =如以SC1/SC2溶液去除晶圓上之微粒和金屬雜質，並以 去離子水（DI water)予以清洗。

—然後依據步驟S30，對晶圓進行乾燥化以去除水分。 接著，依據步驟S40，進行一第二濕式化學洗淨製程，其 使用一第二濕式化學洗淨溶液對乾燥化後之晶圓進行洗' 淨，例如利用BHF/DHF溶液去除晶圓上之原生氧化層，並 以去離子水（DI water)予以清洗。 隨之，依據步驟S50，對洗淨後之晶圓進行乾燥化以 去除水分。最後將晶圓載出化學洗淨站。 此外’在晶圓洗淨技術中，本實施例之用於半導體晶 圓之化學洗淨站，係如第2圖所示。

依據第2圖所提供之化學洗淨站（chemicai cleaning station)100，其包括一晶圓載入/載出（1〇a(i /unl〇ad)站 I /0 3 0 0 ’用以將待洗淨晶圓載入此化學洗淨站丨〇 〇以進行 清洗’其次’更改化學洗淨站的設定，將乾燥機台 DRYER-20 0視為其中之一製程模組3，並使晶圓可重複進入 乾燥機台。 接著’利用機械手臂1 2 0將晶圓送入複數個製程模組 2、3、4以進行清洗。在此，以包含去除自然原生氧化

第8頁 520535 五、發明說明（6)

層（native oxide)的洗淨製程為例，依據本實施例的洗淨 技術順序，係先將晶圓送入模組1及2，以進行第一化學洗 淨製程，模組1包括一具有S C1溶液之化學清洗槽 (chemical bath tank)110 及一水洗槽（water bath tank) QDR-140，其中，化學溶液SCI係採用APM(NH40H/H202 )配方 (recipe)，其對金屬雜質的去除性較低，但對矽晶圓表面 微粒的去除有較高的效果，然後，將晶圓送入水洗槽 QDR-140進行快速沖洗（qUick dump rinse)，以避免化學 溶液SCI殘留；其次，將晶圓送入模組2，模組2包括一具 有SC2溶液之化學清洗槽（chemicai bath tank)130及一水 洗槽（water bath tank) QDR-160，其中，化學溶液SC2係 採用HPM(HC1/H202 )配方（recipe)，其能夠有效地將晶圓表 面金屬雜質洗淨去除，然後，將晶圓送入水洗槽Q R — 1 6 〇 進行快速沖洗（quick dump rinse)，以避免化學溶液SC2 殘留。

此外，在上述化學洗淨過程中，由於化學溶液混合有 強氧化劑（oxidizer)，如雙氧水（H202 )，因此極易分解出 初生態氧原子（〇 )，進而在晶圓表面生成一層原始自然氧 化層’因此，以接觸窗製程（c〇ntact pr〇cess)為例，在 形成接觸窗後、形成金屬或複晶石夕插塞之前，必須先將原 生氧化層去除乾淨，才不會產生高接點阻值（h i gh contact resistance)，因此，在洗淨過程中的最後一站 一般係將晶圓送入模組4，簡稱終站氫氟酸浸敍 (DHF/BHF-LAST)。

520535 五、發明說明（7) ' : 然而於經過4 一個製程模組1或2内之水洗槽丨4 〇 /丨6 〇 的水洗過程後，殘留於晶圓上之水分/將使晶圓於進入下 一個製程模組4的化學清洗槽丨5 〇時，導致化學洗淨溶液 BHF/DHF的濃度改變，進而對晶圓造成不良影響。因此， 對於濃度改變足以對晶圓造成影響的化學洗淨溶液如 BHF/DHF而言，必須先將殘留有水分之晶圓透過機械手臂 120送入模組3，其由乾燥機台DRYER — 2〇組成，以對晶圓進 行除濕乾化。 然後再將晶圓送入模組4，以進行第二化學洗淨製 程’模組4包括一具有稀釋氫氟酸或緩衝氫氟酸溶液 (DHF/BHF)之化學清洗槽（chemical bath tank)15〇 及一水 洗槽Uater bath tank) QDR -180，其中，將晶圓短暫浸 泡在，100:1的稀釋氫氟酸（DHF)或加入氟化銨所形成的緩 衝氫II酸（B H F)溶液中’以去除原生氧化層，然後，將晶 圓送入水洗槽QDR-180進行快速沖洗（quick dump rinse)，以避免化學溶液（dHF/bhf)殘留。 接著’在進行一最終洗濯（final rinse )(未顯示） 後，設定最終步驟必須由機械手臂丨20再將晶圓送入乾燥 機台DRYER-20 0予以除濕乾化。以避免晶圓未經乾燥即被 載出。 藉由上述，當晶圓進入不同之製程模組如1或2及4而 以不同化學洗淨溶液如SCI/SC2和BHF/DHF去除雜質時，係 先經椒組3之乾燥化步驟，因此，於經過前一個製程模組1 或2内之水洗槽1 40/ 1 60的水洗過程後，殘留於晶圓上之水

第10頁 520535 五、發明說明（8) 分即被除濕乾化， ^ 清洗槽1 5 0時，不 B曰圓於進入下一個製程模組4的化學 變。以去除接觸窗表^化容/ = _的 水分殘存於接觸拷Λ μ 成之原生虱化層為例，由於沒有 觸窗頂部的蝕刻率^二技f此，氫氟酸溶液濃度未變，接 窗的頂部因過二寻 以限如下:然其並非用 砷和範圍内，者可做此，動 在不脫離本發明之精 雄 > 田J做些终之更動與潤飾，ra 士 士政《口 °乾圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。"之保

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Claims (1)

1. 520535 案號 88113303 曰 修正 六、申請專利範圍 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於該步驟 (c )，該第一濕式化學洗淨製程係使用去離子水（D I )配方 進行清洗。 8. —種用於半導體晶圓之化學洗淨方法，其包括下列 步驟： 以至少兩種濕式化學洗淨製程對一晶圓進行洗淨，其 中該些濕式化學洗淨製程包括以化學洗淨溶液對該經晶圓 進行洗淨，及以一去離子水對該晶圓進行清洗；及 在該些濕式化學洗淨製程後，分別對該晶圓進行乾燥 以去除水分。 9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該些濕式 化學洗淨製程之一係使用包括人？1〇114011/112 02 )配方之溶 液。 I 0 .如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該些濕式 化學洗淨製程之一係使用包括HPM(HC1/H2 02 )配方之溶液。 II .如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該些濕式 化學洗淨製程之一係使用包括稀釋氫氟酸（DHF )配方之溶 液。 # 1 2.如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該些濕式 化學洗淨製程之一係使用包括緩衝氫氟酸（BHF )配方之溶 液0

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