TWI243418B - Process for the wet-chemical surface treatment of a semiconductor wafer - Google Patents

Description

1243418 五、發明說明（1) 一、【發明所屬之技術領域^ 由於電子元件之製造日益小型化， (尤其通常以晶圓形式使用之矽）表面品所對半導體材料 此一品質要求不僅是表面之幾何形狀。二之要求亦更高。 度、化學條件及不含微粒及瑕疵（斑點^ 而且包括其純 為使該等參數可用重複之方式加以旦彡 發展出若干濕化學表面處理方法。該;:二二控制:特別 研磨、精研或拋光等機械表面處理之後。仿『別是採用於 該等方法之特徵為：藉一系列處理技術， 或鹼性液體及/或連同氣體之液體在表 ° 酸性 化學表面處理方法係與移除表面材料有：，=二 在實際應用於半導體晶圓蝕刻上有兩種蝕刻方法，該 兩種方法與使用鹼性或酸性液體有關： μ 藉下列反應方程式可將鹼性蝕刻加以說明（以 例為基準）： Κ

Si + 2 or + H20 — Si 03 2- + 2 Η2 為製得無任何瑕疵之晶圓及達成夠高之材料移除率， 該方法必須在高溫下實施。該等溫度係最低設定在丨〇 〇它 ’蓋因較低溫度會導致形成瑕疵，該等瑕疵僅可藉另一拋 光步驟再度予以移除，因而增加半導體晶圓之生產成本。 驗性餘刻作用通常係在機械材料移除步驟（例如：精研或 研磨步驟）直後實施。 但，利用鹼性液體（即使用超純化學品）亦不能製得實

ΙΙΗ 第6頁 1243418 五、發明說明（2) 貝上無金屬污染之半導體晶圓。就機械處理之晶圓而言， 在表面及受損區將發現容易擴散之元素（例如：銅或鎳）， 且在高溫下該等元素擴散至半導體之較低層内，因而不再 =表面清理方法之影響。另广方面，其優點是，就加工工 程而言，可使鹼性蝕刻相對簡單，蓋因所形成之氫即確保 所需之質量遷移。所以，無需大量花費即可將晶圓整個表 面之材料予以均勻移除。此乃意謂儘可能以機械方式移除 材料所設定之晶圓幾何形狀保留下來。 就酸性蝕刻而言，矽通常係利用硝酸（HN〇3 )加以氧 ，所形成之二氧化矽（Si〇2)則利用氫就酸（HF)加以溶

Si + HN〇3 — Si02 + 2 ΗΝ02 HN02 NO + N02 + H20 ύ l u2 t nr ::方：可在低溫下實施而且更有金屬溶解特性，該 / : 造實質上無金屬雜質之半導體晶圓。Α FT而刻之缺點是：均句移除材料之程度極為有 且成本印責，因此機械材料移為有 則不可能保持。 攻未日日圓成何形狀 二、L先前技術】 曾嘗試相互結合鹼性蝕刻及酸性蝕 例言之，鹼性蝕刻通常係採用 =式。舉 节，月理蝕刻之形式（其中

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五、發明說明（3) 附著在晶圓表面之微粒得以移除。但此種情形並不包括將 機械處理前所損晶體區之完全移除。此種情形僅發生在隨 後之酸性蝕刻過程中，在酸性蝕刻時業已擴散進^之金^ 亦予移除。德國專利DE 1 9 9 53 1 5 2 C1、美國專利⑽ 62390 3 9 B1及專利W0 02 /0 1 6 1 6 A1中曾述及若干此類濕化 學表面處理方法，其中（亦許結合其他濕化學步驟）首先使 用驗性勉刻，之後使用酸性蝕刻。 但，即使該等結合之方法仍不能滿足對半導體晶圓 何形狀及其中不含金屬之日益增高要求。尤其，雖然在 牲酸性蝕刻之條件下，增加鹼性蝕刻之材料移除量可導致 晶圓幾何形狀之改良η旦對金屬雜質之移除具有不良：響 =之亦然。#者’鹼性蝕刻之材料移除量增加，可導致 :ίΐίίίΓ刻，，該結構通常導致粗輪度值之增 上留；之部位受到不成比例之餘刻，所以表面 學 表面處理之方、去 楗供一種+導體阳圓實施濕化 體晶圓幾何形狀同等優良之 屬及半導 此目學表―可達成 係用一酸性液體加以虛审 除之姑祖地里’自該半導體晶圓之每個面移 除之材枓至多為1 〇微米，及之後 γ调㈤狀 係用一驗性液體加以虛审 有待完全移除之若干曰體巴^經先前機械處理所損傷、 右干日日體&至少移除足夠之材料。

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五、發明說明（4) 二、【發明内容】 ^發明之内容係一種藉助於一系列處理步驟實施半導 :濕化學表面處理之方法，其中不同液體 0表面上產生作用。 曰曰 四、【實施方式】 曰〔,、既有技術相較，本發明方法之顯著優點是：半導體 圓首先用g文性液體及隨後用鹼性液體加以處理，且在各 It况均實施化學材料移除。在酸性蝕刻過程中晶圓每個 材料移除畺至多為丨0微米。此足以移除出現於晶圓表 J位於接近表面之區域内之金屬雜#，例如：銅或鎳。 i1材料之移除量甚小，以致由先前機械處理決定之半 、尚葙：m狀僅受到輕微不利影，。對實施機械處理 t ί中業經貝冑、有待完全移除之晶體區而言，在隨後鹼 十曰刻過程中足夠之材料自該半導體晶圓移除（該半導體 晶圓繼酸性鈦刻劑之後已實質上不含金屬）。 本發明之加J1順序可獲致該兩種敍刻技術之最佳利兴 j方法確保將機械處理（例如：精研或研磨）所形成之: =何：狀：留下來’ S而提供至少半導體 ： 拋光之最佳先決條件。 W也设 以下所述係本發明之合適具體實 於矽之加工參數。但，該方If听」&具中k出最適 万法並非局限於矽。為達成此目 的，兹將本發明之方法分為步驟&)至6)，半導體曰 面則用下列液體依照所示順序加以處理： 曰 a)用一第一清洗液體，該液體適於移除附著在半導體晶圓

第9頁 1243418 五、發明說明（5) 表面之微粒， b) 用一酸性液體，將至多1 0微米之材料自半導 個表面移除， c) 用該第一清洗液體， d) 用一第二清洗液體，該液體適於移除半導體 金屬雜質，及 e) 用一鹼性液體，對業經先前機械處理損傷、 之晶體區，移除至少足夠之材料。 步驟b)及e)係絕對必須實施者，步驟a)、 有利但仍可省去。 最好，首先，在步驟a)内附著在半導體晶 粒（例如：精研研磨劑殘留物）係藉助於微粒清 移除。實施該工作，最好使用一含有水及一界 清洗液體。水性清洗液體内之界面活性劑將待 加以重新排列，因而有助於該等微粒之移除。 之酸度值以1 〇至丨2為佳。該清洗工作所用之溫 °C為佳，尤以至多6〇艺更佳。此乃確保出現在 ，面或接近表面之區域内之金屬不擴散至半導 f層處為有助於清洗作用，最好同時採用超 命，^作用則清洗作用之效果減低，此乃意謂 而之處理時間更長及/或處理浴更多。 10微ΐ步驟b)内，自半導體晶圓每個面移除之 每個^蒋=達成晶圓幾何形狀之最低可能變化 多除之材料最好至多為5微米。該酸性勤 體晶圓之每 晶圓表面之 待完全移除 c)及d)係屬 圓表面之微 洗作用予以 面活性劑之 清除之微粒 該清洗液體 度以至多9 0 半導體晶圓 體晶圓之更 音波。無超 清洗晶圓所 材料至多為 ’自該晶圓 :刻不僅移 1243418 五、發明說明（6) — 除出現在半導體晶圓表面上之金屬而且移除經先前機械處 理損傷之晶體區内所黏附之金屬，並保持晶圓幾何形狀無 重大改變。酸性液體最好含有水、氫氟酸及硝酸，其中確 酸之濃度以60%至80%為佳，氫氟酸之濃度以〇·5%至5%為佳 (所有表示之百分率係以溶液總重量為基準之相關化合物 重量百分率）。該液體之溫度以1 〇 °c至3 〇 °c為佳，尤以j 5 °C至2 5 °C更佳。步驟b)内酸性蝕刻之實施最好依照歐洲專 利EP 6 25795 A1中所述，俾待移除之材料儘可能均勻。 在隨後之步驟c)内，酸性蝕刻後仍出現在半導體晶圓 表面上之微粒，可藉助於類似於步驟a)之進一步微粒清洗 作用加以移除。其中以實施步驟a)及c)中至少一個步驟為 佳，尤以實施該兩個步驟更佳。 在鹼性蝕刻步驟e)之直前，最好使用一適於自半導體 晶圓表面移除金屬雜質之第二清洗液體以實施一進一步清 洗步驟d)。該第二清洗液體最好含有水、氫i酸（jjf)及臭 氧（〇3)。清洗液體上方之環境最好亦含有臭氧。氫說酸之 濃度以至2%為佳。該液體最好含有飽和之臭氧。為 防止先前步驟留下或新添金屬雜質在鹼性姓刻高溫下擴散 至半導體晶圓内，在加工中此時將金屬清洗掉實屬有利。 之後，在步驟e)内，同一鹼性液體處理該半導體晶圓 。該鹼性液體以含有水及一鹼金屬氫氧化物為佳，尤以含 有氫氧化納（NaOH)或氫氧化卸（KOH)更佳。驗金屬氫氧化 物之濃度以25%至60%為佳。為避免金屬之進一步污染，最 好使用高純度之化學品，其中鐵、銅、鎳及鉻之濃度總是

第11頁 1243418 五、發明說明（7) 以低於5個兆分點 . 除 。在處理過程中㈢。處理過程中之溫度以701至125它為佳 。鹼性蝕刻作用：好將半導體晶圓加以移動（例如：旋轉) 之若干晶體區至小經先前機械處理所損傷、有待完全移 依照本發明^ f除足夠之材料。 ，總是利用（例如(鉍濕化學處理之後，最好依照既有技術 佳）、熱水乾焊。。Λ丙醉乾燥器（尤以瑪拉哥尼乾燥器更 兹燥方法/1或清洗器乾燥器，將半導體晶圓烘乾。 肩及微粒污染)加以合適當選擇’俾對表面品質(尤其有關金 燥器。不曰產生不良效果。最好使用，/臭氧乾 何預期直徑 本發明之方法可應用於先前業經機械處理過之半導體 晶圓。該方法特別適用於矽晶圓尤其適用於任 之單晶矽晶圓。 第12頁 1243418 圖式簡單說明 本申請案無圖式。

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Claims (1)

1243418 案號 六、申請專利範圍 1 · 一種用以 該方法中該晶 一 係用一酸性 J3118J2R

:施半導體晶圓濕化學表面處理之方法 圓 私年7月2么曰修(更)正本 該半導 一係用 有待完 2 · 如 理之前 面微粒 3 · 如 實施處 質之第 4 · 如 體晶圓 一驗性 全移除申請專 ，該半 之第一申請專 理之直二清洗申請專 步驟a)至e)内 a)用一第一清 表面之 b) 用一 個表面 c) 用該 d) 用一金屬雜 微粒， 酸性液移除， 液？（包括水、氫氟酸及硝酸)加以處理，自 ;;個面t多除之材料至多釗嶋，及之； 自經先前機械處理所損傷、 之=干a日體&至少移除足夠之材料。 利範圍第1項之方法，苴 清洗液體至少處理！：附者在.導體晶圓表 利範圍第1或2項之方法，i 前，係用適於自半導體曰；：在用鹼性液體 液體將該半導體t圓力表面移除金屬雜 τ版日日圓加以處理。 利範圍第3項之方法， 用下列液體將半導俨a n /，、、、/斤不順序在 71了干导體晶囫加以處理· 洗液體’肖液體適於移除附著在半導體晶圓 體 將至多1。微米之材料自半導體晶圓之每 第一清洗液體， 洗液體，該液體適於移除半導體晶圓表面之 第 質 e)用一鹼性液體，對業經|^ H 、 先如機械處理損傷、i主〜人 之晶體區，移除至少足夠之材料。 貝煬待元全移除 5· 如申請專利範圍第！武？馆广， 戍2項之方法，其中在用酸性液體

1243418 I啊年1月冲修(更)正替換頁 _案號 93118126 I 修正_ 六、申請專利範圍 處理過程中自半導體晶圓每個面移除之材料至多為5微 米。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該鹼性液體含有 水及驗金屬氫氧化物。 7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該鹼金屬氫氧化 物係氫氧化納或氫氧化鉀。 8. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該第一清洗液體 含有水及一界面活性劑。

9. 如申請專利範圍第2項之方法，其中用該第一清洗液 體之處理工作係在至高9 0 °C溫度下實施。 10. 如申請專利範圍第2項之方法，其中用該第一清洗液 體之處理工作係在同時有超音波作用之情況下實施。 11. 如申請專利範圍第3項之方法，其中該第二清洗液體 含有水、氫氟酸及臭氧。 12. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中該半導體晶圓 係一石夕晶圓。

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