TWI406328B - 晶圓加工方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種半導體元件製造方法，特別是有關於一種蝕刻、剝除、清洗與其他濕式製程操作之方法及系統。
藉由一通常包括數個濕式化學製程操作的製程於半導體基板上形成半導體元件。濕式製程操作包括清洗操作、剝除操作與蝕刻操作，即於一化學浴中的化學物質與一例如膜或其他材料的材料進行反應，以達到清洗、蝕刻或移除的目的。於半導體製造工業中，使用濕式化學工作台以實施上述操作已成為一標準程序步驟。
隨著元件更複雜，結構尺寸更微縮及膜厚更下降，可致產率降低的缺陷的大小及數量亦須隨之減少。因此，於所有製程階段中減少污染物已變得愈來愈重要。濕式化學製程中，污染物的來源包括水紋、來自晶圓的顆粒及沈澱物。於晶圓狀態由一濕狀態改變成為一乾燥狀態的期間，當水滴黏著至晶圓表面時，則形成水紋。雖黏著的水滴可藉由乾燥蒸發移除，但，於水滴消失後，仍會殘留水滴的紋路記號。一減少水紋的方法可於乾燥晶圓之前移除水滴。另一污染物的來源為來自晶圓本身的顆粒。於例如乾蝕刻或灰化的前述製程中自晶圓上結構移除的材料與於濕式製程中蝕刻的材料有時於濕式製程後仍會殘留於晶圓上。若將結構併入於後續操作中，則該些材料會導致短路或功能異常，至足以移除晶粒的程度。另一污染物的來源為浸入晶圓的溶液。自前批晶圓移除的材料與溶液中來自反應性化學物質的沈澱物可能會沈澱或沈積於晶圓上。若未移除，該些顆粒亦會併入於後續膜中而產生問題。
因此，於一濕式製程後，可自晶圓表面盡可能地移除包括濕化學物質與顆粒的污染物，是製程操作人員所期待的。
根據本發明一觀點，提供一種當自一濕式化學製程中移出晶圓時藉由改善排除(draining)狀況以自濕式製程中減少污染物的方法。排除狀況的改善可減少殘留於晶圓上可能導致水紋的液體量。排除狀況的改善亦可減少殘留於晶圓上的顆粒、水或濕化學物質。如此，可改善濕式製程半導體產品的產率。
根據本發明不同實施例，一種晶圓加工方法包括：提供一晶圓，其上具有複數條垂直切割道(scribe lines)。切割道界定出不同晶粒之間的邊界，且根據切割道藉由切割或鋸切方式最終將於同一晶圓上的不同晶粒分離成不同半導體產品。大部分的晶粒為矩形，因此，具有垂直切割道。
根據本發明所揭露方法的一觀點，浸入晶圓於一第一溶液中。晶圓通常承載於一晶圓托架或晶舟(cassette)中並下降至一包含濕化學物質的溶液浴。然而，於某些濕式製程中，可藉由一機械手臂承載晶圓並將晶圓各別浸入於一晶舟或托架外部。第一溶液可為一用於蝕刻的反應性濕化學物質、一沖洗劑(rinse agent)或一清潔劑(cleanser)。為達到一預期的材料移除量或清洗，浸入製程須歷經一製程所須的必要時間。之後，自第一溶液中移出晶圓，通常自溶液中提起晶圓托架。對晶圓進行定位，並維持晶圓於垂直態樣。該等垂直切割道與水平的夾角介於30~60度之間。以一改善方式自晶圓排除第一溶液，僅殘留極少污染物。
在特定實施例中，於移出晶圓的過程中，維持晶圓於垂直態樣，切割道與水平的夾角為45度。於浸入晶圓於第一溶液之前，可旋轉晶圓至正確方位。在特定實施例中，於浸入晶圓於第一溶液之前或之後，可旋轉整個晶圓晶舟或承載多個晶圓的載體。本發明所揭露方法亦包括傳送晶圓至一第二溶液，浸入晶圓於第二溶液中，以及自第二溶液中移出晶圓，再次以垂直切割道與水平夾角介於30~60度的正確方位自晶圓排除溶液。本發明所揭露方法亦包括於足夠的排除時間後乾燥晶圓。若乾燥晶圓的速度大快，可能留下水紋殘餘。第二溶液可為去離子水、一用於蝕刻的反應性濕化學物質、一沖洗劑(rinse agent)或一清潔劑(cleanser)。
根據本發明所揭露方法實施例的另一觀點，係有關提供一晶圓，其上具有切割道(scribe lines)；定位該晶圓，以使無一切割道與水平之夾角小於30度；垂直浸入經定位之該晶圓於一第一溶液中；自該第一溶液中移出該晶圓；以及允許該第一溶液自該晶圓排除(drain away)，並維持該晶圓於垂直態樣，該等切割道其中之一與水平之夾角未小於30度。如上所述，由於大部分晶粒為矩形，因此，大部分切割道以90度交叉。然而，其他晶粒形狀亦有可能，本發明所揭露方法可同樣地應用其他晶粒形狀，只要無一切割道與水平的夾角小於30度即可。第一溶液可為一例如磷酸、硫酸或氫氟酸的蝕刻劑、一沖洗劑(rinse agent)或一清潔劑(cleanser)。
根據本發明所揭露方法實施例的另一觀點，係有關提供複數個晶圓，其上具有切割道(scribe lines)，該等晶圓承載於一容器中；藉由下降該容器至一溶液浴中，以浸入該容器於一溶液中；自該溶液浴中移出該容器；以及自該等晶圓與該容器排除(draining away)該溶液。對該等晶圓予以垂直定位，以使該等切割道與水平之夾角介於35~55度之間或為45度。在某些實施例中，於排除之過程中，維持該等晶圓於垂直態樣，該等切割道與水平之夾角為45度。使用一晶圓晶舟，以浸入該容器於該溶液中及自該溶液浴中移出該容器。上述浸入該容器於該溶液中及自該溶液浴中移出該容器之時間較浸入整個該容器於該溶液中之時間短很多，例如減少一個數量級的時間。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本發明提供可用來結合應用於半導體元件製造的化學或濕式反應槽型式的方法及系統。雖以下描述大多關於一濕式蝕刻，但，本發明提供的方法及系統可應用於不同化學作用，此處的描述僅作為舉例之用，並非限定本發明。根據其他實施例，本發明提供的方法亦可應用於其他濕式化學製程，例如清洗或浸洗製程。
於一晶圓上，切割道(scribe line)界定出不同晶粒(dies)之間的邊界，且根據切割道藉由切割或鋸切方式最終將於同一晶圓上的不同晶粒分離成不同半導體產品。大部分的晶粒為矩形，因此，切割道彼此以90度交叉。然而，只要晶粒以一重複圖案填滿晶圓表面未於晶圓上留下過多未使用區域，則切割道不須為正交，例如可使用部分菱形或六角形的晶粒。當使用雷射切割晶粒時，可適用非直線的切割道，允許使用不同的晶粒形狀。
通常利用濕式化學製程藉由溶解無用物質或移除表面顆粒的方式自半導體結構移除物質。由於液態化學溶液的性質通常會隨時間而改變，因此，一般來說，濕式化學製程的微調控制會較乾式製程更難達到。於一晶圓到達濕式工作台之前，可發生不同半導體製程，例如於一晶圓進入一特定濕式化學製程之前，其會經歷例如乾蝕刻、灰化、沈積或其他濕式製程的額外製程。許多上述的額外製程會於晶圓表面上留下無用顆粒，例如於蝕刻過程中，於晶圓上會再沈積部分蝕刻物質，而該些物質較佳於後續濕式製程中加以移除。
當一裝載晶圓的容器到達一濕式工作台時，可檢視於容器中各別的晶圓或於一分類機中對晶圓進行分類排序。一分類機可改變於一容器中晶圓的順序或移出部份晶圓插入其他晶圓。根據操作者的輸入，一分類機亦可旋轉於一容器中的部分或全部晶圓。一般來說，於同一設備中，會對於一容器中已經加工的晶圓進行定位，使其朝向同一方向。於一單一晶圓設備中，於加工開始之前，通常會對晶圓進行再定位。於設備中進行至加工終點時，晶圓方向可能會有些許改變，但並不明顯。然而，當插入晶圓至一容器時，操作者的因素或機械手臂的校正可能會造成於一容器中些許晶圓具有不同方向。一般來說，於一容器中經一單一晶圓設備加工並已定位方向的晶圓到達一濕式工作台，因此，一組切割道為水平。若有校正誤差累積時，則切割道可能會與水平差距5、10或如15度之多。
第1A~1C圖顯示於一濕式工作台中一部分的製程。於一溶液浴圍欄101上，藉由機械手臂(未圖示)支持裝載晶圓105的容器(晶舟或托架) 107。以一與大多數晶圓105垂直(於其邊緣)的位置將容器107下降至溶液103中。如圖所示，每一晶圓105包括複數個藉由切割道111分離的晶粒109。位於容器107側邊或底部上的孔洞(未圖示)允許溶液103進入容器107，以致晶圓完全浸入於溶液103中，如第1B圖所示。於歷經一製程所須的必要時間後，自浴中將容器107提起，如第1C圖所示，並將任何殘留溶液自晶圓與容器排出。
於一濕式製程結束後，水平或大約水平的切割道會阻礙液體流動並使液體完全自晶圓移除的能力下降。顆粒不易移除，如第2A圖所示。當液體移除通過垂直切割道201時，幾乎未帶走任何顆粒203。當晶粒面上的液體阻力小於表面上顆粒的黏著力時，殘留於水平切割道205上的顆粒207會變成棒狀物。即使藉由液體移除將顆粒帶至晶粒面下端，仍可能於晶粒上或於下一水平切割道上變成棒狀物。如上所述，於晶粒表面上的顆粒可能會併入於下一沈積膜中，導致晶粒失效。水平切割道上亦會保有水滴，當晶圓乾燥時，形成水紋。
為改善顆粒與液體的排除，將晶圓傾一角度進行滴乾，如第2B圖所示。可改善排除狀況的晶圓方向為最佳滴乾位置。由於重力與液體阻力的相助，以一角度進行滴乾可降低顆粒變成棒狀物的可能性。此外，由於以一角度重力常數的拉力，使得水滴不太可能變成棒狀物，因而減少水紋的產生。可結合不同角度的切割道，以產生一較大總阻力(overall drag force)，有助移除顆粒，且效果較一組水平切割道更佳。
使用有角度的切割道亦可改善製程控制及製程均一性。隨者結構微縮與蝕刻厚度的下降，藉由控制時間以蝕刻正確材料量變得更加重要。如上所述，於水平位置的切割道會保有液滴。若液體為一反應性濕式化學物質，於晶圓滴乾與傳送至下一工作浴之間的額外時間中，可能數秒或數分種，可能導致非預期蝕刻的發生，而降低製程控制。當排除狀況獲得改善時，由於移除更多液體，使得極少液體殘留而持續蝕刻材料。此改善的製程控制對0.13微米或更小尺寸的結構而言顯得更加重要。
理想的排除位置亦包括相對於溶液浴大約呈垂直的晶圓位置。將晶圓傾斜會降低幫助排除的重力，然而，某些傾斜可改善最初液體流動。當晶圓置放於一晶舟槽時，於槽中晶圓會以一非常小的角度傾斜，此傾斜仍維持晶圓於一大約垂直的位置。
第3圖顯示於一晶圓上的切割道角度。一容器315承載一具有複數個晶粒317的晶圓313。晶粒317為矩形且藉由數組切割道劃定邊界。角度305代表切割道303與水平301的夾角。角度309代表切割道307與水平301的夾角。角度311代表切割道之間交叉的角度(例如切割道303與切割道307之間的角度)。角度305與角度309不須要相同。然而，具有大約45度的角度305與角度309可提供較佳排除及顆粒效果。在不同實施例中，角度305與角度309大約大於30度，或大約介於30~60度之間，或大約介於35~55度之間。該等實施例較一組大約水平的切割道可提供明顯的污染改善及提升產率。若使用非矩形晶粒，只要藉由切割道形成的角度305與角度309相對於水平大約大於30度，則可改善排除的狀況。
第4圖為根據本發明不同實施例所揭露方法的流程圖。提供一晶圓，如步驟401。一般來說，晶圓具有複數條於其上的切割道，以劃分晶圓上晶粒的邊界。切割道可以直角交叉。晶圓可承載於一容器、晶舟或一晶圓托架/載體中。於一特定濕式清洗設備中，可單獨承載晶圓。於導入晶圓至第一溶液前，可旋轉晶圓或將晶圓定位至一理想排除位置，如步驟403。藉由與水平之間介於30~60度的切割道形成角度及維持晶圓相對於溶液浴的垂直性(例如於其邊緣)，以定義理想排除位置。當滴乾溶液時，須維持晶圓於定位。
將晶圓浸入於一第一溶液中，如步驟405。通常下降晶圓至第一溶液中。若晶圓置於一容器中，則可使用一機械手臂以下降整體容器至一溶液浴中。在某些實施例中，一機械手臂可承載晶圓並使晶圓下降至溶液中。於浸入晶圓至一段製程所須時間後，自第一溶液中移出晶圓，如步驟407。一般來說，自溶液中提起一承載晶圓的容器後，溶液會開始自容器與晶圓排除。
將晶圓定位於一理想排除位置，如步驟409。定位位置如上述步驟403所述。此步驟可於溶液自晶圓排除時或之前進行。於晶圓進行排除後，將晶圓傳送至一第二溶液，如步驟411。不同於第一溶液的一第二溶液可用來進一步清洗或蝕刻晶圓。將晶圓浸入於第二溶液中，如步驟413。之後，自第二溶液中移出晶圓，如步驟415。
以不同實施例比較本發明方法的效果。於一氮化矽蝕刻實例中，切割道旋轉45度的晶圓的產率(59%)明顯較切割道未旋轉的晶圓的產率(42%)與切割道旋轉90度的晶圓的產率(38%)改善許多。由於一組切割道仍維持大約水平，因此，切割道旋轉90度並無法改善產率，而是降低產率。根據一實際缺陷的比較顯示，產生的改善效果大部分來自顆粒數量的改變。
在其他實施例中，以具有高電壓元件的0.13微米晶圓進行測試。於兩不同濕式製程中(一多晶矽循環製程與一輕摻雜(LDD)循環製程)，一旋轉晶圓的顆粒數量為一未旋轉晶圓顆粒數量的一半。
在其他實施例中，旋轉至一45度切割道角度的晶圓與未旋轉晶圓之間出現戲劇性的變化。在一實施例中，於一整批旋轉的晶圓中並未偵測到以顆粒為主體的缺陷，然，卻可於一批未旋轉的晶圓中偵測到平均每片晶圓0.68的數值。在實施例中，於一濕式剝除製程後，實施一後續的濕式清洗步驟，旋轉晶圓平均來說其顆粒減少一個數量級。於一光阻剝除後，具有45度切割道角度的晶圓於7個晶粒中帶有顆粒，而未旋轉的晶圓則於49個晶粒中帶有顆粒。第5A與5B圖顯示旋轉晶圓與未旋轉晶圓的晶圓顆粒分佈圖。於後續濕式清洗步驟後，旋轉晶圓僅於2個晶粒中帶有顆粒501，未旋轉晶圓則於25個晶粒中帶有顆粒503，其所帶顆粒甚至較該批旋轉晶圓未進行後續濕式清洗步驟前還多。根據此數據，有可能在移除一整個濕式清洗製程的情況下，仍可改善顆粒現象。在另一實施例中，於一光阻保護氧化物清洗後，具有45度切割道角度的晶圓於4個晶粒中帶有顆粒601，而未旋轉的晶圓則於53個晶粒中帶有顆粒603，明顯地，旋轉的晶圓可獲得一個數量級的改善，如第6A與6B圖所顯示的晶圓顆粒分佈圖。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
101．．．溶液浴圍欄
103．．．溶液
105、313．．．晶圓
107、315．．．容器(晶舟)(托架)
109、317．．．晶粒
111、303、307．．．切割道
201．．．垂直切割道
203、207、501、503、601、603．．．顆粒
205．．．水平切割道
301．．．水平
305、309、311．．．角度
401．．．提供一晶圓
403．．．將晶圓定位至一理想排除位置
405．．．將晶圓浸入於一第一溶液中
407．．．自第一溶液中移出晶圓
409．．．將晶圓定位於一理想排除位置
411．．．將晶圓傳送至一第二溶液
413．．．將晶圓浸入於第二溶液中
415．．．自第二溶液中移出晶圓
第1A~1C圖係根據本發明特定實施例，顯示一製程浴與晶圓晶舟；
第2A~2B圖係顯示於排除過程中發生於不同晶圓定位的污染物流動；
第3圖係顯示於一藉由一晶舟承載的晶圓上的切割道角度。
第4圖係本發明不同實施例所揭露方法的流程圖。
第5A~5B圖係根據本發明一實施例與一傳統方法所得清洗結果的晶圓顆粒分佈圖。
第6A~6B圖係根據本發明一實施例與一傳統方法所得清洗結果的晶圓顆粒分佈圖。
101．．．溶液浴圍欄
103．．．溶液
105．．．晶圓
107．．．容器(晶舟)(托架)
109．．．晶粒
111．．．切割道
Claims (21)
- 一種晶圓加工方法，包括：提供一晶圓，其上具有複數條垂直切割道(scribe lines)；浸入該晶圓於一第一溶液中；自該第一溶液中移出該晶圓；以及定位該晶圓，以使該第一溶液自該晶圓排除(drain away)，並維持該晶圓於垂直態樣，該等垂直切割道與水平之夾角介於30~60度之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶圓加工方法，其中於移出該晶圓之過程中，維持該晶圓於垂直態樣，該等垂直切割道與水平之夾角為45度。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶圓加工方法，更包括於浸入該晶圓之前，旋轉該晶圓。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶圓加工方法，更包括於浸入該晶圓之前，旋轉一包含複數個晶圓之晶圓載體。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶圓加工方法，更包括傳送該晶圓至一第二溶液；浸入該晶圓於該第二溶液中；以及自該第二溶液中移出該晶圓，並維持該晶圓於垂直態樣，該等垂直切割道與水平之夾角介於30~60度之間。
- 如申請專利範圍第5項所述之晶圓加工方法，其中該第二溶液為去離子水。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶圓加工方法，更包括乾燥該晶圓。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶圓加工方法，其中該第一溶液為一蝕刻劑、沖洗劑(rinse agent)或清潔劑(cleanser)。
- 一種晶圓加工方法，包括：提供一晶圓，其上具有切割道(scribe lines)；定位該晶圓，以使無一切割道與水平之夾角小於30度；垂直浸入經定位之該晶圓於一第一溶液中；自該第一溶液中移出該晶圓；以及允許該第一溶液自該晶圓排除(drain away)，並維持該晶圓於垂直態樣，該等切割道其中之一與水平之夾角未小於30度。
- 如申請專利範圍第9項所述之晶圓加工方法，其中於移出該晶圓之過程中，維持該晶圓於垂直態樣，該等切割道與水平之夾角介於30~60度之間。
- 如申請專利範圍第9項所述之晶圓加工方法，更包括於浸入該晶圓之前，旋轉該晶圓。
- 如申請專利範圍第9項所述之晶圓加工方法，更包括於浸入該晶圓之前，旋轉一包含複數個晶圓之晶圓載體。
- 如申請專利範圍第9項所述之晶圓加工方法，更包括傳送該晶圓至一第二溶液；浸入該晶圓於該第二溶液中；以及自該第二溶液中移出該晶圓，並維持該晶圓於垂直態樣，該等切割道與水平之夾角介於30~60度之間。
- 如申請專利範圍第13項所述之晶圓加工方法，其中該第二溶液為去離子水。
- 如申請專利範圍第9項所述之晶圓加工方法，更包括乾燥該晶圓。
- 如申請專利範圍第9項所述之晶圓加工方法，其中該第一溶液為一蝕刻劑、沖洗劑(rinse agent)或清潔劑(cleanser)。
- 如申請專利範圍第9項所述之晶圓加工方法，其中該第一溶液包括磷酸、硫酸或氫氟酸。
- 一種晶圓加工方法，包括：提供複數個晶圓，其上具有切割道(scribe lines)，該等晶圓承載於一容器中，並予以垂直定位，以使該等切割道與水平之夾角介於35~55度之間；藉由下降該容器至一溶液浴中，以浸入該容器於一溶液中；自該溶液浴中移出該容器；以及自該等晶圓與該容器排除(draining away)該溶液。
- 如申請專利範圍第18項所述之晶圓加工方法，其中該等切割道與水平之夾角為45度。
- 如申請專利範圍第18項所述之晶圓加工方法，其中於排除之過程中，維持該等晶圓於垂直態樣，該等切割道與水平之夾角為45度。
- 如申請專利範圍第18項所述之晶圓加工方法，其中浸入該容器於該溶液中與自該溶液浴中移出該容器之時間較浸入整個該容器於該溶液中之時間減少一個數量級。
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