TWI417949B - 矽表面的製備 - Google Patents

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Description

矽表面的製備
本申請案與Pagliaro等人於西元2001年3月26日申請的美國專利第6,620,743號案相關。
本發明是有關於一種乾淨及穩定之矽表面的製備方法。
在具有高產量之積體電路的製備中，乾淨的半導體表面是一個重要因素。有兩種主要的污染類型發生在半導體表面上：薄膜及微粒。微粒為具有容易定義之邊界的材料，而薄膜(例如：裸晶圓(bare silicon)表面上的原生氧化物(native oxide))為晶圓表面上的層狀材料。
減少或消除矽晶圓表面上的薄膜及微粒以最佳化晶體電路的產量是重要的。在裸晶圓表面上的磊晶沈積及擴散製程之前，特別是在小於850℃進行的製程，具有乾淨的矽表面是重要的。
薄膜及微粒可透過清洗來移除。標準的清洗方法常牽涉一種或多種形式的RCA清洗程序。RCA標準－清洗－1(Standard－Clean－1，SC－1)程序是使用過氧化氫、氫氧化銨與水的混合物，此混合物加熱至約70℃。SC－1程序能溶解薄膜及移除第一族(Group I)金屬與第二族(Group II)金屬。第一族金屬與第二族金屬是透過與SC－1溶液中的試劑錯合而移除。
RCA標準－清洗－2(Standard－Clean－2，SC－2)程序是使用過氧化氫、鹽酸與水的混合物，此混合物加熱至約70℃。。SC－2程序移除SC－1程序所不能移除的金屬。如果需要無氧化物(oxide－free)的表面，可將矽晶圓浸泡到氫氟酸水溶液中，以蝕刻掉原生氧化物，且理論上可以得到末端氫化(hydrogen termination)。RCA清洗及氫氟酸浸泡有眾多的變化。
在清洗之後，晶圓在進行更進一步處理之前，典型地會先存放一段時間。在清洗之後，在晶圓表面上常會觀察到矽－氟與矽－碳的鍵結。在表面上的氟與碳的污染可能會不利於熱預算(thermal budget)及/或被成長或沈積在晶圓表面上的膜層的品質。
如果將矽晶圓浸泡到到氫氟酸作為最後的清洗步驟(也就是所熟知的”最後的氫氟酸”的步驟)，矽表面大部份典型地具有單層的氫，大量的矽－氫(Si－H)鍵結。相較於末端無任何氫化的表面，此末端氫化的表面較能防止氧化。然而，矽晶圓表面在進行最後的氫氟酸處理而移除原來的氧化物之後，正常地在約20分鐘內會再氧化，而快速地在矽晶圓表面上形成新的厚度為5埃()至7埃的氧化層。即使是現行所知道的最佳清洗製程，原生氧化物會在48小時內形成，且通常在那時間內晶圓不會被進一步地處理。如果在下一個製程步驟中，無氧化物的表面是需要的，則必須要進行一個新的氫氟酸浸泡或是同位(in－situ)蒸氣清洗。
在最後的氫氟酸步驟中，當以氫氟酸溶液作為做清洗程序的最後步驟而將氧化層從表面移除時，晶圓表面具有高等級(high levels)的微粒的傾向，導因於(1)在溶液中暴露於污染中；(2)在空氣/液體的界面暴露於空氣中；(3)在乾燥製程的期間微粒的沈積；(4)在乾燥步驟之間的時間與矽晶圓被置放於惰性環境(inert environment)的時間的期間暴露於空氣中。
在Pagliaro等人的美國專利第6,620,743號案教示一種穩定及無氧化物的矽表面的形成方法。第6,620,743號專利教示一種最佳的APM清洗，在APM清洗之後以稀釋氫氟酸進行蝕刻，接著進行的是同位的沖洗及只用以乾燥的旋轉乾燥。藉由第6,620,743號專利所教示的方法可達成具有所欲等級的穩定性的矽表面，但是在某些方面是不利的。舉例來說，此方法在其製程之間需要短的時間間距、費時且需使用昂貴的設備。
因此，需要一種製備乾淨及穩定之矽表面的改善方法。
關於本發明的一種樣態，提供一種矽表面的製備方法。此方法包括使用包含陰離子界面活性劑之稀釋氫氟酸處理矽表面，接著沖洗及乾燥此矽表面。
在所描述的實施例中，進行包括20至200 ppm的陰離子界面活性劑之稀釋氫氟酸浸泡。此稀釋氫氟酸之後被同位地沖洗掉，且此基板(例如是矽晶圓)被進行乾燥。所進行的乾燥是使用被加熱、被離子化且高純度的沖淨(purge)氣體(即N2 ，Ar)或異丙醇。有利的是，處理步驟及沖洗步驟使用超純水(ultrapure water)，此超純水具有在25℃時大於16ΩM－cm的電阻率、少於10 ppb的總可氧化碳(oxidizable carbon)、少於10 ppb之溶解的二氧化矽(silica)及少於500 ppb的溶氧。前述處理、沖洗與乾燥是在單容器處理器(single vessel processor)中執行。此製程被證明能展示出35%至55%的微粒移除效率，隨著暴露於乾淨的室內空氣(clean room air)超過5天之後，原生氧化物的成長被限制於小於1。特別的是，達成這些結果並沒有使用APM清洗。
關於本發明的另一種樣態，提供一種積體電路的形成方法。此方法包括使用包含陰離子界面活性劑的氫氟酸水溶液處理積體電路的表面。在所描述的實施例中，此陰離子界面活性劑具有20至200 ppm的濃度，且用以使積體電路的表面上之微粒的動電位(zeta potential)充負電。
關於本發明的另一種樣態，提供一種藉由以稀釋氫氟酸處理表面、以充氫氣的水沖洗此表面及乾燥此表面的矽表面的製備方法。在所描述的實施例中，充氫氣的水具有1.2至1.6 ppm的溶氫(dissolved hydrogen)濃度。此清洗實施2至3分鐘，並包括在900至1000千赫茲的超高頻音波能量。此製程被證明能展示出高於95%的微粒移除效率，隨著暴露於乾淨的室內空氣超過5天之後，原生氧化物的成長被限制於小於1。
關於本發明的另一種樣態，提供一種積體電路的形成方法，此方法包括將表面暴露於充氫氣的水中，以形成此積體電路。
關於本發明的另一種樣態，提供用於半導體製程中的一種水的製備方法。此方法包括水的充氫氣。
關於本發明的另一種樣態，提供一種水的製備方法，將此水暴露於紫外線中、過濾、脫氣及充氫氣。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
在本發明之方法的實施例中，提供一種具有原始(pristine)且末端氫化之穩定表面的矽晶圓的生產方法。一些實施例被證明在乾淨的室內環境中可以抑制矽表面上氧化物再次成長的情況可以超過5天，在另一些實施例中可以超過8天。如前述討論，在美國專利第6,620,743號案所描述的方法可達成穩定性，能防止顯著的原生氧化物的成長達8天。然而，此方法在化學品的形式、設備及電力的消耗上需要大量的資金。其它大量資金的花費是在矽表面的生產期間由APM清洗所消耗之額外的循環時間(cycle time)。此外，在APM清洗中所使用的化學品可能具有引發安全及環境之危害的潛力。另外，如上所述，APM清洗遭受矽表面被金屬污染的風險。或許更重要的是，APM清洗不利的是會消耗矽，而矽為基板的一部分。習知的APM清洗方法典型地會消耗矽表面約3至5。當積體電路的特徵及構件越來越小時，矽在厚度上的損失會成為越來越嚴重的問題。
本發明的某些實施例達成穩定性並不需要使用APM清洗之昂貴且耗時的步驟(雖然其它實施例提供選擇性地使用AMP清洗)。一較佳實施例因而提供一種穩定的矽表面的製備方法，而以比起習知的生產方法更有時間效益及成本效益的方式來進行。雖然本發明之方法的實施例在上下文中所描述的是清洗裸晶圓，但是可以瞭解此較佳實施例具有更廣泛的適用性，能用於清洗廣範圍定義的表面。
圖1所繪示為本發明之一實施例的步驟。第一步驟10，是晶圓的選擇性清洗步驟，是使用氫氧化銨與過氧化氫的混合物，如此產業中所熟知的氫氧化氨/過氧化氫的混合物(ammonium hydroxide/hydrogen peroxide mixture，APM)。第二步驟20，是使用具有陰離子界面活性劑之稀釋氫氟酸進行處理。第三步驟30，是同位(in－situ)沖洗。第四步驟，是基板乾燥步驟。這些步驟中的每一步驟將於下文中進行詳細地描述。
使用氫氧化氨/過氧化氫進行清洗
圖1中的步驟10涉及以氫氧化氨/過氧化氫的混合物(APM)選擇性地清洗矽晶圓。一較佳實施例之氫氧化氨/過氧化氫的清洗步驟10，是使用30%的過氧化氫800毫升(mL)至1000毫升、29%的氫氧化氨300毫升至600毫升與11加崙(41公升)的水。因此，以氫氧化銨的體積(volume)計算，整槽的濃度較佳者為0.50%至0.80%，更佳者為0.58%至0.73%的氫氧化銨。整槽的濃度較佳者為在約0.10%至0.50%之間的過氧化氫，更佳者為0.21%至0.42%的過氧化氫。溶液較佳者為維持在約20℃至50℃的溫度，更佳者為30℃至40℃且將晶圓維持在此溶液中約5分鐘至15分鐘。圖1中步驟10的APM溶液相似於RCA清洗製程的SC－1溶液。
APM清洗步驟10從矽晶圓移除在成長化學氧化物的製程中的微粒、表面缺陷、第一族金屬與第二族金屬。APM清洗可以在開放式容器槽(open vessel bath)或其它適合的容器中完成。開放式容器槽在市場上就可以買到。美國加州聖荷西市的Superior Automation公司在市場上販售的Superior Automation Recirculating Bath(商品名)為開放式容器槽的示例，適用於選擇性的APM清洗步驟10中。其它的開放式容器槽也適用於選擇性的APM清洗步驟10中。此外，選擇性的APM清洗步驟10並不限制在開放式容器槽中進行。
使用稀釋氫氟酸進行處理
圖1中的稀釋氫氟酸(dilute hydrofluoric，dHF)處理步驟20可在APM清洗步驟10之後進行或是作為矽表面製備的第一步驟。
稀釋氫氟酸處理步驟20所使用之稀釋氫氟酸，以氟化氫(HF)的體積(體積%(vol.%))計算，較佳者為具有約0.25%至1.0%的濃度，更佳者為0.25重量%至0.5重量%的HF。在處理步驟20中稀釋氫氟酸的使用使得矽晶圓表面的污染減到最少。此稀釋氫氟酸較佳者為加熱至約30℃至50℃的溫度，更佳者為40℃，以使得矽晶圓表面的微粒減到最少及增加末端氫化。經加熱之稀釋氫氟酸處理也在整個矽晶圓表面提供均勻的氧化物蝕刻率。矽晶圓較佳者為暴露於稀釋氫氟酸處理的時間在約20秒至2分鐘之間，更佳者為在約40秒至60秒之間，特佳的是約60秒。因此，矽晶圓能在約40℃的溫度下，以具有濃度約0.5體積%的氟化氫之稀釋氫氟酸進行約60秒的處理。
稀釋氫氟酸用於包括界面活性劑之用以說明的實施例的處理步驟20中。較佳的是，界面活性劑為陰離子界面活性劑，其使得在懸浮於化學槽中與在矽表面上之微粒的動電位充負電。這些微粒的充負電是用於使微粒從進行相似充電的矽表面分離。因此，陰離子界面活性劑有助於從矽表面移除污染的微粒，是藉由改變微粒的動電位成為負電荷，並產生相斥力以使得微粒從充負電的矽表面釋放。陰離子界面活性劑特別是有助於從疏水表面移除如聚醚醚酮(PEEK)與鐵氟龍(Teflon)等聚合微粒。此外，陰離子界面活性劑有利於防止金屬離子沈積。另外，如果陰離子界面活性劑用於緩衝的氫氟酸溶液，陰離子界面活性劑能防止微觀粗糙度(microroughness)產生。在一較佳實施例中，陰離子界面活性劑具有20至200 ppm的濃度。界面活性劑可為有機的界面活性劑，例如是碳氫化合物的硫酸鹽(hydrocarbonic sulfate)或全氟取代的碳酸鹽(perfluorocarbonate)。
用以形成稀釋氫氟酸的超純水具有高電阻率，表示金屬的等級是低的。藉由使用具有高電阻率的水以形成稀釋氫氟酸，能使得在稀釋氫氟酸處理步驟20的期間沈積在矽晶圓的金屬數量減到最少。用以形成稀釋氫氟酸的水在25℃的溫度時具有高於約15 MΩ－cm(megaohms－cm)的電阻率，較佳者為至少約17.5 MΩ－cm的電阻率。總可氧化碳(total oxidizable carbon，TOC)與溶解的二氧化矽較佳者為減少到少於10 ppb(parts per billion)的等級。
多種水的處理被較佳地使用，以達成水純化的嚴格等級(stringent level)。這些處理與圖3中所說明的方法大體上重疊，而顯著的例外為圖1中所說明為了實施例所進行的處理，其不包括使用溶氫對水充氣。在此情況下，用於所有處理與沖洗步驟中的水處理方法的描述被擱置到圖3所說明的方法被進行描述。
用以形成稀釋氫氟酸的氫氟酸較佳者為十億位元級(gigabit grade)(在每十億溶液等份分之一雜質的規則上)的氫氟酸，其具有低等級的微粒及溶解的金屬，且在市場上可購買到由美國亞利桑那州普市(Tempe)的Alameda Chemical公司(電話為(480)785－4685)所出品的49%的溶液，其產品編號為No.107101(商品名)。
在一較佳實施例中，在稀釋氫氟酸處理步驟20與以下所要討論的沖洗步驟30兩者的期間中，高純度的氮氣沖淨幕(nitrogen purge curtain)被使用於空氣與液體的界面。高純度的氮氣經由過濾器進行過濾，過濾器在使用的時點移除大於0.003微米(μm)的微粒。在氮氣接觸矽晶圓之前，離子化此氮氣以使微粒減到最少。高純度的氮氣增加微粒的中性(neutrality)與矽晶圓上穩定的表面末端。
沖洗
矽晶圓在以步驟20之稀釋氫氟酸進行處理之後，為了得到經處理的矽表面的最大清保護層(passivation)，在圖1的清洗步驟30中矽晶圓以超純水行沖洗。用於沖洗步驟30的超純水所要用的最好是具有與用於形成稀釋氫氟酸相同純度的超純水，以維持穩定的末端氫化及微粒的中性。經處理的矽晶圓較佳者為以超純水進行沖洗一段時間，而足以移除來自之前的蝕刻步驟的所有氫氟酸及微粒。此特定的時間取決於用於處理的容器體積及沖洗水的流動率。
較佳的是，此沖洗為同位沖洗。在用於步驟20的容器中同位沖洗矽晶圓以使污染的數量(包括再氧化)減到最少。此外，同位沖洗去除將矽晶圓轉移至沖洗槽的步驟。矽晶圓的污染在轉移至沖洗槽的過程中有發生的傾向。在用以說明的實施例中，同位沖洗在約室溫(典型為20℃至25℃，或約23℃)下實施。同位沖洗較佳者為在單容器處理器或再循環與過濾蝕刻槽中的水跌/溢流(cascade/overflow)沖洗。單容器處理器典型地包括整合乾燥能力與單程蝕刻化學(single pass etch chemistry)，和再循環與過濾蝕刻槽成對比。
示範性的沖洗步驟30涉及在用於步驟20的容器中，以超純水在室溫下進行同位沖洗約15分鐘。
乾燥
在矽晶圓以超純水進行沖洗之後，此矽晶圓在圖1中的乾燥步驟40進行乾燥。雖然有許多乾燥裝置適用於乾燥步驟40，而Rhetech 480ST(商品名)是示範性的旋轉/沖洗乾燥器，可以在市場上可向美國賓夕法尼亞州庫柏堡市(Coopersburg)的Rhetech公司購買。
在示範性的實施例中，於進行同位沖洗步驟30中的沖洗之後，矽晶圓被轉移至旋轉/沖洗乾燥器中。在只進行旋轉(spin－only)的乾燥步驟40中，當熱的且被離子化的氮氣以在約15 slm至25 slm之間的流動率流入乾燥器時，矽晶圓被進行乾燥。熱的氮氣較佳者為在60℃至80℃的溫度流動，更佳者為在約70℃的溫度流動。乾燥循環(cycle)是在400 rpm至600 rpm進行，而不使用機器的沖洗循環。氮氣流在進入乾燥器之前會先流經過濾器，以移除大於0.003微米的微粒。因此，在示範性的實施例中，矽晶圓在乾燥步驟40中以500 rpm進行乾燥，在加熱器打開及抗靜電(離子化)打開的狀態下，對裸矽晶圓進行240秒或是對圖案化的矽晶圓進行480秒。
替代方案為乾燥步驟40可使用以異丙醇(isopropyl alcohol，IPA)為基礎的技術。適用於本發明之實施例的IPA－基礎的乾燥工具，舉例來說，如APET RD(商品名)與AP&S AeroSonic(商品名)等的沖洗及乾燥工具。在一些實施例中，於進行N2 乾燥步驟之前，將矽晶圓暴露於IPA中為處理製程的一部份；在一些實施例中，IPA處理本身即用於乾燥晶圓。
在一些實施例中，乾燥步驟40能在與進行處理步驟20與沖洗步驟30相同的容器中進行。這些實施例有利於避開轉移步驟的需要性，及避開面臨表面污染的風險。因此，在本發明的實施例中，使用單容器處理器來進行處理步驟20、沖洗步驟30與乾燥步驟40是可能的。當可利用的HF注入選擇被使用於啟始的蝕刻步驟時，前述的兩種IPA－基礎的工具為單容器處理器可考慮使用的範例。
乾燥步驟40被進行，直到矽晶圓為乾燥為止。乾燥步驟40較佳者為被最佳化以確保接近微粒的中性(即增加到矽表面之尺寸大於0.12微米的微粒少於0.032個微粒/平方公分)及矽晶圓上穩定的表面末端。
圖1中所說明的實施例為達成具有高表面穩定性之矽晶圓的簡單且經濟的手段。使用於此方法中的所有儀器在市場上皆可購得，且製程條件為典型地適合大多數濕式晶圓清洗處理器。
由圖1中說明的實施例所製備的矽晶圓具有穩定的表面，而能防止產生氧化的時間超過5天，較佳的是超過6天，更佳的是超過8天。當使用於其中時，當矽表面存放於乾淨室內環境的空氣中時，如果表面上具有平均厚度小於1的氧化物，末端為氫的矽表面被認為是穩定且能防止氧化。最佳化的條件揭露於其中，已經被證明在8天後再成長的氧化物如同0.1一樣低。
此外，由圖1所說明的實施例顯示出高於25%的微粒移除效率(particle removal efficiency，PRE)，較佳者為在35%至55%之間。不受到理論所限制，在圖1所說明之方法的步驟的期間，由一較佳實施例所產生的末端氫化的矽表面的穩定性，可以協助將增加到矽表面的表面之微粒的數量減到最少。PRE測量在乾燥步驟40之後相較於處理步驟20之前在矽表面上的微粒總數(Particle Count)，根據下列方程式：PRE二100＊ (PC處 理 之 前 －PC乾 燥 之 後 )/(PC處 理 之 前 )“PRE”表示在整個處理/沖洗/乾燥製程的微粒移除效率，且“PC”表示微粒總數。對於前述揭露PRE的微粒總數的測量，是使用Tencor Surfscan6200 or SP－1(商品名)的微粒計數器，在市場上可向美國加州聖荷西市的KLA－Tencor公司購買。
須注意的是，在裸晶圓表面上的磊晶沈積及擴散製程之前，特別是在小於850℃進行的製程，具有原始(pristine)的矽表面是重要的。因此，為了之後在矽表面上形成磊晶層(特別是在小於850℃的低溫磊晶)之矽表面的製備，圖1中所說明的方法是有相當有用的。
圖1所說明的方法包括下列優點：1.製程是在低溫下完成。
2.設備及化學品的成本低。
3.此方法容易被消費者所接受。
4.此方法可被使用於廣範圍之市場上可購買到的設備。
5.此蝕刻化學相當簡單。
6.此方法為安全的，且能產生最少的對環境有危害的無用副產品。
圖2所繪示為本發明之第二實施例中的步驟。第一步驟22，是使用在充氫氣的水中進行稀釋氫氟酸的處理。第二步驟32，是使用充氫氣的水與超高頻音波能量的同位沖洗。第三步驟42，是基板乾燥步驟，其大致上可與前述圖1中所說明的乾燥步驟40相同。處理步驟22與沖洗步驟32將在下文中作更詳細地描述。因為乾燥步驟42大致上可與前述的乾燥步驟40相同，將在下文中省略關於此步驟的詳細描述。
值得注意的是，圖2所說明的實施例同樣避開使用APM清洗的需要性。根據本發明某些方法的實施例雖然APM清洗步驟10可被使用以達成具有高穩定性的矽晶圓，但是APM清洗具有某些缺點，會使得想要忽略APM清洗步驟10。舉例來說，APM清洗步驟10需要用於化學品、設備及電力消耗上的資金。在APM清洗步驟10中，其它大量資金的花費是在矽表面的生產期間所需之額外的循環時間。此外，與APM清洗步驟10相關於的氫氧化銨、過氧化氫與副產品可能具有引發安全及環境之危害的潛力。另外，如上所述，APM清洗步驟10遭受矽表面被可能存在於清洗溶液中的氟、碳、金屬或其它污染物污染的風險。這些表面上的污染物可能會不利於熱預算及/或被成長或沈積在晶圓表面上的膜層的品質。
或許更重要的是，APM清洗步驟10不利的是會消耗矽，而矽為基板的一部分。習知的APM清洗方法典型地會消耗矽表面約3至5。當積體電路的特徵及構件越來越小時，矽在厚度上的損失會成為越來越嚴重的問題。在此情況下，本發明的實施例使忽略APM清洗步驟10而仍然能達成習知矽表面的製備方法的穩定性與微粒移除效率成為可能。
稀釋氫氟酸處理
關於在圖2中所說明的方法中的稀釋氫氟酸處理步驟22與在圖1所說明的方法中的步驟20相似，除了在步驟22沒有包括陰離子界面活性劑之外。在一些實施例中，步驟22較佳者為在充氫氣的水中對HF水溶液進行稀釋，或用其它方法氫化HF水溶液。在分解及移除原生氧化物的期間，處理步驟22中HF水溶液的氫化有利於產生過剩的氫自由基(H＋ )，而能增加矽表面最理想的Si－H末端。根據圖3所說明的方法可以製備充氫氣的水，在下文中揭露並被包括在稀釋的HF溶液的製備中。然而，既使在實施例的處理步驟22中不使用充氫氣的水也可以達成有利的穩定性及末端氫化，但是沖洗步驟32中是有使用充氫氣的水。
沖洗
在步驟22中將矽晶圓以稀釋氫氟酸進行處理之後，在圖2中的同位沖洗步驟32中以充氫氣的水對矽晶圓進行同位沖洗。用於同位沖洗步驟32的充氫氣的水最好是具有1.2至1.6 ppm的溶氫(dissolved hydrogen)濃度，且根據圖3所說明的方法進行製備，將於下文中進行描述。充氫氣的水的使用有利於產生過剩的氫自由基(H＋ )，而能在沖洗步驟期間增加矽表面最理想的Si－H末端，並使得槽中的化學品中之懸浮微粒的動電位充正電，以阻止微粒黏附到矽表面。因此，充氫氣的水協助形成或維持矽表面的末端氫化，其有助於防止污染微粒黏附到矽表面。
較佳的是，超高頻音波能量在沖洗期間施加於矽表面。使用超高頻音波能量來幫助沖洗步驟32，能提供一個對移除矽表面上顆粒的製程及矽表面之有利的末端氫化的促進因素。施加於矽表面的超高頻音波能量的頻率是在800至1200千赫茲(kHz)，較佳的頻率是在900至1000千赫茲。超高頻音波能量的使用大體上能減少所需的沖洗時間。使用最佳的條件，只要在整個dHF處理/同位沖洗/乾燥循環使用沖洗步驟32持續2至3分鐘，用於製備矽表面的此方法具有高於95%的PRE。此實施例中可被使用的轉換器(transducer)能在市場上向美國加州坎貝爾市(Campbell)的ProSys公司購買。超高頻音波系統的轉換器板(transducer plate)固定於處理容器以最佳化橫越矽表面之能量分布的均勻度。
藉由圖2所說明的實施例進行製備的矽晶圓具有穩定的表面，而能防止產生氧化的時間超過5天，較佳的是超過6天，更佳的是超過8天。此外，由圖2所說明的實施例較佳者為具有高於25%的微粒移除效率(PRE)，更佳者為高於85%，使用結合超高頻音波能量與充氫氣的方法顯示出具有高於95%的PRE。
圖2所說明的方法共有圖1所說明的方法的主要優點，如上文中所述。
圖3所繪示為本發明之實施例中的步驟，以指導製備用於半導體製程中的水。此製程中的第一步驟50，是將水通過樹脂床以軟化水及移除溶劑。第二步驟60，是將水暴露於紫外線中以殺死細菌及黴菌。第三步驟70，是將水進行過濾以移除在殺死細菌及黴菌時所形成的微粒以及不想要的殘留微粒。第四步驟80，是將水進行脫氣以最小化溶氧的等級。第五步驟90，是使用溶氫對水進行充氣。第六步驟100，是超過濾(ultra－filtration)，其是使用具有正動電位與負動電位之媒介體(media)的結合過濾器(combination filter)。這些步驟的每一步驟將在下文中作詳細的說明。此方法可與圖2所說明的方法結合進行，或是在圖2所說明的方法中進行。
在一較佳實施例中，自來水(municipal water)首先藉由通過水軟化樹脂(例如是鈉沸石(sodium zeolite)陽離子樹脂)移除鈣與鎂來進行軟化。下游的逆滲透單元(如FilmtecT M BW30－4040(商品名))移除約98%的總溶劑。此水接著被提供至主要的除礦質器(demineralizer)，較佳者為包含混合的離子交換樹脂床。作為示範的聚苯乙烯珠可購自Rohm & Haas，其混合40%的陰離子樹脂與50%的陽離子樹脂。下游的樹脂捕捉器(trap)(1微米的過濾器)通到內襯為聚乙烯、聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride，PVDF)或其它合適材質的儲存塔以避免污染。在一較佳實施例中是使用2000加侖的塔。
儲存塔的下游，水不斷地透過多數更進一步的處理進行循環，以在使用前確保其純度。更進一步的處理包括暴露於第一紫外光(ultraviolet，UV)源中，較佳者為包含254奈米(nm)的紫外光，例如是產品編號為1H－8L TOC Reduction的單元，可以在市場上可向美國佛蒙特州普特尼市(Poultney)的WEDECO Ideal Horizons公司購買。過濾去移除小至約0.2微米的微粒，且具有伴隨的樹脂捕捉過濾器的混合離子交換樹脂床(50/50陰離子與陽離子交換器的混合)使水從第一UV源流到第二UV源。在一較佳實施例中，第二UV源包含185奈米的窄頻帶UV燈，例如是產品編號為1H－4L TOC Reduction的單元，可以在市場上可向美國佛蒙特州普特尼市(Poultney)的WEDECO Ideal Horizons公司購買。使用紫外光光線的處理殺死水中的細菌及黴菌。藉由殺死細菌及黴菌所形成的微粒在其它處理步驟中被移除。另一個0.2微米的過濾器欲移除第二UV源下游的微粒。
水純化系統較佳者為還包括多個監測器(monitor)。在一較佳實施例中，監測器包括電阻率監測器(如200CR Resistivity Monitor(商品名)，可以在市場上可向美國麻薩諸塞州瓦爾珊市(Waltham)的Thornton公司購買)、pH監測器(如產品編號63221－1的產品，可以在市場上可向美國麻薩諸塞州瓦爾珊市的Thornton公司購買)、總可氧化碳(TOC)分析器(如型號為A－1000的TOC分析系統，可以在市場上可向美國科羅拉多州寶德市(Boulder)的Anatel公司購買)及微粒計數器(同樣可購自Anatel公司)。
另一較佳的處理涉及從超純水中移除溶氧至200 ppb或更低的等級。溶氧是使用脫氣模組進行移除，例如是Liqui－Cel(商品名)的G333型，可以在市場上可向美國北卡羅來納州夏洛特市(Charlotte)的Celgard公司購買。較佳者為對此晶圓進行過濾，通過動電位為正(＋)及/或負(－)的所使用過濾器以中和在水中的任何微粒，因此在過濾器上的微粒保留能增加至最大限度。管路及越多越好的其它純化系統是由聚偏二氟乙烯(PVDF)所製造，以使污染減到最少。
在此時點，此水可被使用於上文圖1所說明的方法中。為了製備用於圖2所說明的方法的水，此水必須接著以氫氣進行充氣。示範性的充氣模組是KHOWSYSTEM(商品名)，可以在市場上可向日本東京市的Kurita Water公司購買。較佳的是，水在充氫氣之後具有1.2至1.6 ppm的溶氫濃度。充氫氣的水也就是所熟知的”功能水(functional water)”。
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，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，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。
10、20、22、30、32、40、42、50、60、70、80、90、100．．．步驟標號
圖1所繪示為本發明之一實施例的矽表面的製備方法的流程圖。
圖2所繪示為本發明之另一實施例的矽表面的製備方法的流程圖。
圖3所繪示為本發明之一實施例的用於半導體製程中的水的製備方法的流程圖。
22、32、42．．．步驟標號

Claims (37)

  1. 一種矽表面的製備方法，包括：在處理容器中，使用稀釋氫氟酸處理前述矽表面；在前述處理之後，在前述處理容器中，使用充氫氣的水(hydrogen gasified water)同位沖洗前述矽表面，其中前述矽表面在前述處理與前述沖洗之間不暴露於空氣中；以及在前述沖洗之後，乾燥前述矽表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之矽表面的製備方法，其中在前述處裡、前述沖洗與前述乾燥之後，前述矽表面包括末端為氫的矽表面(hydrogen terminated silicon surface)。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之矽表面的製備方法，其中當與未使用前述充氫氣的水的方法相較時，使用前述充氫氣的水的前述沖洗能增加前述矽表面的末端氫化(hydrogen termination)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之矽表面的製備方法，其中前述沖洗包括施加超高頻音波能量(megasonic energy)至前述充氫氣的水。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之矽表面的製備方法，其中前述超高頻音波能量包括在頻率為800至1200千赫茲(kHz)的變動。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之矽表面的製備方法，其中前述超高頻音波能量包括在頻率為900至1000千赫茲的變動。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之矽表面的製備方法，其中前述清洗實施2至3分鐘。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之矽表面的製備方法，其中前述處理、前述沖洗與前述乾燥具有高於95%的微粒移除效率。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之矽表面的製備方法，其中前述充氫氣的水具有1.2至1.6ppm的溶氫(dissolved hydrogen)濃度。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之矽表面的製備方法，其中前述稀釋氫氟酸包括氫化水溶液。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之矽表面的製備方法，其中當與未使用前述氫化水溶液的方法相較時，前述氫化水溶液產生過剩的氫自由基而能增加前述矽表面的末端氫化(hydrogen termination)。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之矽表面的製備方法，其中前述充氫氣的水被組態(configured)以使前述矽表面上之微粒的動電位(zeta potential)充正電。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之矽表面的製備方法，其中前述充氫氣的水被組態以使前述充氫氣的水中之懸浮微粒的動電位充正電。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之矽表面的製備方法，其中前述乾燥包括使用異丙醇。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之矽表面的製備方法，其中前述乾燥包括速度在400至600rpm的旋轉乾燥 (spin-drying)。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之矽表面的製備方法，其中前述處裡、前述沖洗與前述乾燥是在單容器處理器(single vessel processor)中執行。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之矽表面的製備方法，其中前述矽表面並非使用包含氫氧化銨、過氧化氫與水的溶液進行清洗。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之矽表面的製備方法，其中前述處理的步驟清洗原生氧化物(native oxide)而不進行氧化步驟。
  19. 如申請專利範圍第1項所述之矽表面的製備方法，其中經前述處裡、前述沖洗與前述乾燥的前述矽表面在暴露於空氣中超過3天所成長的原生氧化物小於1埃(Å)。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之矽表面的製備方法，其中經前述處裡、前述沖洗與前述乾燥的前述矽表面在暴露於空氣中超過6天所成長的原生氧化物小於1埃。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之矽表面的製備方法，其中經前述處裡、前述沖洗與前述乾燥的前述矽表面在暴露於空氣中超過8天所成長的原生氧化物小於1埃。
  22. 如申請專利範圍第1項所述之矽表面的製備方法，其中前述處理、前述沖洗與前述乾燥的結合具有高於25%的微粒移除效率。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之矽表面的製備方 法，其中前述處理、前述沖洗與前述乾燥具有高於85%的微粒移除效率。
  24. 一種積體電路的形成方法，包括在使用稀釋氫氟酸處理基板的表面之後，將前述基板的前述表面暴露於充氫氣的水中，以形成前述積體電路，其中處理前述表面與暴露前述表面是在相同容器中進行，且不使前述表面在前述處理與前述暴露之間遭遇空氣。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之積體電路的形成方法，其中將前述表面暴露於前述充氫氣的水中包括使用前述充氫氣的水沖洗前述表面。
  26. 如申請專利範圍第24項所述之積體電路的形成方法，其中前述表面包括末端為氫的矽表面。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之積體電路的形成方法，其中當與未包括將前述表面暴露於前述充氫氣的水的方法相較時，暴露於被組態的前述充氫氣的水中能增加前述矽表面的末端氫化。
  28. 如申請專利範圍第25項所述之積體電路的形成方法，其中前述沖洗包括將前述表面暴露於超高頻音波能量中。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之積體電路的形成方法，其中前述超高頻音波能量包括在頻率為800至1200千赫茲的變動。
  30. 如申請專利範圍第29項所述之積體電路的形成方法，其中前述超高頻音波能量包括在頻率為900至1000 千赫茲的變動。
  31. 如申請專利範圍第28項所述之積體電路的形成方法，其中前述清洗實施2至3分鐘。
  32. 如申請專利範圍第24項所述之積體電路的形成方法，其中前述充氫氣的水具有1.2至1.6ppm的溶氫濃度。
  33. 如申請專利範圍第24項所述之積體電路的形成方法，其中前述充氫氣的水被組態以使前述積體電路的前述表面上之微粒的動電位(zeta potential)充正電。
  34. 如申請專利範圍第33項所述之積體電路的形成方法，其中前述充氫氣的水被組態以使前述充氫氣的水中之懸浮微粒的動電位充正電。
  35. 如申請專利範圍第24項所述之積體電路的形成方法，其中前述表面並非使用包含氫氧化銨、過氧化氫與水的溶液進行清洗。
  36. 如申請專利範圍第24項所述之積體電路的形成方法，更包括將前述表面暴露於異丙醇中。
  37. 如申請專利範圍第24項所述之積體電路的形成方法，更包括在經前述處理的前述基板的前述表面上形成磊晶層。
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