TWI497576B - 加工矽晶圓的方法 - Google Patents

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Description

加工矽晶圓的方法
本發明涉及加工矽晶圓的方法。
製造用於諸如IC和LSI的積體電路或諸如電晶體和二極體的獨立半導體元件的矽晶圓時，藉由使用內徑刀切割機或線鋸切割以Czochralski方法(CZ方法)或浮融區方法(FZ方法)得到的單晶，該單晶邊緣部分經過斜切加工(beveling processing)，且其主要表面則使用鬆散的研磨顆粒經過磨光加工(lapping processing)，以提高其平整度。然後，進行一清洗程序以除去在這些過程中對晶圓造成的污染。進一步，以濕法蝕刻去除加工應變，並且隨後進行鏡面拋光。去除加工應變的濕法蝕刻的實例包括鹼蝕刻，該鹼蝕刻使用諸如氫氧化鈉或氫氧化鉀的鹼(日本專利申請案公開第2005-210085號)。所述鹼蝕刻的優勢在於，由於該蝕刻速率低，蝕刻後可以得到具有良好平整度的晶圓。另一方面，所述鹼蝕刻的缺點在於，鹼蝕刻過程中含在鹼蝕刻溶液中的金屬雜質擴散到晶圓中。
近來，為了解決上述缺點，已經開發了一種使用超高純度氫氧化鈉溶液作為鹼蝕刻溶液的技術(日本專利申請案公開第2005-210085號)。然而，對於使用所述超高純度氫氧化鈉蝕刻溶液的情況，儘管可以充分防止重金屬等污染，該防止蝕刻後晶圓平整度劣化的技術仍不令人滿意。本發明提供防止蝕刻後晶圓平整度劣化的方法，即使在使用超高純度氫氧化鈉蝕刻溶液時。
本發明人展開了辛勤研發，發現防止蝕刻方法後晶圓平整度劣化的方法，其中該蝕刻方法係使用上述的超高純度氫氧化鈉蝕刻溶液。結果是，本發明人發現，藉由在磨光之後與在使用超高純度氫氧化鈉溶液蝕刻之前，進行二個清洗程序可以充分防止所述晶圓平整度劣化，進而實現了本發明。
根據本發明加工矽晶圓的方法，其特徵在於依序地實施以下步驟：(1)製備一經磨光的半導體矽晶圓；(2)一用表面活性劑清洗該晶圓的步驟；(3)一用鹼或酸清洗該晶圓的步驟；以及(4)一用高純度氫氧化鈉蝕刻該晶圓的步驟。
在本發明的方法中，在磨光之後與在使用高純度氫氧化鈉溶液蝕刻之前進行二個清洗程序；結果是可以防止蝕刻後晶圓平整度劣化。因此，可以得到沒有金屬等污染以及無平整度劣化之出色的半導體晶圓。
第1圖為顯示本發明方法的流程圖。
本發明方法的第一步驟(S1)為製備經磨光的半導體矽晶圓的步驟。在本說明書中，經磨光的半導體矽晶圓是指經通常廣為周知的製造方法後得到的矽晶圓，該廣為周知的製造方法使用內徑刀切割機或線鋸切割單晶，該晶圓的邊緣部分經過斜切加工，而該主表面使用鬆散的研磨顆粒經過磨光加工，以提高其平整度。對晶圓的尺寸並没有特定的限制，並且可用於125至450毫米的晶圓。
根據本發明方法的第二步驟(S2)為用表面活性劑清洗經磨光半導體矽晶圓的步驟，該經磨光的半導體矽晶圓如以上所述製備。在本說明書中，對可用於本發明的表面活性劑沒有特定限制，在此情況下，清洗是指在磨光之後並且進行酸或鹼蝕刻之前，使用通常廣為周知的表面活性劑實施的清洗。用表面活性劑清洗的主要目的是為了清除存在於經磨光的半導體晶圓表面上的各種污染物(有機物質污染和顆粒污染)。表面活性劑的具體例子包括選自以鹼為基質至以酸為基質的表面活性劑。此外，本發明的第二步驟還包括用表面活性劑清洗之後，用純水清洗晶圓的程序。此外，若需要，第二步驟可以重複多次。
本發明的第三步驟(S3)為用鹼或酸清洗半導體矽晶圓的步驟，該半導體矽晶圓係用以上所述的表面活性劑清洗過。在本發明的第三個步驟中的清洗不但是指清除該半導體矽晶圓表面上的污染物(有機物質污染和顆粒污染)，而且還指用具體的量蝕刻該半導體矽晶圓的表面。第三步驟的清洗/蝕刻的主要目的是除去不均勻的污染物和加工影響層(process-affected layer)，兩者都存在經磨光之半導體晶圓的最高表面上。為了實現所述目的，例如，在使用鹼的情況下可以使用氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液，並且其中使用濃度較佳在40至50重量%。藉由鹼清洗的蝕刻量較佳為每面0.3至0.8微米。如果量小於此，就不能充分消除存在於經磨光之半導體晶圓最高表面上的不均勻污染物和加工影響層，並且加劇隨後通過高純度氫氧化鈉蝕刻的鹼蝕刻所引起的平整度劣化。如果去除量大於此，藉由第三步驟的清洗/蝕刻本身所引起的平整度劣化會變得明顯。在使用酸的情况下，例如，可以使用氫氟酸和硝酸的混合酸水溶液，且其中的混合比没有特定限制。酸清洗的蝕刻量較佳為每面0.3至0.8微米。如果量小於此，就不能充分消除存在於該經磨光之半導體晶圓最高表面上的不均勻污染物和加工影響層，並且加劇隨後藉由高純度氫氧化鈉蝕刻的鹼蝕刻所引起的平整度劣化。如果去除量大於此，藉由第三步驟的清洗/蝕刻本身所引起的平整度劣化會變得明顯。
在本發明中，較佳使用濃度40至50重量%的氫氧化鉀水溶液作為鹼清洗。在此情况下，蝕刻量較佳0.3至0.8微米。
本發明的第四步驟(S4)為用高純度氫氧化鈉蝕刻清洗過的半導體矽晶圓的步驟，該清洗過的半導體矽晶圓係以上述方式而獲得。在本說明書中，藉由高純度氫氧化鈉進行蝕刻是指使用具有以下特性的高純度氫氧化鈉溶液作為鹼蝕刻溶液。具體言之，不同於傳統上用於矽晶圓鹼蝕刻的蝕刻溶液，鹼蝕刻溶液為所含金屬雜質含量極低的鹼水溶液。在本說明書中，所含作為雜質的金屬包括非離子和離子兩種形式，金屬的種類也没有限制。在本發明中，該金屬包括已知經過鹼蝕刻會在晶圓中擴散並且會劣化該晶圓品質的所有金屬。特定言之，包括過渡金屬，並且其中與鐵、鎳、銅、和鉻特別相關。金屬雜質的含量較佳盡可能低。在本發明中，金屬雜質的極低含量是指Cu、Ni、Mg、Cr的元素含量為1 ppb或更低，Pb、Fe的元素含量為5 ppb或更低，Al、Ca、Zn的元素含量為10 ppb或更低，且氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽、以及氮化物化合物為1 ppm或更低。
對較佳用於本發明的鹼水溶液的濃度沒有特定限制，並且為了實現所欲的蝕刻，可以任意選擇最佳鹼濃度；具體言之，其鹼性組分為20重量%至70重量%，較佳40重量%至60重量%，更佳50重量%至55重量%。
此外，對於生產金屬雜質含量極低的所述鹼水溶液的方法沒有特定限制，並且溶液可以通過能實現高純度的已知公開的傳統化學和/或電化學方法得到。具體言之，作為其中的例子，可以引用電解方法(日本專利第3380658號)。此外，使用傳統方法製造的鹼水溶液藉由傳統的已知公開方法可以除去該鹼水溶液中金屬雜質含量高於1 ppb的雜質，直到雜質含量變成1 ppb或更低。此外，本發明的鹼蝕刻溶液還含有加入用於控制所謂的蝕刻不均勻度的各種鹽(或酸)，該不均勻度會藉由因以上所述的高純度氫氧化鈉水溶液而在矽晶圓表面上引起。
對於蝕刻條件沒有特定限制，較佳地，可使用當使用通常已知公開的鹼蝕刻溶液時所設定的條件。具體言之，這些條件包括蝕刻濃度、蝕刻溶液量、蝕刻時間、溫度、攪拌等。此外，對於用於根據本發明的鹼蝕刻方法的裝置没有特定限制，較佳地，可使用通常已知公開的鹼蝕刻溶液所用的裝置。特定言之，應該注意自裝置混入的金屬雜質量。
藉由根據本發明方法得到的半導體矽晶圓在平整度方面也極其出色。可以用各種傳統的已知公開測量方法評估矽晶圓的平整度。具體言之，這類方法的例子包括ADE Corp.生產的Ultrascan以及E+H Corp.生產的MX 302。
在下文中，藉由實施例對本發明進行進一步詳細說明。然而，本發明並不限定於此實施例。
實施例
晶圓評估試驗方法：
1)　蝕刻去除量和晶圓平整度：使用ADE Corp.的Ultragate 9700對化學處理前後晶圓的厚度和形狀進行測量。
2)　使用ADE Corp.生產的Metrotools-II分析軟體處理1)得到的數據，分析化學處理前後的形狀變化(ΔTTV)。
製備矽晶圓，該矽晶圓已經過磨光程序(步驟1)和用於除去磨光漿液的表面活性劑清洗程序(步驟2)，該矽晶圓有由機械加工所引起的應變層。
作為步驟3，將製備的晶圓-浸於處理浴中，其中氫氧化鉀(Hayashi Pure Chemical Ind.,Ltd.的產品：EL48%氫氧化鉀溶液)，處理浴保持在100℃的溶液溫度，這樣可以進行二秒鐘的清洗處理，目的是每面0.5微米的材料去除，-隨後藉由浸入超純水中對其進行清洗，以及-接著乾燥。
作為步驟4，將晶圓-浸於處理浴中，其中通過溶解0.10重量%的硝酸鈉(Wako Pure Chemical Industries,Ltd.的產品：特級化學品)製備氫氧化鈉水溶液(Tsurumi Soda Co.Ltd.的產品：Clearcut-S 48%)，處理浴保持在85℃，這樣可以進行七分鐘的蝕刻處理，目的是每面12微米的材料去除，-隨後浸入超純水中對其進行清洗，以及-接著乾燥。
步驟2、3和4的每個步驟之後，根據上述晶圓評估試驗方法進行測定。測試結果歸納在表1及表2中。此外，測試結果顯示於第2圖中。
比較例
進行與實施例相同的程序，除了步驟3。相同地，步驟2和4的每個步驟之後，進行晶圓評估試驗方法所示的測定。
其測試結果歸納在表1和表2中。此外，測試結果顯示於第3圖中。
本發明的加工方法可以廣泛應用於半導體晶圓的製造過程，尤其是經磨光加工後的鹼蝕刻程序。
第1圖為顯示根據本發明的方法的流程圖。
第2圖為顯示實施例中得到的分析結果的圖。
第3圖為顯示比較例中得到的分析結果的圖。

Claims (1)

  1. 一種加工矽晶圓的方法，其係包含依序地(sequentially)實施以下步驟：(1)製備一經磨光的半導體矽晶圓；(2)用表面活性劑清洗該晶圓；(3)用鹼清洗該晶圓以去除該晶圓每面0.3至0.8微米，且之後用水清洗該晶圓；以及(4)用高純度氫氧化鈉蝕刻該晶圓，其中該高純度氫氧化鈉的雜質包括：Cu、Ni、Mg、Cr的元素含量各為1ppb或更低，Pb、Fe的元素含量各為5ppb或更低，Al、Ca、Zn的元素含量各為10ppb或更低，且氯化物、硫酸鹽、磷酸鹽、以及氮化物化合物的含量為1ppm或更低。
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