TWI537379B - 用以處理晶圓狀物品之方法及設備 - Google Patents

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Description

用以處理晶圓狀物品之方法及設備
本發明關於用以處理如半導體晶圓之物品的表面之方法及設備。
半導體晶圓於積體電路的製造期間經過各種濕處理階段。通常，在利用特定化學組成物之濕處理階段之後，於後續利用不同化學組成物之濕處理階段開始之前必須清洗並乾燥晶圓。
然而，清洗製程必須受到控制以不造成對形成在晶圓表面上之次微觀結構的損壞。例如，若清洗液體的表面張力太高，則液體橫越該旋轉之晶圓表面的放射狀向外移動可能導致圖案崩塌、以及所產生在處理晶圓的良率降低。
亦已認知到當去離子水用作清洗液體時，去離子水的絕緣特性可能導致靜電荷在晶圓表面的累積。當靜電荷累積超過一特定閾值時，其藉由電弧作用放電，這也可能損壞形成在晶圓表面上的結構並因而降低晶圓良率。對於此問題的習知應對為在去離子水包含溶解之二氧化碳，使得去離子水導電並防止靜電荷在晶圓表面上的累積。
隨著晶圓直徑增大以及形成在晶圓上之裝置特徵部的尺寸持續縮小，這些問題趨向變得更嚴重。
本發明之方法及設備部份基於發明人發現到當使用在具有包含某些金屬或含金屬材料的結構之晶圓上時，習知去離子水一二氧化碳溶液導致不良之材料移除。本發明人更已發現到於清洗期間在不導致如此金屬或含金屬材料之不利移除的情況下，低沸點弱鹼的稀釋水溶液可對去離子水清洗液體提供期望之導電性。
因此，本發明之一實施態樣關於用以處理物品的表面之方法，包含使物品在旋轉夾盤上繞著旋轉軸旋轉。物品包含大致垂直於旋轉軸的表面，該表面包含結構，該結構包括包含選自由鈷、鎳、銅、以及鉑組成的群組至少一金屬之材料。將清洗液體分配至該表面上。清洗液體包含化學式為 之鹼的水溶液，其中R1、R2、以及R3係各自獨立選自氫及C1-4烷基。該鹼更具有低於100℃的沸點，並且該清洗液體具有在8至10範圍中的pH值。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，物品係半導體晶圓。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，材料係含有至少一金屬之矽化物。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，鹼係在25℃及101.325 kPa之氣體。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，鹼係NH3。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，NH3以從10-5 mol/L至10-4 mol/L之濃度存在於清洗液體中。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，材料係形成在電晶體的至少一端點上之鈷矽化物層，該電晶體形成在表面上。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，物品係以10-2000 rpm的速率旋轉、較佳地為100-1500 rpm、以及更佳地為500-1000 rpm。
在根據本發明之方法的較佳實施例中，物品的表面背對旋轉夾盤。
本發明之另一實施態樣關於用以處理物品的表面之設備，在物品的表面朝大致垂直於旋轉軸之方向的情況下，該設備包含用以使該物品繞著旋轉軸旋轉之旋轉夾盤。該設備亦包括設置以分配清洗液體至物品的表面上之分配器、以及清洗液體之供應。清洗液體包含化學式為 之鹼的水溶液，其中R1、R2、以及R3係各自獨立選自氫及C1-4烷基，該鹼具有低於100℃的沸點，並且清洗液體具有在8至10範圍中的pH值。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，旋轉夾盤併入用於半導體晶圓之單晶圓濕處理的製程模組中。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，清洗液體之供應係供給自接收去離子水和鹼的濃縮水溶液之供給的上游混合器。混合器使去離子水和鹼的濃縮水溶液結合以產生清洗液體。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，鹼係NH3，並且清洗液體具有從10-5 mol/L至10-4 mol/L的NH3濃度。
在根據本發明之設備的較佳實施例中，該設備更包含鄰近物品的表面而設置以偵測靜電荷位準之感測器、以及因應感測器之讀數而修改去離子水和濃縮水溶液的比例的控制器。
本發明之方法及設備不限於用在半導體晶圓上，並且也具有用於處理其他材料的表面之應用，例如使用在製造光碟和LCD顯示面板的玻璃母片及母板、以及用以清除使用於處理上述基板期間之處理腔室的表面。
1‧‧‧旋轉夾盤
3‧‧‧分配器
4‧‧‧分配噴嘴
5‧‧‧分配臂
6‧‧‧DI供應
8‧‧‧混合器
10‧‧‧鹼溶液供應
14‧‧‧靜電電荷感測器
16‧‧‧信號線
C‧‧‧處理腔室
W‧‧‧晶圓
在閱讀完以下所提出參考附圖之本發明之較佳實施例的詳細說明之後，本發明之其他目的、特徵、及優點將變得更顯而易見，其中：圖1係根據本發明之實施例用以處理半導體晶圓的表面之設備的示意圖；以及圖2係顯示對於數種清洗成份每一者之鈷移除量的圖表。
在半導體裝置的製造中，電晶體的端子(即源極和汲極區域、以及閘極電極)通常設有金屬矽化物之上層，其目的係減低在那些端子的接觸電阻、並從而增加裝置操作速度。近年來，鈷、鎳、鉑、以及這些金屬的合金已被認定在這些結構中作為形成具有特別低接觸電阻之矽化物。
同樣地，鑑於相對於鋁之銅配線的較低電阻，鑲嵌銅已大量取代用於半導體裝置中互連的鋁配線。在先進後端(BEOL，back end of line)製程中，鈷鎢磷化物(CoWP)之無電(electrolessly)沉積膜係用作銅覆蓋層以防止 銅的電致遷移。
在圖1中，在用於單晶圓濕處理之環繞處理腔室C中，一300 mm直徑的半導體晶圓W係由旋轉夾盤1夾持。在此實施例中，清洗液體的分配器3包含具有配置成以自由流量分配處理液體至晶圓上之分配噴嘴4的分配臂5。噴嘴孔具有3至300 mm2之範圍中、且較佳地為10至100 mm2的橫剖面面積。
將瞭解到圖1繪示之設備可用以夾持如200 mm及450 mm之任何期望直徑的晶圓。
清洗液體係藉由結合來自DI供應6之去離子水(DI)與來自鹼溶液供應10之鹼的濃縮水溶液而產生。DI與濃縮鹼溶液在混合器8之中混合。混合器8係用以修改DI與鹼溶液的比例以便達到所期望之清洗液體中鹼的最後濃度，並從而維持所期望之清洗液體的pH值。
在所描述之實施例中，靜電電荷感測器14係鄰近晶圓W而設置，且其讀數經由信號線16供應至混合器8，進而調整欲混合之成分的比例。舉例而言，若感測器14偵測到靜電電荷的位準超過預定閾值，則混合器8將增高最後清洗液體中的鹼濃度，以便更有效地驅除累積的靜電荷。
將瞭解到雖然感測器14之讀數係示意性地繪示為供給至混合器8，但實際上該讀數通常將被送到控制其中裝設旋轉夾盤1之製程模組的整體操作之電腦，並且因此該電腦將基於讀數來控制混合器8。
使用於根據本發明之清洗液體中的鹼係氨或低級烷基胺，並且可由化學式 表示，其中R1、R2、以及R3係各自獨立選自氫及C1-4烷基。該鹼限於那些具有低於100℃的沸點之以上化學式的化合物。較佳地，該鹼係在25℃及101.325 kPa之氣體。
氨係用於本發明之方法及設備之最佳的鹼，因為其低沸點有助於確保在氨水自晶圓拋離時沒有殘餘物存留在晶圓表面上。
在此情況下，供應10含有更濃縮的氨溶液，例如1M的氨溶液(其pH值因此為約11.6)。因為氨係相對弱鹼，所以其無法在水溶液中完全質子化，然而NH3和NH4 +二物種將共存為總氨含量及氨的pKB值之函數。
雖然氨為使用在本發明之清洗液體中較佳的鹼，但是就鹼性和揮發性而論，一些低級烷基胺亦具有合適的特性，例如甲基胺、二乙基胺、三甲基胺、以及丁基胺的四個同分異構形式。
將鹼和去離子水結合使得所產生之清洗液體具有8-10之範圍中、且較佳地在8.5至9.53之範圍中的pH值。當氨用作鹼時，其較佳地以從10-5 mol/L至10-4 mol/L的濃度存在清洗液體中，相當於8.85至9.53的pH值。
在本實施例中所處理的晶圓較佳地包含複數結構，該結構包括包含選自由鈷、鎳、銅、以及鉑構成的群組中至少一金屬之材料。該金屬可表現為元素金屬，或者可以包含該金屬的化合物或鹽之形式(在此情況中，該金屬可為例如離子化的形式)表現。如此化合物的例子為矽化物及磷化物，例如鈷矽化物、鎳鉑矽化物、鈷鎢磷化物等等。
進行實驗以證實稀釋水性氨溶液在具有曝露之鈷的半導體基板的表面上用作清洗液體之合適性。結果顯示於圖2之中，其中在縱座標上的單位為每分鐘移除鈷多少埃(即蝕刻速率)。圖2中的組成物「a」為如經由專用DI清洗臂分配之普通去離子水；圖2中的組成物「b」為如經由多用途介質臂分配之普通去離子水；圖2中的組成物「c」為如經由多用途介質臂分配之除氣去離子水；圖2中的組成物「d」為含有溶解CO2之去離子水；圖2中的組成物「e」為根據本發明之清洗液體，含有約1份氨比200000份DI(依體積)；並且圖2中的組成物「f」為根據本發明之清洗液體，含有約1份氨比50000份DI(依體積)。
如圖2所示，組成物a-c展現對於鈷之低蝕刻速率；然而，由於那些成份皆非導電性，其無法因應於分配之清洗液體和晶圓表面的相對運動期間所發生之靜電積聚的問題。
組成物「d」顯示習知其中具有溶解二氧化碳之去離子水(DICO2)適當地消除靜電積聚，但如此的代價為顯著對於鈷的更高蝕刻速率。
另一方面，根據本發明之組成物「e」和「f」不僅防止靜電荷的積聚， 而且具有明顯對於鈷的低蝕刻速率，其甚至低於純非導電DI所觀察到的蝕刻速率。鑑於其在本申請案之上下文的相似處，預期用鈷結構所獲得的結果也適用於鎳和鉑的矽化物。
根據本發明之清洗液體較佳地實質上由去離子水及如以上所述之鹼構成，且因此不含可能顯著干擾清洗液體之功能的故意添加物，那些功能包括晶圓表面導電之顯著表現、同時對於鈷具有最小蝕刻活性。最佳地，除了不可避免的雜質之外，清洗液體僅由去離子水以及上述之鹼構成。
1‧‧‧旋轉夾盤
3‧‧‧分配器
4‧‧‧分配噴嘴
5‧‧‧分配臂
6‧‧‧DI供應
8‧‧‧混合器
10‧‧‧鹼溶液供應
14‧‧‧靜電電荷感測器
16‧‧‧信號線
C‧‧‧處理腔室
W‧‧‧晶圓

Claims (10)

  1. 一種用以處理物品的表面之方法，包含：在旋轉夾盤上使物品繞著旋轉軸旋轉，其中該物品包含大致垂直於該旋轉軸之表面，該表面包含一結構，該結構包括包含選自由鈷、鎳、銅、以及鉑組成的群組中至少一金屬之材料；分配清洗液體至該表面上，該清洗液體基本上由化學式為 之鹼的水溶液所組成，其中R1、R2、以及R3係各自獨立選自氫及C1-4烷基，該鹼具有低於100℃的沸點，該清洗液體具有在8至10之範圍中的pH值。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該物品係半導體晶圓。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該材料係矽化物。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該鹼係在25℃及101.325kPa之氣體。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該鹼係NH3。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該NH3係以從10-5mol/L至10-4mol/L之濃度存在該清洗液體中。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該材料係形成於電晶體至少一端子上之鈷矽化物層，該電晶體係形成於該表面上。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該物品係以10-2000rpm的速率旋轉。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該表面背對該旋轉夾盤。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，更包含在停止分配該清洗液體之後，持續使該物品在該旋轉夾盤上旋轉。
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