CN116325083A - 外延晶圆的清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种外延晶圆的清洗方法，用于清洗正面形成有外延膜的晶圆，包括：第1清洗工序，对所述晶圆的正面、背面及端面的所有面供给含有O3的清洗液而进行旋转清洗；第2清洗工序，在所述第1清洗工序之后，对所述晶圆的背面及端面供给清洗液，通过辊型刷进行清洗；第3清洗工序，在所述第2清洗工序之后，对所述晶圆的正面供给含有O3的清洗液而进行旋转清洗；以及第4清洗工序，在所述第3清洗工序之后，对所述晶圆的正面供给含有HF的清洗液而进行旋转清洗。由此，提供一种外延晶圆的清洗方法，其在形成外延膜后进行，且用于在半导体器件制造程序中制造从晶圆的背面及边缘部的微粒附着为最小限度的外延晶圆。

Description

外延晶圆的清洗方法
技术领域
本发明涉及一种外延晶圆的清洗方法。
背景技术
随着半导体器件的微细化进展，作为其基底的晶圆也越发要求高洁净度、质量。损坏质量的原因之一是有微粒存在。微粒附着于晶圆的正面、背面、端面(也称为边缘部)，其种类及附着的原因各式各样。
特别是在用于逻辑用半导体用的外延晶圆中，在形成半导体器件的正面侧形成更高质量的外延膜。外延膜可以通过在高温下分解三氯硅烷等气体，在晶圆的正面外延生长单晶硅膜而形成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2005/057640号
专利文献2：日本特开平11-111661号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
在外延装置中，因晶圆的背面或边缘部与装置内的夹具接触或靠近，而存在微粒附着于晶圆的背面或端面的问题。
迄今为止，形成半导体器件的面即晶圆的正面的洁净度很重要。如专利文献1那样，在形成外延膜之前，使用SC-1、SC-2、HF、刷等清洗手法进行晶圆正面的清洗。另外，对形成外延膜后的晶圆也进行批次式清洗，或如专利文献2那样使用臭氧水、刷等清洗手法，着眼于附着在晶圆正面的微粒，谋求微粒的降低。
随着半导体晶圆的微细化进展，在半导体器件制造程序中成为问题的微粒尺寸变小，不仅晶圆的正面，晶圆的背面及边缘部的微粒也大幅影响半导体器件的成品率。因此，在形成外延膜时，也无法忽视附着于晶圆的背面及边缘部的微粒的影响。
本发明为了解决上述问题而做出，其目的在于提供一种外延晶圆的清洗方法，其在形成外延膜后进行，且用于在半导体器件制造程序中制造从晶圆的背面及边缘部的微粒附着为最小限度的外延晶圆。
(二)技术方案
本发明为了实现上述目的而做出，提供一种外延晶圆的清洗方法，用于清洗正面形成有外延膜的晶圆，包括：第1清洗工序，对所述晶圆的正面、背面及端面的所有面供给含有O3的清洗液而进行旋转清洗；第2清洗工序，在所述第1清洗工序之后，对所述晶圆的背面及端面供给清洗液，通过辊型刷进行清洗；第3清洗工序，在所述第2清洗工序之后，对所述晶圆的正面供给含有O3的清洗液而进行旋转清洗；以及第4清洗工序，在所述第3清洗工序之后，对所述晶圆的正面供给含有HF的清洗液而进行旋转清洗。
根据这样的外延晶圆的清洗方法，在半导体器件制造程序中，可作成从晶圆的背面及边缘部的微粒附着为最小限度的外延晶圆。
优选地，在所述第2清洗工序之后，依次进行多次所述第3清洗工序和所述第4清洗工序。
这样，能够获得洁净度高的晶圆的正面状态。
优选地，在所述第4清洗工序之后，进行对所述晶圆的正面供给含有O3的清洗液而进行旋转清洗的工序作为最终清洗工序。
这样，能够在晶圆的正面形成氧化膜，而作用为保护膜。
此时，优选使用PVA制的刷作为所述辊型刷。
由此，能够防止晶圆的金属污染。
(三)有益效果
如上所述，根据本发明的外延晶圆的清洗方法，可提供一种用于在半导体器件制造程序中，制造从晶圆的背面及边缘部的微粒附着为最小限度的外延晶圆且是于形成外延膜后进行的外延晶圆的清洗方法。在对形成外延膜后的晶圆进行单片清洗时，对晶圆的背面及边缘部进行刷清洗，且对正面进行旋转清洗，由此，可使正面、背面、边缘部的微粒减少，而清洗成最佳的洁净度的状态。
附图说明
图1显示将在本发明的清洗方法中使用的清洗装置的包含刷清洗单元的部分放大后的侧视图。
图2显示将在本发明的清洗方法中使用的清洗装置的包含刷清洗单元的部分放大后的仰视图。
图3是显示在实施例、比较例中进行的各清洗方法的晶圆背面的微粒去除率的曲线图。
图4是显示在实施例、比较例中进行的各清洗方法的晶圆端面(边缘部)的微粒去除率的曲线图。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明，但是本发明并不限于此。
如上所述，寻求一种外延晶圆的清洗方法，其在形成外延膜后进行，且用于在半导体器件制造程序中制造从晶圆的背面及边缘部的微粒附着为最小限度的外延晶圆。
因此，本案发明人对形成外延膜后的晶圆的背面及边缘部的微粒调查清洗去除能力后，发现微粒去除率会因清洗方法而受到较大影响。
在批次式的SC-1(NH4OH/H2O2/H2O的混合清洗液)清洗中，在使清洗液的温度为低温、高温中的任一者的情况下，均具有微粒的去除能力，但不是能够充分满足的水平。
另外，就使用单片旋转清洗机进行的令清洗液为O3/HF混合液的清洗、O3/HF混合液+超声波辅助清洗、以HF水溶液所行的氧化膜剥离清洗、以纯水与Air所进行的双流体清洗等而言，关于微粒的去除能力，也不是能够充分满足的水平。
因此，使用刷进行清洗，结果可知关于微粒的去除能力，是能够充分满足的水平。另外，用于清洗的刷可大致分为辊型刷与盘型刷，可知辊型刷去除微粒的能力较高。
另外，使用辊型刷的清洗有使二个辊型刷旋转，将晶圆夹在它们之间，而同时对晶圆的正面与背面两面进行刷清洗的方法、及将一个辊型刷按压在晶圆的正面或背面中任一者，仅对晶圆的单面进行清洗的方法。在使二个辊型刷旋转，同时清洗晶圆的正面、背面的方法中，可知形成有外延膜的正面侧原本(即使不进行清洗)为微粒相当少的洁净状态，但是由于刷清洗，刷接触晶圆正面的外延膜，微小的微粒附着，洁净的等级恶化。
综上所述，可知在形成外延膜后的晶圆中，在批次式清洗或不进行刷清洗的单片旋转清洗中，无法充分去除背面及边缘部的微粒。因此，本案发明人发现通过使用了辊型刷的清洗对背面及边缘部进行清洗，正面仅以旋转清洗进行清洗，从而晶圆的正面、背面、边缘部能够呈现微粒最少的最佳洁净度的状态。
本案发明人针对上述课题反复精心研究，结果发现，通过一种外延晶圆的清洗方法，可提供一种在形成外延膜后进行，且用于在半导体器件制造程序中制造从晶圆的背面及边缘部的微粒附着为最小限度的外延晶圆的外延晶圆的清洗方法，从而完成了本发明，其中，该外延晶圆的清洗方法用于清洗正面形成有外延膜的晶圆，其特征在于，包括：第1清洗工序，对所述晶圆的正面、背面及端面的所有面供给含有O3的清洗液而进行旋转清洗；第2清洗工序，在所述第1清洗工序之后，对所述晶圆的背面及端面供给清洗液，通过辊型刷进行清洗；第3清洗工序，在所述第2清洗工序之后，对所述晶圆的正面供给含有O3的清洗液而进行旋转清洗；以及第4清洗工序，在所述第3清洗工序之后，对所述晶圆的正面供给含有HF的清洗液而进行旋转清洗。
以下，参照附图进行说明。
首先，说明用于本发明的清洗方法的清洗装置。在第1清洗工序、第3清洗工序、第4清洗工序中进行的旋转清洗中，只要使用一般的旋转清洗装置即可。在这种情况下，可同时设置在腔室部中一边保持晶圆W一边使其旋转，以药液供给喷嘴对旋转的晶圆的正面及背面供给药液的旋转清洗单元、及后述的刷清洗单元。可根据各清洗工序，将晶圆适当搬运至各单元来进行清洗。
接着，说明用于第2清洗工序的刷清洗单元。在本发明的清洗方法的第2清洗工序，可使用进行单片式旋转刷清洗的刷清洗单元。于图1显示将在本发明的清洗方法中使用的清洗装置的包含刷清洗单元的部分放大后的侧视图，在图2中显示仰视图。在本发明的清洗方法的第2清洗工序中进行的刷清洗单元可具有一边保持晶圆W一边使其旋转的多个晶圆旋转辊3、对旋转的晶圆W的正面供给药液的药液供给喷嘴4a、对背面供给药液的药液供给喷嘴4b、对端面供给药液的药液供给喷嘴4c、保持晶圆W并使其旋转，且对晶圆W的边缘部刷进行清洗的辊型刷的边缘刷1、以及比晶圆W的直径长，而可清洗晶圆W的背面整面的辊型刷的背面刷2。此外，在图2中，为了便于说明，使晶圆W为透明的晶圆，从下正面也能够看到向晶圆W的正面供给药液的药液供给喷嘴4a。
优选地，刷清洗单元具有：边缘刷保持夹具5，与一边保持晶圆W一边使晶圆W旋转的驱动部连接；以及背面刷清洗部，与使比晶圆W的直径长的辊型刷的背面刷2旋转的驱动部连接，一边使该辊型刷的背面刷2旋转一边按压在晶圆W的背面进行清洗。边缘刷保持夹具5与辊型刷的边缘刷1也可以分别具有多个。
从对晶圆W的金属杂质污染的观点出发，辊型的边缘刷1及背面刷2优选为树脂制，更优选为PVA(聚乙烯醇)制。
接着，说明本发明的清洗方法。
首先，准备进行本发明的清洗方法的正面形成有外延膜的晶圆。准备的晶圆的种类只要为外延晶圆，则没有特别限定。例如，可使用在硅晶圆上形成有外延硅膜的外延硅晶圆，晶圆的材料可以适当选择。当在硅晶圆形成外延硅膜时，例如在外延装置中，在高温下，将三氯硅烷等气体导入至腔室部，分解这些气体，使单晶硅膜在晶圆正面外延生长，由此能够形成外延膜。
接着，作为第1清洗工序，将外延晶圆放置于旋转清洗单元，对晶圆W的正面、背面、及端面的所有面供给含有O3的清洗液而进行旋转清洗。在该第1清洗工序中，形成外延膜后的晶圆W的正面为非常活性的状态。因此，为了不发生微粒、有机物或金属杂质等的污染，而用含有O3的清洗液进行旋转清洗，以分解、去除有机物，并且在正面、背面及端面的所有面形成氧化膜。优选地，含有O3的清洗液从位于旋转的晶圆W的中心部的药液供给喷嘴供给能够充分覆盖晶圆W且分解、去除有机物，并能够在所有面上形成足够的氧化膜的时间。此时，对晶圆W的正面及背面供给的含有O3的清洗液到达端面，而供给至端面，从而也能够分解、去除晶圆W的端面的有机物。另外，也可以朝向晶圆W的端面供给含有O3的清洗液。另外，也可以在正面的旋转清洗后，使晶圆的正面、背面翻转，进行背面的旋转清洗。
在第1清洗工序后，作为第2清洗工序，将晶圆搬运至图1、图2所示的刷清洗单元，使用刷清洗单元，对晶圆W的背面及端面供给清洗液，通过辊型刷的边缘刷1、背面刷2进行清洗。在第2清洗工序中，通过保持晶圆W的辊型刷的边缘刷1一边使晶圆W旋转一边对边缘部进行刷清洗，同时或逐次地一边使比晶圆W的直径长的辊型刷的背面刷2旋转一边按压在晶圆W的背面进行刷清洗。此时，由于刷(例如PVA等树脂制)一边旋转一边接触晶圆W的背面与边缘部，因此一边供给清洗液一边进行刷清洗，以防止产生损伤。此时，为防止因刷清洗而产生的微粒附着于晶圆W的正面，优选也对晶圆W的正面供给清洗液。供给的清洗液没有限制，可以是例如纯水或氨水-双氧水。另外，此时的晶圆W的转速及背面刷2的转速没有限制。另外，按压背面刷2的力也没有特别限制。
在第2清洗工序后，作为第3清洗工序，将晶圆搬运至旋转清洗单元，放置于旋转清洗单元，对晶圆W的正面供给含有O3的清洗液而进行旋转清洗。另外，在第3清洗工序之后，作为第4清洗工序，对晶圆W的正面供给含有HF的清洗液而进行旋转清洗。在第2清洗工序中，对晶圆W的背面与边缘部进行刷清洗之后进行晶圆W的正面的清洗，而形成外延膜后的晶圆W的正面原本微粒的附着个数较少，洁净度非常高。由于已经通过第1清洗工序利用含有O3的清洗液将氧化膜形成为保护膜，因此对于在刷清洗时附着的微粒，在去除作为保护膜的氧化膜时，与氧化膜一起被去除。通过以利用含有O3的清洗液进行的第3清洗工序和利用含有HF的清洗液进行的第4清洗工序的顺序进行清洗，能够得到与外延膜形成后相同水平的、微粒附着个数少、清洁度非常高的正面状态。
另外，在第2清洗工序之后，优选依次进行多次第3清洗工序与第4清洗工序。另外，为了在晶圆W的正面形成氧化膜，使其作为保护膜发挥作用，优选在第4清洗工序之后，进行对晶圆W的正面供给含有O3的清洗液而进行旋转清洗的工序作为最终清洗工序。
清洗后，能够转移到晶圆W的背面、边缘部的微粒的评价工序。作为晶圆W的背面的评价工序，通过对正面侧转到本来为背面的一侧而正反翻转的晶圆W进行评价，能够灵敏度良好地进行评价。对于评价背面的微粒，可以使用例如KLA公司制微粒计数器SP5进行微粒(缺陷)个数评价。对于评价边缘部的微粒，可以使用Lasertec公司制边缘检查装置EZ-300进行边缘部的微粒(缺陷)个数评价。
实施例
以下，列举实施例对本发明进行具体说明，但其并不限定本发明。
(实施例)
首先，作为第1清洗工序，对晶圆的正面、背面充分供给O3水直到覆盖端面为止，而进行了旋转清洗。设置晶圆转速为1000rpm、O3浓度为20ppm、温度为24℃、O3水的流量为1L/分钟、清洗时间为20秒。
其次，作为第2清洗工序，对晶圆的背面、边缘部进行了刷清洗。设置晶圆转速为50rpm、边缘刷转速为20rpm、背面刷转速为150rpm，流出纯水作为清洗液，设置纯水的流量为1L/分钟、清洗时间为40秒。
接着，作为第3清洗工序，使O3水流至晶圆的正面，进行了旋转清洗。设置晶圆转速为1000rpm、O3浓度为20ppm、温度为24℃、O3水的流量为1L/分钟、清洗时间为20秒。然后，作为第4清洗工序，流出HF，进行了正面的旋转清洗。设置晶圆转速为1000rpm、HF浓度为0.3wt％(质量百分浓度)、温度为24℃、HF的流量为1L/分钟、清洗时间为7秒。将第3清洗工序、第4清洗工序依次重复2次。
然后，作为最终清洗工序，流出O3水，进行了晶圆的正面的旋转清洗。设置晶圆转速为300rpm、O3浓度为20ppm、温度为24℃、O3水的流量为1L/分钟、清洗时间为40秒。
接着，设置晶圆转速为1000rpm、干燥时间为30秒，使晶圆干燥。
(比较例1)
除了未进行刷清洗以外，与实施例同样地进行了外延晶圆的清洗、干燥。
(比较例2)
使用批次式清洗机，进行了外延晶圆的SC-1清洗。使用NH4OH：28wt％、H2O2：30wt％的药液，以NH4OH/H2O2/H2O为1：1：10的混合清洗液在70℃的液温下，浸渍于药液5分钟而进行清洗。
关于在实施例及比较例中使用的外延晶圆，对形成外延膜后(清洗工序前)及清洗工序后的同一晶圆的背面及边缘部，进行了微粒去除率的评价。关于背面，使用KLA公司制微粒测量器SP5，评价了28nm以上的尺寸的微粒(缺陷)个数，关于边缘部，使用Lasertec公司制边缘检查装置EZ-300，进行了边缘部的微粒(缺陷)个数评价。设形成外延膜后的背面附着微粒个数为1个，与清洗工序后的微粒个数比较，取与去除的微粒个数之比，作为去除率，比较了清洗效果。
图3是显示在实施例、比较例中进行的各清洗方法的晶圆背面的微粒去除率的曲线图。另外，图4是显示在实施例、比较例中进行的各清洗方法的晶圆端面的微粒去除率的曲线图。背面的微粒去除率分别为比较例1(未进行刷清洗的旋转清洗)：5％、比较例2(批次式清洗)：33％、实施例(进行了刷清洗的旋转清洗)：83％。边缘部的微粒去除率分别为比较例1(未进行刷清洗的旋转清洗)：37％、比较例2(批次式清洗)：48％、实施例(进行了刷清洗的旋转清洗)：66％。此外，在另外实施的外延晶圆正面的评价中，在实施例中，就正面的微粒等级而言，未测量到从形成外延膜后(清洗工序前)的状态的增加。
根据实施例与比较例1、2的比较可知，对于外延膜形成后的晶圆进行单片旋转清洗，为了分解、去除晶圆的表面、背面及端面的有机物并且形成氧化膜，用含有O3的清洗液进行清洗，之后，对背面和端面进行刷清洗，之后，对晶圆的表面按照使用含有O3的清洗液的旋转清洗和使用HF的旋转清洗的顺序进行清洗，从而能够将表面的微粒等级保持在外延膜形成后的状态，并且去除背面和端面的微粒，将晶圆的清洁度改善为良好的等级。
此外，本发明并不限定于上述实施方式。上述实施方式仅是例示，具有与记载于本发明的权利要求书的技术思想实质上相同的结构并实现同样的作用效果的技术方案，均包含于本发明的技术范围内。

Claims (4)

1.一种外延晶圆的清洗方法，用于清洗正面形成有外延膜的晶圆，其特征在于，包括：
第1清洗工序，对所述晶圆的正面、背面及端面的所有面供给含有O3的清洗液而进行旋转清洗；
第2清洗工序，在所述第1清洗工序之后，对所述晶圆的背面及端面供给清洗液，通过辊型刷进行清洗；
第3清洗工序，在所述第2清洗工序之后，对所述晶圆的正面供给含有O3的清洗液而进行旋转清洗；以及
第4清洗工序，在所述第3清洗工序之后，对所述晶圆的正面供给含有HF的清洗液而进行旋转清洗。
2.根据权利要求1所述的外延晶圆的清洗方法，其特征在于，
在所述第2清洗工序之后，依次进行多次所述第3清洗工序和所述第4清洗工序。
3.根据权利要求1或2所述的外延晶圆的清洗方法，其特征在于，
在所述第4清洗工序之后，进行对所述晶圆的正面供给含有O3的清洗液而进行旋转清洗的工序作为最终清洗工序。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的外延晶圆的清洗方法，其特征在于，
使用PVA制的刷作为所述辊型刷。
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