TW201401363A - 半導體晶圓的洗淨方法 - Google Patents

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Abstract

本發明是一種半導體晶圓的洗淨方法，其特徵在於：向由平均鋁濃度為1ppb以下的合成石英材料所構成之洗淨槽內，裝滿包含氨和過氧化氫之洗淨液，使前述半導體晶圓浸漬於前述洗淨液中，並使由前述洗淨液所實施之前述合成石英的表面蝕刻速度為0.3nm/min以下，來洗淨前述半導體晶圓。藉此，可提供一種洗淨方法，該方法可將氨/雙氧水洗淨液中的鋁濃度保持為低濃度，並提高半導體晶圓的表面清潔度。

Description

半導體晶圓的洗淨方法
本發明是關於一種半導體晶圓的洗淨方法。
作為半導體晶圓的洗淨方法，通常使用包含氨與過氧化氫(以下亦稱為雙氧水)之混合液，來作為洗淨液。作為此時的半導體晶圓的洗淨流程，有例如：氨/雙氧水洗淨→純水沖洗→鹽酸/雙氧水洗淨→純水沖洗→乾燥。在此洗淨方法中，利用最初的氨/雙氧水洗淨液來移除表面附著有機物與粒子，利用純水沖洗沖掉化學藥品，然後，利用接著的鹽酸/雙氧水洗淨液來移除金屬雜質，再次利用純水沖洗沖掉化學藥品，然後進行乾燥。
一般而言，大多將半導體晶圓的洗淨所使用之洗淨液，加溫至60℃~80℃後再使用，以提高其洗淨效果。因此，在洗淨槽內安裝有循環過濾系統，在移除粒子的同時，利用加熱器來進行洗淨液溫度的調節。又，有時還將藥液控制為一定的濃度，以防止因洗淨液中所包含之化學藥品蒸發而導致洗淨液的濃度降低。進而，有時還並用超音波洗淨，以提高粒子的移除力。
又，半導體晶圓的洗淨方法所使用之洗淨液，由 於將直接影響半導體晶圓的清潔度品質，因此，洗淨液中的粒子和金屬雜質濃度受到嚴格管理。同樣地，由於洗淨液中所包含之化學藥品亦直接影響半導體晶圓的清潔度品質，因此，使用粒子和雜質極少的高品質的化學藥品。
[先前技術文獻]
(專利文獻)
專利文獻1：日本特開2005-322714號公報
半導體晶圓的洗淨步驟中所使用之氨/雙氧水洗淨，主要用於移除粒子，但是會有金屬雜質易殘留在半導體晶圓表面上之問題，尤其作為金屬雜質而成為問題者，為容易進入至氧化膜中之鋁(Al)。鋁在作為洗淨槽石英材料所使用之天然石英中約含10ppmw，此鋁透過由氨/雙氧水洗淨所實施之石英表面蝕刻而溶出至洗淨液中，而污染半導體晶圓表面。
因此，當需要表面清潔度更高的半導體晶圓時，有時使用合成石英洗淨槽，以降低其表面的鋁污染(參照專利文獻1)。然而，由於即便使用此種合成石英槽，在製作石英槽時的熔接/熱處理中，亦無法避免包含鋁之金屬污染，因此，無法消除由石英洗淨槽所導致的鋁污染。
本發明是鑒於上述問題點而完成，其目的在於提供一種洗淨方法，該方法可將氨/雙氧水洗淨液中的鋁濃度保持為低濃度，並提高半導體晶圓的表面清潔度。
為了達成上述目的，本發明提供一種半導體晶圓的洗淨方法，其特徵在於：向由平均鋁濃度為1ppb以下的合成石英材料所構成之洗淨槽內，裝滿包含氨和過氧化氫之洗淨液，使前述半導體晶圓浸漬於前述洗淨液中，並使由前述洗淨液所實施之前述合成石英的表面蝕刻速度為0.3nm/min以下，來洗淨前述半導體晶圓。
如此一來，使用高純度的合成石英材料，同時使合成石英的表面蝕刻速度為0.3nm/min以下，來洗淨半導體晶圓，藉此，使氨/雙氧水洗淨後的半導體晶圓的表面鋁濃度為1×1010atoms/cm2以下，並改善半導體晶圓的表面清潔度。進而，亦可省略使半導體晶圓的表面鋁濃度為1×1010atoms/cm2以下所需之半導體晶圓的酸洗。
此時，較佳為利用使前述洗淨液循環並進行過濾及恒溫加熱之循環過濾裝置，一邊將前述洗淨液中的氨及過氧化氫分別控制為一定的濃度，一邊洗淨前述半導體晶圓。
如此一來，藉由一邊將洗淨液中的氨和過氧化氫分別控制為一定的濃度，一邊洗淨半導體晶圓，可將合成石英的表面蝕刻速度確實地控制為特定值，並提高半導體晶圓的洗淨效果。
如上所述，根據本發明，由於可使氨/雙氧水洗淨後的半導體晶圓的表面鋁濃度為1×1010atoms/cm2以下，因此，可改善半導體晶圓的表面清潔度，並且亦可省略用於使 半導體晶圓的表面鋁濃度為1×1010atoms/cm2以下之酸洗，因而可以更低的成本且更短的時間，獲得清潔度較高的半導體晶圓。
1‧‧‧半導體晶圓
2‧‧‧洗淨槽
3‧‧‧洗淨液
4‧‧‧加熱裝置
5‧‧‧過濾裝置
6‧‧‧洗淨裝置
第1圖是實施例及比較例中的為了調查洗淨實驗前的半導體晶圓的表面金屬雜質(鋁)濃度而對半導體晶圓施加之處理的流程圖。
第2圖是實施例及比較例中的洗淨實驗的洗淨流程圖。
第3圖是可實施本發明中的半導體晶圓的洗淨方法之裝置。
以下，作為實施態樣的一例，一邊參照圖式，一邊詳細地說明本發明，但本發明並不限定於此實施態樣。
第3圖是繪示用於實施本發明的半導體晶圓的洗淨方法之裝置的一例之概略圖。在第3圖中，在洗淨槽2內裝滿洗淨液3(此處的「裝滿洗淨液」意指裝有足夠量的洗淨液)，使半導體晶圓1浸漬於洗淨液3中，來洗淨半導體晶圓1。此時，藉由使洗淨液3循環通過過濾裝置5，將洗淨液中的藥液分別控制為一定的濃度。進而，利用用於加熱洗淨槽2內的洗淨液3之加熱裝置4，將洗淨液3控制為一定的液溫。在此洗淨裝置6中，洗淨槽2是由平均鋁濃度為1ppb以下的合成石英所形成。
使用此種裝置，本發明的半導體晶圓的洗淨方法，是向由平均鋁濃度為1ppb以下的合成石英材料所構成之 洗淨槽內，裝滿包含氨和過氧化氫之洗淨液，使半導體晶圓浸漬於洗淨液中，並使由洗淨液所實施之合成石英的表面蝕刻速度為0.3nm/min以下，來洗淨半導體晶圓。
如此一來，使用高純度的合成石英，同時使合成石英的表面蝕刻速度為0.3nm/min以下，來洗淨半導體晶圓，藉此，使氨/雙氧水洗淨後的半導體晶圓表面的鋁濃度為1×1010atoms/cm2以下，並改善半導體晶圓的表面清潔度。進而，由於亦可省略使半導體晶圓的表面鋁濃度為1×1010atoms/cm2以下所需之半導體晶圓的酸洗，因此，可以更低的成本且更短的時間，獲得清潔度較高的半導體晶圓。
此酸洗是使用酸性藥液之洗淨，廣泛用於IC製造中的晶圓洗淨，但在本發明中的半導體晶圓的洗淨方法中，如上所述，由於可使洗淨後的半導體晶圓的表面鋁濃度為1×1010atoms/cm2以下，因此，可省略半導體晶圓的酸洗。但在本發明中，亦可視需要進行酸洗，並不排除此種情況。
又，較佳為，利用如第3圖所示之洗淨裝置6，使洗淨液3循環通過過濾裝置5而過濾，進而利用加熱裝置4，恒溫加熱由合成石英所構成之洗淨槽2內的洗淨液3，藉此，一邊將洗淨液3中的氨及過氧化氫分別控制為一定的濃度，一邊洗淨半導體晶圓1。
如此一來，藉由一邊將洗淨液中的氨及過氧化氫分別控制為一定的濃度和液溫，一邊洗淨半導體晶圓，可提高半導體晶圓的洗淨效果，其中，該半導體晶圓，可確實地使由合成石英所構成之洗淨槽的表面經由洗淨液蝕刻之速度為0.3 nm/min以下。
再者，本發明中的經洗淨之半導體晶圓並無特別限定，除矽晶圓以外，還可使用如鍺之元素半導體或如GaAs、InP之化合物半導體等。
[實施例]
以下示出實施例和比較例，更具體地說明本發明，但本發明並不限定於該等實施例和比較例。
(實施例1)
準備一直徑為300mm且兩面以鏡面精加工後之清潔的矽單晶的晶圓。如第1圖所示，此矽晶圓在進行氨/雙氧水洗淨後，連續利用稀氫氟酸進行洗淨，進而利用臭氧水施加處理以在該矽晶圓表面上形成清潔的氧化膜，然後進行乾燥。
之後，利用氫氟酸進行矽晶圓的表面金屬雜質(鋁)的回收，並利用ICP-MS分析裝置對此回收液進行定量分析，以調查此清潔的矽晶圓的表面金屬雜質(鋁)濃度。其分析結果為：實驗前的矽晶圓表面金屬雜質(鋁)濃度全部為N.D.(檢測下限值以下)。
繼而，進行合成石英洗淨槽中的矽晶圓的洗淨實驗。如第2圖所示，此洗淨實驗，首先將矽晶圓浸漬於合成石英洗淨槽內所裝滿之氨/雙氧水洗淨液中進行洗淨。此時，作為洗淨條件，使氨/雙氧水洗淨液的藥液組成(混合比例)為氨：雙氧水：純水=1：1：10。又，使洗淨液溫度為50℃，且使洗淨中的由氨/雙氧水洗淨液所實施之合成石英的蝕刻速度為0.3nm/min。再者，氨/雙氧水洗淨是在製成上述洗淨液 並進行4小時溫度調節/循環過濾後，實施5min，使用合成石英洗淨槽中的平均鋁濃度為0.5ppb者。
之後，對經施加氨/雙氧水洗淨之矽晶圓，進行純水沖洗，進而使已進行純淨沖洗之矽晶圓乾燥。
在上述洗淨實驗結束後，對於該合成石英槽的石英中所包含之鋁濃度，自合成石英槽中取出分析樣品，在利用氫氟酸進行溶解後，以ICP-MS進行分析，計算矽晶圓表面金屬雜質(鋁)濃度。
(實施例2)
當利用氨/雙氧水洗淨液進行矽晶圓的洗淨實驗時，使洗淨液溫度為40℃，且使洗淨中的由氨/雙氧水洗淨液所實施之合成石英的蝕刻速度為0.2nm/min，除此以外，與實施例1同樣地進行洗淨實驗，實驗結束後，計算合成石英槽的矽晶圓表面金屬雜質(鋁)濃度。
(實施例3)
當利用氨/雙氧水洗淨液進行矽晶圓的洗淨實驗時，使用所包含之鋁的平均濃度為1.0ppb之合成石英槽，來作為洗淨槽，除此以外，與實施例1同樣地進行洗淨實驗，計算實驗結束後的矽晶圓表面金屬雜質(鋁)濃度。
(比較例1)
當利用氨/雙氧水洗淨液進行矽晶圓的洗淨實驗時，使用所包含之鋁的平均濃度為10ppm之天然石英槽，來作為氨/雙氧水洗淨槽，使洗淨液溫度為80℃，且使洗淨中的由氨/雙氧水洗淨液所實施之合成石英的蝕刻速度為0.7nm/min， 除此以外，與實施例1同樣地進行洗淨實驗，計算實驗結束後的矽晶圓表面金屬雜質(鋁)濃度。
(比較例2)
當利用氨/雙氧水洗淨液進行矽晶圓的洗淨實驗時，使用所包含之鋁的平均濃度為2.0ppb之合成石英槽，來作為氨/雙氧水洗淨槽，除此以外，與比較例1同樣地進行洗淨實驗，計算實驗結束後的矽晶圓表面金屬雜質(鋁)濃度。
(比較例3)
當利用氨/雙氧水洗淨液進行矽晶圓的洗淨實驗時，使洗淨液溫度為50℃，且使洗淨中的由氨/雙氧水洗淨液所實施之合成石英的蝕刻速度為0.3nm/min，除此以外，與比較例2同樣地進行洗淨實驗，計算實驗結束後的矽晶圓表面金屬雜質(鋁)濃度。
以下，將實施例1~實施例3及比較例1~比較例3中的矽晶圓的洗淨條件、及分析矽晶圓洗淨後的晶圓表面金屬雜質(鋁)濃度之結果，分別匯總於表1、表2中。
以上，根據實施例1~實施例3，可知以下事項：當洗淨半導體晶圓時，向由平均鋁濃度為1ppb以下的合成石英材料所構成之洗淨槽內，裝滿包含氨/雙氧水之洗淨液，使半導體晶圓浸漬於此洗淨液中，在使由此洗淨液所實施之合成石英的表面蝕刻速度為0.3nm/min以下之條件下，洗淨半導體晶圓，藉此，可使氨/雙氧水洗淨後的半導體晶圓的表面鋁濃度為1×1010atoms/cm2以下。
另一方面，在比較例1、比較例2中，當洗淨半導體晶圓時，向由平均鋁濃度大於1ppb之石英材料(比較例1為天然石英，比較例2為合成石英)所構成之洗淨槽內，裝滿包含氨/雙氧水之洗淨液，使半導體晶圓浸漬於此洗淨液中，以由此洗淨液所實施之石英的表面蝕刻速度大於0.3nm/min之速度，洗淨半導體晶圓，藉此，無法使氨/雙氧水洗淨後的半導體晶圓的表面鋁濃度為1×1010atoms/cm2以下。
又，在比較例3中，雖然在由包含氨/雙氧水之洗淨液所實施之合成石英的表面蝕刻速度為0.3nm/min之條件下，洗淨半導體晶圓，但卻使用由平均鋁濃度大於1ppb之合成石英材料所構成之洗淨槽，藉此，與比較例1、比較例2同樣地，無法使氨/雙氧水洗淨後的半導體晶圓的表面鋁濃度為1×1010atoms/cm2以下。
再者，在實施例1~實施例3及比較例1~比較例3中，是以進行氨/雙氧水洗淨時的洗淨液溫度，來改變石英槽的蝕刻速度，但變更洗淨液中所包含之氨與雙氧水的混合比之組成，同樣亦可改變石英槽的蝕刻速度。
再者，本發明並不限定於上述實施方式。上述實施方式為例示，具有與本發明的申請專利範圍所述之技術思想實質上相同的構成、並發揮同樣作用效果之所有發明，均包含在本發明的技術範圍內。

Claims (2)

  1. 一種半導體晶圓的洗淨方法，其特徵在於：向由平均鋁濃度為1ppb以下的合成石英材料所構成之洗淨槽內，裝滿包含氨和過氧化氫之洗淨液，使前述半導體晶圓浸漬於前述洗淨液中，並使由前述洗淨液所實施之前述合成石英的表面蝕刻速度為0.3nm/min以下，來洗淨前述半導體晶圓。
  2. 如請求項1所述之半導體晶圓的洗淨方法，其中，利用使前述洗淨液循環並進行過濾及恒溫加熱之循環過濾裝置，一邊將前述洗淨液中的氨及過氧化氫分別控制為一定的濃度，一邊洗淨前述半導體晶圓。
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