TWI375987B - Verfahren zur reinigung, trocknung und hydrophilierung einer halbleiterscheibe - Google Patents

Description

1375987 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及清洗、乾燥且同時親水化半導體晶圓的方法，其中 該乾燥是在旋轉半導體晶圓的情況下進行的。 【先前技術】

用作例如製備微電子元件之基材的半導體晶圓，通常係石夕晶 圓在拋光塗層（例如透過蠢晶沉積）或熱處理步驟（退火處 理）之後或在高溫處理步驟之前，透過濕化學清洗半導體晶圓。 清洗的目的為儘可能完全地除去半導體晶圓的汙染物例如金屬 (J如銅）或有機物質以及黏附於晶圓表面的顆粒污染物，因為 該等污染物在隨後生產元件期間會導致—些問題，例如導致間極 氧化物的不均勾生長或導致多晶㈣極的非均相沉積。 從習知技射可得知許多清洗和乾燥半導體晶圓的方法 US 5,7 M，2G3公開了 —種方法，其巾將完全浸潰於—包括氣化氯 溶，（氫氟酸）槽中之半導體晶圓從該槽中移至含臭氧的氛圍中。 該風圍t的w氧會溶解於液體表面並因此而減少其表面張力，這 使液，得易⑽晶圓表面流走。同時’晶圓表面被含臭氧的氛 圍聽。因此，在乾燥後的晶圓是親水性的。在US M51，124中 規疋，允4將半導體晶圓以僅僅每秒00】至15毫米及較佳為每秒 別至0.5毫米的速度從氫氣酸令取出，以實際上獲得乾燥的晶圓 、面如果提供直輕為3〇〇毫米的晶圓和每秒〇 5毫米的速度僅 Γ程本身就需要1G分鐘。必須將晶圓完全乾燥，否則會在晶圓 表面觀察到非均勻性，例如所謂的「水紋（赠刪rk)」。 1375987 多年以來，個別的晶圓清洗方法亦已逐漸地被採用，其中，使 半導體晶圓繞其中心軸快速旋轉並首先使用一種或多種液體清 洗，然後使用去離子水沖洗並乾燥該半導體晶圓。提供液體至轉 動的半導體晶圓上並由於離心力而朝向晶圓的邊緣加速’以使液 體向外流走並在晶圓;a面形《一通常為整個面積的薄。在隨後 經半導體晶圓進-步旋轉而乾燥期間，例如添加蒸汽（例如異丙 醇的蒸汽）來降低液態膜的表面張力，該液態膜最後完全地流走。 廷類方法係如US 2004/0103915 A1和EP 0 905 747 A1中所描述。 這種個別的晶圓清洗方法之特徵是化學物f消耗較少。 在這樣的裝置中使用氫氟酸作為清洗液也是眾所周知的。因 此，US 6,869,487 B1中描述了使用快速旋轉的液體來清洗半導體 晶圓的方法，該液體包含溶解的臭氧，該臭氧係提前溶解在液體 中或係來自含臭氧的處理氛圍中。此外，在已經停止提供該液體 之後’透過將臭氧添加至處理氛圍中可以獲得親水性表面。然而， =注意確保只要晶圓表面與臭氧有所接觸就總會在晶圓表面存在 有一閉鎖性液體薄膜。隨後丰 讀料離子水沖洗並錢财導體晶 OU之’該乾燥是透過離心乾燥與添加蒸汽來實現的。 有=而i已經發現料種方式處_半導體㈣在齡、金屬和 =:的濃度方面仍需要改進。因此，本發明的目的在於提 供種克服這些缺點的清洗和乾燥方法。 【發明内容】 該目的是透料洗、乾燥 的’包括盯料順序的步驟：+導H方法來實現 ^75987 a) 以一含有氤化氫的液態水溶液處理半導體晶圓，其中該半導 體晶圓至少有時繞其中心軸旋轉；以及 b) 使半導體晶圓以1〇〇〇至5〇〇〇轉/分鐘的轉速在一含臭氧的氛 圍中繞其中心軸旋轉以乾燥該半導體晶圓，其中該含有氟化氫的 液態水溶液由於因旋轉所產生的離心力而從該半導體晶圓上流 走’且該半導體晶圓的表面係藉由臭氧而加以親水化。 本發明包括在含臭氧的氣態氛圍中旋轉半導體晶圓以乾燥該半 • 導體aa圓其被含有HF的清洗溶液所覆蓋。乾燥和表面親水化作 用係在同一加工步驟中進行。該方法特別適合應用於個別的晶圓 清洗裝置中，例如由US2〇〇4/〇1〇3915 A1所公開者。與已知的旋 轉乾燥法不同’無需使用單獨的沖洗介質（例如去離子水）且無 需有機溶劑（如異兩醇）。已經顯示，根據US 6,869,487 bi所需 -的用去離子水來進行沖洗，會再次增加晶圓表面上之顆粒和金屬 污木物的,辰度’且會導致所謂的「纟紋」形成。若沒有完全且均 勻地除去沖洗水而是殘留在半導體表面上的某些位置，則會出現 _水紋。些殘餘物接著以不受㈣的方式乾燥。在此情況下，存 在於冲洗水中的所有污染物會沉積於半導體晶圓上並形成「水 、’’文J。尤其疋微置溶於水中的二氧化矽沉積為特殊的污染物。因 此，即使該沖洗步驟在習知技術中係被稱為必 需的步驟，根據本 發明也無需該用水沖洗的步驟。同時，根據本發明的方法可以免 除諸如異丙醇的有機化合物，其在清洗之後會再次導致有機污染 物。 另一個優點是省去處理所用之化學物質、去離子水和異丙醇， 1375987 特別是可避免用以將有機廢物處理為與環境相容的費用。此外， 與包括親水化、沖洗和乾燥的傳統三階段處理法相比根據本發 明的方法可使加工時間顯著地縮短。 不同於在US 5,7丨4,203中所公開的HF•臭氧乾燥器，根據本發 明的方法並非-種浴洗處理（bathpr〇cess)，而是一種個別的晶圓 處理’其中藉由至少-個噴嘴而將處理所用之化學物質散佈於旋 轉的半導體晶81上。因為可將乾燥法併人具最低處理費用之多階 _段的㈣晶8)清洗雜中，所以此翻處理過程是極為有利的。 【實施方式】 步驟a) 在本發明方法时驟a)中，以含有氟化氫（氫氟酸）的液態水 • 溶液處理晶圓表面。較佳使該溶液透過一個或更多個喷嘴提供（例 •如喷瀧）至半導體晶圓上’同時借助於―支#裝置使半導體晶圓 方疋轉由於離〜力，液體向外流走並在此情況下於半導體晶圓的 表面上形成薄膜》通常將半導體晶圓水平安裝，從而使其可以繞 一垂直軸旋轉。一般將液體從上方以及若適當時，同時從下方送 入0 氟化氫在液態水溶液中的濃度較佳為〇 〇〇1至5〇重量％，更佳 為〇.〇1至2重量％。在HF濃度小於〇 〇〇1%時，便無法確保半導 體曰曰圓上的氧化物層完全溶解。高濃度的氫氟酸腐姓性很強，因 此根據本發明採用不大於5〇%的濃度，較佳採用不大於的濃 度。視需要地，其他的清洗化學物質如氣化氫亦可存在於溶液中。 乳化氫與金屬陽離子-起形成易溶性錯合物，其與氟化氫溶液一 起被除去。 濃::!:液送至半導體晶圓之前，將臭氧加入溶液中。臭氧的 二:=克/公升，提高了溶液一降低了 進行。秋）例如可以在乾淨的室内空氣中或在惰性氛圍例如氮氣中 亦可在步驟a)中便6將臭氧添加到氛圍t。臭氧較 ^=3/〇2混合物之連續的氣體流形式提供。在步驟d中該 二：Ϊ:圭，含1至35重量%的臭氧’更佳包含5至2〇重量%的 進=右该風圍包含臭氧’則臭氧會溶解於液態膜中並藉擴散前 體晶圓的表面從而使其氧化。可使用含臭氧的氛圍作為 臭U液的另-個選擇，或是額外使用含臭氧的氛圍。含有臭 =的__續溶解和重新形成氧化物層來钱刻半、 日日k有助於除去顆粒，且對於除去更厚的表面層是有利 袁同時々存在有強氧化劑如臭氧的情況下，可防止在半導體 僅還原沉積。僅含有I化氫而不含氧化劑的清洗溶液 、擇性地除去晶圓表面上的薄氧化物層，且對石夕元素不呈有 ==:這對於在表面祕度方面具有高度要求的半導體晶圓 步驟b) 、在步驟a)結束時，半導體晶圓的表面覆蓋有含有氣化氯及若適 ^時含有其他成分如氣化氫或臭氧的薄的水液態膜。根據本發 月，在步驟a)之後位於半導體晶圓表面上的液態水溶液中的氟化 會改變’尤其是在乾燥前不用水或 1375987 體沖洗半導體晶圓。 在步驟b)中’含臭氧的氣體混合物流過半導體晶圓上方的氣體 空間。例如以臭氧與氧氣（〇2)或空氣的混合物形式使用臭氧。 臭氧較佳係以〇3/〇2混合物之連續氣體流的形式提供。在步驟b) 中，臭氧在該氣體流中的濃度較佳為5至35重量0/〇，更佳為5至 20重量％。在該臭氧濃度下，一方面可確保晶圓表面的完全親水 化，且另一方面透過溶解的臭氧充分地降低液態膜的表面張力以 φ 獲得完全符合要求的乾燥。 來自該氛圍的臭氧部分地溶解於液態膜中，並降低液體的表面 張力。半導體晶圓快速地旋轉，因此在離心力的作用下使液態膜 μ走。應選擇足夠高的轉速，以將液體完全地從晶圓表面離心除 ' 去。這可借助於1000至5000轉/分鐘，較佳為2000至30〇〇轉/ .分鐘的轉速來實現。只有保持該轉速，才能省略根據習知技術所 必需的用水沖洗步驟。 較佳在步驟a)中結束液體供應並同時提高半導體晶圓的轉速 時：開始將臭氧添加至氣體空間中。若已經透過轉動減少液態膜 的厚度’則亦可在較晚的時間點添加臭氧。然而，為了完全且均 ^地除去液體，只要在晶圓上仍存在有閉鎖性液態膜，就必需將 六氧运人乳體空間卜整個清洗和乾燥過程可在少於知秒内完成。 在乾燥半導體晶圓期間，使含自童 70 拆… 便3六乳的軋體巩圍與晶圓表面接觸 並形成親水性氡化物層，從而在步驟b)結束時’該半 乾燥的’乾燥的晶圓並沒有波紋。因為根據:二 '方法不會導起圓表面上的金屬和難濃度的升高，根據本發 1375987 明處理的半導體晶圓之特徵在於較低的金屬和顆粒濃度。 根據本發明的方法可應用於所有的半導體晶圓 ㈣晶圓。應用於料料任何料結_㈣體㈣ 者。 【圖式簡單說明】

【主要 元件符號說明】

Claims (1)

1. …年丨(月4日修(更)正本、申請專利範圍： 第097121724號.專制申 中文申請專利範圍換版本（1〇〇年 11月） 月先乾燥及親水化半導體晶圓之方法，包括以下终 順序的步騾： > a)以一含有氟化氫的液態水溶液處理半導體晶圓，其中 半導體aa圓至少有時繞其中心轴旋轉；以及 b)使該半導體晶圓以1〇〇〇至5〇〇〇轉/分鐘的轉速在—含 臬氧的氛圍中繞其中心軸旋轉以完全乾燥該半導體晶圓，其 中4含有氟化氫的液態水溶液由於因旋轉所產生的離心力而 從該半導體晶圓流走’且該半導體晶圓的表面係藉由臭氧而 加以親水化。 、 °月求項1所述之方法’其特徵在於步驟b)中的轉速為2嶋 至3〇〇〇轉/分鐘。 如凊求項1或2所述之方法，其特徵在於步驟a) *㈧中氣 化氫在該液態水溶液中的濃度為〇 〇1至2重量％。 如請求項3所述之方法 導體晶圓表面上之液態 前不會改變。 ，其特徵在於在步驟a)之後位於該半 水溶液中的氟化氫濃度，到步驟b)之 如請求項1或2所述之方法’其特徵在於步驟b)中臭氧在 該氛圍中的濃度為5至20重量〇/〇 β 、 如請求項1或2所述之方法，其特徵在於步驟a)係在一含臭 氧的氛圍中進行。 、 臭氧在該氛 如請求項6所述之方法，其特徵在於步驟a)中 圍中的濃度為5至20重量％。 1375987 Λ ^ J ' -, .., _ i 8. 如請求項1或2所述之方法’其特徵在於該‘態水溶液係包 含臭氧。 9. 如請求項1或2所述之方法，其特徵在於該方法是借助於一 個別的晶圓清洗裝置來進行。 10. 如清求項1或2所狀方法，其特徵在於從該半導體晶圓仍 以_連續㈣態膜Μ的時間點開始，該半導體晶圓係暴露 於該含臭氧的氛圍中。

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