TWI409862B - 在單晶圓製程中用於潔淨晶圓之潔淨方法及溶液 - Google Patents

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Description

在單晶圓製程中用於潔淨晶圓之潔淨方法及溶液
本發明係關於半導體製程之領域，更具體言之，係關於一種潔淨溶液、及在單晶圓潔淨製程中使用該潔淨溶液之方法。
矽晶圓之濕式蝕刻(etching)和濕式潔淨(cleaning)通常係藉由將矽晶圓浸漬於液體中來達成。此有時候也可藉由將液體噴灑在批次之晶圓上來達成。晶圓潔淨和蝕刻傳統上係以數片晶圓(例如50至100片晶圓)同時處理之批次模式來達成。典型的潔淨程序係由HF－SC1－SC2所組成。HF(氫氟酸)(HydroFluoric acid)是一種用於蝕刻氧化物薄層之稀HF溶液。此接著是典型的由NH4 OH、H2 O2 和H2 O之混合物所組成之標準潔淨1溶液(SC1溶液)。有時候該SC1溶液也可稱為「APM溶液」，其係代表氨水－過氧化氫混合物(Ammonia hydrogen Peroxide Mixture)。該SC1溶液主要係用於移除微粒和殘留的有機污染。然而，SC1溶液會導致遺留金屬污染物。
最終溶液是一種含有HCl、H2 O2 和H2 O之混合物的標準潔淨2溶液(SC2)。有時候，SC2溶液也可稱為「HPM溶液」，其係代表氫氯酸－過氧化氫混合物(Hydrochloric acid hydrogen Peroxide Mixture)。該SC2溶液主要是用於移除金屬污染。SC1和SC2之特定程序最通常的是指「RCA潔淨程序」。介於HF、SC1與SC2溶液之間，通常是去離子水(DI water)沖洗(rinse)。在SC2溶液後，通常係以去離子水沖洗。
如第1a圖所示，用於標準潔淨循環之全部時間為約64至70分鐘之範圍。HF步驟需要約1至5分鐘。SC1步驟典型為需要約10分鐘，且SC2步驟也係典型地需要約10分鐘。中間和最終去離子水沖洗步驟需要約8至10分鐘。晶圓之最終乾燥典型為需要10至15分鐘。典型為同時處理50至100片晶圓。若不同的化學藥劑係使用分開的浴槽(bath)，則在具有50至100片晶圓之一批次離開浴槽後，可再裝入新批次50至100片晶圓。通常速率決定步驟(rate limiting step)是需要高達15分鐘之乾燥步驟。此係意謂約每15分鐘可處理50至100片之新批次，結果對於50或100片晶圓之批次而言，系統之整體生產能每小時分別為200至400片晶圓。
因為在製造晶片時係需要較短生產時程，因此需要一種快速的單晶圓潔淨製程。欲使得單晶圓潔淨製程具有經濟效益，每片晶圓之加工時間應該為約2分鐘。此係意謂通常需要約64至70分鐘的整體HF－SC1－SC2程序必須在2分鐘之內，且至少在3分鐘之內完成。不幸的是目前係不可能在少於2分鐘，且至少在3分鐘之內實施SC1－SC2潔淨程序。直到目前為止，濕式製程通常係以批次模式來達成，因為單晶圓製程之生產量係無法與批次製程競爭。
因此，吾所欲為一種能將SC1和SC2潔淨時間從通常的加工時間減少為少於或等於1.5分鐘。其係也需要減少用於HF步驟和乾燥所需要的時間。本發明係例示如何減少SC1－SC2程序之時間，用於單晶圓模式為從約40分鐘降低至1.5分鐘，且用於整體潔淨循環包括HF、潔淨、沖洗和乾燥等為至少少於3分鐘。
回收晶圓(reclaimed wafer)之潔淨在過去也係使用批次潔淨來達成。在典型的回收測試晶圓之方法中，晶圓係先以化學研磨以從半導體晶圓之表面移除任何薄膜。然後，使用研磨液和機械式研磨墊之化學機械研磨法將晶圓加以研磨，以進一步從表面移除任何薄膜。然後，晶圓係藉由批次潔淨法加以潔淨，其係將多片晶圓浸漬於浴槽中之晶圓係呈行垂直排列的潔淨溶液中。此等方法係典型地獲得各種等級之回收晶圓，具有不同程度的呈微粒和殘留物形態之污染。大部份的污染源係由於來自批次潔淨製程之交叉污染。因此，高級回收晶圓之產率低。
本發明係關於一種在單晶圓潔淨製程中使用新潁的潔淨溶液之方法。根據本發明之方法係包括：於單晶圓模式中使用潔淨溶液，及至少包含氫氧化銨(NH4 OH)、過氧化氫(H2 O2 )、水(H2 O)和螯合劑(chelating agent)之潔淨溶液。在本發明之一具體實例中，潔淨溶液也含有界面活性劑。在本發明之另一具體實例中，潔淨溶液也包含溶解之氣體例如氫氣(H2 )。含有氫氧化銨、過氧化氫、螯合劑、和/或界面活性劑、和/或溶解之氫氣之相同溶液也可使用於多片晶圓模式而作為某些應用。本發明也係關於一種包含氧化劑和CO2 氣體之去離子水沖洗溶液。所有的此等要素係組合併用，以改善加工效率。
此外，本發明也教導一種將氫氧化銨、過氧化氫和螯合劑步驟與短HF步驟組合，以將加工時間減少至最小的方式之方法，藉此方式則整體方法可有效率地移除鋁和鐵污染，且氧化物並不會被蝕刻太多。
單晶圓潔淨製程也可用以提高高級回收晶圓之產率。
在下列敘述中，許多具體的細節係提供用於徹底地了解本發明。熟習此技藝者應該了解此等具體的細節係僅作為例示性目的，且並不意圖限制本發明之範圍。除此之外，在其他實例中，眾所皆知的加工技術和設備並未特別加以設定，以避免不必要地模糊本發明之精義。
本發明係關於一種使用於單晶圓潔淨製程之方法、溶液和沖洗。該方法係特別地可用於單晶圓潔淨，但是其也可使用於一次潔淨一片以上晶圓之應用。新潁之潔淨溶液係調配成使其能提高潔淨製程之效率。在半導體製程程序線上之前段，當裝置係暴露於活性區域時，潔淨溶液和沖洗溶液兩者係特別可用於移除離子性金屬雜質和微粒。
本發明之晶圓潔淨溶液係由含有氫氧化銨(NH4 OH)、過氧化氫(H2 O2 )、水(H2 O)、螯合劑和界面活性劑之混合物所獲得之溶液所組成。如在此藝眾所皆知者，此等化合物僅解離成彼等各自的離子，且在此等化合物之中並未發生化學反應。氫氧化銨(NH4 OH)、過氧化氫(H2 O2 )和水(H2 O)之含量濃度係分別限定其稀釋比率為介於5/1/1與1000/1/1之間。氫氧化銨/過氧化氫之比率也可在介於0.05/1與5/1之間變化，且在某些情況下也可完全不使用過氧化氫。在此潔淨溶液中之氫氧化銨係獲自含有NH3 對水之重量比率為28至29%的溶液。在此潔淨溶液中之過氧化氫係獲自含有H2 O2 對水之重量比率為31至32%的溶液。
在潔淨溶液中之氫氧化銨和過氧化氫之目的係用以移除來自至少其正面包含一單晶矽(monocrystalline silicon)基片(substrate)之晶圓上的微粒和殘留有機污染。潔淨溶液之目的一種也係用以氧化晶圓之表面。根據本發明之較佳的具體實例，潔淨溶液由於含有氫氧化銨和過氧化氫而具有一鹼性pH值，此pH值係介於9與12之間，且更特定為介於10與11之間。
「螯合劑」之目的係用以從晶圓中移除金屬離子。螯合劑也是習知的錯合或鉗合劑(sequestering agent)。此等化學試劑具有帶負電荷離子稱為「配位基」，而配位基與自由金屬離子結合且形成維持可溶性之組合錯合物。配位基結合自由金屬離子如下式所示：Mx ＋ ＋Ly － → M( x － y ) ＋ L
此係如在第2a圖和第2b圖中所例示之一般的螯合劑伸乙二胺四醋酸(EDTA)。在第2a圖中，EDTA離子並未結合任何金屬離子(Mx ＋ )。在第2b圖中，其係展示一EDTA可結合最高為6個金屬離子(Mx ＋ )。存在於晶圓上之一般的金屬離子是銅、鐵、鎳、鋁、鈣、鎂和鋅。其他金屬離子也會存在。
適用之「螯合劑」係包括：聚丙烯酸酯類、碳酸酯類、膦酸酯和葡萄糖酸酯類。有數種特定的螯合劑係特別可用作為潔淨溶液之一部份，該等為伸乙二胺四醋酸(EDTA)(參閱第2a圖)；N,N’－雙(2－羥基苯基)伸乙基二亞胺基二醋酸(HPED)(參閱第3a圖)；三伸乙基四氮基六醋酸(TTHA)(參閱第3b圖)；desferriferrioxamin B(參閱第3c圖)；N,N’,N”－參〔2－(N－羥基羰基)乙基〕－1,3,5－苯三羧醯胺(BAMTPH)(參閱第3d圖)；及伸乙二胺二鄰羥基苯基醋酸(EDDHA)。選擇此等螯合劑係因為彼等各具有平衡常數(K)為對於Al3 ＋ 為大於101 5 ，且較佳為大於102 0 。此等K值是吾所欲者，因為彼等意謂該螯合劑將能從晶圓中移除鋁。螯合劑之濃度範圍較佳為介於0.001 mg/l與300 mg/l之間，且更特定為介於0.01 mg/l與3 mg/l之間。或另一選擇為螯合劑應該相對於潔淨溶液為介於1與400 ppm之間，且較佳為潔淨溶液之約40 ppm。此等濃度是適當的，因為視金屬離子而定，彼等能減少約106 或更高之因數的自由金屬離子。
在改良之SC1潔淨時，如第4a圖所示，晶圓表面係覆蓋具有以氫氧化物基團(Si－OH)終端之二氧化矽薄膜。如第4b圖所示，金屬是結合到此表面如同(Si－O)y M( X － Y ) ＋ 。控制結合(化學吸附)和未結合(脫附)之平衡反應係如下式所示：MX ＋ ＋y(Si－OH) → (Si－O)y M( X － Y ) ＋ ＋yH＋
根據此方程式，吾可看見兩種方式可用於從氧化物表面移除金屬離子。第一方式是提高溶液之酸度〔H＋〕。此係製成一種在半導體製程中，一般的金屬離子是可溶性之溶液，其限制條件為在溶液中具有適當的氧化劑。適當的氧化劑係包括O2 、H2 O2 和O3 。此等離子之適用性係根據彼等防止在溶液中之任何離子例如銅(Cu2 ＋ )減少的能力所決定。提高酸度及含有適當的氧化劑是大多數一般金屬雜質移除溶液，亦即SC2所使用的方法。
從氧化物表面移除金屬離子之第二方式是減少在溶液中之自由金屬離子濃度〔Mx ＋ 〕。溶液之自由金屬離子濃度係可藉由將螯合劑添加至溶液中來加以減少。與藉由使用SC2溶液相同的金屬離子雜質移除水準係可藉由在SC1溶液中使用符合兩個要求條件之螯合劑(改良SC1溶液)來達成。第一要求條件是螯合劑之錯合物及所結合之金屬離子仍維持可溶性。第二要求條件是螯合劑結合從晶圓表面移除之全部金屬離子。
螯合劑可在兩個獨特的時間點添加至溶液中。第一，在將溶液分配在矽晶圓上之前，可先將藥液添加至SC1溶液本身。第二，藥液可在化學製造廠添加至濃NH4 OH中，然後呈混合物形態運送至積體電路製造廠商。另一可行方法是螯合劑可在製造廠添加至H2 O2 中。然而，此係較非吾所欲者，因為許多螯合劑可能會被H2 O2 緩慢地氧化。
使用螯合劑以移除金屬雜質的優點是彼等並不需要酸性環境，及彼等可減少整體潔淨時間。移除金屬離子之其他方法，例如SC2溶液係需要酸性環境。傳統上，用於移除金屬離子係需要酸性環境，因此需要金屬離子移除步驟必須與SC1步驟分開實施。此係因為SC1溶液具有非常高的鹼性。螯合劑在非常高的鹼性環境中有效，允許彼等被添加至SC1溶液中。藉由將金屬離子移除與SC1潔淨步驟組合，結果整體潔淨時間係由於消除SC2步驟來加以降低。在傳統的SC1－SC2循環中，各步驟需要約10分鐘。因為此循環在半導體之前段製程係典型地重複許多次，所以組合併用步驟將可戲劇性地降低潔淨時間。
在另一可行的具體實例中，潔淨溶液含有界面活性劑。「界面活性劑」之目的係用以防止微粒在已從晶圓脫除後，再附著或再沉積在晶圓上。防止微粒之再附著是重要的，因為若讓微粒再附著會增加整體潔淨時間。因此，與在批次法之64分鐘相比較，界面活性劑係用以減少潔淨時間，且使得單晶圓潔淨可在少於2分鐘之內達成(參閱第1a圖和第1b圖)。
「界面活性劑」是典型地含有親水性(極性水溶性基)和疏水性基(非極性水不溶性基)之長烴鏈。界面活性劑係以彼等之非極性基附著到微粒500(第5圖)、及晶圓表面(矽表面)510上。結果界面活性劑520之極性基將從晶圓及從微粒500而朝向溶液。如第5圖所示，由於在微粒和晶圓表面之界面活性劑之極性基的緣故，在溶液中與界面活性劑結合之此微粒由於受到靜電性排斥而遠離晶圓之表面。在本發明中之界面活性劑是非離子性、陰離子性、或非離子性與陰離子性化合物之混合物。「非離子性」係意謂界面活性劑之極性末端帶靜電，而非離子性電荷；而「陰離子性」係意謂界面活性劑之極性未端具有負離子性電荷。在本發明之一具體實例中，界面活性劑是一種含有非離子性和陰離子性界面活性劑之混合物。非離子性界面活性劑是聚氧乙烯丁基苯基醚，陰離子性界面活性劑是聚氧乙烯烷基苯基硫酸酯。在此具體實例中，在潔淨溶液中係含有約30 ppm之非離子性界面活性劑、及約30 ppm之陰離子性界面活性劑。在潔淨溶液中，界面活性劑之典型的濃度範圍可為介於1與100 ppm之間。在本發明之另一具體實例中，界面活性劑是一種陰離子性化合物稱為「MCX－SD2000」(日本東京之三菱(Mitsubishi)化學公司製造)。MCX－SD2000是約1至10%之界面活性劑，且在潔淨溶液中所使用的濃度為0.05體積%。
本發明之潔淨溶液係可理想地使用於利用聲波或音波以強化潔淨之單晶圓潔淨設備，如第6a圖所示之設備600。如第6a圖所示之單晶圓潔淨設備600係包括：具有數個聲波或音波轉能器(transducer)604在其上之面板602。面板602較佳為由鋁所製成，但是也可由其他材料例如不銹鋼和藍寶石(並不受限於此等)所形成。面板602較佳為以耐腐蝕性氟聚合物例如Halar加以塗覆。轉能器604係藉由環氧樹脂606而附設在面板602之底面。在本發明之一具體實例中，轉能器604係實質地覆蓋面板602之整個底面(如第6b圖所示)，且較佳為覆蓋至少80%之面板602。在本發明之另一可行的具體實例中，係具有四個覆蓋面板602之底面呈四分形態(quadrant formation)之轉能器604，且較佳為覆蓋至少80%之面板602。轉能器604較佳為可產生頻率範圍為350 kHz以上之超高音波(megasonic)。特定的頻率係視晶圓之厚度，且係根據其是否可有效地對於晶圓之兩側提供超高音波的能力來加以選擇。但是在某些情況下，並不具有此功能的其他頻率可能對於移除微粒是理想的。在本發明之一具體實例中，轉能器604是壓電裝置。轉能器604在垂直於晶圓608表面之方向產生聲波或音波。
一基片或晶圓608係藉由平行且與面板602之頂面隔開之晶圓支撐件609以水平方向保持著。在本發明之一具體實例中，在潔淨時，晶圓608係保持在面板602表面之上面約3毫米的位置。在本發明之一具體實例中，晶圓608係面朝上藉由數個夾子610夾持在晶圓支撐件609。另一可行方法是在後處理時，晶圓可支撐在彈性墊上且藉由重力保持在位置上。晶圓支撐件609可使晶圓608圍繞其中心軸以介於0與6,000 rpm之間的速率轉動或旋轉。除此之外，在設備600中，晶圓608係面朝上放置，其中具有圖案或結構(例如電晶體)之晶圓側係面朝向用於噴灑潔淨用化學藥劑於其上之噴嘴614，且晶圓608之背面側係面對面板602。除此之外，如第6c圖所示，以轉能器覆蓋之面板602係具有與晶圓608幾乎完全相同的形狀，且覆蓋晶圓608之整個表面區域。設備600可包括可密封室601，其中噴嘴614、晶圓608和面板602之位置如第6a圖所示。
在本發明之一具體實例中，去離子水係經由面板602之進料流道616而提供，且充滿介於晶圓608之背面側與面板602之間的間隙，以提供充滿水之間隙618，藉此轉能器604所產生的聲波可轉移至基片608。在本發明之一具體實例中，進料流道616係與晶圓之中心稍微偏置約1毫米。在此步驟中，晶圓之背面側也可以其他溶液加以沖洗。在本發明之一具體實例中，供給至介於晶圓608與面板602之間的去離子水係加以除氣，致使在聲波最強的充滿去離子水之間隙618中所產生氣泡(cavitation)減少，藉此可減少對於晶圓608之潛在性損壞。去離子水(DiH2 O)係可在使用之位置或回到供應源(例如廠房)之位置兩者之一皆可，而以習知的技術加以除氣。在本發明之另一可行的具體實例中，若需要的話，在使用時並不是以去離子水流經流道616，而是以潔淨用化學藥劑，例如本發明之潔淨溶液可經由流道616供給以充滿間隙618，藉此對於晶圓608之背面側提供化學潔淨。
除此之外，在使用時，潔淨用化學藥劑和沖洗水(rinse water)例如去離子水係經由噴嘴614而供給，以產生微滴之噴霧620，而在晶圓608自旋之同時，在晶圓608之頂面上形成液體塗膜622。在本發明中，液體塗膜622可如同10微米之薄。在本發明中，含有潔淨用化學藥劑例如稀HF、去離子水(DI－H2 O)、及本發明之潔淨溶液的槽624係連結到用於供給噴嘴614之導管626。在本發明之一具體實例中，在噴嘴614之前的管線上，導管626之直徑具有一橫斷面減少之區域或「文氏管(Venturi)」628，更詳細的細節可參閱如第6d圖所示，來自槽630之氣體例如氫氣(H2 )係移動通過導管640，當其移動至噴嘴614時係溶解入潔淨溶液650中。「文氏管」628係可使得氣體在氣體壓力少於液體流經導管626之壓力下而溶解入流體流650中。由於在文氏管628之流速增加，使得文氏管628在局部產生低壓。在另一可行的具體實例中，氣體係藉由如第7a圖所示之疏水性接觸器裝置700溶解入潔淨溶液中。此接觸器裝置700係設置於導管626中。接觸器裝置700具有疏水性膜導管710，其係僅允許氣體通過，但是非水。氣體720係供給至膜導管710中，其中氣體溶解至通過區域730之液體中。
除此之外，若需要的話，設備600可包括與噴嘴614分開的第二噴嘴(圖中未示)，而在沖洗和/或乾燥步驟時，用於將氮氣(N2 )和/或異丙醇(IP A)之蒸氣吹在晶圓608之正面側。該IP A蒸氣係可藉由將氮氣通過含有IP A之氣泡瓶來形成。此步驟將可典型地產生一種在氮氣中含有約4%之IP A的蒸氣。除此之外，藉由晶圓支撐件609所保持之晶圓608與面板602之距離可加以增加(例如藉由移動支撐件609或面板602)使得晶圓608之背面側並不受到充滿液體之間隙618的拘束，藉此使得晶圓608可在例如乾燥作業時以非常高速度旋轉。如下所述係在晶圓加工之前段中本發明之四個具體實例，其中單晶圓潔淨製程係特別適用。第一具體實例是當使用氫氟酸洗滌以剝離晶圓之氧化物表面。第二具體實例是當吾所欲為使得晶圓之表面是疏水性。第三具體實例是在氧氣(O2 )灰化之後。第四具體實例是當吾所欲為從晶圓之表面移除所有的鋁和/或鐵污染。在此等各具體實例中，包括沖洗和乾燥之整體潔淨製程係需要2分鐘以下，而使用潔淨溶液之潔淨步驟係需要30秒以下。在各案例中，晶圓將典型地包括外部矽表面，例如(但是並不受限於此等)單晶矽基片、磊晶矽薄膜、及多晶矽(polycrystalline silicon)(多矽)薄膜。一種薄氧化膜(例如犧牲性氧化物或自生氧化物)係會典型地在外部矽表面形成。然而，應了解到本發明之潔淨製程係可使用於潔淨其他類型之晶圓和基片，例如(但是並不受限於此等)砷化鎵(GaAs)晶圓。
《具體實例》 〔具體實例1〕
本發明之第一具體實例，其所使用單晶圓潔淨工具和方法係特別適用於包括：使用HF以剝離晶圓之氧化物表面，及使用如上所述改良潔淨溶液之組合，以在少於2分鐘之內潔淨晶圓。此應用係例示於如第8圖所示之流程圖。在第一步驟800中，將晶圓放置在單晶圓潔淨工具中。將需要潔淨之基片或晶圓面朝上夾持在晶圓支撐件609上。其次，晶圓經過HF步驟810。在HF步驟810時，晶圓係以介於10與2,000 rpm之間，且較佳為介於10與1,000 rpm之間的速率自旋，同時稀HF係經由噴嘴614供給且噴灑在晶圓608之頂面，以在晶圓608之整個正面形成HF溶液塗膜622。HF溶液之濃度可為5至1,000份之水對1份之HF之範圍。HF溶液較佳為由50份之去離子水對1份之HF所組成。稀釋於HF溶液中之HF係典型地購自製造廠商，並具有HF對水以重量計為49%者。將晶圓暴露於HF溶液歷時20至50秒鐘，且較佳為30秒鐘。晶圓係暴露HF溶液歷經足以蝕刻犧性氧化物(典型為約50至200)或自生氧化物(典型為約10)的時間。將HF供給至晶圓頂面之同時，水或HF係經由流道616而供給並充滿介於晶圓608之背面側與面板602之間的間隙，以潔淨晶圓之背面側。在此，其他溶液也可使用於晶圓之背面側。除了HF(氫氟酸)以外，也可使用BHF(緩衝氫氟酸)。除此之外，若需要的話，在HF步驟時，可對轉能器604施加電壓，以輸送超高音波通過面板602、通過充滿水之間隙618、通過晶圓608且進入塗膜622。
在介於20與50秒鐘之間後，停止HF流，且將晶圓暴露於去離子水沖洗步驟，如上所述之步驟820。在去離子水沖洗步驟820時，去離子水係經由噴嘴614而供給，同時晶圓608係以介於10與1,000 rpm之間的速率自轉，且轉能器604係視需要而驅動以沖洗晶圓608。沖洗溫度典型為約介於19℃與23℃之間，且可加以加熱。在水沖洗步驟820時，晶圓608之背面側也可藉由去離子水流入間隙618來加以沖洗。
沖洗用之去離子水在經由噴嘴614供給之前，可先藉由將氧氣(O2 )或臭氧(O3 )氣體溶解入沖洗水中而將其加以氧化或臭氧化。此可藉由使用如上所述之文氏管裝置(第6d圖)或使用如上所述之膜裝置(第7a圖)來達成。溶解之氧氣(O2 )或臭氧(O3 )添加至沖洗液之濃度為大於1 ppm以用作為氧化劑。另一可行的是可將過氧化氫(H2 O2 )添加至沖洗液之濃度為大於100 ppm以用作為氧化劑。無論是使用何種氧化劑，其應該具有足以將溶液中大部份的貴金屬氧化之氧化電位。具有標準還原電位為0.3 V之銅(Cu2 ＋ )通常是存在最多的貴金屬。因此，吾所欲為標準還原電位為大於0.5 V。氧氣(O2 )或臭氧(O3 )可將金屬離子溶劑化，且藉由氧化在溶液中之金屬離子以防止沉澱。此將可藉由使得沖洗更有效，而藉此有助於減少加工時間。使用臭氧或氧氣也是有效率且具有成本經濟效益。在本發明之一具體實例中，在將氧氣(O2 )或臭氧(O3 )溶解入沖洗水之前，去離子沖洗水係先加以除氣。
臭氧化水係可藉由將臭氧(O3 )溶解入經除氣之水或去離子水來形成。臭氧係在使用之位置藉由將氧氣通過兩片放電板所產生。一放電板係以絕緣體覆蓋，且將交流電施加到放電板。交流電係在板之間產生小放電，使通過板之氧氣形成臭氧。溶解臭氧之較佳的濃度是介於1 ppm與200 ppm之間，且最佳為介於2 ppm與20 ppm之間。另一可行方法是沖洗水係以氣體加以飽和。氧化水係藉由將氧氣或空氣溶解入經除氧氣之水或去離子水所形成。除此之外，在單晶圓潔淨製程中，在沖洗晶圓時，雖然較佳為使用臭氧化或氧化之去離子水，若需要的話，吾也可在批次型工具之浸漬沖洗槽浴中使用臭氧化或氧化去離子水。
在本發明之一具體實例中，在將沖洗液(rinse)供給通過噴嘴114之前，其也可具有二氧化碳(CO2 )溶解入其中，以散逸在沖洗水中所積聚的靜電。在沖洗水中積聚靜電係由於晶圓在介於10與1,000 rpm之間旋轉的緣故。不含溶解之二氧化碳(CO2 )之去離子水是具有電阻性，但是含有溶解二氧化碳(CO2 )之去離子水是具有導電性。二氧化碳(CO2 )也可使得沖洗水更酸性，因此可減少任何金屬污染。二氧化碳(CO2 )係可使用類似於如第7a圖所示之接觸器裝置700溶解入沖洗水中。接觸器裝置700係包括導管或是數個由堆疊膜780所形成的導管710，如第7b圖所示。二氧化碳(CO2 )氣體720係供給至由堆疊膜780所形成的導管710。接觸器裝置700亦包括：介於導管710之間具有去離子水650流動的隔開區域730。以此方式，可達成具有二氧化碳(CO2 )氣體和去離子水之大表面積。在接觸器700中之堆疊膜780是一種含有多孔聚合膜750和固體且非常薄之氟聚合物片(膜)740(例如PFA片)之組合，如第7b圖所示之斷面圖。薄且固體之膜740可防止在二氧化碳(CO2 )氣體中之雜質溶解入液體中。較厚之多孔膜750作用如同薄之薄膜740之支撐體。較厚之多孔膜750具有約0.5 μ m等級之孔隙760。適當的接觸器裝置700之實例是Infuzor(Pall公司，美國紐約州Port Washington市製造)。高分子膜740和750為液體不可滲透，但是對於氣體是可滲透的。堆疊膜780是用以防止在二氧化碳(CO2 )中之雜質最後存在於沖洗水中。二氧化碳(CO2 )係典型地含有有機雜質，因為其係石油工業之副產物。第一膜740是一種可允許至少二氧化碳(CO2 )擴散通過，但是並不允許任何有機雜質擴散通過之非常薄的膜。在本發明之一具體實例中，如第7c圖所示，去離子沖洗水650將沿著厚膜750流動，二氧化碳(CO2 )氣體720將沿著薄膜740流動。二氧化碳(CO2 )氣體795(脫除任何雜質)係擴散通過堆疊膜780且溶解入去離子沖洗水650。在本發明之一具體實例中，二氧化碳(CO2 )溶解入去離子水之數量係足以散逸靜電。在本發明之一具體實例中，溶解入去離子水之二氧化碳(CO2 )的數量係足以將去離子水之電阻率減少為少於5 Megaohm．cm。二氧化碳(CO2 )也可藉由使用如上所述之文氏管溶解入沖洗水中。
沖洗液也可含有異丙醇(IPA)、或任何其他具有表面張力為低於水者之液體添加入其中。IPA藉由使得沖洗液在晶圓表面全面散開，因此可更快速地移除化學藥劑來輔助。IPA也可有助於在晶圓自旋時旋轉脫除沖洗液。另一可行方法是在沖洗之同時，也可藉由第二分開的噴嘴將IPA蒸氣吹在晶圓正面側，以協助沖洗。去離子水沖洗步驟係用於移除來自蝕刻和/或潔淨步驟之化學藥劑，且以純去離子水取代此等化學藥劑。從晶圓移除化學藥劑係經由對流和擴散之組合來達成。較接近晶圓表面之化學藥劑係僅藉由擴散，以沖洗去離子水來加以移除。接近晶圓表面之化學藥劑的擴散速率係視界面層厚度而定。界面層厚度可藉由晶圓在高轉速下自旋使其變小。在本發明之一具體實例中，IPA蒸氣係加以引導至晶圓表面。此IPA蒸氣可減少界面層且將殘留化學藥劑和去離子水推離表面。此是一種縮短沖洗非常有效率的方式。除此之外，若需要的話，在步驟820中沖洗晶圓之同時，可施加超高音波能。
在足以移除所有的HF之沖洗且停止蝕刻氧化物表面(通常為介於10與50秒鐘之間，且較佳為約20秒鐘)之後，將去離子水流停止。沖洗步驟是有效率的，因為藉由晶圓之自旋所產生的離心力係有助於快速地移除沖洗液。
其次，如上所述在步驟830中，晶圓係使用本發明之潔淨溶液加以潔淨。在化學藥劑潔淨步驟830中，其係將包含氫氧化銨(NH4 OH)、過氧化氫(H2 O2 )、水(H2 O)、螯合劑(例如如上所揭示者)、及界面活性劑(例如如上所揭示者)的本發明之潔淨溶液係藉由噴嘴614噴灑在晶圓608之頂面。在一具體實例中，潔淨溶液之溫度為介於40與85℃之間。在此時，晶圓之背面側也使用潔淨溶液、或也可使用其他溶液例如去離子水加以潔淨。當將潔淨溶液噴灑在晶圓608上之同時，晶圓608係以介於10與200 rpm之間的速率自轉，以在晶圓608之頂面上形成潔淨溶液之薄塗膜622。晶圓608係暴露於潔淨溶液歷時介於30與60秒鐘之間，且較佳為少於90秒鐘之時間。當本發明之潔淨溶液在晶圓608上流動之同時，轉能器604產生聲波。轉能器604產生會移動通過面板602、通過充滿液體之間隙618、及通過晶圓608，且進入在晶圓608上之潔淨溶液塗膜622，以強化晶圓608之潔淨。應了解超高音波進入充滿水之間隙618也可有助於潔淨晶圓608之背面側。
在本發明之一具體實例中，潔淨溶液和超高音波之組合將可顯著地移除微粒和金屬污染物。在此具體實例中，晶圓係暴露於潔淨溶液歷時約30秒鐘，且係對晶圓施加超高音波。在潔淨步驟之前，晶圓係具有1,000個以上之各粒徑為大於0.1微米的污染物微粒。在此具體實例之潔淨步驟之後，晶圓之表面係具有50個以下之各粒徑為大於0.1微米的污染物微粒。在此具體實例中，在潔淨步驟之前，晶圓表面係可從具有多於1×101 1 個金屬原子/cm2 開始；在潔淨步驟之後，在晶圓之表面係以具有少於1×101 0 個金屬原子/cm2 結束(鋁原子除外)。
在本發明之潔淨製程的具體實例中，在潔淨溶液經由導管626供給之同時，氫氣(H2 )係溶解入潔淨溶液中。氫氣(H2 )溶解入潔淨溶液係用於對晶圓608上之潔淨溶液塗膜622以提供產生氣泡(cavitation)(氣泡化)。對本發明之潔淨溶液提供產生氣泡可強化晶圓608之頂面的潔淨。雖然氫氣(H2 )是較佳的氣體，但是也可使用其他適當的產生氣泡氣體例如氮氣(N2 )、氦氣(He)、氬氣(Ar)、或氧氣(O2 )。將氣體溶解入潔淨溶液係可加速使用聲波或音波以強化潔淨之潔淨製程。將氣體分子溶解入潔淨溶液，藉由改善潔淨溶液之產生氣泡行為係可使得聲波強化更有效率。在本發明中，介於0.01與20 mg/l之間的氫氣(H2 )，且最佳為約0.1與5 mg/l之間的氫氣(H2 )係溶解入潔淨溶液中。另一可行方法是可將介於1與20 mg/l之間的氧氣(O2 )溶解入潔淨溶液中。
晶圓608在步驟830中充分的潔淨之後，將本發明之潔淨溶液流動停止，且在沖洗步驟840中，將晶圓以去離子水再沖洗一次。氧氣(O2 )或臭氧(O3 )溶解入沖洗液係可特別地確保在沖洗步驟時移除所有的螯合劑和界面活性劑。可將氧氣(O2 )或臭氧(O3 )、及過氧化氫(H2 O2 )添加至如上所述之沖洗液以用作為氧化劑。也可將二氧化碳和異丙醇(IPA)溶解入如上所述之此沖洗液中。在此時，晶圓608之背面側也可藉由將去離子水(DiH2 O)流入間隙618來加以沖洗。將晶圓加以沖洗歷時約20秒鐘以上。在潔淨溶液後之沖洗步驟係意謂用以從晶圓表面移除所有的化學藥劑，亦即，氫氧化銨、過氧化氫、螯合劑和界面活性劑。
其次，在步驟850中，將晶圓加以乾燥。然後，晶圓係藉由在介於100與6,000 rpm之間，較佳為約3,000 rpm之非常高轉速下自旋歷時約20秒鐘，且藉由使用空氣流圍繞晶圓以乾燥晶圓。若需要的話，也可將氮氣(N2 )和/或異丙醇(IPA)蒸氣吹在晶圓上以協助乾燥晶圓。在乾燥步驟時，典型的晶圓之轉速為大於在沖洗步驟時晶圓之轉速。然後，在乾燥後，將晶圓從單晶圓潔淨工具中移除。如上所述本發明之製程係能在少於3分鐘，且較佳為少於2分鐘之內達成包括：HF蝕刻、沖洗、化學藥劑潔淨、沖洗和乾燥等之全部潔淨循環，如第1b圖所示。然後，將潔淨晶圓進行高溫熱製程步驟，典型為高於400℃，例如(但是並不受限於此等)閘極氧化步驟、化學氣相沉積(CVD)步驟、或退火步驟。
〔具體實例2〕
本發明之第二具體實例，如第9圖之流程圖形態所示，係一種能使得晶圓表面具有疏水性之製程。並非如第8圖所示實施HF步驟然後化學藥劑潔淨步驟，此製程係將潔淨步驟放置在HF步驟之前。在潔淨步驟之後實施HF步驟會在潔淨製程之末期使得晶圓表面具有疏水性。與第8圖相關的如上所述全部相同的細節係可應用到此製程。首先將晶圓藉由晶圓面朝上夾持在晶圓支撐件609以放置入單晶圓潔淨工具中(步驟900)。然後，如上所述將晶圓自旋。然後，在化學藥劑潔淨步驟910中，將本發明之潔淨溶液(視需要含有產生氣泡氣體)經由噴嘴614而供給至晶圓608之頂面。其次，在步驟920中，晶圓係以視需要含有如上所述氧化劑和/或二氧化碳(CO2 )之沖洗液加以沖洗。在沖洗時，也可施加超高音波。一旦加以沖洗後，在HF步驟930中，係將HF溶液分配在晶圓上。此溶液將從純矽表面1010剝離二氧化矽層1000(第10a圖)。在HF步驟930之後，純矽表面1010如第10b圖所示。由於氫和氟末端基1020的緣故，在第10b圖之矽表面1010是疏水性。在HF步驟930之後，視需要可具有沖洗步驟940。若在潔淨製程之後，欲能達成鈷濺鍍或閘極氧化，則疏水性表面是有用的。在最後濕潤步驟(HF步驟930或沖洗步驟940，兩者之一)之後，在乾燥步驟950中，以如上所述方式將晶圓乾燥。然後，將晶圓從單晶圓潔淨工具移除，且在另一單晶圓工具例如鈷沉積室或閘極氧化室中加工。
〔具體實例3〕
在本發明之第三具體實例中，如第11圖之流程圖所示，其係使用單晶圓潔淨工具在晶圓之氧氣(O2 )灰化之後以移除光阻劑。大部份的氧氣(O2 )電漿(plasma)灰化步驟是以單晶圓模式來進行，因此在氧氣(O2 )電漿灰化步驟後，使用單晶圓潔淨工具方法是非常有用的，而非批次潔淨方法。如上所述全部相同的細節可應用到此製程之各相關步驟。與本發明所揭示之其他製程相比較，在此製程之最顯著的差異是無HF步驟。其並無HF步驟係因為在後續的加工中，在晶圓上之氧化物表面係需要的。在此應用中，在氧氣(O2 )灰化步驟1100之後，係將在矽表面具有外部氧化膜之晶圓面朝上如上所述放置在單晶圓潔淨工具中，且晶圓係加以自旋。其次，在化學藥劑潔淨步驟1110中，晶圓係以如上所述本發明之潔淨溶液加以潔淨。也可對晶圓施加超高音波以輔助晶圓之潔淨。在潔淨溶液分配之前，可視需要而具有產生氣泡氣體溶解入其中。然後在步驟1110中，當晶圓旋轉時，將潔淨溶液分配在晶圓上。潔淨溶液移除灰化步驟所遺留的灰份殘留物，及從晶圓表面移除灰化步驟並未移除之大部份金屬和氯。在此具體實例中，潔淨步驟可能會超過30秒鐘。雖然消除HF步驟，潔淨步驟1110可能較久，但是整體潔淨製程仍可在2分鐘之內達成。在潔淨步驟之後，在步驟1120中，晶圓係以如上所述視需要含有氧化劑和/或二氧化碳(CO2 )之沖洗溶液加以沖洗。其次，在步驟1130中，晶圓係藉由如上所述在高速自旋而加以乾燥。在此潔淨製程之後，氧化層係遺留在晶圓表面，其係可適用於晶圓之矽需要加以保護，例如離子佈植等應用。
〔具體實例4〕
在本發明之第四具體實例中，單晶圓潔淨工具係用以從晶圓表面移除所有的鋁和鐵污染。本發明之具體實例是如第12圖之流程圖所示。此具體實例係使用非常短HF步驟，其係僅蝕刻出約0.5至5之在晶圓矽表面的熱氧化物。此快速蝕刻與潔淨步驟組合併用將可在約30至40秒鐘之內，快速地從晶圓表面移除所有的鋁和鐵污染、及任何其他污染物。若無短HF步驟，單獨使用潔淨溶液將需要約10分鐘以移除所有的鋁和鐵。在晶圓置放於離子佈植機或蝕刻室之後，晶圓可能會受到約2×101 1 atoms/cm2 之鋁離子的污染。本潔淨應用將可減少該鋁和鐵之濃度成為約1至5×101 0 atoms/cm2 。在如第12圖所示具體實例中，短HF步驟1230係緊接在潔淨步驟1240之前，且介於HF步驟1230與潔淨步驟1240之間並無沖洗步驟。
在用以從晶圓表面移除所有的鋁污染之此具體實例中，在例如離子佈植室或蝕刻室中，受到鋁和鐵污染之晶圓係在步驟1200放置入單晶圓潔淨工具中。在此時，如第13a圖所示，在矽晶圓1310表面具有薄氧化層1300。當晶圓一旦裝入單晶圓潔淨工具中，其係加以自旋且視需要加以沖洗。在步驟1210中，該視需要之沖洗液係可視需要含有如上所述之氧化劑和/或二氧化碳(CO2 )。在此視需要之沖洗時，也可施加超高音波。在步驟1230中，若並未使用初期沖洗，則晶圓在裝入單晶圓機後係加以自旋，且將HF分配在自旋之晶圓歷時5秒鐘以下，且較佳為歷時2至3秒鐘。若係使用初期沖洗時，則係將HF分配在自旋之晶圓頂面之沖洗水的頂部上歷時2至3秒鐘。然後，在步驟1240中，將本發明之潔淨溶液立即分配在晶圓頂面之HF溶液的頂部，以產生經HF覆蓋之晶圓。該潔淨溶液係由一種含有氫氧化銨、過氧化氫於水中、及所添加之螯合劑的混合物。除此之外，如上所述也可添加入界面活性劑。潔淨溶液快速地中和HF溶液且停止蝕刻。因為潔淨溶液快速地中和HF溶液，在步驟1240之潔淨步驟後，氧化膜1300僅稍微蝕刻，且殘留如第13b圖所示僅0.05至5之較薄的氧化物1320。因為快速中和及消除沖洗步驟，則HF步驟緊接著潔淨步驟係可提高HF蝕刻猝止之效率。在將潔淨溶液分配在晶圓上之前，也可視需要將產生氣泡氣體溶解入其中。在潔淨步驟1240之後，晶圓係在步驟1250中如上所述而加以沖洗。在將晶圓充分地加以沖洗後，其係在乾燥步驟1260中，藉由晶圓在如上所述之高速下自旋加以乾燥。然後，將晶圓從室移出，且在單晶圓爐中實施熱處理。當使用單晶圓爐時，其對於使用單晶圓潔淨方法是非常有用的，而非批次潔淨方法。熱處理係典型地在超過400℃之溫度下實施。熱處理可為退火、化學氣相沉積(CVD)、或氧化。在任何熱處理步驟之前，必須將所有的金屬從晶圓表面移除，否則在熱處理時金屬會嵌埋入晶圓中。
應了解到雖然本發明之潔淨製程最佳為在如第6a圖所示之設備600中實施，本發明之潔淨製程也可使用其他潔淨設備。例如，聲波能並不需要從晶圓之底部施加，但是也可施加到正面側。除此之外，聲波裝置並不需要覆蓋晶圓608之整個表面區域，但是若需要的話可僅覆蓋一部份。另外，聲波能可直接施加到噴嘴614，使得噴嘴614所含有的微滴係含有聲波。事實上，在潔淨時吾所欲之聲波能並不需要。類似於此，本發明之潔淨溶液並不需要噴灑在晶圓之頂面，但是也可藉由定流之液體分配在晶圓上。再者，也可將潔淨溶液同時供應至晶圓之正面和晶圓之背面側及其邊緣。根據本發明，雖然一種包含NH4 OH、H2 O2 、H2 O、螯合劑和界面活性劑之溶液係可理想地適用於單晶圓潔淨製程，其係也可使用於批次型潔淨製程之浸漬浴中，且提供改良之潔淨。應了解到所揭示本發明之具體實例係僅用於例示本發明，任何一般的熟習此技藝者對本發明之較佳的具體實例之各種修改和變化是並未脫離本發明之精義或範圍。
在另一具體實例中，該單晶圓潔淨工具600係可用於潔淨回收晶圓，以提高回收晶圓之等級及可用的回收晶圓之整體產率。回收晶圓係用作為監測或測試晶圓之半導體晶圓。此等晶圓可加以回收之後用於其他用途。在此具體實例中，回收半導體晶圓係首先藉由批次製程加以潔淨，接著藉由如第6a圖所示單晶圓潔淨工具600之潔淨。在批次潔淨之前，例如測試層之任何薄膜係藉由以化學藥劑從晶圓剝離薄膜而從回收晶圓加以移除。測試層可包括金屬類例如銅或鋁、及介電質材料例如二氧化矽或各種低k(介電常數)之介電質材料。然後，將回收晶圓以化學機械式研磨移除任何薄膜之殘留部份，且將回收晶圓之表面平坦化。批次製程係用以在化學機械式研磨移除測試層後，將大部份的殘留污染物和大微粒從純半導體表面移除。在藉由批次製程加以潔淨後，殘留在回收晶圓表面之污染物和微粒可能是來自化學機械研磨製程、來自研磨液、研磨墊之殘留物、或來自無塵室空氣之污染物。批次潔淨製程可在類別100或類別10之無塵室內實施。在回收晶圓之批次製程潔淨之後，晶圓可藉由馬蘭葛尼(Marangoni)乾燥法或藉由自旋乾燥法加以乾燥。然後，將回收晶圓個別放置在單晶圓潔淨工具600中，以將任何殘留污染物和微粒自其表面移除。在單晶圓潔淨工具600中之回收晶圓可藉由去離子水、或藉由含有各種化學藥劑之潔淨溶液、或藉由去離子水和/或潔淨溶液之組合來加以潔淨。用於潔淨在單晶圓潔淨工具內之回收晶圓的潔淨溶液可視所使用的批次潔淨製程來加以選擇，如下所述者。在單晶圓潔淨工具600內，在進行潔淨製程時，可對回收晶圓施加超高音波能。在單晶圓潔淨工具600內，在進行潔淨製程時，也可對回收晶圓施加電位，以輔助移除具有直徑為65奈米以下之非常小微粒。
在一具體實例中，如第14圖所例示者，回收晶圓係藉由一種包括下列階段之製程加以潔淨：在化學機械研磨後，在階段1401中之回收晶圓的批次預先潔淨、在階段1402中之回收晶圓的批次最終潔淨、及在階段1403中的在單晶圓潔淨工具內的潔淨。在此具體實例中，用於潔淨回收晶圓之批次製程係包括兩批次潔淨。在回收晶圓之化學機械研磨後所進行的批次預先潔淨製程係典型地可包括一系列之步驟：浸沒於含有SC1潔淨溶液之浴中；將SC1溶液傾卸出之快速傾卸沖洗(QDR)；浸沒於含有SC2潔淨溶液之浴中，接著是快速傾卸沖洗；最終去離子水沖洗；及乾燥步驟。快速傾卸沖洗之另一選擇為使用去離子水之溢流沖洗(OFR)。批次製程可將回收晶圓彼等側垂直配列成行方式來實施。回收晶圓可加以排列在用於批次潔淨之馬蘭葛尼設備內。乾燥步驟可為回收晶圓之自旋－乾燥、或馬蘭葛尼乾燥。在批次預先潔淨後之批次最終潔淨是類似於批次預先潔淨。在最終批次潔淨中之典型的一系列步驟係包括：將回收晶圓浸沒於SC1潔淨溶液中，以移除有機物質和微粒；沖洗回收晶圓；將回收晶圓浸沒於SC2溶液中，以移除離子性和重金屬污染物；沖洗；及乾燥步驟。批次預先潔淨和批次最終潔淨之變化可包括：更多的SC1潔淨步驟，連同更多的沖洗步驟。在另一種變化中，在SC1潔淨步驟之前可為使用稀氫氟酸於去離子水中之沖洗。批次潔淨浴槽之溫度可加以變化。在一具體實例中，在SC1潔淨或SC2潔淨時之浴槽溫度可為約50℃至70℃，且可將晶圓浸漬於浴槽中歷時約7分鐘至15分鐘。在批次潔淨之前，使用包括批次預先潔淨製程和批次最終潔淨製程兩者可移除來自測試薄膜和化學機械研磨步驟之大部份的污染物和殘留物。然而，其可能具有來自化學機械研磨步驟及來自批次潔淨浴之內的交差污染而殘留在回收晶圓上之殘留物。然後，將回收晶圓在單晶圓潔淨工具600中加以潔淨，以移除最後的微粒和污染物。在此具體實例中，在將回收晶圓放置入單晶圓潔淨工具600內之前，係實施包括批次預先潔淨和批次最終潔淨兩者，在單晶圓潔淨工具600中之該回收晶圓可藉由熱去離子水作為潔淨溶液而加以潔淨。熱去離子水可具有溫度為約室溫至90℃之範圍，且更佳為約50℃至80℃之範圍。使用熱去離子水來潔淨回收晶圓是具有價值的，因為其係相對便宜且容易處理。另一可行方法是潔淨溶液可為NH4 OH、H2 O2 和H2 O。此潔淨溶液也可含有例如上述之螯合劑、或界面活性劑。具體而言，螯合劑可為伸乙二胺二鄰羥基苯基醋酸(EDDHA)。潔淨溶液也可包含添加劑以干擾微粒保持在晶圓表面之電力、或侵蝕性添加劑以使得介於微粒與回收晶圓之間的界面崩解。可用於此目的之添加劑係包括非離子性界面活性劑例如如上所揭示者。非離子性界面活性劑之實例是Brij78(ICI公司製造)。介於晶圓之背面側與聲波能板之間的空間係以去離子水加以充滿，且晶圓旋轉速率可為約5 rpm至50 rpm之範圍。將潔淨溶液分配在晶圓上，直到晶圓之整個表面係以潔淨溶液加以塗覆為止。然後，將聲波能經由去離子水施加到回收晶圓之背面側歷時為約20秒鐘至50秒鐘之範圍。也可對晶圓施加高功率例如1,000 W之聲波能，因為回收晶圓之表面並不具有任何可能會被聲波能損壞之表面的結構。
在一具體實例中，在單晶圓潔淨工具600中進行潔淨晶圓之同時，也可對晶圓施加電位。此具體實例係藉由如第15圖所示流程圖加以例示。在此具體實例中，在階段1501中係將晶圓放置於單晶圓潔淨工具，在階段1502中係將潔淨溶液分配在晶圓上，且在階段1503中係當潔淨溶液在晶圓上之同時，對回收晶圓施加電位。當晶圓在單晶圓潔淨工具內進行潔淨之同時，對晶圓施加電位係可與晶圓在單晶圓潔淨工具內之任何類型的潔淨製程組合併用，以強化從晶圓表面移除非常小微粒。在一具體實例中，對回收晶圓施加電位之同時，也對晶圓施加聲波能。對晶圓施加電位可移除直徑為65奈米以下之非常小微粒。單獨使用聲波能可能不足以移除此等非常小微粒，因為在液體潔淨溶液中對此等小微粒所產生的力可能並沒有大到足以將微粒移離表面，並克服介於表面與微粒之間的電性吸引力。電位可為包括正和負電荷兩者之脈衝，以從回收晶圓之表面移除任何帶電微粒。在一具體實例中，電位係可以正弦波或矩形波(脈衝)來施加。在負與正之間的電位變化可為－5 V與＋5 V之範圍，且更佳為約－1 V與＋1 V之範圍。在一使用矩形波(脈衝)之具體實例中，該脈衝可為每脈衝為約1秒鐘之低頻率。對回收晶圓可施加電位歷時約10秒鐘與20秒鐘之間。對回收晶圓施加電位與一種包含用於干擾微粒對晶圓表面之保持力的添加劑之潔淨溶液組合併用係可進一步輔助移除直徑為65奈米以下之微粒。也可將用於侵蝕介於微粒與晶圓之間的界面之侵蝕性添加劑添加到潔淨溶液中，特別是與對晶圓施加電位組合併用，以增進移除非常小微粒。在對晶圓施加聲波能之後，潔淨溶液係藉由在高旋轉速率(例如1,000 rpm)下進行旋轉而脫除溶液，因而將其從晶圓表面加以移除。
在另一具體實例中，回收晶圓在單晶圓潔淨工具中潔淨回收晶圓之前，可僅以單批次潔淨加以潔淨。此用於潔淨回收晶圓之製程程序係如第16圖所例示者。在單晶圓潔淨工具600中潔淨回收晶圓之前，因為係使用僅一批次預先潔淨製程，整體製程需要較少的時間。在階段1601中，係使用批次預先潔淨以潔淨回收晶圓。在此具體實例中，如上所述之批次預先潔淨也可用於潔淨在化學藥劑剝離和化學機械研磨步驟之後的回收晶圓。例如，批次預先潔淨可包括：SC1浴之步驟、以水快速傾卸沖洗、SC2浴、快速傾卸沖洗、以去離子水最終沖洗、及乾燥步驟。然後，在階段1602中，回收晶圓是在單晶圓潔淨工具內加以潔淨。潔淨溶液是在單晶圓潔淨工具內分配在晶圓上。在此具體實例中，潔淨溶液必須為一種具有足以移除在單批次預先潔淨後可能存在於回收晶圓上之污染物和殘留物的能力之潔淨溶液。可用於潔淨在單晶圓潔淨工具內之回收晶圓的潔淨溶液係包括SC1、接著是SC2。另一可行方法是潔淨溶液可為短HF沖洗以輕微地蝕刻表面且從表面移除微粒，接著是一種如上所述之含有NH4 OH、H2 O2 和H2 O的溶液。該NH4 OH、H2 O2 和H2 O潔淨溶液也可包含添加劑，以干擾將微粒保持在晶圓表面之電力，且也可包含侵蝕性添加劑，以使得介於微粒與回收晶圓表面之間的界面崩解。此等潔淨溶液可與對回收晶圓表面施加聲波能或電位組合併用。任何此等潔淨溶液之後，接著可為水沖洗，且將回收晶圓藉由自旋－乾燥法加以乾燥。
使用單晶圓潔淨工具組合併用批次潔淨製程係可提高高級回收晶圓之產率，此係因為來自回收晶圓之污染物和殘留物之移除獲得改善。藉由將單晶圓潔淨工具整合入潔淨製程，也可使得用於潔淨回收晶圓之整體製程變得更有效率。藉此，本申請人之潔淨溶液和潔淨方法之範圍係可藉由如下所附屬的申請專利範圍來加以判定。
因此，一種用於單晶圓潔淨製程之新潁的潔淨方法和溶液已加以揭示於本文中。
500．．．微粒
510．．．晶圓表面
520．．．界面活性劑
600．．．設備(或單晶圓潔淨工具)
601．．．密封室
602．．．面板
604．．．(聲波或音波)轉能器
606．．．環氧樹脂
608．．．基片或晶圓
609．．．晶圓支撐件
610．．．夾子
614．．．噴嘴
616．．．流道
618．．．間隙
620．．．噴霧
622．．．塗膜
624．．．槽
626．．．導管
628．．．文氏管(Venturi)
630．．．槽
640．．．導管
650．．．潔淨溶液；流體流；去離子水
700．．．接觸器裝置
710．．．膜導管
720．．．氣體
730．．．區域
740．．．(薄)膜
750．．．(厚)膜
760．．．孔隙
780．．．堆疊膜
795．．．二氧化碳(CO2 )氣體
800．．．將晶圓放置入單晶圓潔淨工具中
810．．．氫氟酸(HF)步驟
820．．．沖洗步驟
830．．．具有聲波能之化學藥劑潔淨步驟
840．．．沖洗步驟
850．．．乾燥步驟
900．．．將晶圓放置入單晶圓潔淨工具中
910．．．化學藥劑潔淨步驟
920．．．沖洗步驟
930．．．氫氟酸(HF)步驟
940．．．沖洗步驟(視需要選用)
950．．．乾燥步驟
1000．．．二氧化矽層
1010．．．(純)矽表面
1020．．．氫和氟末端基
1100．．．氧氣灰化步驟
1110．．．化學藥劑潔淨步驟
1120．．．沖洗步驟
1130．．．乾燥步驟
1200．．．將晶圓放置入單晶圓潔淨工具中
1210．．．沖洗步驟(視需要選用)
1230．．．氫氟酸(HF)步驟
1240．．．化學藥劑潔淨步驟
1250．．．沖洗步驟
1260．．．乾燥步驟
1300．．．氧化層(或膜)
1310．．．矽晶圓
1320．．．氧化物
1401．．．回收晶圓之批次預先潔淨
1402．．．回收晶圓之批次最終潔淨
1403．．．在單晶圓潔淨工具中潔淨回收晶圓
1501．．．將晶圓放置入單晶圓潔淨工具中
1502．．．將潔淨溶液分配在晶圓上
1503．．．當潔淨溶液在晶圓上之同時，對晶圓施加電位
1601．．．回收晶圓之批次預先潔淨
1602．．．在單晶圓潔淨工具中潔淨回收晶圓
第1a圖係展示一種傳統慣用的用於氧化物蝕刻和親水性潔淨之HF－SC1－SC2濕式潔淨工作台程序(RCA潔淨方法)之時間線(time－line)圖。
第1b圖係展示一種本發明之在單晶圓潔淨工具中用於氧化物蝕刻和親水性潔淨的潔淨製程之時間線圖。
第2a圖係一種泛用螯合劑之結構。
第2b圖係一種泛用螯合劑之結構，其係在配位基部位具有結合之金屬離子。
第3a至3d圖係特定的螯合劑之結構，其係特別適用於本發明。
第4a圖係例示一種具有氫氧化物終端之二氧化矽膜。
第4b圖係例示一種具有金屬離子終端之二氧化矽膜。
第5圖係例示在溶液中之界面活性劑附著在微粒上及在晶圓表面上。
第6a圖係例示一種單晶圓潔淨設備之橫斷面圖。
第6b圖係例示具有轉能器覆蓋整個表面區域之面板。
第6c圖係例示如第6b圖所示之具有轉能器覆蓋之面板係如何覆蓋將加以潔淨之晶圓的整個表面區域。
第6d圖係例示可使用於單晶圓潔淨設備之文氏管(Venturi)裝置的近視圖。
第7a圖係例示可使用於單晶圓潔淨設備之膜裝置。
第7b圖係例示可使用於如第7a圖所示膜裝置之改良膜的橫斷面圖。
第7c圖係例示經改良之膜如何發揮功能。
第8圖係展示用於單晶圓潔淨設備之HF蝕刻和潔淨製程的第一具體實例之流程圖。
第9圖係展示用於單晶圓潔淨設備之HF蝕刻和潔淨製程的第二具體實例之流程圖。
第10a圖係例示一種在HF蝕刻步驟之前，具有氧化層之矽晶圓。
第10b圖係例示一種在HF蝕刻步驟之後，具有疏水性矽表面之矽晶圓。
第11圖係展示在單晶圓潔淨設備中，在氧氣(O2 )灰化步驟之後的潔淨製程之流程圖。
第12圖係展示一種使用短HF蝕刻步驟的潔淨製程之流程圖。
第13a圖係例示在短HF蝕刻步驟之前，在矽晶圓上的二氧化矽膜層；且第13b圖係在短蝕刻步驟之後的矽晶圓。
第14和15圖係展示潔淨回收晶圓之具體實例之流程圖。
第16圖係展示一種包括對晶圓施加電位之潔淨晶圓方法之流程圖。
1401．．．回收晶圓之批次預先潔淨
1402．．．回收晶圓之批次最終潔淨
1403．．．在單晶圓潔淨工具中潔淨回收晶圓

Claims (20)

  1. 一種用於潔淨一回收半導體晶圓的方法，包括下列步驟：自一回收半導體晶圓剝離至少一薄膜；在剝離該至少一薄膜後，化學機械式研磨該回收半導體晶圓；藉由一批次製程潔淨複數個回收半導體晶圓之間的該回收半導體晶圓，其中該批次製程包含以一SC1浴及一SC2浴進行的一批次預先潔淨製程；在藉由該批次製程潔淨該回收半導體晶圓後，將該回收半導體晶圓置入一單晶圓潔淨工具內，該單晶圓潔淨工具包括一晶圓支撐件以支撐一單晶圓；以及在該單晶圓潔淨工具中潔淨該回收半導體晶圓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中藉由該批次製程潔淨該回收半導體晶圓之步驟包括一批次最終潔淨製程。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該回收半導體晶圓已被用作一監測晶圓或一測試晶圓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，進一步包括：使該回收半導體晶圓在該單晶圓潔淨工具中自旋。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中在該單晶圓潔淨工具中潔淨該回收半導體晶圓之步驟包括：對該晶圓施加超音波能之同時，對該晶圓施用一潔淨溶液。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該潔淨溶液包含去離子水，去離子水的溫度在室溫至90℃的範圍內。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該潔淨溶液進一步包含一添加劑，以干擾將微粒保持在該晶圓之表面上的電力。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中該潔淨溶液包含一HF沖洗液，接著是含有NH4 OH、H2 O2 、H2 O及一螯合劑之一溶液。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該螯合劑包含伸乙二胺二鄰羥基苯基醋酸(ethylenediaminediorthohydroxyphenylacetic acid；EDDHA)。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該潔淨溶液進一步包含一界面活性劑。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該潔淨溶液包含SC1和SC2。
  12. 一種用於潔淨一回收半導體晶圓的方法，包括下列步驟：藉由一批次製程潔淨複數個回收半導體晶圓之間的一回收半導體晶圓，其中該批次製程包含以一SC1浴及一SC2浴進行的一批次預先潔淨製程；在藉由該批次製程潔淨該回收半導體晶圓後，將該回收半導體晶圓置入一單晶圓潔淨工具內，該單晶圓潔淨工具包括一晶圓支撐件以支撐一單晶圓；在該單晶圓潔淨工具中潔淨該回收半導體晶圓；以及在該單晶圓潔淨工具中潔淨該回收半導體晶圓的同時，對該回收半導體晶圓施加一電位。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，進一步包括：使該回收半導體晶圓在該單晶圓潔淨工具中自旋。
  14. 一種潔淨一晶圓之方法，包括下列步驟：將一半導體晶圓放置入一單晶圓潔淨工具中之一晶圓支撐件上，該單晶圓潔淨工具包括一或多個轉能器位於該晶圓下方； 將一潔淨溶液分配在該晶圓上；當該潔淨溶液在該晶圓上的同時，對該晶圓施加一電位；以及在對該晶圓施加該電位的同時，由該一或多個轉能器對該晶圓施加聲波能。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之潔淨晶圓之方法，進一步包括：在將該晶圓放置入該單晶圓潔淨工具中之前，批次潔淨該晶圓。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之潔淨晶圓之方法，其中對該晶圓施加該電位之時間為約10秒鐘至20秒鐘之範圍。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之潔淨晶圓之方法，其中該晶圓係一回收晶圓。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之潔淨晶圓之方法，其中對該回收晶圓施加聲波能包含：施加約1,000 W或更高之功率的聲波能。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之潔淨晶圓之方法，其中該潔淨溶液進一步包含一添加劑，以干擾將微粒保持在該回收晶圓之表面上的電力。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之潔淨晶圓之方法，其中該潔淨溶液進一步包含一侵蝕性添加劑，以使得介於微粒與該回收晶圓之間的界面崩解。
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