TWI220060B - Cleaning method of semiconductor wafer - Google Patents

Description

1220060 7317twf.doc/006 A7 B7 五、發明說明（I ) 本發明是有關於一種半導體製程，且特別是有關於一 種半導體晶圓之淸洗方法。 在積體電路元件的製程中，最頻繁之製程步驟就是晶 圓洗淨。晶圓洗淨之目的乃是爲了去除附著於晶圓表面上 的有機化合物、金屬雜質或微粒(Particle)。而這些污染物 會對於產品後續製程的影響非常大。金屬雜質的污染會造 成p-n接面之漏電、縮減少數載子的生命期、降低閘極氧 化層之崩潰電壓。微粒之附著則會影響微影製程圖案轉移 之真實性，甚至造成電路結構之短路。因此，在晶圓淸洗 製程中，必須有效的去除附著於晶圓表面之有機化合物、 金屬雜質以及微粒(Particle)，同時在淸洗後晶圓表面必須 沒有原生氧化層，表面粗糙度要極小。 目前業界是採用RCA洗淨製程洗淨半導體晶圓。請 參照第1圖，其揭示習知RCA淸洗製程的基本步驟流程 圖。 步驟101 :進行以硫酸/過氧化氫混合溶液 (Sulfuric/Hydrogen Peroxide Mixture，SPM)淸洗晶圓，以去 除例如是殘留光阻或微粒等有機污染物。 步驟102 :進行快速淸洗（Quick-Dump Rinse，QDR)製 程，以大量去離子水淸洗晶圓，以去除殘留在晶圓表面之 SPM淸洗液。 步驟103 :進行SCI淸洗製程，使用SCI淸洗液 (NH4〇H/H2〇2/H2〇=：1 : 1 : 5)簡稱 APM，在溫度 75°C 至 85°C 之條件下淸洗晶圓，以去除附著於晶圓表面之有機化合 3 i紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]0 X 297公f ) -------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . i線· 1220060 7317twf.doc/006 A7 B7 五、發明說明（之） 物、微粒。 步驟104 :進行快速淸洗製程，以大量去離子水淸洗 晶圓，以去除殘留在晶圓表面之SCI淸洗液。 步驟105 :進行SC2淸洗製程，使用SC2淸洗液 (HC1/H2〇2/H2〇=1 : 1 : 6)簡稱 HPM，在溫度 75。(：至 8yc 之 條件下淸洗晶圓，以去除附著於晶圓表面之金屬雜質。 步驟106 :進行快速淸洗製程，以大量去離子水淸洗 晶圓，以去除殘留在晶圓表面之SC2淸洗液。 步驟 107 :進行稀氫氟酸（Dilute Hydrofluoric acid，DHF) 淸洗製程，使晶圓置入稀氫氟酸(HF/H20=1 : 99)溶液中， 以去除晶圓之原生氧化層(Native Oxide)。 步驟108 ··進行快速淸洗製程，利用大量去離子水淸 洗晶圓，去除晶圓上殘留的DHF。 步驟109 :進行洗滌製程，使晶圓置入最後水洗(Fmal Rinse，FR)槽，以使晶圓進一步淸洗乾淨。 步驟110 :進行乾燥製程，使晶圓置入於乾燥槽中進 行乾燥，例如是異丙醇(IPA)槽中，，以藉由異丙醇蒸氣將晶 圓的水份帶走，而達到乾燥的目的。 在上述的RCA製程中，在完成洗淨步驟101、步驟103、 步驟105後，都必須進行一快速淸洗步驟，以去離子水充 分的洗淨晶圓，以防止SPM淸洗液、SCI淸洗液或SC2淸 洗液殘留在晶圓表面。但是spM淸洗液之黏稠性很高， 很不容易去除，且殘留在晶圓表面之spM淸洗液容易在 空氣中反應而產生結晶。因此，爲了移除晶圓上所殘留之 -------------裝--------訂------I--線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4

1220060 3l7twf . doc/〇t)6 A7 B7 五、發明說明（>) SPM淸洗液，在後續之快速淸洗製程中需要花費大量之去 離子水才能完全洗淨晶圓上所殘留之SPM淸洗液。 因此，本發明之一目的爲提供一種半導體晶圓之淸洗 方法，於化學洗淨槽淸洗製程之後，快速淸洗製程之前， 先進行一酸驗中和步驟，使用不同低濃度之酸液或鹼液使 晶圓表面之酸鹼値成中性，減少快速淸洗製程之去離子水 用量，以降低成本，同時增進製程之效率。 根據本發明之上述目的，提出一種半導體晶圓之淸洗 方法，此方法係在化學洗淨槽中，利用化學淸洗液淸洗晶 圓後，使經洗淨後之晶圓置於充滿去離子水之洗淨槽中。 然後，加入一中和試劑於洗淨槽中，使晶圓表面之酸鹼値 趨近於中性。之後，進行快速淸洗製程，以去離子水淸洗 晶圓，去除殘留於晶圓表面之化學淸洗液。 本發明在進行化學洗淨槽淸洗製程之後，快速淸洗製 程之前，先在充滿去離子水的洗淨槽中加入可以中和晶圓 表面上之化學淸洗液的中和試劑，藉由酸鹼中和反應，使 晶圓表面之酸鹼度趨進於中性，可減少後續快速淸洗製程 之去離子水用量。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明： 弟1圖是習知RCA晶圓洗淨製程之基本步驟流程圖。 第2圖是本發明所揭示一種半導體晶圓之淸洗方法流 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 --線· 經齊邹智慧財4局員X-消費合作社印製 1220060 7317twf·doc/006 五、發明說明（午） 程圖。 圖式之標記說明： 1(Π、102、103、104、105、106、107、108、109、110、 201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、 212、213 :步驟 實施例 請參照第2圖，其揭示依照本發明一較佳實施例之半 導體晶圓之淸洗方法流程圖。依照下列之步驟進行晶圓之 洗淨： · 步驟201 :以酸性化學淸洗液淸洗晶圓，以去除附著 於晶圓表面之有機污染物。此酸性化學淸洗液例如是硫酸/ 過氧化氫（Sulfuric/Hydrogen Peroxide Mixture，SPM)混合溶 液。首先，提供一欲淸洗之晶圓，置於一化學淸洗槽，例 如是一硫酸/過氧化氫混合溶液(SPM)淸洗槽中。使SPM淸 洗液經管線傳輸至SPM化學淸洗槽內，以淸洗晶圓。淸 洗方式則包括使SPM淸洗液噴灑至晶圓表面進行沖刷洗 淨，或者是使晶圓浸於SPM淸洗液中進行淸洗。淸洗溫 度例如是120°C左右，淸洗時間爲10分鐘左右。 步驟202 :進行一酸鹼中和製程。使經過SPM淸洗液 淸洗過之晶圓，置入已充滿去離子水之洗淨槽中。接著， 經由管線加入一中和試劑至洗淨槽中，此中和試劑例如是 鹼性溶液。使鹼性溶液與晶圓表面所殘留之SPM淸洗液 產生酸鹼中和反應，而達到移除晶圓表面所殘留之SPM 淸洗液之效果。在此洗淨槽中，可裝置一 pH値測量計， 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------------裝--------訂·1111111· -^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1220060 7317twf·doc/006 A7 B7 五、發明說明（（） 用以測量洗淨槽內溶液之酸鹼値。藉由控制鹼性溶液注入 洗淨槽中之流量，使洗淨槽中之溶液趨近中性，同時需注 意加入於洗淨槽的中和試劑的濃度與流量應適當控制以防 止沈殿的產生。注入洗淨槽之驗性溶液例如是氨水或金屬 鹽類溶液。也可以使用回收後之SCI溶液，以減少成本。 步驟203 :進行快速淸洗製程，以去離子水淸洗晶圓， 去除殘留在晶圓表面之SPM淸洗液。使經酸鹼中和後之 晶圓置於一溢流槽中，並以去離子水淸洗。由於殘留於晶 圓表面之SPM淸洗液，經酸鹼中和後，大部分已經移除 了，因此在短時間內就達到洗淨晶圓之效果，進而可以 減少所使用之去離子水量。 步驟204 :以鹼性化學淸洗液淸洗晶圓，以去除附著 於晶圓表面之晶圓表面之有機化合物、微粒。此鹼性化學 淸洗液例如是SCI淸洗液，係爲氨水/過氧化氫/去離子水 之混合溶液。 使晶圓置於一 SCI化學淸洗槽中，使SCI淸洗液經管 線傳輸至SCI化學淸洗槽內，以淸洗晶圓。淸洗方式則包 括使SCI淸洗液噴灑至晶圓表面進行沖刷洗淨，或者是使 晶圓浸於SCI淸洗液中，並配合超音波振盪器對晶圓進行 淸洗。SCI淸洗液之重量比例如是NH40H/H202/H2〇=1 : 1 : 5，淸洗溫度爲75t至85°C左右，淸洗時間爲5分鐘左右。 步驟205 :進行一酸鹼中和製程。使經過SCI淸洗液 淸洗過之晶圓，置入已充滿去離子水之洗淨槽中。接著， 經由管線注入一中和試劑至洗淨槽中，此中和試劑例如是 7 本紙尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐 --------------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟邹智慧財產局員工消費合作社印製 言 矣·

1220060 73l7twf.doc/006 A7 B7 五、發明說明（石） 酸性溶液。使酸性溶液與晶圓表面所殘留之SCI淸洗液產 生酸鹼中和反應，達到移除晶圓表面所殘留之SCI淸洗液 之效果。在此洗淨槽中’可裝置一 pH値測量計，用以測 量洗淨槽內溶液之酸鹼値。藉由控制酸性溶液注入洗淨槽 中之流量，使洗淨槽中之溶液趨近中性’同時需注意加入 於洗淨槽的中和試劑的濃度與流量應適當控制以防止沈澱 的產生。注入洗淨槽之酸性溶液例如是氫氟酸、鹽酸、硫 酸溶液等。也可以使用回收後之DHF淸洗液、SC2淸洗液 以及SPM淸洗液，以減少成本。 步驟206:進行快速淸洗製程，以去離子水淸洗晶圓， 以去除殘留在晶圓表面之SCI淸洗液。使經酸鹼中和後之 晶圓置於一溢流槽中，並以去離子水淸洗。由於殘留於晶 圓表面之SCI清洗液，在經酸鹼中和後’大部分已經移除 了，因此可在短時間內就達到洗淨晶圓之效果，進而可以 減少所使用之去離子水量。 步驟207 :以酸性化學淸洗液淸洗晶圓，以去除附著 於晶圓表面之金屬微粒。此酸性化學淸洗液例如是SC2淸 洗液，係爲氫氯酸/過氧化氫/去離子水之混合溶液。 使晶圓置於一 SC2化學洗淨槽中，使SC2淸洗液經管 線傳輸至SC2化學淸洗槽內，用以對晶圓進行淸洗。淸洗 方式則包括使SC2淸洗液噴灑至晶圓表面進行沖刷洗淨， 或者是使晶圓浸於SC2淸洗液中進行淸洗。SC2淸洗液之 重量比例如是HC1/H2〇2/H2〇=1 : 1 : 6，淸洗溫度爲75°C至 85°C左右，淸洗時間爲5分鐘左右。 8 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 言

T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1220060 7317twf.doc/006 ^ B7 五、發明說明（/p 步驟208 :進行一酸鹼中和製程。使經過SC2淸洗液 淸洗過之晶圓，置入已充滿去離子水之洗淨槽中。接著， 經由管線注入一中和試劑至洗淨槽中，此中和試劑例如是 鹼性溶液。使鹼性溶液與晶圓表面所殘留之SC2淸洗液產 生酸鹼中和反應，達到移除晶圓表面所殘留之SC2淸洗液 之效果。在此洗淨槽中，可裝置一 pH値測量計，用以測 量洗淨槽內溶液之酸鹼値。藉由控制鹼性溶液注入洗淨槽 中之流量，使洗淨槽中之溶液趨近中性，同時需注意加入 於洗淨槽的中和試劑的濃度與流量應適當控制以防止沈澱 的產生。注入洗淨槽之鹼性溶液例如是氨水或金屬鹽類溶 液。也可以使用回收後之SCI溶液，以減少成本。 步驟209 :進彳了快速淸洗製程，以去離子水淸洗晶圓， 以去除殘留在晶圓表面之SC2淸洗液。使經酸鹼中和後之 晶圓置於一溢流槽中，並以去離子水淸洗。由於殘留於晶 圓表面之SC2淸洗液，在經酸鹼中和後，大部分已經移除 了，因此可在短時間內就達到洗淨晶圓之效果，進而可以 減少所使用之去離子水量。 步驟210 :進行DHF淸洗製程，使晶圓置入稀釋的氫 氟酸溶液（HF/H20=1 : 99)中，以去除晶圓之原生氧化層， 稀釋的氫氟酸溶液簡稱爲DHF，。 步驟211 :進行快速淸洗製程，將晶圓置於溢流槽中， 利用大量去離子水淸洗晶圓，去除晶圓上殘留的DHF溶 液。 步驟212 ··進行洗滌製程，使晶圓置入最後水洗(Final 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — —----------- (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 經齊郎智慧財產局員工消費合作社印製

1220060 7317twf.doc/006 五、發明說明（β )

Rmse，FR)，並配合超音波振盪器對晶圓進行淸洗，以使 晶圓進一步淸洗乾淨。 ‘ 步驟208 :進行乾燥製程，使晶圓置入於乾燥槽中進 行乾燥，例如是異丙醇(IPA)槽中，以藉由異丙醇蒸氣將晶 圓的水份帶走，而達到乾燥的目的。 本發明之半導體晶圓之淸洗方法具有以下所述之優 點。在以化學淸洗液淸洗晶圓之後，於進行快速淸洗製程 之前，先在充滿去離子水的洗淨槽中加入可以中和晶圓表 面上之化學淸洗液的中和試劑，藉由酸鹼中和反應，使晶 圓表面之酸鹼度趨進於中性，可減少快速淸洗製程之去離 子水用量。且中和試劑可以使用回收之酸鹼藥劑以進一步 降低成本。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1220060 A8 B8 C8 D8 7317twf.d〇c/006 六、申請專利範圍 1. 一種半導體晶圓之淸洗方法，該方法包括： 提供一晶圓； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 使該晶圓置於一化學淸洗槽中，以一化學淸洗液淸洗 該晶圓； 使經洗淨後之該晶圓置於一洗淨槽中，該洗淨槽中已 充滿去離子水； 加入一中和試劑於該洗淨槽中，使該晶圓表面之酸鹼 値趨近於中性；以及 以去離子水淸洗該晶圓，去除殘留在該晶圓表面之該 化學淸洗液。 2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶圓之淸洗方 法，其中該化學淸洗液包括一酸性化學淸洗液。 3. 如申請專利範圍第2項所述之半導體晶圓之淸洗方 法，其中該酸性化學淸洗液係選自硫酸/過氧化氫之混合溶 液與氫氯酸/過氧化氫/去離子水之混合溶液所組之族群之 其中之一。 4. 如申請專利範圍第2項所述之半導體晶圓之淸洗方 法，其中該中和試劑爲一鹼性試劑。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5. 如申請專利範圍第4項所述之半導體晶圓之淸洗方 法，其中該鹼性試劑係選自金屬鹽類溶液、氨水溶液與氨 水/過氧化氫/去離子水之混合溶液所組之族群之其中之 -- 〇 6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶圓之淸洗方 法，其中該化學淸洗液包括一鹼性化學淸洗液。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1220060 73l7twf.doc/006

六、申請專利範圍 A8 B8 §_ 7·如申請專利範圍第6項所述之半導體晶圓之淸洗方 法’其中該鹼性化學淸洗液包括氨水/過氧化氫/去離子水 之混合溶液。 -------------裝—— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 8·如申請專利範圍第6項所述之半導體晶圓之淸洗方 法，其中該中和試劑爲一酸性試劑。 9. 如申請專利範圍第8項所述之半導體晶圓之淸洗方 法’其中該酸性試劑係選自氫氟酸溶液、氫氯酸溶液、硫 酸溶液、氫氯酸/過氧化氫/去離子水之混合溶液與硫酸/過 氧化氫之混合溶液所組之族群之其中之一。 10. —種半導體晶圓之淸洗方法，該方法包括： 提供一晶圓； 使該晶圓置於一化學淸洗槽中，以一酸性化學淸洗液 淸洗該晶圓； ， 使經洗淨後之該晶圓置於一洗淨槽中，該洗淨槽中已 充滿去離子水； 線· 加入一鹼性試劑於該洗淨槽中，使該晶圓表面之酸鹼 値趨近於中性；以及 、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以去離子水淸洗該晶圓，以去除殘留在該晶圓表面之 該酸性化學淸洗液。 11. 如申請專利範圍第10項所述之半導體晶圓之淸洗 方法，其中該酸性化學淸洗液係選自硫酸/過氧化氫之混合 溶液與氫氯酸/過氧化氫/去離子水之混合溶液所組之族群 之其中之一。 12. 如申請專利範圍第10項所述之半導體晶圓之淸洗 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1220060 六、申請專利範圍 方法，其中該鹼性試劑係選自金屬鹽類溶液、氨水溶液與 氨水/過氧化氫/去離子水之混合溶液所組之族群之其中之 -- 〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 13. —種半導體晶圓之淸洗方法，該方法包括： 提供一晶圓； 使該晶圓置於一化學淸洗槽中，以一鹼性化學淸洗液 淸洗該晶圓； 使經洗淨後之該晶圓置於一洗淨槽中，且該洗淨槽中 已充滿去離子水； 加入一酸性試劑於該洗淨槽中，使該晶圓表面之酸鹼 値趨近於中性；以及 以去離子水淸洗該晶圓，以去除殘留在該晶圓表面之 該鹼性化學淸洗液。 14. 如申請專利範圍第11項所述之半導體晶圓之淸洗 方法，其中該鹼性化學淸洗液包括氨水/過氧化氫/去離子 水之混合溶液。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 15. 如申請專利範圍第11項所述之半導體晶圓之淸洗 方法，其中該酸性試劑係選自氫氟酸溶液、氫氯酸溶液、 硫酸溶液、氫氯酸/過氧化氫/务離子水之混合溶液與硫酸/ 過氧化氫溶液之混合溶液所組之族群之其中之一。 16. —種半導體晶圓之淸洗方法，該方法包括： 提供一晶圓； 以第一化學淸洗液淸洗該晶圓； 使經洗淨後之該晶圓置於已充滿去離子水之第一洗淨 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1220060 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 7317twf·doc/006 B8 L/〇 D8 六、申請專利範圍 槽中’加入一第一中和試劑於該洗淨槽中，使該晶圓表面 之酸鹼値趨近於中性； 以去離子水淸洗該晶圓，以去除殘留在該晶圓表面之 該第一化學淸洗液； 以第二化學淸洗液淸洗該晶圓； 使經洗淨後之該晶圓置於已充滿去離子水之第二洗淨 槽中，加入一第二中和試劑於該洗淨槽中，使該晶圓表面 之酸鹼値趨近於中性； 以去離子水淸洗該晶圓，以去除殘留在該晶圓表面之 該第二化學淸洗液； 以第三化學淸洗液淸洗該晶圓； 使經洗淨後之該晶圓置於已充滿去離子水之第三洗淨 槽中，加入一第三中和試劑於該洗淨槽中，使該晶圓表面 之酸鹼値趨近於中性；以及 以去離子水淸洗該晶圓，以去除殘留在該晶圓表面之 該第三化學淸洗液。 17. 如申請專利範圍第16項所述之半導體晶圓之淸洗 方法，其中該第一化學淸洗液包括硫酸/過氧化氫之混合溶 液。 18. 如申請專利範圍第16項所述之半導體晶圓之淸洗 方法，其中該第一中和試劑係選自金屬鹽類溶液、氨水溶 液與氨水/過氧化氫/去離子水之混合溶液所組之族群之其 中之一。 19. 如申請專利範圍第16項所述之半導體晶圓之淸洗 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公爱"7 --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 線· 1220060 六、申請專利範圍 方法，其中該第二化學淸洗液包括氨水/過氧化氫/去離子 水之混合溶液。 20. 如申請專利範圍第16項所述之半導體晶圓之淸洗 方法，其中該第二中和試劑係選自氫氟酸溶液、氫氯酸溶 液、硫酸溶液、氫氯酸/過氧化氫/去離子水之混合溶液與 硫酸/過氧化氫之混合溶液所組之族群之其中之一。 21. 如申請專利範圍第16項所述之半導體晶圓之淸洗 方法，其中該第三化學淸洗液包括氫氯酸/過氧化氫/去離 子水之混合溶液。 22. 如申請專利範圍第16項所述之半導體晶圓之淸洗 方法，其中該第三中和試劑係選自，金屬鹽類溶液、氨水溶 液與氨水/過氧化氫/去離子水之混合溶液所組之族群之其 中之一。 ---------------装--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）