TWI869134B - 半導體晶圓的洗淨方法 - Google Patents

Abstract

本發明的目的是提供一種能夠使半導體晶圓的表面的附著顆粒減少的半導體晶圓的洗淨方法。其解決手段為一種半導體晶圓的洗淨方法，在旋轉半導體晶圓的同時，包含：洗淨前述半導體晶圓的第1洗淨步驟；乾燥前述第1洗淨步驟後的前述半導體晶圓的第1乾燥步驟；洗淨前述第1乾燥步驟後的前述半導體晶圓的第2洗淨步驟；和乾燥前述第2洗淨步驟後的前述半導體晶圓的第2乾燥步驟，其中前述第2洗淨步驟依序包含：供給純水到前述第1乾燥步驟後的前述半導體晶圓的表面的純水供給步驟；供給臭氧液到前述半導體晶圓的表面以進行洗淨的第2初期臭氧洗淨步驟；和透過用氫氟酸水溶液洗淨前述半導體晶圓的表面的第2氫氟酸洗淨、和接續前述第2氫氟酸洗淨之用臭氧液洗淨的第2臭氧洗淨以交互洗淨的步驟。

Description

半導體晶圓的洗淨方法

本發明是關於半導體晶圓的洗淨方法。

以往，作為半導體裝置的基板，使用矽晶圓等的半導體晶圓。半導體晶圓係透過對藉由柴可斯基（Czochralski，CZ）法等生長的單晶錠施加晶圓加工處理所得到。在上述加工處理時，在半導體晶圓的表面，由於拋光粉等的顆粒附著，在加工處理後對半導體晶圓進行洗淨處理以去除顆粒。

接著，在此半導體晶圓的洗淨處理中，已知透過用各種洗淨液對洗淨面洗淨能夠有效地洗淨、去除附著在半導體晶圓的表面的顆粒。舉例而言，在專利文獻1中報告了：在將臭氧水供給到半導體晶圓表面以進行臭氧洗淨後，將氫氟酸供給到半導體晶圓表面以進行氫氟酸洗淨，且乾燥處理半導體晶圓。 [先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本特開平8-181137號公報

[發明所欲解決的問題]

然而，在透過這樣的洗淨方法洗淨的基板中，會在乾燥的基板的表面殘留在洗淨步驟中並未完全去除的拋光粉等的附著顆粒，洗淨並不充分。本發明的目的是提供一種能夠使半導體晶圓的表面的殘留顆粒進一步減少的半導體晶圓的洗淨方法。 [用以解決問題的手段]

為了解決上述問題，本發明者進行了深入研究。如果透過先前技術的洗淨方法洗淨半導體晶圓，則附著顆粒會在乾燥後殘留在基板表面，結果，當透過表面檢查裝置（例如，KLA corporation公司製，Surfscan SP5以後的裝置）檢查洗淨後的半導體晶圓的表面時，大量檢測出被認為是附著顆粒所造成的LPD（Light Point Defect）。於是本發明者們詳細研究了各種半導體晶圓的洗淨方法，且詳細調查了其與在洗淨後的半導體晶圓的表面被檢測出的LPD的個數。結果，發現了以下見解：為了有效地去除半導體晶圓的附著顆粒，在對半導體晶圓用洗淨液進行複數次洗淨處理的過程中，暫時中止洗淨處理並對半導體晶圓進行乾燥處理，之後，供給純水後，再次，重新開始洗淨處理，藉此能夠盡可能地減少附著顆粒所造成的LPD的個數。根據上述見解所完成的本發明的要旨構成如以下所述。

（1）一種半導體晶圓的洗淨方法，在旋轉半導體晶圓的同時，包含： 洗淨前述半導體晶圓的第1洗淨步驟； 乾燥前述第1洗淨步驟後的前述半導體晶圓的第1乾燥步驟； 洗淨前述第1乾燥步驟後的前述半導體晶圓的第2洗淨步驟；和 乾燥前述第2洗淨步驟後的前述半導體晶圓的第2乾燥步驟， 其中前述第1洗淨步驟依序包含： 供給臭氧液到前述半導體晶圓的表面以進行洗淨的第1初期臭氧洗淨步驟；和 透過用氫氟酸水溶液洗淨前述半導體晶圓的表面的第1氫氟酸洗淨、和接續前述第1氫氟酸洗淨之用臭氧液洗淨的第1臭氧洗淨以交互洗淨的步驟；以及 其中前述第2洗淨步驟依序包含： 供給純水到前述第1乾燥步驟後的前述半導體晶圓的表面的純水供給步驟； 供給臭氧液到前述半導體晶圓的表面以進行洗淨的第2初期臭氧洗淨步驟；和 透過用氫氟酸水溶液洗淨前述半導體晶圓的表面的第2氫氟酸洗淨、和接續前述第2氫氟酸洗淨之用臭氧液洗淨的第2臭氧洗淨以交互洗淨的步驟。

（2）如（1）記載之半導體晶圓的洗淨方法，其中在前述第1洗淨步驟中重複實施交互洗淨的步驟的次數在1次以上4次以下的範圍。

（3）如（1）或（2）記載之半導體晶圓的洗淨方法，其中在前述第1洗淨步驟中重複實施交互洗淨的步驟的次數在1次以上2次以下的範圍。

（4）如（1）或（3）記載之半導體晶圓的洗淨方法，其中在前述第2洗淨步驟中重複實施交互洗淨的步驟的次數為1次。

（5）如（1）～（4）的任一個記載之半導體晶圓的洗淨方法，其中前述純水供給步驟中的前述半導體晶圓的旋轉速度是25rpm以上100rpm以下。 [發明功效]

根據本發明，能夠使半導體晶圓的表面的附著顆粒減少。

[用以實施發明的形態]

（半導體晶圓的洗淨方法） 以下，參照第1圖，說明本發明的實施形態。根據本發明的半導體晶圓的洗淨方法，在使半導體晶圓旋轉的同時，包含：洗淨半導體晶圓的第1洗淨步驟；乾燥第1洗淨步驟後的半導體晶圓的第1乾燥步驟；洗淨第1乾燥步驟後的半導體晶圓的第2洗淨步驟；和乾燥第2洗淨步驟後的半導體晶圓的第2乾燥步驟。另外，在第1洗淨步驟中，特別將最初實施臭氧洗淨稱為第1「初期」臭氧洗淨步驟，與之後重複實施的第1氫氟酸洗淨步驟及第1臭氧洗淨步驟區別。同樣地，在第2洗淨步驟中，特別將最初實施臭氧洗淨稱為第2「初期」臭氧洗淨步驟，與之後重複實施的第2氫氟酸洗淨步驟及第2臭氧洗淨步驟區別。各步驟的細節如以下所述。

＜第1洗淨步驟＞ 第1洗淨步驟依序包含：供給臭氧液到半導體晶圓的表面以進行洗淨的第1初期臭氧洗淨步驟；和透過用氫氟酸水溶液洗淨半導體晶圓的表面的第1氫氟酸洗淨、和接續第1氫氟酸洗淨之用臭氧液洗淨的第1臭氧洗淨以交互洗淨的步驟。以下，依序說明各步驟。

＜＜第1初期臭氧洗淨步驟＞＞ 在第1初期臭氧洗淨步驟中，在使半導體晶圓旋轉的同時，將臭氧液供給到半導體晶圓的表面以臭氧洗淨半導體晶圓表面。在第1初期臭氧洗淨步驟中，能夠在氧化並去除附著在半導體晶圓表面的金屬、有機物等的同時在附著在半導體晶圓表面的其他附著顆粒的下方形成氧化膜。此外，在第1初期臭氧洗淨步驟之前，較佳為在半導體晶圓的表面預先供給純水以使其處於濕潤狀態。

＜＜第1氫氟酸洗淨及第1臭氧洗淨＞＞ 在本步驟中，透過用氫氟酸水溶液洗淨半導體晶圓的表面的第1氫氟酸洗淨、和接續前述第1氫氟酸洗淨之用臭氧液洗淨的第1臭氧洗淨，以交互洗淨。在第1氫氟酸洗淨及第1臭氧洗淨中，首先，在接續第1初期臭氧洗淨的第1氫氟酸洗淨中，在使經臭氧洗淨的半導體晶圓旋轉的同時，將氫氟酸（氟化氫：HF）水溶液供給到半導體晶圓的表面以氫氟酸洗淨半導體晶圓表面，且在接續的第1臭氧洗淨中，在使經氫氟酸洗淨的半導體晶圓旋轉的同時，將臭氧液供給到半導體晶圓的表面以臭氧洗淨半導體晶圓表面。在第1氫氟酸洗淨及第1臭氧洗淨中，能夠去除在第1初期臭氧洗淨步驟中形成的氧化膜以去除此時附著在半導體晶圓表面的金屬、顆粒等。

在這個透過第1氫氟酸洗淨及第1臭氧洗淨以交互洗淨的步驟中，較佳為交互追加實施上述第1氫氟酸洗淨及第1臭氧洗淨預定的次數。在第1洗淨步驟中追加實施交互洗淨的步驟的次數較佳為設定在1次以上4次以下的範圍內，進一步較佳為設定在1次以上2次以下的範圍內。另外，在本說明書中「追加實施」是指除了必須的1次以外實施的次數。也就是，在第1洗淨步驟中較佳為將交互洗淨的步驟設定在總共2次以上5次以下的範圍內，進一步較佳為設定在總共2次以上3次以下的範圍內。

＜＜第1乾燥步驟＞＞ 接著，在第1乾燥步驟中，在使第1洗淨步驟中的第1臭氧洗淨後的半導體晶圓旋轉的同時，使半導體晶圓高速旋轉以旋轉乾燥半導體晶圓。在此第1乾燥步驟中，能夠將半導體晶圓的轉速設為例如1000rpm以上2000rpm以下。藉由進行此第1乾燥步驟，能夠使在第1洗淨步驟中無法去除的附著顆粒與半導體晶圓之間的黏著力降低以使其處於容易剝離的狀態。

＜第2洗淨步驟＞ 第2洗淨步驟依序包含：供給純水到第1乾燥步驟後的前述半導體晶圓的表面的純水供給步驟；供給臭氧液到半導體晶圓的表面以進行洗淨的第2初期臭氧洗淨步驟；和透過用氫氟酸水溶液洗淨半導體晶圓的表面的第2氫氟酸洗淨、和接續第2氫氟酸洗淨之用臭氧液洗淨的第2臭氧洗淨以交互洗淨的步驟。以下，依序說明各步驟。

＜＜純水供給步驟＞＞ 首先，在第2洗淨步驟的開始時實施純水供給步驟。在純水供給步驟中較佳為在低速旋轉半導體晶圓的狀態下以低流量且以垂直噴嘴供給純水。藉由進行純水供給步驟，較佳為一邊使洗淨對象的半導體晶圓旋轉，一邊將純水供給到半導體晶圓的表面的中心部，藉由將純水供給到旋轉的半導體晶圓的中心部，透過離心力，純水會從半導體晶圓的中心部向外周部均勻地擴散在整個晶圓而能夠在半導體晶圓的表面之上形成純水的膜。

藉由使半導體晶圓的表面上處於形成了純水的膜的狀態，在由純水的供給切換為洗淨液的供給時，由於洗淨液因為存在於半導體晶圓的表面的純水而變稀，使其反應性降低，能夠抑制洗淨液的供給開始後立即的階段的高濃度的洗淨液的亂流。這是因為均勻的濃度的洗淨液遍及半導體晶圓的整個表面，能夠均勻地洗淨半導體晶圓的表面。

純水的供給較佳為至少進行到在半導體晶圓的整個表面形成有純水的膜。此外，在本發明中，較佳為將純水持續供給到半導體晶圓的表面，直到在後續階段的第2初期臭氧洗淨中切換為臭氧液的供給。

供給到半導體晶圓的表面的純水的純度，只要具有能夠達成產品品質的純度，並未特別限定。純水的純度能夠設為所謂的純水等級（例如，電阻率：0.1MΩ．cm以上15MΩ．cm以下），也能夠設為超純水等級（例如，電阻率：大於15MΩ．cm）。

純水供給步驟中的上述純水的供給較佳為在使半導體晶圓以25rpm以上100rpm以下的轉速旋轉的狀態下進行。藉此，能夠防止水躍現象造成的純水的亂流產生，即使在接續的第2洗淨步驟中供給氫氟酸洗淨液，也能夠防止氫氟酸洗淨液的亂流產生，且能夠更均勻地洗淨半導體晶圓的表面。

＜＜第2初期臭氧洗淨步驟＞＞ 在第2初期臭氧洗淨步驟中，在使有純水供給的半導體晶圓旋轉的同時，將臭氧液供給到半導體晶圓的表面以臭氧洗淨半導體晶圓表面。與第1洗淨步驟的第1初期臭氧洗淨步驟同樣地，能夠在氧化並去除附著在半導體晶圓表面的金屬、有機物等的同時在附著在半導體晶圓表面的其他附著顆粒的下方形成氧化膜。

＜＜第2氫氟酸洗淨及第2臭氧洗淨＞＞ 在本步驟中，透過用氫氟酸水溶液洗淨半導體晶圓的表面的第2氫氟酸洗淨、和接續前述第2氫氟酸洗淨之用臭氧液洗淨的第2臭氧洗淨，以交互洗淨。在第2氫氟酸洗淨及第2臭氧洗淨中，首先，在使接續純水供給步驟的第2初期臭氧洗淨步驟後的半導體晶圓旋轉的同時，將氫氟酸水溶液供給到半導體晶圓的表面以氫氟酸洗淨半導體晶圓表面，且在接續的第2臭氧洗淨中，在使經氫氟酸洗淨的半導體晶圓旋轉的同時，將臭氧液供給到半導體晶圓的表面以臭氧洗淨半導體晶圓表面。

另外，在設定為第2初期臭氧洗淨步驟以後的半導體晶圓的轉速高於純水供給步驟的半導體晶圓的轉速的情況下，較佳為：由純水的供給切換為臭氧液的供給後，在半導體晶圓上的純水全部替換為臭氧液的階段以後，使半導體晶圓的轉速上升。

半導體晶圓的表面的顆粒，儘管大部分是透過第1洗淨步驟來洗淨去除，但一部分的顆粒會作為附著顆粒殘留。此外，這些附著顆粒也被認為並未牢固地附著在半導體晶圓的表面，而是因為第1洗淨步驟之後的第1乾燥步驟而變成容易剝離的狀態。因此，藉由對第1乾燥步驟後的半導體晶圓的表面實施第2洗淨步驟，化學液能夠進一步滲透到半導體晶圓上的附著顆粒的下表面以去除這些顆粒。

這個透過第2氫氟酸洗淨及第2臭氧洗淨交互洗淨的步驟能夠構成為交互重複上述第2氫氟酸洗淨及第2臭氧洗淨預定的次數。氫氟酸水溶液供給時的半導體晶圓的旋轉速度較佳為50rpm以上800rpm以下，更佳為300rpm以上500rpm以下。此外，氫氟酸水溶液較佳為以0.5L/min以上1.5L/min以下的流量供給。此外，氫氟酸水溶液較佳為0.5wt%以上3.0wt%以下的濃度。此外，臭氧水供給時的半導體晶圓的旋轉速度較佳為50rpm以上800rpm以下，更佳為300rpm以上500rpm以下。此外，臭氧水較佳為以0.5L/min以上2.0L/min以下的流量供給。此外，臭氧濃度較佳為20mg/L以上30mg/L以下。藉由在此條件範圍內進行設定，能夠均勻地洗淨半導體晶圓的表面。

在這個透過第2氫氟酸洗淨及第2臭氧洗淨以交互洗淨的步驟中，較佳為交互追加實施上述第2氫氟酸洗淨及第2臭氧洗淨預定的次數。在第2洗淨步驟中追加實施交互洗淨的步驟的次數較佳為設為1次。也就是，在第2洗淨步驟中較佳為總共實施2次交互洗淨的步驟。

＜＜第2乾燥步驟＞＞ 最後，使經過透過第2氫氟酸洗淨及第2臭氧洗淨交互洗淨的步驟的半導體晶圓高速旋轉以旋轉乾燥半導體晶圓。第2乾燥步驟中的乾燥條件儘管並未特別限定，但半導體晶圓的轉速較佳為設為1000rpm以上2000rpm以下，乾燥時間較佳為設為25秒以上40秒以下。另外，在第2乾燥步驟前，也可以將純水供給到旋轉的半導體晶圓表面以進行沖洗（rinse）處理。

如此一來，能夠藉由使用關於本實施形態的半導體晶圓的洗淨方法使半導體晶圓的表面的附著顆粒減少。另外，作為本發明的洗淨對象的半導體晶圓，儘管能夠是矽晶圓、鍺晶圓、砷化鎵晶圓等任意的半導體晶圓，但根據本發明，特別能夠適當地洗淨矽晶圓。此外，半導體晶圓能夠是單晶晶圓、多晶晶圓。再者，半導體晶圓能夠是磊晶晶圓、退火晶圓等。半導體晶圓的直徑、導電類型、電阻率等也並未限定。 [實施例]

以下，說明本發明的實施例，但本發明並非限定於實施例。

（比較例1） 作為比較例1，準備8片直徑300mm的矽晶圓，使用旋轉洗淨機對各個矽晶圓進行洗淨處理。具體而言，首先，一邊使矽晶圓旋轉，一邊將臭氧水供給到矽晶圓的表面以進行臭氧洗淨處理。接著，實施總共3次（也就是，追加實施的次數為2次）洗淨操作，其中洗淨操作交互實施進行了以下的處理：將氫氟酸水溶液供給到矽晶圓的表面以進行氫氟酸洗淨處理後，將臭氧水供給到矽晶圓的表面以進行臭氧洗淨處理。各臭氧洗淨處理條件（晶圓旋轉速度、臭氧濃度、流量、時間）是同一條件，各氫氟酸洗淨處理條件（晶圓旋轉速度、氫氟酸濃度、流量、時間）也設為同一條件。在高速旋轉最終的臭氧洗淨處理後的矽晶圓的同時，進行乾燥處理。如此一來，得到比較例1的矽晶圓。

（比較例2） 作為比較例2，準備8片直徑300mm的矽晶圓，使用旋轉洗淨機對各個矽晶圓進行洗淨處理。實施總共5次（也就是，追加實施的次數為4次）洗淨操作，其中洗淨操作交互實施氫氟酸洗淨處理和其之後進行的臭氧洗淨處理，除此之外，在與比較例1相同條件下進行各處理。如此一來，得到比較例2的矽晶圓。

（發明例） 作為發明例，準備8片直徑300mm的矽晶圓，使用旋轉洗淨機對各個矽晶圓進行洗淨處理。具體而言，首先，一邊使矽晶圓旋轉，一邊將臭氧水供給到矽晶圓的表面以進行臭氧洗淨處理。接著，實施總共3次（也就是，追加實施的次數為2次）洗淨操作，其中洗淨操作交互實施以下：將氫氟酸水溶液供給到進行了臭氧洗淨的矽晶圓的表面以進行氫氟酸洗淨處理，接著，將臭氧水供給到矽晶圓的表面以進行臭氧洗淨處理。接著，在高速旋轉最終的臭氧洗淨處理後的矽晶圓的同時進行乾燥處理後，以50rpm的旋轉速度使進行了乾燥處理的矽晶圓緩慢旋轉，同時將純水供給到晶圓表面以進行清洗處理。接著，將臭氧水供給到進行了純水供給處理的矽晶圓的表面以進行臭氧洗淨處理。實施總共2次（也就是，追加實施的次數為1次）洗淨操作，其中洗淨操作交互實施進行了以下的處理：將氫氟酸水溶液供給到矽晶圓的表面以進行氫氟酸洗淨處理後，供給臭氧水以進行臭氧洗淨處理。

如此一來，得到發明例的矽晶圓。另外，每次實施的臭氧洗淨處理條件（晶圓旋轉速度、臭氧濃度、流量、時間）與比較例1及比較例2為相同條件，且氫氟酸洗淨處理條件（晶圓旋轉速度、氫氟酸濃度、流量、時間）也與比較例1及比較例2為相同條件。

有關比較例1、2及發明例，針對洗淨的8片矽晶圓分別使用表面檢查裝置（KLA corporation公司製，Surfscan SP7）檢查矽晶圓的表面。此時，作為入射矽晶圓的表面的入射光，使用斜入射光（相對晶圓表面垂直方向從70度的方向入射），將DCO頻道用作檢測頻道，檢測15nm以上的尺寸的LPD。結果顯示於第2圖。

有關比較例1，每1片矽晶圓的LPD是3.9個。有關比較例2，儘管與比較例1相比增加重複洗淨次數，但每1片矽晶圓的LPD是3.8個，幾乎是與比較例1同等的結果，並未確認到改善效果。另一方面，有關發明例，每1片矽晶圓的LPD能夠減少到1.5個。也就是，會發現：暫時中止對半導體晶圓的重複洗淨操作，且對半導體晶圓進行乾燥處理，之後，供給純水後，再次，重新開始重複洗淨處理，對於減少附著顆粒所造成的LPD的效果明顯較高。 [產業上的可利用性]

根據本發明，由於能夠使半導體晶圓的表面的附著顆粒減少，在半導體晶圓製造業是有用的。

無

第1圖係顯示根據本發明的半導體晶圓的洗淨方法的流程的主要部分的圖。 第2圖係對比較例及發明例顯示LPD的個數的圖。

無

Claims (5)

1. 一種半導體晶圓的洗淨方法，在旋轉半導體晶圓的同時，包含： 洗淨前述半導體晶圓的第1洗淨步驟； 乾燥前述第1洗淨步驟後的前述半導體晶圓的第1乾燥步驟； 洗淨前述第1乾燥步驟後的前述半導體晶圓的第2洗淨步驟；和 乾燥前述第2洗淨步驟後的前述半導體晶圓的第2乾燥步驟， 其中前述第1洗淨步驟依序包含： 供給臭氧液到前述半導體晶圓的表面以進行洗淨的第1初期臭氧洗淨步驟；和 透過用氫氟酸水溶液洗淨前述半導體晶圓的表面的第1氫氟酸洗淨、和接續前述第1氫氟酸洗淨之用臭氧液洗淨的第1臭氧洗淨以交互洗淨的步驟；以及 其中前述第2洗淨步驟依序包含： 供給純水到前述第1乾燥步驟後的前述半導體晶圓的表面的純水供給步驟； 供給臭氧液到前述半導體晶圓的表面以進行洗淨的第2初期臭氧洗淨步驟；和 透過用氫氟酸水溶液洗淨前述半導體晶圓的表面的第2氫氟酸洗淨、和接續前述第2氫氟酸洗淨之用臭氧液洗淨的第2臭氧洗淨以交互洗淨的步驟。
2. 如請求項1記載之半導體晶圓的洗淨方法，其中在前述第1洗淨步驟中追加實施交互洗淨的步驟的次數在1次以上4次以下的範圍。
3. 如請求項1記載之半導體晶圓的洗淨方法，其中在前述第1洗淨步驟中追加實施交互洗淨的步驟的次數在1次以上2次以下的範圍。
4. 如請求項1記載之半導體晶圓的洗淨方法，其中在前述第2洗淨步驟中追加實施交互洗淨的步驟的次數為1次。
5. 如請求項1記載之半導體晶圓的洗淨方法，其中前述純水供給步驟中的前述半導體晶圓的旋轉速度是25rpm以上100rpm以下。