TWI872209B - 半導體晶圓之清洗方法 - Google Patents

Abstract

本發明為清洗研磨後之半導體晶圓的半導體晶圓之清洗方法，並且為進行下述步驟之半導體晶圓之清洗方法： 進行「藉由臭氧水清洗該研磨後之半導體晶圓並形成氧化膜」之第一臭氧水處理步驟； 在該第一臭氧水處理步驟後，進行「將該半導體晶圓藉由碳酸水進行毛刷清洗」之毛刷清洗步驟； 其後，進行一次以上「在藉由氫氟酸清洗該半導體晶圓並將該氧化膜去除之後，藉由臭氧水清洗並再次形成氧化膜」之第二臭氧水處理步驟。 藉此，本發明提供一種半導體晶圓之清洗方法，其能達成與SC1同等的清洗等級，並可減少、防止如使用SC1（氨水與雙氧水之混合溶液）的情況下之晶圓面上的缺陷產生或表面粗糙度惡化，再者，能有助於削減成本、降低環境負擔。

Description

半導體晶圓之清洗方法

本發明係關於一種半導體晶圓之清洗方法。

以往，將「在剛研磨後之晶圓面上附著有研磨劑」之半導體晶圓（亦單稱作晶圓）以批次式清洗（浸漬式清洗）清洗的情況下，為了去除研磨劑等所含有的有機物或二氧化矽粒子，一般而言會進行使用SC1（氨水與雙氧水之混合溶液）之清洗（參照例如專利文獻1）。

以往的清洗流程係如圖4所示，在將研磨後之晶圓進行臭氧水處理後，以純水或是SC1進行毛刷清洗而將研磨劑去除之後，進行利用「藉由氫氟酸進行的氧化膜去除」之微粒與金屬污染的去除，並進行利用「藉由臭氧水進行的再氧化」之氧化膜形成。又，其後進行乾燥。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2017-104946號公報

[發明所欲解決之問題]

如上述，以往，在研磨後之毛刷清洗時，藉由臭氧水形成的氧化膜形成後（第一臭氧水處理步驟後），一般而言會以純水或是SC1進行毛刷清洗。 然而，以純水而言，存在微粒的去除能力較低，或是因毛刷與晶圓的摩擦而帶電造成微粒附著的問題。

又，SC1為伴隨非等向性蝕刻之化學液，其存在於晶圓面上產生凸起狀的缺陷的問題，或是表面粗糙度惡化的問題。再者，如SC1這般的藥品會存在因「對環境負擔較高而需要廢水處理」或是「需要調溫機構」造成成本極高的問題。

因此，本發明係鑑於如這般之問題點而成者，而本發明之目的係以提供一種「能達成與SC1同等的清洗等級，且能減少或防止如使用SC1的情況下之晶圓面上的缺陷產生或是表面粗糙度惡化」之半導體晶圓之清洗方法為目的。再者，本發明也以提供能較以往削減成本、降低環境負擔的半導體晶圓之清洗方法為目的。 [解決問題之技術手段]

為了解決上述課題，本發明提供一種清洗研磨後之半導體晶圓的半導體晶圓之清洗方法，其特徵在於進行以下步驟： 進行第一臭氧水處理步驟；該第一臭氧水處理步驟係藉由臭氧水清洗該研磨後之半導體晶圓並形成氧化膜； 在該第一臭氧水處理步驟後，進行毛刷清洗步驟；該毛刷清洗步驟係將該半導體晶圓藉由碳酸水進行毛刷清洗； 其後，進行一次以上第二臭氧水處理步驟；該第二臭氧水處理步驟中，在藉由氫氟酸清洗該半導體晶圓並將該氧化膜去除之後，藉由臭氧水清洗並再次形成氧化膜。

若為如此之半導體晶圓的清洗方法，能藉由使用碳酸水，使在毛刷清洗時的帶電及微粒附著減少，達成與SC1同等的清洗等級。 又，藉由以碳酸水這種不伴隨蝕刻的清洗液進行毛刷清洗，與以往的以SC1進行的毛刷清洗相異，能減少晶圓面上的缺陷產生，並防止表面粗糙度惡化。 再者，以使用的碳酸水或臭氧水而言，由於其能進行常溫處理，故能削減成本。又，由於碳酸水比SC1容易進行廢水處理，並能再利用，故能降低環境負擔。

又，在該第一臭氧水處理步驟及該毛刷清洗步驟中，可將該臭氧水及該碳酸水設定為常溫且在pH=7.0以下。 若在第一臭氧水處理步驟使用如此之臭氧水，便能更簡便且有效地進行有機物的去除與氧化膜形成。又，若在毛刷清洗步驟使用如此之碳酸水，便能更確實地減少晶圓面上之缺陷產生、防止表面粗糙度惡化。

又，在該毛刷清洗步驟中，可將該碳酸水的濃度設定在100ppm以上、1000ppm以下。 若碳酸水的濃度為100ppm以上，便能在毛刷清洗時獲得更加充分的清洗效果。又，若為1000ppm以下，則能抑制因在清洗中氣泡化而帶來不良影響。

又，在該第一及第二臭氧水處理步驟中，可將該臭氧水的濃度設定在10ppm以上、50ppm以下。 若臭氧水的濃度為10ppm以上，便能更有效地去除有機物，並更確實地使晶圓品質提昇。又，若為50ppm以下，則能防止形成的氧化膜變得過厚。

又，在該第一及第二臭氧水處理步驟中，可將該形成的氧化膜之厚度設定在0.8nm以上、1.5nm以下。 若氧化膜的厚度為0.8nm以上，便能充分地去除研磨劑的有機物或金屬污染。又，若為1.5nm以下，則即便在去除形成後的氧化膜時，亦能縮短其步驟所需要的時間。

又，在該第二臭氧水處理步驟中，可將該氫氟酸的濃度設定在1.0質量%以下。 若氫氟酸的濃度為1.0質量%以下，便不會因氧化膜的去除所花費的時間過短而造成控制變得困難。

又，能以旋轉清洗或是批次清洗進行該第二臭氧水處理步驟。 若為如此之清洗方法，其係被普遍地實行，且能個別地、或是複數個同時地進行氧化膜的去除與形成。

又，在該各步驟所產生的廢液當中，可將該臭氧水及該碳酸水的廢液回收並再利用。 如此，藉由將廢液再利用，能更加地有助於削減成本及降低環境負擔。

又，可將該半導體晶圓設定為矽晶圓。 由於本發明之清洗方法，係在毛刷清洗中使用不會伴隨矽的蝕刻之碳酸水，故對矽晶圓特別合適。 [發明之效果]

如上述，若為本發明的半導體晶圓之清洗方法，能藉由使用碳酸水使在毛刷清洗時的帶電及微粒附著減少，而達成與SC1同等的清洗等級。並且，能減少在使用SC1的情況下發生的晶圓面上之缺陷產生，並防止表面粗糙度惡化。再者，由於常溫處理、廢水處理容易、廢液能再利用這樣的因素，而能有助於削減成本、降低環境負擔。

本發明人為了解決針對研磨後之晶圓的清洗之上述問題而反覆精心探討的結果發現，在毛刷清洗步驟中，藉由以碳酸水進行毛刷清洗，能使在毛刷清洗時的帶電及微粒附著減少，而達成與SC1同等的清洗等級；且，在不使用如SC1的鹼性化學液下，藉由以碳酸水進行「剛研磨後之全面附著有研磨劑的晶圓」之清洗，能減少晶圓上的缺陷、防止表面粗糙度惡化。 再者，本發明人發現，由於碳酸水及臭氧水能進行常溫處理及廢液再利用，故有助於削減成本及降低環境負擔，遂完成本發明。

以下，作為實施態樣之一例，參照圖式針對本發明加以詳細說明，但本發明並不受此等所限定。

圖1係顯示本發明的半導體晶圓之清洗方法的概略流程圖。 首先，準備好剛研磨後之全面附著有研磨劑的晶圓（步驟1）。晶圓之種類並無特別限定，而此處係設定為矽晶圓。此處，雖然並不特別限定施行於晶圓的研磨條件，但可將二氧化矽，特別係將「二氧化矽粒徑之一次粒徑為10～35nm、二氧化矽濃度為0.01～1.0質量%者」使用於研磨劑。此二氧化矽能藉由後述之毛刷清洗步驟與第二臭氧水處理步驟（特別是藉由氫氟酸的清洗）去除。

其次，如圖1之步驟2，藉由「將剛研磨後之全面附著有研磨劑的矽晶圓藉由臭氧水進行清洗」之第一臭氧水處理步驟，分解去除附著的研磨劑之有機物，並進行氧化膜形成。此處的清洗方法只要係使用臭氧水即可，並無特別限定，例如，可設定為毛刷清洗或是旋轉清洗。

此時，可將臭氧水設定為常溫且在pH=7.0以下。如此一來，能更簡便且有效地進行有機物的去除與氧化膜形成。又，此臭氧水之pH的下限值並無特別限定，例如可設定為0。 又，可將臭氧水的濃度設定在10ppm以上、50ppm以下。若臭氧水的濃度為10ppm以上，便能更有效地去除有機物，並能更確實地使晶圓品質提升。又，若為50ppm以下，則可防止形成的氧化膜變得過厚。 又，可將此時形成的氧化膜之厚度設定在0.8nm以上、1.5nm以下。若氧化膜之厚度為0.8nm以上，便能更加充分地去除研磨劑的有機物及金屬污染。又，若為1.5nm以下，則即便在去除形成後的氧化膜時，亦能縮短其步驟所需要的時間。

其次，如圖1之步驟3，藉由碳酸水進行毛刷清洗（物理清洗）。藉由此毛刷清洗步驟將研磨劑去除。 此時，可將碳酸水設定為常溫且在pH=7.0以下。如此一來，能更確實地減少晶圓面上之缺陷產生，並防止表面粗糙度惡化。又，此碳酸水的pH的下限值並無特別限定，例如可設定為0。 又，可將碳酸水的濃度設定在100ppm以上、1000ppm以下。若碳酸水的濃度為100ppm以上，便能在毛刷清洗時獲得更加充分的清洗效果。又，若為1000ppm以下，則能抑制在清洗中因氣泡化而帶來不良影響。

其次，如圖1之步驟4，進行一次以上的「以藉由氫氟酸進行氧化膜去除而將金屬污染除去後，藉由臭氧水再次形成氧化膜」之第二臭氧水處理步驟。進行第二臭氧水處理步驟的次數上限並無特別限定，又，由於此步驟亦取決於金屬污染的程度等，故無法限定上限次數。 此時，與上述之第一臭氧水處理步驟相同，可將臭氧水的濃度設定在10ppm以上、50ppm以下。又，可將形成的氧化膜之厚度設定在0.8nm以上、1.5nm以下。

又，可將氫氟酸的濃度設在1.0質量%以下。若氫氟酸的濃度在1.0質量%以下，便不會因氧化膜的去除所花費的時間過短而造成控制變得困難。又，作為氫氟酸的濃度的下限，例如可設定為大於0質量%。 又，能以旋轉清洗或是批次清洗進行藉由氫氟酸之氧化膜去除及藉由臭氧水之氧化膜形成。若為如此之清洗方法，其係被廣泛地實行並且是適切的，且能個別地、或是複數個同時地進行氧化膜的去除與形成。

又，在上述的各步驟所產生之廢液當中，可將臭氧水及碳酸水的廢液回收並再利用。如此，藉由將廢液再利用，能更加地有助於削減成本及降低環境負擔。

又，此後進行乾燥步驟（步驟5），結束清洗。 [實施例]

以下表示出實施例及比較例，以更具體地說明本發明，但本發明並非受實施例所限定者。

（實施例） 在如圖1所示之本發明的清洗流程中，將研磨後之附著有研磨劑的矽晶圓藉由臭氧水進行第一臭氧水處理步驟後，藉由碳酸水進行毛刷清洗步驟；其後以旋轉清洗的方式，藉由氫氟酸及臭氧水進行一次第二臭氧水處理步驟，並進行乾燥處理。各步驟係依以下的條件進行。 ・第一臭氧水處理步驟：臭氧水濃度=30ppm、pH=5.0 ・毛刷清洗步驟：碳酸水濃度=100ppm、pH=4.0 ・第二臭氧水處理步驟：氫氟酸濃度=1.0質量%、pH=3.0；臭氧水濃度=30ppm、pH=5.0

（比較例1、2） 在如圖4所示之清洗流程中，除了以純水（比較例1）或是SC1（比較例2）進行毛刷清洗步驟以外，皆以與實施例相同的方式進行清洗。

又，在實施例及比較例1中，各步驟所產生之廢液當中，臭氧水、碳酸水、純水之廢液已回收並再利用。

實施例及比較例1、2之晶圓的評估，係將清洗後的晶圓使用KLA-Tencor公司（美商科磊股份有限公司）製的晶圓檢查裝置SP5，針對直徑19nm以上之微粒進行測量。測量結果表示於圖2及表1。 又，針對霧度值係使用DW2的原始標準典型平均（Original Std.Classic Average）。測量結果表示於圖3及表1。

【表1】

表1	使用化學液	微粒數	霧度(ppb)
比較例1	純水	325	55
比較例2	SC1	122	60
實施例	碳酸水	105	55

如圖2及表1所示，在實施例方面，相較於在毛刷清洗步驟中使用純水之比較例1，微粒數有改善，並能達成與使用SC1之比較例2同等以上的清洗等級。 又，如圖3及表1所示，在實施例方面無法看到如使用SC1之比較例2的霧度（表面粗糙度）的惡化。 再者，在實施例中使用的碳酸水與比較例1的純水相同，可藉由將廢液回收並再利用，而有助於削減成本及降低環境負擔。

又，本發明不限於上述實施態樣。上述實施態樣為例示，具有與本發明之申請專利範圍所記載之技術思想實質上相同之構成、可發揮相同作用效果者，均包含於本發明之技術範圍。

無

【圖1】係顯示本發明的半導體晶圓之清洗方法的概略流程圖。 【圖2】係顯示在實施例及比較例1、2中的清洗後之晶圓的微粒數之圖表。 【圖3】係顯示在實施例及比較例1、2中的清洗後之晶圓的霧度值之圖表。 【圖4】係顯示以往的半導體晶圓之清洗方法的概略流程圖。

Claims (8)

1. 一種半導體晶圓之清洗方法，用以清洗研磨後之半導體晶圓，其特徵在於進行以下步驟：進行第一臭氧水處理步驟；該第一臭氧水處理步驟係藉由臭氧水清洗該研磨後之半導體晶圓並形成氧化膜；在該第一臭氧水處理步驟後，進行毛刷清洗步驟；該毛刷清洗步驟係將該半導體晶圓藉由濃度為100ppm以上、1000ppm以下的碳酸水進行毛刷清洗；以及其後，進行一次以上的第二臭氧水處理步驟；該第二臭氧水處理步驟中，在藉由氫氟酸清洗該半導體晶圓並去除該氧化膜之後，藉由臭氧水清洗並再次形成氧化膜。
2. 如請求項1所述之半導體晶圓之清洗方法，其中；在該第一臭氧水處理步驟及該毛刷清洗步驟中，將該臭氧水及該碳酸水設定為常溫且在pH=7.0以下。
3. 如請求項1所述之半導體晶圓之清洗方法，其中；在該第一及第二臭氧水處理步驟中，將該臭氧水的濃度設定在10ppm以上、50ppm以下。
4. 如請求項1所述之半導體晶圓之清洗方法，其中； 在該第一及第二臭氧水處理步驟中，將該形成之氧化膜的厚度設定在0.8nm以上、1.5nm以下。
5. 如請求項1所述之半導體晶圓之清洗方法，其中；在該第二臭氧水處理步驟中，將該氫氟酸的濃度設定在1.0質量%以下。
6. 如請求項1所述之半導體晶圓之清洗方法，其中；以旋轉清洗或是批次清洗進行該第二臭氧水處理步驟。
7. 如請求項1所述之半導體晶圓之清洗方法，其中；在該各步驟所產生之廢液當中，將該臭氧水及該碳酸水之廢液回收並再利用。
8. 如請求項1至7中任一項所述之半導體晶圓之清洗方法，其中；將該半導體晶圓設定為矽晶圓。