[发明专利]晶圆在超纯水中过浸泡后的补救方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及湿法清洗工艺中，晶圆在超纯水中过浸泡后的补救方法。

背景技术

湿法清洗工艺是集成电路制造过程中的一项重要工艺，目的是去除晶圆表面的各种污染物(包括颗粒污染物、有机污染物、金属污染物等等)。

Kern和Puotinen于1970年发表的RCA清洗工艺依然是目前被广泛采用的湿法清洗工艺(Handbook of Silicon Wafer Cleaning Technology，2nd Edition，2008 William Andrew Inc.)，该工艺主要包含顺序的两个清洗步骤：1)SC-1清洗，即H₂O₂-NH₄OH-H₂O混合液清洗，用于去除颗粒污染物和有机污染物；2)SC-2清洗，即H₂O₂-HCl-H₂O混合液清洗，用于去除金属污染物。为了提高RCA清洗能力，也可选择在SC-1清洗前增加SPM(H₂O₂-H₂SO₄-H₂O混合液)清洗和DHF(HF-H₂O)清洗。经由SC-1、SC-2或SPM处理过后，硅表面会覆盖一层厚约的氧化层，其最外层的悬挂键为Si-OH。

RCA清洗工艺常使用于槽式处理设备，即一批晶圆依次浸泡于SC-1处理槽、超纯水处理槽、SC-2处理槽、超纯水处理槽、干燥槽。每一处理槽的处理时间都预先设定，当达到该处理槽的预设时间时，机械手即会自动将晶圆搬送至下一处理槽，直至最后由干燥槽干燥出来，完成该清洗工艺。

在用槽式处理设备清洗晶圆时，如果发生设备故障(包括硬件或软件的故障，比如，机械手臂无法正常动作，机台软件死机等)，则正在处理中的晶圆将无法从当前处理槽及时搬至下一处理槽。此时，如果晶圆正处在化学品槽，则通常会自动将化学品置换成超纯水，并在超纯水中浸泡至设备恢复；如果晶圆处在超纯水处理槽，也会在超纯水中浸泡至设备恢复。在此过程，晶圆会被长时间浸泡于超纯水中，且浸泡时间有可能远远大于预设的处理时间，比如，通常的预设时间在10分钟左右，但有可能因机械手的故障导致晶圆在超纯水中浸泡大于10分钟或更久。由于硅表面氧化层最外层的悬挂键Si-OH极易与超纯水中的金属离子发生离子交换(Adhesion Mechanism of Metal Impurities on Si Wafers in Alkali Solution，T.Hoshino等，Journal of The Electrochemical Society，151(9)G590-G597，2004)，如图1及下式所示：

≡Si-OH(s)+M(aq)→≡Si-O-M(s)+H⁺(aq)

式中，M代表超纯水中的微量金属离子，比如Al(OH)^4-、Fe(OH)^4-等等。

晶圆表面所交换的金属离子的量会随晶圆在超纯水中的浸泡时间的增加而增加。尽管晶圆制造厂所用超纯水中含有的金属离子极其微量(在ppb水平或更低)，但是在超纯水中的长时间浸泡仍然会导致晶圆表面依附较多的金属离子，而金属污染通常会降低载流子的复合寿命(Issues of wet cleaning in ULSI process，T.Ajioka等，1994 International Symposium on Semiconductor Manufacturing，pp.93-98)、降低栅极氧化物击穿电压(The effect of metallic impurities on the dielectric breakdown of oxides and some new ways of avoiding them，S.Verhaverbeke，et al，IEDM 91，pp.71-74)以及增加PN结漏电流(The Effect of Copper Contamination on Field Overlap Edges and Perimeter Junction Leakage Current，Bert Vermeire等，IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURING，VOL.11，NO.2，MAY 1998，pp.232-238)，从而导致产品的低良率和低可靠性。