CN101211774A - 用于清洗硅片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于清洗硅片的方法,包括(S1)用于清洗硅片表面的第一清洗步骤,其中利用根据标准清洗1的SC-1清洗溶液;(S2)用于清洗在第一清洗步骤中清洗的所述硅片表面的第二清洗步骤,其中利用根据标准清洗2的SC-2清洗溶液;(S3)用于清洗在第二清洗步骤中清洗的所述硅片表面的第三清洗步骤,其中利用氢氟酸(HF)溶液;以及(S4)用于清洗在第三步骤中清洗的所述硅片表面的第四清洗步骤,其中利用臭氧水。本发明有效地去除硅片表面上的金属杂质并改进硅片的表面粗糙度,因而能够提供具有显著改进的物理特性的硅片。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于清洗(洗涤)硅片的方法,并且更具体地,涉及一种用于清洗硅片的方法,其中清洗工艺根据标准清洗1和2以及随后的利用氢氟酸(氟化氢)和臭氧水的另外清洗工艺来实施。
背景技术
硅片的表面在晶片制造工艺或用于装置集成的半导体工艺中受到多种杂质的污染。通常,杂质包括细粒、有机杂质或金属杂质。这样的杂质引起半导体装置的产品收率降低。因此,当制造裸露硅片时,清洗工艺应当在利用CMP(化学机械抛光)的抛光加工之后以及在产生许多杂质的半导体单元工艺之后实施,以使杂质的浓度被控制在适当水平。
同时,随着最近朝着硅片的更大直径和更简单设计原则的趋势,清洗工艺的数量增加并且在清洗工艺中使用的化学物质的量也不断地增加。因此,半导体装置的制造成本增加,而相当大的成本花在处理清洗工艺中放出的大量化学物质上。
一种典型的RCA-型清洗方法属于湿洗法,并且是迄今广泛使用的用于清洗硅片的方法之一。其他类型的清洗方法被提出用于补足典型RCA-型清洗方法的缺点。
典型RCA-型清洗方法是利用高浓度强酸和强碱的化学物质的高温湿法工艺。典型RCA-型清洗方法包括两个步骤:标准清洗1(简称为“SC-1”)和标准清洗2(简称为“SC-2”)。
标准清洗1(SC-1)是在约75℃至约90℃的温度下,利用氨水、过氧化氢和DI(去离子)水的混合清洗溶液(下文称为“SC-1”清洗溶液)进行的。SC-1是通过同时重复地用过氧化氢对晶片表面的氧化以及用氨水对晶片表面的精细蚀刻以从晶片表面去除有机杂质和金属杂质(Au、Ag、Cu、Ni、Cd、Zn、Co或Cr)。
标准清洗2(SC-2)是在约75℃至约85℃的温度下,利用盐酸、过氧化氢和DI水的混合清洗溶液(下文称为“SC-2”清洗溶液)进行的。SC-2去除碱(金属)离子(Al3+,Fe3+,Mg2+)、氢氧化物如Al(OH)3、Mg(OH)2或Zn(OH)2,以及在SC-1中没有去除的残余杂质。
然而,典型SC-1清洗溶液会在蚀刻硅衬底的表面或从硅衬底的表面去除金属杂质时出现金属导致的凹陷(简称为“MIP”),使得硅衬底的表面可能变得粗糙。因此,典型SC-1清洗溶液不利地降低在硅衬底上形成的绝缘层的电特性。
为了解决这个问题,日本临时专利公开第8-124889号提出了一种技术,其利用氢氟酸水溶液来清洗半导体晶片,随后利用含有臭氧的纯水清洗该半导体片,然后在该半导体片上实施刷洗。该技术有利地使得硅片的表面变得清洁,然而,在硅片的表面上存在大量杂质(如金属离子)的情况下,根据该技术的单次清洗工艺可能不足以彻底去除这些杂质,并且去除的金属杂质可能会再次附着于该硅片。因此,不利地,该技术必须重复清洗过程以改进清洗效果。
如上所述,如果将在硅表面上实施的典型RCA-型清洗方法与提出的用来补足典型RCA-型清洗方法不足的技术联合使用,则在硅片表面上存在的杂质可以被去除或者硅片的表面粗糙度可以被改进。然而,在这种情况下,使用过量的清洗溶液,使得必须在清洗工艺之后处理废水时实施脱氢工艺,从而增加工艺成本。而且,该清洗工艺必须在高温下实施,这样大量能量被消耗,并且通过该清洗工艺去除的一部分金属杂质再次附着于硅片并成为污染物。
在相关领域持续进行着为了同时解决用于清洗硅片的传统方法的问题的研究,并在这样的技术环境下,提交本发明以获得专利。
本发明的一个目的是有效去除硅片表面上存在的金属杂质并改进硅片的表面粗糙度。而且,本发明的目的是防止由工艺重复和过量清洗溶液的使用导致的不利影响以及由去除的金属杂质再附着而导致的再污染。因此,本发明的一个目的是提供一种能够实现这些目的的清洗硅片的方法。
发明内容
为了实现上述目的,用于清洗硅片的方法包括:(S1)用于清洗硅片表面的第一清洗步骤,使用根据标准清洗1的SC-1清洗溶液;(S2)用于清洗在第一清洗步骤中清洗的所述硅片表面的第二清洗步骤,使用根据标准清洗2的SC-2清洗溶液;(S3)用于清洗在第二清洗步骤中清洗的所述硅片表面的第三清洗步骤,使用氢氟酸(HF)溶液;以及(S4)用于清洗在第三步骤中清洗的所述硅片表面的第四清洗步骤,利用臭氧水。
附图说明
下文中,将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。在描述之前,应当理解,在说明书和所附权利要求书中使用的术语不应当被解释为局限于一般和字典意义,而是应当在允许发明人正确地用于最佳解释定义术语的原则的基础上,基于对应于本发明的技术方面的意义和概念进行解释。
图1是举例说明根据本发明的一种用于清洗硅片的方法的流程图;
图2是举例说明通过实施根据本发明的用于清洗硅片的方法获得的金属杂质去除效果的示图;
图3是举例说明通过实施根据本发明的用于清洗硅片的方法获得的表面粗糙度改进效果的示图。
具体实施方式
下文中,本发明的优选具体实施方式将参照附图详细进行描述。
图1是举例说明根据本发明的一种用于清洗硅片的方法的流程图。
参照图1,整个清洗工艺包括四个步骤:(S11)利用SC-1清洗溶液用于清洗的第一步骤;(S12)利用SC-2清洗溶液用于清洗的第二步骤;(S13)利用氢氟酸(HF)溶液用于清洗的第三步骤;(S14)利用臭氧水用于清洗的第四步骤;以及(S15)用于干燥该清洗过的硅片的第五步骤。
在步骤(S11)至(S14)的顺序进程中,每一步骤通常包括利用DI(去离子)水去除在前一步骤中使用并保留在硅片表面上的清洗溶液。
步骤(S11)利用SC-1清洗溶液实施,该SC-1清洗溶液是氨水和过氧化氢的混合溶液,而步骤(S12)利用SC-2清洗溶液实施,该SC-2清洗溶液是盐酸和过氧化氢的混合溶液。然而,部分金属杂质如铜、金、钴、锌或钙可能仍然会残留在硅片的表面,并且在残留金属杂质单独残留的情况下,该金属杂质可能分散在硅片的表面中。为了完全去除该金属杂质,需要随后的工艺以解决由已被去除的金属杂质再附着至硅片表面而导致的额外污染问题。
更具体地,尽管实施了清洗步骤(S11)和(S12),但是仍然需要有效且完全地去除残留在硅片表面上的金属杂质以及防止已被去除的金属杂质再附着至该硅片,从而最大化清洗效果。出于这个目的,在步骤(S11)和(S12)之后,需要顺序地实施另外的清洗步骤(S13)和(S14)。
在利用氢氟酸溶液用于清洗的步骤(S13)中,氢氟酸溶液能够有效地去除残留在硅片表面的二氧化硅膜上的金属杂质。优选地,在步骤(S13)中使用的氢氟酸溶液是稀氢氟酸溶液。优选地,该稀氢氟酸溶液具有0.5~1%的浓度。在稀氢氟酸溶液的浓度低于该最小值的情况下,由于没有获得有效的二氧化硅膜的蚀刻效果,所以不是优选的,而在稀氢氟酸溶液的浓度高于该最大值的情况下,由于相比于氢氟酸浓度的增加,二氧化硅膜的蚀刻效果不是太大,所以也不是优选的。在本发明的该实施例中,使用1%浓度的氢氟酸。
在利用臭氧水用于清洗的步骤(S14)中,臭氧的强氧化能力有利于去除金属杂质并防止已被去除的金属杂质再附着至硅片。换句话说,在步骤(S14)中使用的臭氧水表现出比过氧化氢更高的氧化还原电位,因而具有强氧化能力以彻底离子化所述杂质,尤其是金属杂质,由此防止金属杂质附着至硅片的表面。优选地,步骤(S14)如此实施,将在步骤(S13)中清洗的硅片浸泡在臭氧水中达1~10分钟。在浸泡时间少于该最小值的情况下,由于没有获得充分清洗的效果所以不是优选的,而在浸泡时间大于该最大值的情况下,根据生产率,由于几乎已被清洗至期望程度的硅片被过度浸泡所以也不是优选的。优选地,在步骤(S14)中用作清洗溶液的臭氧水具有1~20ppm的臭氧浓度和10~30℃的温度。在臭氧浓度低于该最小值的情况下,由于有机杂质没有被有效去除所以不是优选的,而在臭氧浓度大于该最大值的情况下,由于相比于臭氧浓度的增加而清洗效果不是太大,所以也不是优选的。同时,在臭氧水的温度低于该最小值的情况下,由于臭氧的活性被降低,由此降低了清洗效果,所以不是优选的,而在臭氧水的温度高于该最大值的情况下,由于臭氧浓度被降低,由此降低了清洗效果,所以也不是优选的。
图2是举例说明通过实施根据本发明的用于清洗硅片的方法获得的金属杂质去除效果的示图。
参照图2,该示图描述了在传统情形(比较例)(由仅利用SC-1和SC-2清洗溶液的清洗工艺组成)和根据本发明所述的四个清洗步骤情形(实施例)中的每一个清洗工艺后,在硅片上的金属杂质的污染物浓度。换句话说,图2比较了在比较例和实施例之间典型金属杂质(即,镍(Ni)和铜(Cu))在硅片上的污染物浓度的差异,并表明了实施例的镍具有比比较例低约100(x102)倍的污染物浓度,而实施例的铜具有比比较例低约10(x101)倍的污染物浓度。
图3是举例说明通过根据本发明的用于清洗硅片的方法获得的表面粗糙度改进效果的示图。
参照图3,该示图描述了在由仅利用SC-1和SC-2清洗溶液组成的传统情形(比较例)和根据本发明的利用四个清洗步骤的情形(实施例)中的Rms(均方根)粗糙度的变化,通过该变化来评价硅片的表面粗糙度。换句话说,图3示出了关于在实施例和比较例中硅片表面上的表面粗糙度的检测结果。发现实施例具有0.04的变化和Rms值为0.7的均匀表面,而比较例具有0.25的变化和Rms值为0.65~0.9的不均匀表面。这意味着相比于比较例,实施例具有700%或更大的改进的表面粗糙度,因此,很明显,本发明比现有技术具有显著的改进效果。
应当理解,尽管指出了本发明的优选具体实施方式,但是所给出的详细描述和具体实施例仅用于说明的目的,因为对于本领域的技术人员来说,根据该详细描述,在本发明的精神和范围内的各种变化和更改也将是显而易见的。
工业应用
本发明有效去除了硅片表面上的金属杂质并改进了该硅片的表面粗糙度,并且本发明进一步解决了传统清洗方法的问题,即,由工艺重复和使用过量清洗溶液导致的不利作用以及由已被去除的金属杂质的再附着所导致的再污染。因此,在电气装置制造中,本发明的一个优点是提供了具有显著改进的物理特性的硅片。
Claims (5)
1.一种用于清洗硅片的方法,包括:
(S1)用于清洗硅片表面的第一清洗步骤,其中利用根据标准清洗1的SC-1清洗溶液;
(S2)用于清洗在所述第一清洗步骤中清洗的所述硅片表面的第二清洗步骤,其中利用根据标准清洗2的SC-2清洗溶液;
(S3)用于清洗在所述第二清洗步骤中清洗的所述硅片表面的第三清洗步骤,其中利用氢氟酸(HF)溶液;以及(S4)用于清洗在所述第三清洗步骤中清洗的所述硅片表面的第四清洗步骤,其中利用臭氧水。
2.根据权利要求1所述的用于清洗硅片的方法,其中在所述步骤(S3)中利用的所述氢氟酸溶液是稀氢氟酸溶液。
3.根据权利要求2所述的用于清洗硅片的方法,其中所述稀氢氟酸溶液的浓度为0.5~1%。
4.根据权利要求1所述的用于清洗硅片的方法,其中所述步骤(S4)是通过将在所述第三清洗步骤中清洗的所述硅片浸泡在所述臭氧水中达1~10分钟来实施的。
5.根据权利要求4所述的用于清洗硅片的方法,其中所述臭氧水在1~20ppm的浓度和10~30℃的温度下使用。
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