CN101214485A

CN101214485A - 一种多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法

Info

Publication number: CN101214485A
Application number: CNA2007100632317A
Authority: CN
Inventors: 朱哲渊
Original assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Beijing North Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2007-01-04
Filing date: 2007-01-04
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2027-01-04
Also published as: CN101214485B

Abstract

本发明所述的多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法，在清洗过程中采用有机溶剂、碱性溶液、酸性溶液和超纯水对零部件进行清洗，可以有效的去除附着于多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的聚合物薄膜，且步骤简单方便，清洗效果理想，而且不会对多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件造成损伤。应用此方法对半导体工艺一段时间后的多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件清洗后，多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的污染物完全被除去，且多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面没有遭到损伤，清洗后的多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件完全满足正常工艺的要求，达到清洗效果。

Description

一种多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法

技术领域

本发明涉及一种零件表面的清洗方法，尤其涉及微电子工艺过程中的一种多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法。

背景技术

随着半导体芯片技术的发展，技术节点已从250nm发展到65nm，甚至45nm以下，硅片的大小也从200mm增加到300mm，在这样的情况下，每片硅片的成本变得越来越高。对加工硅片的工艺要求越来越严格。半导体的加工需要经过多道工序，包括沉积、光刻、刻蚀等，刻蚀工艺是其中较为复杂的工序，等离子体刻蚀过程中等离子体的状态、各项工艺过程参数等与刻蚀结果直接相关。

半导体多晶硅刻蚀工艺过程中，随着反应地进行，往往会产生很多副产物。副产物在反应室的工艺环境中，会发生一系列的分裂聚合反应，重新组合为成分结构复杂的聚合物。虽然在每次工艺后进行干法清洗，即采用SF6等等离子气体对腔室中的副产物或污染物进行清除，大部分这类副产物可与含SF6等离子体反应而被分子泵和干泵排出反应室，但还有小部分的副产物附着在反应室内壁上。这种附着于内壁上的副产物聚合物膜会随着工艺的继续进行而不断累积，而且这层薄膜稳定性不强，随时会从内壁上脱落下来污染到硅片，而且会影响到腔室得工艺状态，使得刻蚀速率漂移、刻蚀速率均匀性降低。其次还会造成硅片污染、关键尺寸损失及刻蚀缺陷产生。所以需要对反应室内部裸露于工艺环境的零件进行定期清洗。

多晶刻蚀腔室中与工艺气体接触的零件表面有的是铝表面经阳极氧化得到一层氧化铝，如刻蚀腔室的本体。氧化铝表面其厚度均非常小，一般只是在零件的表面形成很薄的氧化铝层。通常的清洗手段是采用HNO3+HF浸泡、再利用金刚砂纸擦洗的方法进行清洗。清洗过程中，由于零件表面本身的特性与其他金属零件不同，这种方法在清除聚合物的同时，不仅清除过程耗时耗力，而且容易损伤零件表面，而且对于聚合物清洗效果不甚理想，残留深灰色斑迹。

发明内容

本发明的目的是提供一种多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法，可以实现对多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的进行湿法清洗，对零件表面损伤小，且完全满足使用要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法包括以下过程：

A、用有机溶剂清洗零件表面；

B、用碱性溶液与酸性溶液不分顺序依次清洗零件表面；

C、将零件放入超声槽中，清洗设定的超声波清洗时间，进行超声波清洗。

所述过程B在清洗过程中包括下述过程至少一次：

用质量含量比为2％～20％氢氧化四甲基氨TMAH水溶液擦拭、浸泡或喷淋零件表面，不超过设定的TMAH水溶液清洗时间；和/或，

用质量含量比为2％～20％氢氧化四甲基氨TMAH水溶液与有机溶剂的混合溶液擦拭、浸泡或喷淋零件表面，不超过设定的TMAH水溶液与有机溶剂混合溶液清洗时间，所述的2％～20％氢氧化四甲基氨TMAH水溶液与有机溶剂的质量含量比为1∶1～1∶5。

所述的方法在每次更换溶液进行下一步清洗或用同一溶液进行下一次清洗过程之前和/或之后还包括下述过程：

用超纯水冲洗或喷淋零件表面；

用洁净的擦拭物擦拭零件，直至无带色的杂质脱落；和/或，用洁净的高压气体吹干零件的表面。

所述的方法在每次用碱性溶液或酸性溶液清洗后还包括：

用有机溶剂喷淋零件设定的清洗时间，并可重复多次，且每次的清洗时间与所用有机溶剂的可相同或不同；

所述的过程C后包括，将零件在80℃～120℃环境下烘烤零件进行烘干处理。

所述的过程A包括用有机溶剂擦拭、浸泡或喷淋零件，再用洁净的擦拭物擦拭零件。

所述的过程B包括以下过程：

B1、用碱性溶液擦拭、浸泡或喷淋零件，并可重复多次；

B2、用酸性溶液擦拭零件，不超过设定的酸性溶液擦拭时间，并可重复多次。

所述的有机溶剂包括：

纯异丙醇，100％，符合SEMI标准C41-1101A的I级标准；或者，

纯乙醇，满足电子纯级别要求；或者，

纯丙酮，满足电子纯级别要求。

所述的碱性溶液包括氢氧化氨NH₄OH、双氧水H₂O₂与水H₂O，其质量含量比为：

NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O为1∶1∶1～20。

所述的酸性溶液包括硝酸HNO₃、氢氟酸HF、过硫酸铵(NH₄)₂S₂O₈与水H₂O，其质量含量比为：

HNO₃∶HF∶(NH₄)₂S₂O₈∶H₂O为1∶1∶0～2∶10～50。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法，在清洗过程中采用有机溶剂、碱性溶液、酸性溶液和超纯水对零部件进行清洗，可以有效的去除附着于多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的聚合物薄膜，且步骤简单方便，清洗效果理想，而且不会对多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件造成损伤。应用此方法对半导体工艺一段时间后的多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件清洗后，多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的污染物完全被除去，且多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面没有遭到损伤，清洗后的多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件完全满足正常工艺的要求，达到清洗效果。

具体实施方式

本发明所述的一种多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法，其核心是是先用有机溶剂清洗零件表面；再用碱性溶液与酸性溶液不分顺序依次清洗零件表面；最后，将零件放入超声槽中，清洗设定的超声波清洗时间，进行超声波清洗零件。达到去除零件表面的沉积物的目的。

在采用此方法清洗之前，我们采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)对待清洗的零件表面进行分析，发现在使用过一段时间的多晶刻蚀腔室中的零部件的表面的沉积物(污染物)主要包括：有机杂质，金属杂质、电极杂质、硅类杂质、氟化物杂质、表面颗粒。详细来说的话，例如在污染中的氟化物杂质有AlF、TiF等；金属杂质包括Fe、Cr、Ni、Mo、V、Cu等；电极杂质包括W、P等；硅类颗粒包括Si、SiO2等。

所述的清洗方法具体包括：

一、用有机溶剂清洗零件表面的过程

可包含以下的方法或其组合：

1、用有机溶剂擦拭零件，直至无带色的杂质脱落；通常采用无尘布蘸有机溶剂对零件进行擦拭，直至无尘布上无颜色为止。

2、用有机溶剂喷淋零件设定的有机溶剂清洗时间(在此指的是喷淋时间，需要设定时间的目的是为了有机溶剂充分溶解零件表面的有机杂质)，并可重复多次，且每次的喷淋时间与所用有机溶剂的可相同或不同；通常采用有机溶剂直接喷淋零件的表面，不少于设定的喷淋时间，然后用洁净的高压气体吹干零件的表面或用洁净的无尘布对零件进行擦拭直至无尘布上无颜色为止。

3、用有机溶剂浸泡零件设定的有机溶剂清洗时间(在此指的是浸泡时间，需要设定时间的目的是为了有机溶剂充分溶解零件表面的有机杂质)，并可重复多次，且每次的浸泡时间与所用有机溶剂的可相同或不同。通常采用有机溶剂直接浸泡零件，不少于设定的浸泡时间，然后，用洁净的无尘布对零件进行擦拭直至无尘布上无颜色为止或用洁净的高压气体吹干零件。

无尘布即为前文所述的擦拭物，其需满足超净室的使用标准。符合CL4(100级无尘室)要求，也可采用擦拭垫作为擦拭物，其需满足半导体行业标准。符合CL4(100级无尘室)要求。

这里的有机溶剂为：

纯异丙醇，100％，符合SEMI标准C41-1101A的I级标准；当然也可采用其它的有机溶剂。

如采用纯乙醇，符合电子纯级别要求；

或者采用：

纯丙酮，符合电子纯级别要求。

电子纯是国标中化学试剂的一种级别，简称MOS级，它的电性杂质含量极低。

另外，需要说明的是在首次用有机溶剂清洗零件前，一般要用超纯水冲洗或喷淋零件表面设定的超纯水清洗时间；然后用洁净的擦拭物擦拭零件，直至无带色的杂质脱落；和/或，用洁净的高压气体吹干零件的表面。

当然在每次用有机溶剂清洗零件前与清洗后也可用超纯水冲洗或喷淋零件表面设定的超纯水清洗时间；然后用洁净的擦拭物擦拭零件，直至无带色的杂质脱落；和/或，用洁净的高压气体吹干零件的表面。

这里的超纯水UPW的参数要求为25℃下电阻resistivity≥18Ω/cm。

二、用碱性溶液与酸性溶液不分顺序依次清洗零件表面

这里需要明确的是，可以先用碱性溶液清洗后用酸性溶液清洗，也可以先用酸性溶液清洗后用碱性溶液清洗。

1、酸性溶液的清洗方法为用无尘布(也可用擦拭垫)蘸酸性溶液擦拭零件不得超过酸性溶液擦拭时间；防止时间过长损伤零件表面。

这一过程结束后为了进入下一过程通常需要有机溶剂直接喷淋零件的氧化层表面，不少于设定的喷淋时间，然后用洁净的高压气体吹干零件的表面。

2、用碱性溶液浸泡或喷淋零件设定的碱性溶液清洗时间；通常采用碱性溶液直接浸泡零件，不少于设定的碱性溶液清洗时间，然后，用洁净的无尘布对零件进行擦拭直至无尘布上无颜色为止。

这里的酸性溶液的配方有两种：

第一种

所述的酸性溶液包括硝酸HNO₃、氢氟酸HF与水H₂O，其质量含量比为：

HNO₃∶HF∶H₂O为1∶1∶10～50；

较佳的含量比为：

HNO₃∶HF∶H₂O为1∶1∶20～40；

其优选含量比为：

HNO₃∶HF∶H₂O为1∶1∶30。

第二种

HNO₃∶HF∶(NH₄)₂S₂O₈∶H₂O为1∶1∶0～2∶10～50。

较佳的含量比为：

HNO₃∶HF∶(NH₄)₂S₂O₈∶H₂O为1∶1∶0.5～1.5∶20～40。

其优选含量比为：

HNO₃∶HF∶(NH₄)₂S₂O₈∶H₂O为1∶1∶1∶30。

这里的碱性溶液的配方包括氢氧化氨NH₄OH、双氧水H₂O₂与水H₂O，其质量含量比为：NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O为1∶1∶1～20。

较佳的含量比为：

NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O为1∶1∶5～15。

其优选含量比为：

NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O为1∶1∶10。

在此清洗过程中还包括下述过程至少一次：

用质量含量比为2％～20％氢氧化四甲基氨TMAH水溶液擦拭、浸泡或喷淋零件表面，不超过设定的TMAH水溶液清洗时间；防止时间过长损伤零件表面。

还可以用质量含量比为2％～20％氢氧化四甲基氨TMAH水溶液与有机溶剂的混合溶液擦拭、浸泡或喷淋零件表面，不超过设定的TMAH水溶液与有机溶剂混合溶液清洗时间，防止时间过长损伤零件表面。所述的2％～20％氢氧化四甲基氨TMAH水溶液与有机溶剂的质量含量比为1∶1～1∶5。

三、用超声波清洗零件

将零件放入含有纯水UPW的超声槽中，清洗设定的时间。超声清洗不但能去除零件表面的颗粒，而且能够去除零件内部的颗粒。超声清洗后零件上的颗粒的密度少于0.17Particle/cm2是我们所希望的。

此外，为了保护零件的非氧化面，在进行清洗前需对零件表面没有进行阳极氧化的表面设置保护层，也就是粘抗化学文腐蚀的胶带；清洗结束后，需去除零件表面没有进行阳极氧化的表面设置保护层，也就是揭下抗化学文腐蚀的胶带。

另外，在进行超声波清洗零件后，通常需要将零件在80℃～120℃环境下进行烘干处理。

采用此方法清洗零件表面有多种方案，以下举一例，但此方法并不局限于此例：

实施例：清洗阳极氧化零件

步骤11、在室温下使用超纯水(电阻≥18Ω/cm)喷淋阳极氧化层表面至少5分钟，可去除表面一些吸附性较低的颗粒污染物，然后用带有过滤器(0.05-0.1μm)的N₂枪吹干表面。

步骤12、使用电子级异丙醇来去除腔室阳极氧化表面的有机杂质，其他的有机溶剂如果符合要求也可以使用如乙醇、丙酮等，但前提是不能造成阳极氧化件的再次污染；再用超纯水冲洗，并用N₂枪吹干。

步骤13、使用带有氧化性弱碱性溶液NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O(1∶1∶1-1∶1∶20)浸泡腔室的阳极氧化表面，至少30分钟，可根据实际情况延长时间，并用无尘布擦拭再用超纯水冲洗，并用N2枪吹干。H₂O₂是一种强氧化剂，既可以把有机物氧化成可溶性物质或气体，也可以把金属杂质氧化成高价的金属离子，而金属离子可以和氨水形成较稳定的絡合离子，从而被除去。此种碱性溶液可以去除有机杂质、金属杂质和氟化物。

步骤14、如果铝阳极氧化部件的表面还有可见的污染物，将铝阳极氧化部件浸泡于TMAH 2wt％-20wt％溶液中，可添加5％-20％的乙醇等有机溶剂，在60℃下浸泡30mins左右，其中TMAH具有较强的去除AlF3能力，而AlF₃、AlF^2-、AlF-等是刻蚀机中铝阳极氧化部件与含有卤素元素特别是F等等离子体反应的副产物之一。刻蚀机中的阳极氧化部件表面经常具有较高的粗糙度如40uinch左右，是为了提高吸附刻蚀工艺时产生的颗粒，添加乙醇等有机溶剂，有利于改善此溶液的表面张力，使之能与微观的表面充分接触，去除里面的副产物。

步骤15、使用酸性溶液HNO₃∶HF∶H₂O(1∶1∶10-1∶1∶50)，并含有适量的过硫酸铵如1wt％-3wt％来清洗腔室阳极氧化表面，避免酸性溶液对阳极氧化表面的腐蚀，采用沾有此酸性液的无尘布进行擦拭，并马上用超纯水冲洗，清洗后再用超纯水冲洗，并用N2枪吹干。此酸性溶液中的HNO₃能够去除金属颗粒和电极杂质，例如：HNO₃+Cu＝Cu(NO₃)₂+H₂，HF能够去除硅颗粒及含Si的杂质，其中过硫酸铵的作用是防止HF与硅颗粒及含Si的杂质反应生成的氟硅酸(H2SiF6)粘结在阳极氧化表面，例如HF和SiO2反应如下：

4HF+SiO₂＝SiF₄+2H₂O

6HF+SiO₂＝H₂SiF₆+2H₂O

步骤16、将零件放入超声槽中以较低频率(10-26KHz)进行大颗粒的去除，超声20-40分钟，超纯水水温为40-70℃，超声能量密度小于30瓦/加仑，零件与托板之间垫有无尘布以防止水印。时间不要过长，以免损害表面。

步骤17、将零件放入超声槽中以较高频率(30-45KHz)进行精洗，超声20-30分钟，18兆去离子水水温为40-70℃，超声能量密度小于30瓦/加仑，零件与托板之间垫有无尘布以防止水印。时间不要过长，以免损害表面。

步骤18、用超纯水喷淋阳极氧化零部件表面，并用带有过滤器的N2枪吹干零部件表面，无尘布擦拭。

步骤19、烘干，将零件放在80-120℃环境中烘烤1.5～2.5小时，之后冷却。

综上所述，本发明技术方案所述的清洗方法是一种无破坏性的、简易的清洗阳极氧化零件表面的有效方法，它主要包括使用有机溶剂、碱性溶液、稀释的酸性溶液和超声清洗的方法去除零件的污染物，该方法不会使阳极氧化层剥落，如果有损伤也是极为微量的，不会导致零部件需要重新进行阳极氧化处理。

此方法不但能满足低制程的工艺腔室中阳极氧化件的清洗要求，同时也可以满足高制程(0.25μm)工艺腔室的阳极氧化件的要求。

传统的湿法清洗对零部件本身的损伤较大，而这种清洗方法对零部件本身损伤几乎为零，延长了零部件的使用寿命，节约了设备拥有者的零部件耗材成本。

这种湿法清洗方法比传统的多晶刻蚀阳极氧化件的清洗方法节约了近1个小时，节约了清洗者的人力成本。

这种湿法清洗方法比传统的多晶刻蚀阳极氧化件的清洗方法节约了近30％的药液，节约了清洗者的化学药液的成本。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于，包括以下过程：

A、用有机溶剂清洗零件表面；

B、用碱性溶液与酸性溶液不分顺序依次清洗零件表面；

2.根据权利要求1所述的多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于，所述过程B在清洗过程中包括下述过程至少一次：

3.根据权利要求1或2所述的多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于，所述的方法在每次更换溶液进行下一步清洗或用同一溶液进行下一次清洗过程之前和/或之后还包括下述过程：

用超纯水冲洗或喷淋零件表面；

4.根据权利要求1或2所述的多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于，所述的方法在每次用碱性溶液或酸性溶液清洗后还包括：

5.根据权利要求1或2所述的多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于：

6.根据权利要求1或2所述的多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于：

7.根据权利要求1或2所述的多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于，所述的过程B包括以下过程：

B1、用碱性溶液擦拭、浸泡或喷淋零件，并可重复多次；

8.根据权利要求1或2所述的多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于，所述的有机溶剂包括：

纯异丙醇，100％，符合SEMI标准C41-1101A的I级标准；或者，

纯乙醇，满足电子纯级别要求；或者，

纯丙酮，满足电子纯级别要求。

9.根据权利要求1或2所述的多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于：

NH₄OH∶H₂O₂∶H₂O为1∶1∶1～20。

10.根据权利要求1或2所述的多晶硅刻蚀腔室中阳极氧化零件表面的清洗方法，其特征在于，所述的酸性溶液包括硝酸HNO₃、氢氟酸HF、过硫酸铵(NH₄)₂S₂O₈与水H₂O，其质量含量比为：

HNO₃∶HF∶(NH₄)₂S₂O₈∶H₂O为1∶1∶0～2∶10～50。