CN102974565A - 一种单晶硅晶圆抛光片的清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单晶硅晶圆抛光片的清洗方法。其步骤是：一、在槽体外侧施加电磁场，磁场强度为60-80A/m，磁场方向为垂直于硅片表面；二、先经过两槽SC-1清洗，每槽清洗液温度60℃，清洗5min；清洗液配比为氨水：双氧水：纯水=2:3:40；三、用纯水漂洗5min；四、进入SC-2清洗，清洗液温度为室温，清洗5min；清洗液配比为盐酸：双氧水：纯水=1:1:25，五、用纯水漂洗5min；六、经慢提拉后甩干；七、进行表面颗粒检测。采取本方法既能实现有效地去除有机物、金属离子、颗粒的沾污以及有蜡抛光后的蜡残留，又不恶化清洗后硅片表面的粗糙度，达到了提高产品品质的目的。采取本方法生产的硅片，均满足甚至高于产品的各项技术参数指标，从而较好地克服了传统RCA清洗的局限性。
Description
技术领域
本发明涉及有蜡抛光片的清洗技术，特别是涉及一种单晶硅晶圆抛光片的清洗方法。
背景技术
随着超大规模集成电路的发展、集成度的不断提高以及线宽的不断减小，对硅片表面的洁净度及表面状态的要求也越来越高。要得到高质量的半导体器件仅仅除去硅片表面的沾污已不再是最终的要求。在清洗过程中造成的表面化学态、氧化膜厚度、表面粗糙度等已成为同样重要的参数。目前，由于清洗不佳引起的器件失效已超过集成电路制造中总损失的一半，要得到高质量的半导体器件，硅片必须具有非常洁净的表面。超洁净表面是指不存在粒子、金属、有机物及水分等污染物和自然氧化膜，具有原子级的平整度，表面悬挂键以氢为终端实现硅表面稳定化。当然，完全洁净的硅片表面是不存在的，但是超大规模集成电路的发展，要求硅片表面要尽可能地达到完全洁净。因此，单晶硅晶圆片经抛光后的清洗技术一直是产业及学术界研究的热点。
单晶硅晶圆片经抛光后表面会吸附抛光过程中产生的颗粒、油污、杂质等，清洗过程归根到底就是利用各种化学试剂和有机溶剂伴以超声、加热、抽真空等物理措施，在一定条件下发生化学反应或溶解作用，进行硅表面化学脱附和物理脱附，然后用大量高纯水、冷去离子水冲洗，从而获得洁净表面的过程。
目前行业中，由1965 年Kern和Puotinen 等人在N.J.Princeton首创的RCA标准清洗法是一种典型的、至今仍为最普遍使用的湿式化学清洗法。该清洗法中主要采用SC-1（NH4OH/H2O2 /H2O）清洗液的氧化和腐蚀作用将附着在硅片表面的颗粒脱附，去除表面粒子；采用SC-2(HCl/H2O2/H2O)清洗液去除硅片表面的金属沾污。该方法主要局限性为：如果SC-1清洗液作用一般会影响硅片表面有机杂质去除效果，而如果SC-1清洗液作用过强会造成硅片表面粗糙度过大，同样可能造成清洗后硅片表面易吸附颗粒，造成颗粒超标。近年来，科研人员研发了许多表面活性剂、有机酸碱、悬浮剂等为主要成分的新型清洗剂，但并未完全克服RCA清洗法的局限性从而取代该方法。
发明内容
本发明是在原RCA清洗工艺的基础上研发的一种新的单晶硅晶圆抛光片的清洗方法。本方法突破传统RCA清洗的局限性，保证硅片的表面颗粒、金属离子、表面状态质量均达到技术要求。通过采取在原始的RCA SC-1清洗的工艺基础上加入垂直于硅片方向的磁场，在保持硅片腐蚀作用不变的条件下加强SC-1清洗液对硅片吸附颗粒的化学脱附作用，从而在不增加氨水腐蚀作用的条件下加强去除有机沾污的作用。
本发明采取的技术方案是：一种单晶硅晶圆抛光片的清洗方法，其特征在于，采取的方法步骤如下：
一、在清洗槽体外侧施加电磁场，磁场强度为60-80A/m，磁场方向为垂直于硅片表面；
二、先经过两槽SC-1清洗液清洗，每槽清洗液温度60℃，清洗时间5min；SC-1清洗液体积配比为氨水：双氧水：纯水=2:3:40；其中氨水浓度为28-29%，优级纯；双氧水浓度为30-32%，优级纯；纯水电阻率＞18MΩ·cm；
三、清洗后的抛光片用纯水漂洗，漂洗时间为5min；
四、纯水漂洗后进入SC-2清洗液清洗，清洗液温度为室温，清洗时间为5min；SC-2清洗液体积配比为盐酸：双氧水：纯水=1:1:25，其中盐酸浓度为36-38%，优级纯；双氧水浓度为30-32%，优级纯；纯水电阻率＞18MΩ·cm；
五、清洗后的抛光片用纯水漂洗，漂洗时间为5min；
六、经过慢提拉工艺后，进入甩干机甩干；
七、最后进行硅片表面颗粒检测。
在采用SC-1清洗液清洗过程中，利用双氧水氧化硅表面，然后利用氨水腐蚀此氧化层去除表面的颗粒，在磁场的作用下，硅片表面有机颗粒在化学脱附后的氨离子络合物迅速移走，从而在溶液中形成氨离子的浓度梯度，使新的氨分子迅速扩散到硅片表面，加强对表面颗粒的化学脱附作用，而又不增加氨离子对硅片表面的刻蚀作用。
本发明所产生的有益效果是：既能实现有效地去除有机物、金属离子、颗粒的沾污以及有蜡抛光后的蜡残留，又不恶化清洗后硅片表面的粗糙度，达到了提高产品品质的目的。经实验后的检测数据证明，采取本工艺生产的硅片，均满足甚至高于产品的各项技术参数指标，从而较好地克服了传统RCA清洗的局限性。
附图说明
图1为使用两种清洗方法的颗粒数据对比曲线图；
图中：—■—表示采用本发明清洗后的0.2um颗粒数目；
—◆—表示采用传统RCA清洗后的0.2um颗粒数目。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例：6英寸直拉单晶硅晶圆抛光片；电阻率：0.002-0.004Ω.cm；厚度：625μm；数量：200片。
加工设备：硅片清洗机。
辅助材料：纯水、氨水、双氧水、盐酸。
加工过程：将6英寸表面颗粒数据基本一致的单晶硅晶圆抛光片分成两组，依次放在上载处分别按照传统RCA清洗和本方法进行清洗，清洗结束后进行检验，记录相关数据。
采取本方法步骤如下：（传统RCA清洗方法步骤不再赘述）
一、在清洗槽体外侧施加电磁场，磁场强度为75A/m，磁场方向为垂直于硅片表面。
二、经过抛光后的单晶硅晶圆片进入清洗机上料位，先经过两槽SC-1清洗液清洗，每槽清洗液温度60℃，清洗时间5min；SC-1清洗液体积配比为氨水：双氧水：纯水=2:3:40；其中氨水浓度为29%，优级纯；双氧水浓度为31%，优级纯；纯水电阻率＞18MΩ·cm。
三、清洗后的抛光片用纯水漂洗，漂洗时间为5min。
四、纯水漂洗后进入SC-2清洗液清洗，清洗液温度为室温，清洗时间为5min；SC-2清洗液体积配比为盐酸：双氧水：纯水=1:1:25，其中盐酸浓度为37%，优级纯；双氧水浓度为31%，优级纯；纯水电阻率＞18MΩ·cm。通过SC-2清洗液清洗，去除钠、铁、镁和铝等表面金属沾污，将其降至1010 atom/cm2数量级。
五、清洗后的抛光片用纯水漂洗，漂洗时间为5min；
六、经过慢提拉工艺后，进入甩干机甩干；
七、最后进行硅片表面颗粒检测。
技术效果检测：技术检测标准见表1；使用两种清洗方法的0.2um颗粒数据对比见图1；使用本方法的表面离子测试结果（采用ICP-MS测量得到）见表2；不同清洗方法的单晶硅晶圆抛光片技术效果对比见表3。
表1：6英寸硅抛光片清洗后进行的最终检测标准
经传统RCA清洗后的抛光片6片不合格，且RCA清洗后波动较大；但是经过本方法清洗后的抛光片只有1片不合格，而且颗粒数据比较集中稳定，见图1。
表2：6英寸硅抛光片金属和非金属的最终检测数据
从表1和表2可以得出：经过本方法清洗的抛光片金属离子含量及非金属离子含量都达到技术标准要求。
表3：不同清洗方法的单晶硅晶圆抛光片技术效果对比
| 合格率 | 粗糙度（Ra） | |
| 传统RCA清洗 | 83% | 0.12μm |
| 本方法清洗 | 94% | 0.12μm |
从表3可以得出：在本实施例中，经实验后的检测数据证明，采取本方法生产的硅抛光片，颗粒数据好，合格率高，表面粗糙度不变，是未来单晶硅晶圆抛光片清洗工艺的走向。
Claims (1)
1.一种单晶硅晶圆抛光片的清洗方法，其特征在于，采取的方法步骤如下：
一、在清洗槽体外侧施加电磁场，磁场强度为60-80A/m，磁场方向为垂直于硅片表面；
二、先经过两槽SC-1清洗液清洗，每槽清洗液温度60℃，清洗时间5min；SC-1清洗液体积配比为氨水：双氧水：纯水=2:3:40；其中氨水浓度为28-29%，优级纯；双氧水浓度为30-32%，优级纯；纯水电阻率＞18MΩ·cm；
三、清洗后的抛光片用纯水漂洗，漂洗时间为5min；
四、纯水漂洗后进入SC-2清洗液清洗，清洗液温度为室温，清洗时间为5min；SC-2清洗液体积配比为盐酸：双氧水：纯水=1:1:25，其中盐酸浓度为36-38%，优级纯；双氧水浓度为30-32%，优级纯；纯水电阻率＞18MΩ·cm；
五、清洗后的抛光片用纯水漂洗，漂洗时间为5min；
六、经过慢提拉工艺后，进入甩干机甩干；
七、最后进行硅片表面颗粒检测。
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