CN103871871A - 一种去除硅片金属杂质的方法 - Google Patents

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Abstract

一种去除硅片金属杂质的方法，包括以下步骤：1）对硅片表面进行氧化处理，使硅表面在300-400℃下氧化生成二氧化硅，杂质金属离子被固定在所生成的二氧化硅层中；2）用DHF对所述二氧化硅进行去除，以一同去除所生成的二氧化硅层中的金属杂质；3）用SC1SC2清洗，去除残留的二氧化硅。本发明利用低温等离子体氧化工艺，使硅片在低温下被等离子体氧化为二氧化硅，有效地阻止了金属杂质的深层扩散，可以彻底的清除硅片表面和浅层的金属杂质，效率高，成本低。

Description

一种去除硅片金属杂质的方法
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种去除硅片金属杂质的方法。
背景技术
金属杂质会对硅片的性能产生很大的负面影响，主要包括：1）金属杂质形成深能级，增大p-n结的漏导电流，产生更大的漏导损耗；2）p-n结中的金属杂质降低结的反向击穿电压；3）金属杂质形成深能级带隙极大地增加结的漏导损耗，甚至直接导致p-n结变窄；4）金属杂质降低氧化诱导生成层错的位错的形成势垒。金属杂质的存在会大大降低芯片的良率，因而去除硅片中的金属杂质显得尤为重要。
在现有技术中，主要是通过标准清洗技术（RCA）和超声清洗来去除硅片表面的颗粒物。RCA清洗法属于湿洗法，主要包括两个步骤：标准清洗1（SC1）和标准清洗2（SC2）。标准清洗1是在约75-90℃的温度下，利用氨水、过氧化氢和去离子水的混合溶液进行的，三者的比例大致为（1：1：5）-（1：2：7），通过重复地用过氧化氢对硅片表面的氧化以及用氨水对硅片表面的精细蚀刻以从硅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是在约75-85℃的温度下，利用盐酸、过氧化氢和去离子水的混合清洗溶液进行的，三种物质的大致比例为（1：1：6）-（1：2：8），SC2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SC1中没有去除的残余杂质。专利CN101211774A公开了一种清洗硅片的方法，包括标准清洗1和标准清洗2，可以有效的清洗硅片表面的金属杂质，但是不能除去浅表面的金属杂质。超声清洗主要包括以下步骤：1）在氨水和双氧水中超声；2）在去离子水中超声；3）在盐酸和双氧水中超声；4）在去离子水中超声；5）甩干。超声清洗时间长，生产效率低，清洗剂和去离子水消耗量大，生产成本高。
专利CN1981369A公开了一种减少硅晶片中的金属杂质的方法，包括在较高的氧化起始温度下使含氧气氛氧化硅晶片，从而在硅晶片表面上形成氧化层和应变层，控制晶片的冷却以使金属原子扩散到应变层，清洗硅晶片以除去氧化层和应变层，从而除去扩散到应变层的金属杂质。但是，温度过高时也会使浅层的金属杂质扩散到硅片的内部，不利于金属杂质的彻底清除。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明提供一种去除硅片金属杂质的方法，利用低温等离子体氧化可以有效地去除硅片表面和浅层中的金属杂质。
本发明一种去除硅片金属杂质的方法，包括以下步骤：
1）对硅片表面进行氧化处理，使硅表面在300-400℃下氧化生成二氧化硅，杂质金属离子被固定在所生成的二氧化硅层中；
2）用DHF对所述二氧化硅进行去除，以一同去除所生成的二氧化硅层中的金属杂质；
3）用SC1SC2清洗，去除残留的二氧化硅。
上述一种去除硅片金属杂质的方法，其中，所述氧化处理采用低温等离子体氧化工艺，包括以下步骤：首先进行气体冲洗流程，然后进行该气体等离子体启辉。
上述一种去除硅片金属杂质的方法，其中，所述气体冲洗流程使用的气体选自O2、Ar、N2中的任一种，优选O2。
上述的气体冲洗流程的工艺参数设置为：腔室压力10-50豪托，气体流量80-600sccm，时间10-20s；优选为腔室压力20-30豪托，气体流量200-300sccm，时间10-15s。
上述的启辉过程的工艺参数设置为：腔室压力10-50豪托，气体流量80-600sccm，上电极功率250-400W，时间10-120s；优选为腔室压力20-30豪托，气体流量200-300sccm，上电极功率300-350W，时间50-60s。
上述一种去除硅片金属杂质的方法，其中，所述低温下氧化的温度为300-400℃。
上述一种去除硅片金属杂质的方法，其中，DHF清洗工艺中使用的溶液中HF的质量浓度为1-5%，优选2-3%。
本发明一种去除硅片金属杂质的方法，利用低温等离子体氧化工艺，使硅片在低温下被等离子体氧化为二氧化硅，有效地阻止了金属杂质的深层扩散，可以彻底的清除硅片表面和浅层的金属杂质，效率高，成本低。
附图说明
图1：本发明一种去除硅片金属杂质的方法的流程图；
图2：硅片被本发明清洗前后的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加明确，下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明一种去除硅片金属杂质的方法，包括以下步骤：
1）采用低温等离子体氧化工艺对硅片表面进行氧化处理，包括气体冲洗和气体等离子体启辉，使硅表面在300-400℃下氧化生成二氧化硅，杂质金属离子被固定在所生成的二氧化硅层中；
2）用DHF对所述二氧化硅进行去除，以一同去除所生成的二氧化硅层中的金属杂质；
3）用SC1SC2清洗，去除残留的二氧化硅。
实施例1
本发明一种去除硅片金属杂质的方法，包括以下步骤：
1）采用低温等离子体氧化工艺对硅片表面进行氧化处理，包括气体冲洗和气体等离子体启辉，使硅表面在300℃下氧化生成二氧化硅，杂质金属离子被固定在所生成的二氧化硅层中；气体冲洗的参数设置为：腔室压力20豪托，气体流量200sccm，时间10s；启辉过程的工艺参数设置为：腔室压力20豪托，气体流量200sccm，上电极功率300W，时间50s；
2）用质量浓度为2%的HF溶液清洗去掉所生成的二氧化硅，从而去除所生成的二氧化硅层中的金属杂质；
3）用SC1SC2清洗，去除残留的二氧化硅。
实施例2
本发明一种去除硅片金属杂质的方法，包括以下步骤：
1）采用低温等离子体氧化工艺对硅片表面进行氧化处理，包括气体冲洗和气体等离子体启辉，使硅表面在低温350℃下氧化生成二氧化硅，杂质金属离子被固定在所生成的二氧化硅层中；气体冲洗的参数设置为：腔室压力20豪托，气体流量200sccm，时间10s；启辉过程的工艺参数设置为：腔室压力20豪托，气体流量200sccm，上电极功率300W，时间60s；
2）用质量浓度为2%的HF溶液清洗去掉所生成的二氧化硅，从而去除所生成的二氧化硅层中的金属杂质；
3）用SC1SC2清洗，去除残留的二氧化硅。
实施例3
本发明一种去除硅片金属杂质的方法，包括以下步骤：
1）采用低温等离子体氧化工艺对硅片表面进行氧化处理，包括气体冲洗和气体等离子体启辉，使硅表面在低温380℃下氧化生成二氧化硅，杂质金属离子被固定在所生成的二氧化硅层中；气体冲洗的参数设置为：腔室压力20豪托，气体流量200sccm，时间10s；启辉过程的工艺参数设置为：腔室压力20豪托，气体流量200sccm，上电极功率300W，时间60s；
2）用质量浓度为2%的HF溶液清洗去掉所生成的二氧化硅，从而去除所生成的二氧化硅层中的金属杂质；
3）用SC1SC2清洗，去除残留的二氧化硅。
如图2所示，清洗前的硅片a的表面和浅层含有金属杂质，利用上述实施例中的方法对硅片进行清洗后，如图2中清洗后的硅片b所示，金属离子被彻底清除。
本发明提供的去除硅片金属杂质的方法，利用低温等离子体氧化工艺，使硅片在低温下被等离子体氧化为二氧化硅，有效地阻止了金属杂质向深层的扩散，可以彻底的清除硅片表面和浅层的金属杂质，效率高，成本低。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种去除硅片金属杂质的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）对硅片表面进行氧化处理，使硅表面在300-400℃下氧化生成二氧化硅，杂质金属离子被固定在所生成的二氧化硅层中；
2）用DHF对所述二氧化硅进行去除，以一同去除所生成的二氧化硅层中的金属杂质；
3）用SC1SC2清洗，去除残留的二氧化硅。
2.根据权利要求1所述的一种去除硅片金属杂质的方法，其特征在于，所述氧化处理采用低温等离子体氧化工艺。
3.根据权利要求2所述的一种去除硅片金属杂质的方法，其特征在于，所述低温等离子体氧化工艺包括以下步骤：首先进行气体冲洗流程，然后进行该气体等离子体启辉。
4.根据权利要求3所述的一种去除硅片金属杂质的方法，其特征在于，所述气体选自O2、Ar、N2中的任一种。
5.根据权利要求3所述的一种去除硅片金属杂质的方法，其特征在于，所述气体冲洗流程的工艺参数设置为：腔室压力10-50豪托，气体流量80-600sccm，时间10-20s。
6.根据权利要求5所述的一种去除硅片金属杂质的方法，其特征在于，所述气体冲洗流程的工艺参数设置为：腔室压力20-30豪托，气体流量200-300sccm，时间10-15s。
7.根据权利要求3所述的一种去除硅片金属杂质的方法，其特征在于，所述启辉过程的工艺参数设置为：腔室压力10-50豪托，气体流量80-600sccm，上电极功率250-400W，时间10-120s。
8.根据权利要求7所述的一种去除硅片金属杂质的方法，其特征在于，所述启辉过程的工艺参数设置为：腔室压力20-30豪托，气体流量200-300sccm，上电极功率300-350W，时间50-60s。
9.根据权利要求1所述的一种去除硅片金属杂质的方法，其特征在于，所述DHF清洗工艺中使用的溶液中HF的质量浓度为1-5%。
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