CN104103548B - 有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法 - Google Patents

有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法，至少包括以下步骤：提供一晶片，将所述晶片置于反应腔内；先在所述晶片上喷洒O3的水溶液以去除所述晶片上的有机杂质并在所述晶片上形成氧化层；然后在所述晶片上喷洒稀释的氢氟酸以溶解所述氧化层并去除所述晶片上的杂质颗粒；接着在所述晶片上喷洒O3的水溶液以在所述晶片上再次形成氧化层；最后在所述晶片上喷洒SC1溶液以进一步去除所述晶片上的杂质颗粒。本发明的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法能够大幅提高晶片的清洁度，有利于产品良率的提升，并显著降低晶片清洗成本。

Description

有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法
技术领域
本发明属于半导体制造领域，涉及一种晶片处理方法，特别是涉及一种有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法。
背景技术
目前，半导体制造工业主要在硅衬底的晶片(wafer)器件面上生长器件，例如，互补型金属氧化物半导体(CMOS)器件。CMOS器件在微处理器、闪存和特定用途集成电路(ASIC)的半导体技术上占有重要的地位。现在普遍采用双阱CMOS工艺在硅衬底上同时制作导电沟道为空穴的p型沟道金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)和导电沟道为电子的n型沟道MOSFET，一般步骤为：首先，掺杂硅衬底中的不同区域，使硅衬底中同时具有以电子为多数载流子的n型硅衬底，及以空穴为多数载流子的p型硅衬底；接着在n型硅衬底和p型硅衬底之间制作浅沟槽隔离(STI)，被STI分隔开的区域彼此绝缘，称为有源区(AA)，后在STI两侧用离子注入的方法分别形成空穴型掺杂扩散区(P阱)和电子型掺杂扩散区(N阱)，最后在P阱和N阱上方分别制作由栅极电介质层和多晶硅组成的层叠栅极，及在P阱和N阱103中分别制作源极和漏极，所述源极和漏极分别位于层叠栅极的两侧；P阱中形成n型沟道MOSFET，N阱中形成p型沟道MOSFET，得到CMOS器件结构。
随着半导体芯片的集成度不断提高，晶体管的特征尺寸不断缩小，严格的缺陷控制对于良率的提升非常重要。在半导体器件的制作时，有源区衬垫氧化前需要经过一系列晶片清洗步骤，以去除晶片表面的金属杂质或其它杂质颗粒。金属杂质或其它杂质颗粒残留在晶片表面会对后续的工艺产生不良影响，降低产品的良率。
传统的晶片清洗方法包括如下步骤：首先将多片晶片浸泡在热的SPM化学槽中以去除晶片上的有机物杂质，然后拉出晶片并依次在SC1溶液化学槽和SC2溶液化学槽中清洗以清除晶片上的金属颗粒。请参阅图1，显示为经上述过程清洗之后的晶片上杂质颗粒的残留情况，可以看出，晶片上杂质颗粒的数量仍然很多。这种方法由于多片晶片浸泡在化学槽中，杂质颗粒会在容器中累计，并在晶片拉出化学溶液的时候沾在晶片表面，导致晶片清洗达不到理想效果，对后续工艺产生不良影响，且SPM是电子级的硫酸和双氧水混合液，成本较高。因此，提供一种清洁程度高且成本低廉的晶片清洗方法实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法，用于解决现有技术中的晶片预清洗方法清洁度不高且成本高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法，所述方法至少包括以下步骤：
1）提供一晶片，将所述晶片置于反应腔内；
2）在所述晶片上喷洒O3的水溶液以去除所述晶片上的有机杂质并在所述晶片上形成氧化层；
3）然后在所述晶片上喷洒稀释的氢氟酸以溶解所述氧化层并去除所述晶片上的杂质颗粒；
4）接着在所述晶片上喷洒O3的水溶液以在所述晶片上再次形成氧化层；
5）最后在所述晶片上喷洒SC1溶液以进一步去除所述晶片上的杂质颗粒。
可选地，于所述步骤5）之前重复步骤3）和4）至少一次。
可选地，所述O3的水溶液、稀释的氢氟酸及SC1溶液通过装设于所述反应腔内的至少一个喷头喷洒到所述晶片上。
可选地，所述O3的水溶液的浓度为15~100 ppm。
可选地，所述稀释的氢氟酸为质量百分比为49%的HF溶液与H2O以1:x的体积比混合而成，其中50≤x≤500。
可选地，所述SC1溶液为质量百分为29%的氨水、质量百分比为30%的双氧水及H2O以1:y:z的体积比混合而成，其中1≤y≤2，50≤z≤500；所述SC1溶液的温度为25~40 ℃，所述SC1溶液喷洒的时间为20~120 s。
可选地，所述晶片置于反应腔之后以300~1500 rpm的转速旋转。
如上所述，本发明的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法，具有以下有益效果：本发明的化学溶液经喷头喷洒在高速旋转的晶片表面，并从晶片边缘排出，流经晶片表面的化学溶液都是新的，用一次就排掉了，不会有二次污染的问题，且O3的水溶液相对于SPM成本低得多。本发明的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法不仅能提高晶片的清洁度，同时降低成本，有助于提高产品的良率。
附图说明
图1显示为现有技术中的晶片清洗后杂质颗粒残留情况的测试图。
图2显示为本发明的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法中晶片的示意图。
图3显示为本发明的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法中在所述晶片上喷洒O3的水溶液以去除所述晶片上的有机杂质并在所述晶片上形成氧化层的示意图。
图4显示为本发明的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法中在所述晶片上喷洒稀释的氢氟酸以溶解所述氧化层并去除所述晶片上的杂质颗粒的示意图。
图5显示为本发明的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法中在所述晶片上再次形成氧化层的示意图。
图6显示为本发明的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法中在所述晶片上喷洒SC1溶液以进一步去除所述晶片上的杂质颗粒的示意图
图7显示为用本发明的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法清洗晶片后杂质颗粒残留情况的测试图。
元件标号说明
1晶片
2杂质颗粒
3氧化层
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2至图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
如图2至图7所示，本发明提供一种有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法，所述方法至少包括以下步骤：
步骤1），请参阅图2，如图所示，提供一晶片1，所述晶片1为待清洗晶片，其表面有若干杂质颗粒2。所述杂质颗粒可能包括有机物、金属颗粒等成分，所述杂质颗粒的粒径一般在1微米左右，甚至更小。需要指出的是，为了方便图示，杂质颗粒的比例未按实际比例绘制。
然后将所述晶片1置于反应腔内，所述反应腔内设有可承载晶片的机台，所述机台可根据不同的设置以不同的转速旋转，也可以不旋转。所述反应腔内装设有至少一个化学喷头，用于将化学液体喷洒到晶片上。
步骤2），请参阅图3，在所述晶片1上喷洒O3的水溶液以去除所述晶片1上的有机杂质并在所述晶片上形成氧化层3。
臭氧（O3）是一种很强的氧化剂，可分解有机物，生成二氧化碳和水，并且臭氧对大部分金属都有腐蚀性。本发明中采用臭氧的水溶液，即将臭氧气体溶于水中。具体的，O3的水溶液的浓度为15~100 ppm，通过反应腔内的至少一个喷头喷洒到所述晶片1表面。本实施例中，将O3溶于去离子水中形成O3的水溶液，在其它实施例中，也可将O3溶于纯水或超纯水中形成O3的水溶液。所述晶片1放置于反应腔内后以300~1500 rpm的转速旋转，O3的水溶液喷洒到所述晶片1表面之后，通过晶片的旋转均匀涂布于晶片表面，分解并去除晶片表面的有机物，喷洒的时间为5~50s，反应过的O3的水溶液从晶片边缘流出或甩出，不会有二次污染的问题。由于O3的强氧化性，其将晶片表面的有机物分解的同时将晶片表面氧化，形成氧化层3。本实施例中，晶片1的材料为硅，形成的氧化层3为二氧化硅。
步骤3），请参阅图4，在所述晶片上喷洒稀释的氢氟酸以溶解所述氧化层并去除所述晶片上的杂质颗粒。
氢氟酸是氟化氢气体（HF）的水溶液，本发明中采用稀释的氢氟酸（DHF），其由质量百分比为49%的HF溶液与H2O以1:x的体积比混合而成，其中50≤x≤500。稀释的氢氟酸能够腐蚀并溶解上一步中在晶片表面形成的氧化层3，晶片表面的部分金属杂质和其它杂质颗粒会随着腐蚀层一起进入溶液之中，并从晶片边缘排出，进而达到清除的目的。
步骤4），请参阅图5，在所述晶片1上喷洒O3的水溶液以在所述晶片上再次形成氧化层3。
由于上一步中采用稀释的氢氟酸去除了晶片表面的氧化层，晶片表面为疏水性，容易吸附颗粒。本步骤中，在所述晶片上再次喷洒O3的水溶液的目的是将晶片表面快速氧化，使其变为亲水性，防止杂质颗粒的吸附。然而晶片上仍可能残留少量的杂质颗粒。
步骤5），请参阅图6，在所述晶片上喷洒SC1溶液以进一步去除所述晶片上的杂质颗粒。
SC1溶液又称1号标准清洗溶液，是一种碱性清洗液，其由氨水、过氧化氢和水按一定比例配制而成。本实施例中，所述SC1溶液为质量百分为29%的氨水、质量百分比为30%的双氧水及H2O以1:y:z的体积比混合而成，其中1≤y≤2，50≤z≤500。所述SC1溶液可以进一步去除所述晶片上残留的杂质颗粒。本实施例中，所述SC1溶液的温度为25~40 ℃，喷洒的时间为20~120 s。
至此，晶片的预清洗完成，请参阅图7，显示为用本发明的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法清洗晶片后杂质颗粒残留情况的测试图。可以看出，相对于现有技术的清洗方法（测试结果参阅图1），本发明的杂质颗粒去除效率要高得多，晶片洁净度更高。且本发明中没有用到SPM，SPM是电子级的硫酸和双氧水的混合液，成本较高。本发明采用的是O3的水溶液，大大降低了成本。
需要指出的是，本发明的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法中，所述O3的水溶液、稀释的氢氟酸及SC1溶液通过装设于所述反应腔内的至少一个喷头喷洒到所述晶片上，即可以采用三路供液系统分别供应O3的水溶液、稀释的氢氟酸及SC1溶液，也可以仅采用一个喷头按一定顺序分别供应上述三种化学液体，还可以每一种化学液体均采用至少一个喷头从不同角度进行喷洒。
本发明的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法能够高效清洁晶片表面，避免二次污染，为后续的工艺流程打下良好的基础，且本发明的晶片预清洗方法降低了晶片清洗的成本，提高了生产效率。
实施例二
实施例二与实施例一采用基本相同的技术方案，不同之处在于二者的清洗流程不一样。在实施例一中，于SC1溶液清洗之前只进行了一次O3氧化和稀释的氢氟酸腐蚀的过程，而在本实施例中，于SC1溶液清洗的步骤之前重复O3氧化和稀释的氢氟酸腐蚀的过程至少一次。多次的氧化和腐蚀可将晶片的清洁度进一步提高。
本发明提供一种有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法，该方法至少包括以下步骤：
步骤1），提供一晶片，将所述晶片置于反应腔内；
步骤2），在所述晶片上喷洒O3的水溶液以去除所述晶片上的有机杂质并在所述晶片上形成氧化层；
步骤3），然后在所述晶片上喷洒稀释的氢氟酸以溶解所述氧化层并去除所述晶片上的杂质颗粒；
步骤4），接着在所述晶片上喷洒O3的水溶液以在所述晶片上再次形成氧化层；
步骤5），再次在所述晶片上喷洒稀释的氢氟酸以溶解所述氧化层并进一步去除所述晶片上的杂质颗粒；
步骤6），接着在所述晶片上喷洒O3的水溶液以在所述晶片上再次形成氧化层；
步骤7），最后在所述晶片上喷洒SC1溶液以进一步去除所述晶片上的杂质颗粒。
本实施例中，于SC1溶液清洗的步骤之前将O3氧化和稀释的氢氟酸腐蚀的过程重复了一次，在其它实施例中，也可以将该过程重复两次或多次。
本发明的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法用喷洒的方式，对晶片进行两次或多次O3的水溶液氧化和氢氟酸腐蚀，并最终用SC1溶液清洗，使得晶片的清洁度大大提高。并且所有过程均在同一个反应腔内进行，O3的水溶液、稀释的氢氟酸及SC1溶液用过后从晶片边缘排出，不会有二次污染的问题。
综上所述，本发明的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法利用O3的水溶液、稀释的氢氟酸及SC1溶液对晶片进行清洗，其中O3的水溶液可以有效去除晶片上的有机物，并在晶片表面形成氧化层，稀释的氢氟酸可以腐蚀所述氧化层并溶解金属杂质等，使杂质颗粒从晶片边缘排出，SC1溶液能进一步去除晶片氧化层上附着的颗粒，本发明在同一个反应腔内通过喷洒的方式，到达晶片表面的化学溶液都是新的，不会有二次污染的问题，使晶片的清洁度大大提高，且O3的水溶液的成本较低，显著降低了清洗的成本。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法，其特征在于，所述有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法至少包括以下步骤：
1)提供一晶片，将所述晶片置于反应腔内；
2)在所述晶片上喷洒O3的水溶液以去除所述晶片上的有机杂质并在所述晶片上形成氧化层；
3)然后在所述晶片上喷洒稀释的氢氟酸以溶解所述氧化层并去除所述晶片上的杂质颗粒；
4)接着在所述晶片上喷洒O3的水溶液以在所述晶片上再次形成氧化层，使所述晶片变为亲水性，防止杂质颗粒的吸附；
5)最后在所述晶片上喷洒SC1溶液以进一步去除所述晶片上的杂质颗粒。
2.根据权利要求1所述的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法，其特征在于：于所述步骤5)之前重复步骤3)和4)至少一次。
3.根据权利要求1所述的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法，其特征在于：所述O3的水溶液、稀释的氢氟酸及SC1溶液通过装设于所述反应腔内的至少一个喷头喷洒到所述晶片上。
4.根据权利要求1所述的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法，其特征在于：所述O3的水溶液的浓度为15～100ppm。
5.根据权利要求1所述的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法，其特征在于：所述稀释的氢氟酸为质量百分比为49％的HF溶液与H2O以1:x的体积比混合而成，其中50≤x≤500。
6.根据权利要求1所述的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法，其特征在于：所述SC1溶液为质量百分为29％的氨水、质量百分比为30％的双氧水及H2O以1:y:z的体积比混合而成，其中1≤y≤2，50≤z≤500；所述SC1溶液的温度为25～40℃，所述SC1溶液喷洒的时间为20～120s。
7.根据权利要求1～6中任一所述的有源区衬垫氧化前的晶片预清洗方法，其特征在于：所述晶片置于反应腔之后以300～1500rpm的转速旋转。
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