CN104124136A - 半导体晶片清洗方法 - Google Patents

Abstract

半导体晶片清洗方法，用于清洗附着于半导体晶片表面的颗粒，包括以下步骤：步骤一、将晶片竖直放入第一清洗槽中，喷水管从晶片上方对晶片进行喷淋冲洗，直至水浸没晶片时将水全部排空；步骤二、将晶片竖直放入第二清洗槽中浸泡，向第二清洗槽内补水直至水向外溢出；步骤三、将晶片竖直放入第三清洗槽中，采用异丙醇蒸汽干燥工艺对晶片进行干燥。本发明利用水喷淋和水浴浸泡两种不同方式，使晶片表面的颗粒随着水流一起带离晶片表面，再通过异丙醇蒸发，达到干燥效果，清洗效果更好，有利于提升器件良率，而且避免了利用离心力和刷子来对晶片进行清洗时，由于高速旋转导致晶片中心产生静电而造成损伤的风险。

Description

半导体晶片清洗方法

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，尤其涉及一种利用湿法清洗工艺对半导体晶片表面的颗粒进行清洗的方法。

背景技术

集成电路（IC）制作过程包括前段工艺和后段工艺，无论在前段工艺还是后段工艺中都不可避免的存在各种环境对硅片造成污染的情况。由于集成电路内各元件及连线相当微细，因此制造过程中，如果遭到污染，很容易造成晶片内电路功能的损坏，导致集成电路的失效。根据污染物发生的情况，大致可将污染物分为颗粒、有机物、金属污染物及氧化物。

1)颗粒，颗粒主要是一些聚合物、光致抗蚀剂和蚀刻杂质等。通常颗粒会粘附在硅片表面，容易影响下一工序几何特征的形成及电特性。对颗粒的去除方法主要以物理或化学的方法对颗粒进行底切，逐渐减小颗粒与硅表面的接触面积，最终将其去除。

2)有机物杂质，有机物杂质在IC制造过程中以多种形式存在，如人的皮肤油脂、净化室空气、机械油、硅树脂真空脂、光致抗蚀剂、清洗溶剂等。每种污染物对IC制程都有不同程度的影响，有机物杂质通常会在晶片表面形成有机物薄膜，阻止清洗液到达晶片表面，因此有机物的去除常常在清洗工序的第一步进行。

3)金属污染物，IC电路制造过程中采用金属互连材料将各个独立的器件连接起来，首先采用光刻、蚀刻的方法在绝缘层上制作接触窗口，再利用蒸发、溅射或化学气相沉积（CVD）形成金属互连膜，如Al-Si，Cu等，通过蚀刻产生互连线，然后对沉积介质层进行化学机械抛光（CMP）。在形成金属互连的同时，也会产生各种金属污染。这种沾污会破坏薄氧化层的完整性，增加漏电流密度，影响金属氧化物半导体（MOS）器件的稳定性，重金属离子会增加暗电流，造成结构缺陷或雾状缺陷。

4)自然氧化物及化学氧化物，硅原子非常容易在含氧气及水的环境下氧化形成氧化层，称为自然氧化层。硅晶圆经过SC-1和SC-2溶液清洗后，由于双氧水的强氧化性，在晶圆表面上会生成一层化学氧化层。为了确保栅极氧化层的品质，此表面氧化层必须在晶圆清洗过后加以去除。另外，在集成电路（IC）工艺中沉积的氮化硅、二氧化硅等氧化物也要在相应的清洗过程中有选择的去除。

综上所述，在整个芯片制作过程中，几乎每道工序都涉及到清洗工艺，而且集成电路的集成度越高，制造工序越多，所需的清洗工序也越多，因此清洗工艺在芯片制作过程中扮演着重要的角色。清洗工艺就是在不破坏晶圆表面特性及电特性的前提下，有效地清除残留在晶圆上的颗粒、微尘、金属离子及有机物杂质。

如今晶片在投料后进生产线时会进行打标（wafer mark）处理，打标后会产生一些尺寸较大的颗粒（particle），这些颗粒通常会达到几微米，对产品良率影响比较大，因此需要对晶片进行清洗。目前去除晶片表面颗粒的清洗方法通常是采用擦片（scrubber）方式进行清洗，它主要是利用物理原理及物理作用来清洗晶片，而不使用化学品来处理清洗。如图1所示，采用擦片方式清洗晶片时，将晶片夹持在擦片机的旋转台10上，旋转台10夹持晶片高速旋转，利用特殊有弹性、低污染的特氟龙（Teflon）刷子11将高速旋转的晶片来回刷洗，同时喷水管12向晶片表面喷射去离子水（DIW），用去离子水清洗晶片表面并将颗粒冲洗干净，一定时间后，甩干即可达到去除颗粒的效果。擦片清洗的特点是单纯用去离子水冲洗，不会有任何化学反应的影响。

但是进行擦片清洗时，由于晶片随旋转台高速旋转，去离子水在接触到晶片表面时会产生静电，如果压力控制不好容易造成晶片中心区域损伤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种晶片清洗方法，以解决现有清洗方法因旋转离心力和静电导致晶片中心区域容易损伤的问题，从而提高半导体器件的良率。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

半导体晶片清洗方法，用于清洗附着于半导体晶片表面的颗粒，包括以下步骤：

步骤一、将晶片竖直放入第一清洗槽中，喷水管从晶片上方对晶片进行喷淋冲洗，直至水浸没晶片时将水全部排空；

步骤二、将晶片竖直放入第二清洗槽中浸泡，向第二清洗槽内补水直至水向外溢出；

步骤三、将晶片竖直放入第三清洗槽中，采用异丙醇蒸汽干燥工艺对晶片进行干燥。

优选的，步骤一和步骤二中用的水为去离子水。

优选的，步骤一中水的温度为60～90摄氏度。

优选的，步骤一中水的温度为60摄氏度。

优选的，步骤二中水的温度为20～40摄氏度。

优选的，步骤一中将水排空后，继续循环进行喷水管从晶片上方对晶片进行喷淋冲洗，直至水浸没晶片时将水全部排空的过程。

优选的，步骤一的循环次数为3次。

优选的，第三清洗槽内壁上设置冷却水循环管路。

优选的，第三清洗槽外设置有外罩，所述外罩上设置有排气口。

本发明方法利用湿法水浴工艺对晶片表面颗粒进行清洗去除，首先采用喷淋方式对晶片进行喷淋冲洗，然后将晶片放入装有水的第二清洗槽中进行水浴清洗，最后将晶片放入第三清洗槽中进行异丙醇蒸汽干燥。本发明方法采用喷淋和水浴的方式清除晶片表面上的颗粒，从而避免了旋转干燥方式存在的因静电导致晶片中心区域损伤的情况发生，而且清洗效果更好，效率更高，有利于提高产品良率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中擦片清洗的示意图；

图2为本发明的流程图；

图3为晶片进行首次清洗的示意图；

图4为晶片进行二次清洗的示意图；

图5为晶片进行干燥步骤的示意图；

图6为本发明方法清洗晶片和擦片方式清洗晶片的结果对比图。

其中，附图标记说明如下：

1   晶片                 2   第一清洗槽

3   喷水管               4   第二清洗槽

5   第三清洗槽           6   加热装置

7   冷却水循环管路       8   外罩

9a  过滤器               9b  泵体

10  旋转台               11  刷子

12  喷水管

具体实施方式

正如背景技术部分所述，采用擦片工艺清洗晶片时，晶片被夹持在旋转台上跟随旋转台一起高速旋转，在高速旋转的同时向晶片表面喷射去离子水并配合刷子对晶片表面进行刷洗。在进行晶片清洗时，喷水管向晶片表面喷水，利用旋转产生的离心力清洗晶片，同时刷子将牢固黏着于晶片表面的粒子刷去。由于此过程中晶片一直处于高速旋转状态，去离子水接触晶片表面时容易导致晶片中心产生静电，从而造成晶片中心区域损伤，直接影响了器件的良率。

为了解决以上问题，发明人提出了一种湿法水浴清洗工艺，用于对晶片表面的颗粒进行清洗，该方法将晶片放置于第一清洗槽中，喷水管从晶片上方喷洒热水，当热水浸没晶片后，则将第一清洗槽内的热水全部排空；然后将晶片放入装有水的第二清洗槽中，持续向第二清洗槽中加水，直至水从第二清洗槽的外槽溢出；将晶片放入第三清洗槽中，采用异丙醇蒸汽干燥工艺（IPAvapor dryer）将第三清洗槽中的异丙醇加热到其沸点，蒸汽挥发上升遇晶片冷凝放热，使晶片表面的水分蒸发而干燥。

本发明方法提供的技术方案使晶片在第一清洗槽和第二清洗槽中通过喷淋和水浴的方式去除晶片表面的颗粒，然后在第三清洗槽中进行干燥。清洗过程中不使用化学清洗剂，同时也不用处于高速旋转状态下，可以避免晶片表面因离心力和静电作用导致的损伤，能够提高半导体器件的良率。

以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。

下面以湿法化学浴（Wet Bench Chemical Bath）模式的湿法清洗机台为例对本发明方法进行详细说明。湿法清洗机台通常本身具有多个清洗模组，有如HF/APM/SPM等酸液的清洗槽，本发明方法优选利用去离子水，通过其中的HQDR+F/R+DRY方式可达到清洗目的，三步按顺序动作（不同清洗槽）。参照图2，图2为本发明方法的流程图，具体包括以下步骤：

步骤一、将晶片置于第一清洗槽中进行喷淋清洗；

如图3所示，首次清洗时，将晶片1竖直放置于第一清洗槽2中，喷水管3设置于第一清洗槽2上方，喷水管3从上向下喷洒水冲淋晶片1，以冲洗掉晶片1表面的颗粒，水的温度优选设置在60～90摄氏度之间，进一步优选采用60摄氏度的水温，一方面水温升至60摄氏度的升温过程比较快，另一方面有利于降低成本；喷水管3持续喷淋热水，直到第一清洗槽2内的水浸没晶片1，然后将第一清洗槽2内的水全部排空，此时可将冲洗下来的颗粒带走，将水排空后重新向第一清洗槽2内补水，即喷水管3继续向晶片1喷洒热水，水没过晶片后将第一清洗槽2再排空，如此反复循环冲洗；其中，喷淋冲洗的时间和循环次数可根据附着于晶片表面颗粒的情况而定，本实施例循环冲洗3次后即进入下一步骤；

步骤二、将晶片置于第二清洗槽中进行水浴清洗；

如图4所示，二次清洗时，将晶片1竖直放入第二清洗槽4中，第二清洗槽4内充满水，将晶片1放入后继续向第二清洗槽4中加水，直至水从第二清洗槽4中溢出，溢出的水同时也可以将颗粒带走；

第二清洗槽4中的水优选为20～40摄氏度的温水，本实施例第二清洗槽4中的水温为23摄氏度；在第二清洗槽4中采用温水作为缓冲，可以避免前一步骤热水冲洗后温度比较高，将晶片直接放进冷水槽中可能会产生应力问题，有导致裂片的风险；

步骤三、将晶片置于第三清洗槽中进行异丙醇干燥处理（IPA VAPORDRY）；

如图5所示，将晶片1竖直放入储有异丙醇溶液的第三清洗槽5中，第三清洗槽5底部设置加热装置6，加热装置6用于加热异丙醇溶液；晶片1放入后，加热装置6将异丙醇溶液加热至沸点，形成异丙醇蒸汽挥发上升，异丙醇蒸汽遇到晶片1冷凝放热，晶片1表面的水分吸热后蒸发而干燥。

由于在干燥过程中产生大量的异丙醇蒸汽，可选的，在第三清洗槽5内壁上设置冷却水循环管路7，冷却水循环管路7环绕第三清洗槽5内壁设置，冷却水循环管路7内通入冷却水（cooling water），用于冷却异丙醇蒸汽。同时在第三清洗槽5外罩有一个外罩8，外罩8底部设置有排气口，用于防止异丙醇外泄。

以上步骤中使用的水较佳的可以为去离子水，去离子水能够更进一步地防止颗粒物产生静电力附着在晶片表面，更加有效地去除颗粒。

通过以上步骤，利用热水喷淋和温水浸泡两种不同方式，使晶片表面的颗粒随着水流一起带离晶片表面，再通过异丙醇蒸发，达到干燥效果。采用具有一定温度的水清洗晶片，有利于更好地去除晶片表面的颗粒。

与擦片清洗的目的相同，本发明方法也是为了去除晶片表面的颗粒，为了对比本发明方法与原擦片清洗工艺的清洗结果，选了三批产品做分片实验，对比结果如图6所示，图6为本发明方法与现有技术的擦片清洗方法的对比结果图。由图6可以看出，擦片方式清洗过后晶片表面平均剩余颗粒为6.727颗，而本发明方法清洗后表面平均剩余颗粒为3.818颗，相比来说，本发明方法对晶片表面颗粒的去除能力更强，清洗效果更好，有助于提升器件良率，而且避免了利用离心力和刷子来对晶片进行清洗时，由于高速旋转导致晶片中心产生静电而造成损伤的风险；从工艺时间来看，利用擦片方式洗两批产品需要耗时102min，而用本发明方法同样洗两批产品只需要耗时30min，产能可提升3倍以上；而且传统的湿法清洗机台上都具有满足前述工艺需求功能的清洗模块，本发明方法也可以应用在其它晶片清洗机台上，可操作性强，便于推广。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.半导体晶片清洗方法，用于清洗附着于半导体晶片表面的颗粒，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将晶片竖直放入第一清洗槽中，喷水管从晶片上方对晶片进行喷淋冲洗，直至水浸没晶片时将水全部排空；

步骤二、将晶片竖直放入第二清洗槽中浸泡，向第二清洗槽内补水直至水向外溢出；

步骤三、将晶片竖直放入第三清洗槽中，采用异丙醇蒸汽干燥工艺对晶片进行干燥。

2.如权利要求1所述的半导体晶片清洗方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二用的水为去离子水。

3.如权利要求1或2所述的半导体晶片清洗方法，其特征在于：所述步骤一中水的温度为60～90摄氏度。

4.如权利要求3所述的半导体晶片清洗方法，其特征在于：所述步骤一中水的温度为60摄氏度。

5.如权利要求1或2所述的半导体晶片清洗方法，其特征在于：所述步骤二中水的温度为20～40摄氏度。

6.如权利要求1所述的半导体晶片清洗方法，其特征在于：所述步骤一中将水排空后，继续循环进行喷水管从晶片上方对晶片进行喷淋冲洗，直至水浸没晶片时将水全部排空的过程。

7.如权利要求6所述的半导体晶片清洗方法，其特征在于：所述步骤一的循环次数为3次。

8.如权利要求1所述的半导体晶片清洗方法，其特征在于：所述第三清洗槽内壁上设置冷却水循环管路。

9.如权利要求1或8所述的半导体晶片清洗方法，其特征在于：所述第三清洗槽外设置有外罩，所述外罩上设置有排气口。