CN108346560A - 一种晶圆键合前的预清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆键合前的预清洗方法，包括：在晶圆的前制程完成后、晶圆键合前，使用第一清洗液从所述晶圆的背面对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗，同时在所述晶圆的正面施加保护气体，以使保护所述晶圆的正面不受清洗的影响；其中，所述第一清洗液为氢氟酸、硝酸和硫酸中的任意一种或多种与去离子水形成的混合溶液。本发明提出一种晶圆键合前的预清洗方法，在晶圆的前制程完成后、键合前，使用所述预清洗方法对晶圆的倒角处残留的薄膜和化学品进行清洗，可以改善晶圆键合空洞缺陷率，针对不同的缺陷源进行选择性的工艺参数优化可以不同程度改善晶圆键合空洞缺陷率，提升产品性能。

Description

一种晶圆键合前的预清洗方法
技术领域
本发明涉及集成电路领域，更具体地，涉及一种晶圆键合前的预清洗方法。
背景技术
在集成电路工艺中，三维集成是一种在保持现有技术节点的同时提高芯片性能的解决方案。通过将两个或多个功能相同或不同的芯片进行三维集成可提高芯片的性能，同时也可以大幅度缩短功能芯片之间的金属互联，减小发热、功耗和延迟。
在三维集成工艺中，晶圆与晶圆的键合工艺是核心重点，其中晶圆键合空洞缺陷率是衡量晶圆键合工艺的核心参数。三维集成工艺中的晶圆键合空洞缺陷率是影响产品整体缺陷率的重要因素；以背照式CMOS影像传感器为例，晶圆键合空洞缺陷会持续在后续制程中产生颗粒缺陷，影响产品光学性能，只有改善了键合缺陷才可以有效提高产品性能。
因此，急需一种改善键合缺陷可以有效提高产品性能的方法。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的晶圆键合前的预清洗方法。
根据本发明的一个方面，提供一种晶圆键合前的预清洗方法，包括：
在晶圆的前制程完成后、晶圆键合前，从所述晶圆的背面对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗，同时在所述晶圆的正面施加保护气体，以使保护所述晶圆的正面不受清洗的影响。
进一步，对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗时，采用第一清洗液进行清洗，所述第一清洗液为氢氟酸、硝酸和硫酸中的任意一种或多种与去离子水形成的混合溶液。
具体的，对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗时，清洗的时长为第一预设时长，所述第一预设时长的范围为1-240s。
具体的，对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗时，所述第一清洗液的转速范围为100-800rpm。
具体的，对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗时，所述保护气体为氮气N2或氩气Ar，所述保护气体的气体流量范围为100-500sccm。
进一步，所述预清洗方法还包括：
对第一次清洗后的所述晶圆的正面进行第二次清洗。
进一步，所述对第一次清洗后的所述晶圆的正面进行第二次清洗，具体包括：
使用第二清洗液对第一清洗后的所述晶圆的正面进行第二次清洗；其中所述第二清洗液为盐酸、双氧水、氨水和去离子水中的任意一种溶液或多种混合后形成的溶液。
具体的，对所述晶圆的倒角处进行第二次清洗时，清洗的时长为第二预设时长，所述第二预设时长的范围为1-300s。
具体的，对所述晶圆的倒角处进行第二次清洗时，所述第二清洗液的转速范围为100-800rpm。
具体的，所述晶圆键合包括：Si基底与氧化物键合、氧化物与氧化物键合、氧化物与氮化物键合以及金属与金属键合中的任一种。
本发明提出一种晶圆键合前的预清洗方法，在晶圆的前制程完成后、键合前，使用所述预清洗方法对晶圆的倒角处残留的薄膜和化学品进行清洗，可以改善晶圆键合空洞缺陷率，针对不同的缺陷源进行选择性的工艺参数优化可以不同程度改善晶圆键合空洞缺陷率，提升产品性能。
附图说明
图1为现有技术中晶圆键合时的空洞缺陷示意图；
图2为现有技术晶圆键合缺陷示意图；
图3为现有技术中晶圆键合时的空洞缺陷的截面图和俯视示意图；
图4为本发明实施例一种晶圆键合前的预清洗方法示意图；
图5为本发明实施例所述预清洗方法效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1为现有技术中晶圆键合时的空洞缺陷示意图，如图1所示，晶圆键合空洞缺陷经常发生在晶圆边缘处，主要是由于键合时在晶圆边缘处有表面颗粒缺陷产生。这些晶圆边缘处的表面缺陷主要来源于前制程在晶圆倒角处的薄膜、颗粒或化学品残留，其在键合过程中会剥落至晶圆边缘。
在现有技术的三维集成的前制程中，晶圆倒角处会产生薄膜、颗粒或化学品的残留等，经过晶圆键合中表面激活的工艺后，这些残留物会剥落至晶圆表面。在晶圆键合制程完成后，这些残留物所在位置会形成键合缺陷。
具体的缺陷形成过程请参考图2，如图2中A所示，晶圆的前制程后，在倒角处残留有薄膜；如图2中B所示，晶圆经过键合表面激活，其倒角处的薄膜剥落到了晶圆的表面；如图2中C所示，晶圆通过键合表面进行键合，薄膜在键合面形成空洞。请参考图3，图3左为现有技术中晶圆键合时的空洞缺陷的截面图示意图，图3右为晶圆键合后的缺陷的俯视示意图。
为了解决现有技术问题，本发明实施例提供一种晶圆键合前的预清洗方法，通过预清洗方法可以消除倒角处的缺陷残留，从而改善晶圆键合的空洞缺陷率。
图4为本发明实施例一种晶圆键合前的预清洗方法示意图；一种晶圆键合前的预清洗方法，包括：
在晶圆的前制程完成后、晶圆键合前，从所述晶圆的背面对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗，同时在所述晶圆的正面施加保护气体，以使保护所述晶圆的正面不受清洗的影响。
请参考图4中A和B，A为现有技术前制程后的晶圆，其倒角处有残留物；B为第一次清洗工艺，所述第一次清洗工艺包括两个同时进行的处理，其一为从所述晶圆的背面对所述晶圆的倒角处进行清洗，其二为晶圆的正面通有保护气体。因为在从所述晶圆的背面对所述晶圆的倒角处进行清洗的过程中，根据清洗液的转速和流向，有可能会是残留物从倒角处冲洗到了晶圆的正面；而在晶圆的正面通保护气体后，可保护晶圆的正面不使残留物冲洗到正面。
具体的，对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗时，采用第一清洗液进行清洗，所述第一清洗液为氢氟酸、硝酸和硫酸中的任意一种或多种与去离子水形成的混合溶液。
本发明实施例所述第一清洗液可以是氢氟酸与去离子水形成的混合溶液，也可以是硝酸与去离子水形成的混合溶液，也可以是硫酸与去离子水形成的混合溶液，也可以是氢氟酸、硝酸与去离子水形成的混合溶液，也可以是硝酸、硫酸与去离子水形成的混合溶液，也可以是氢氟酸、硫酸与去离子水形成的混合溶液，也可以是氢氟酸、硝酸硫酸与去离子水形成的混合溶液。具体采用哪一种酸液配方，根据不同的三维集成工艺而定；每一种酸液配方中各物质的配比符合不同的三维集成工艺的要求。
本发明实施例在晶圆的前制程完成后、键合前，使用所述预清洗方法对晶圆的倒角处残留的薄膜和化学品进行清洗，可以改善晶圆键合空洞缺陷率，针对不同的缺陷源进行选择性的工艺参数优化可以不同程度改善晶圆键合空洞缺陷率，提升产品性能。
具体的，所述晶圆键合包括：Si基底与氧化物键合、氧化物与氧化物键合、氧化物与氮化物键合以及金属与金属键合中的任一种。
换言之，本发明实施例所述预清洗方法可以适用于不同的三维集成晶圆键合工艺达到三维集成工艺低键合缺陷率的要求；所述三维集成晶圆键合工艺包括Si基底与氧化物键合，氧化物与氧化物键合，氧化物与氮化物键合，金属与金属键合等等。
具体的，对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗时，清洗的时长为第一预设时长，所述第一预设时长的范围为1-240s。
具体的，对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗时，所述第一清洗液的转速范围为100-800rpm。
具体的，对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗时，所述保护气体为氮气N2或氩气Ar，所述保护气体的气体流量范围为100-500sccm。
本发明实施例第一次清洗的时间、转速和气体流量均为范围值，每次清洗的具体清洗时间、转速和气体流量可根据晶圆角度处的残留物情况、以及所使用的酸液的配方及配比而确定，本发明实施例对此不作具体限定。
在一个可选的实施例中，所述预清洗方法还包括：
对第一次清洗后的所述晶圆的正面进行第二次清洗。
通常，在对晶圆的倒角处进行第一次清洗后，已经可以清除倒角处的残留物，不需要进行第二次清洗。然而，在第一次清洗后晶圆表面仍然有颗粒缺陷或金属离子残留时，可以进行第二次清洗。第二次清洗是更进一步改善晶圆表面性能的方法，可根据实际情况选择性的进行第二次清洗。
具体的，所述对第一次清洗后的所述晶圆的正面进行第二次清洗具体包括：
使用第二清洗液对第一清洗后的所述晶圆的正面进行第二次清洗；其中所述第二清洗液为盐酸、双氧水、氨水和去离子水中的任意一种溶液或多种混合后形成的溶液。
本发明实施例所述第二清洗液与第一清洗液的配方不同，第二清洗液可以是盐酸，也可以是双氧水、也可以是氨水，也可以是去离子水，也可以是盐酸和双氧水的混合溶液，也可以是氨水和去离子水的混合溶液，也可以是盐酸、双氧水和氨水的混合溶液，也可以是双氧水、氨水和去离子水的混合溶液，也可以是盐酸、双氧水、氨水和去离子水等等上述四种溶液的任意组合，在此不一一列举。
具体的，对所述晶圆的倒角处进行第二次清洗时，清洗的时长为第二预设时长，所述第二预设时长的范围为1-300s。
具体的，对所述晶圆的倒角处进行第二次清洗时，所述第二清洗液的转速范围为100-800rpm。
本发明实施例第二次清洗的时间、转速和气体流量均为范围值，每次清洗的具体清洗时间、转速和气体流量可根据晶圆角度处的残留物情况、以及所使用的酸液的配方及配比而确定，本发明实施例对此不作具体限定。
图5为本发明实施例所述预清洗方法效果示意图，如图5中A所示，现有技术晶圆的前制程后倒角处有残留物；若不通过本发明实施例所述预清洗方法进行清洗，直接键合，则出现图5中B的键合缺陷；在通过本发明实施例所述预清洗方法进行清洗后，再进行键合，则消除了图5中B的缺陷，达到了图5中C的效果。
综上所述，本发明实施例所述预清洗方法可以改善晶圆键合空洞缺陷率，针对不同的缺陷源进行选择性的工艺参数优化可以不同程度改善晶圆键合空洞缺陷率，提升产品性能。本发明实施例所述预清洗方法可以适用于不同的三维集成晶圆键合工艺(Si基底与氧化物键合，氧化物与氧化物键合，氧化物与氮化物键合，金属与金属键合等等)，达到三维集成工艺低键合缺陷率的要求，具有良好的有益效果。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种晶圆键合前的预清洗方法，其特征在于，包括：
在晶圆的前制程完成后、晶圆键合前，从所述晶圆的背面对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗，同时在所述晶圆的正面施加保护气体。
2.根据权利要求1所述的预清洗方法，其特征在于，对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗时，采用第一清洗液进行清洗，所述第一清洗液为氢氟酸、硝酸和硫酸中的任意一种或多种与去离子水形成的混合溶液。
3.根据权利要求2所述的预清洗方法，其特征在于，对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗时，清洗的时长为第一预设时长，所述第一预设时长的范围为1-240s。
4.根据权利要求3所述的预清洗方法，其特征在于，对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗时，所述第一清洗液的转速范围为100-800rpm。
5.根据权利要求4所述的预清洗方法，其特征在于，对所述晶圆的倒角处进行第一次清洗时，所述保护气体为氮气N2或氩气Ar，所述保护气体的气体流量范围为100-500sccm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的预清洗方法，其特征在于，所述预清洗方法还包括：
对第一次清洗后的所述晶圆的正面进行第二次清洗。
7.根据权利要求6所述的预清洗方法，其特征在于，所述对第一次清洗后的所述晶圆的正面进行第二次清洗，具体包括：
使用第二清洗液对第一次清洗后的所述晶圆的正面进行第二次清洗，其中，所述第二清洗液为盐酸、双氧水、氨水和去离子水中的任意一种溶液或多种混合后形成的溶液。
8.根据权利要求7所述的预清洗方法，其特征在于，对所述晶圆的倒角处进行第二次清洗时，清洗的时长为第二预设时长，所述第二预设时长的范围为1-300s。
9.根据权利要求8所述的预清洗方法，其特征在于，对所述晶圆的倒角处进行第二次清洗时，所述第二清洗液的转速范围为100-800rpm。
10.根据权利要求6-9任一项所述的预清洗方法，其特征在于，所述晶圆键合包括：Si基底与氧化物键合、氧化物与氧化物键合、氧化物与氮化物键合以及金属与金属键合中的任一种。
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