CN109326500A - 一种半导体晶圆的清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体晶圆的清洗方法，包括：对晶圆执行第一清洗，以使所述晶圆的电动电势转变为正值；使用酸性清洗液清洗所述晶圆，以去除所述晶圆上残留的金属；对所述晶圆执行第二清洗，且在所述第二清洗过程中，所述晶圆进入漂洗槽的初期，漂洗槽里的液体电动电势为正值，并在第二清洗完成后所述晶圆的电动电势转变为负值。该清洗方法可以避免由于晶圆表面的电动电位与后续溶液里微粒的动电位有相反的情况存在，而导致微粒重新附着在晶圆表面的问题，提高了清洗效果。

Description

一种半导体晶圆的清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种半导体晶圆的清洗方法。
背景技术
在集成电路制造之前，需要对半导体晶圆进行抛光，以提高晶圆的平整度。。半导体晶圆的最终抛光是在最终抛光机(Final Polish)上利用抛光液(Slurry)及抛光垫(PAD)，以化学机械反应(Chemical Mechanical Reaction)的方式对诸如300mm晶圆的正面做最终抛光，以改善正面的粗糙度、平坦度与纳米形貌，并去除颗粒。最终抛光决定了晶圆最终的平坦度与纳米形貌。一般情况下最终抛光去除量在1um左右，抛光液一般为碱性二氧化硅及一些其它添加物的混合液。当完成最终抛光之后需要对晶圆进行清洗，以去除有机物，颗粒及金属等。
最终抛光的清洗包括预清洗和最终清洗。预清洗后会进行一系列的量测，如平坦度，目视检测等，然后进行晶圆出货前的最终清洗。最终清洗主要是去除量测过程中带入的金属污染，及进一步降低晶圆表面的颗粒。
目前一般的最终抛光后的清洗工艺使用RCA清洗法(即SC1(NH4OH+H2O2)，SC2(HCL+H2O2))。其中SC1主要是去除微粒，当然其对某些金属也有效果，SC2主要是去除金属。但RCA清洗法的主要问题是SC1去除微粒之后，由于后续各槽PH值的差异使得晶圆表面的电动电位(Zeta Potential)与后续溶液(SC2，及漂洗的DIW(去离子水))里微粒的动电位有相反的情况存在，导致微粒重新附着在晶圆表面，降低了整体的清洗效果。
因此有必要提出一种半导体晶圆的清洗方法，以解决上述问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
针对现有技术的不足，本发明提出一种半导体晶圆的清洗方法，可以避免由于晶圆表面的电动电位与后续溶液里微粒的动电位有相反的情况存在，而导致微粒重新附着在晶圆表面的问题，提高了清洗效果。
为了克服目前存在的问题，本发明提供一种半导体晶圆的清洗方法，包括下述步骤：
对晶圆执行第一清洗，以使所述晶圆的电动电势转变为正值；
使用酸性清洗液清洗所述晶圆，以去除所述晶圆上残留的金属；
对所述晶圆执行第二清洗，且在所述第二清洗过程中，所述晶圆进入漂洗槽的初期，漂洗槽里的液体电动电势为正值，并在第二清洗完成后所述晶圆的电动电势转变为负值。
可选地，在所述第一清洗中使用去离子水和酸性表面活性剂的混合溶液。
可选地，所述对晶圆执行第一清洗，以使所述晶圆的电动电势转变为正值包括下述步骤：
在去离子水槽中清洗所述晶圆；
向所述去离子水槽中注入所述酸性表面活性剂，继续清洗所述晶圆。
可选地，所述酸性清洗液为SC2和氢氟酸的混合液。
可选地，在所述第二清洗中使用去离子水和酸性表面活性剂的混合溶液。
可选地，所述对所述晶圆执行第二清洗值包括下述步骤：
向去离子水槽中注入所述酸性表面活性剂后，使用去离子水和酸性表面活性剂的混合液清洗所述晶圆；
停止向去离子水槽中注入所述酸性表面活性剂，并继续在所述向去离子水槽中清洗所述晶圆。
可选地，在所述对晶圆执行第一清洗，以使所述晶圆的电动电势转变为正值之前，还包括下述步骤：
去除所述晶圆上残留的颗粒和部分金属。
可选地，所述去除所述晶圆上残留的颗粒和部分金属包括下述步骤：
使用第一清洗液清洗晶圆；
使用去离子水清洗晶圆。
可选地，在所述去除所述晶圆上残留的颗粒和部分金属之前还包括下述步骤：
使用去离子水清洗所述晶圆。
可选地，在所述对所述晶圆执行第二清洗之后，还包括下述步骤：
使用去离子水清洗晶圆；
对晶圆进行亲水性处理。
根据本发明的半导体晶圆的清洗方法，在使用酸性清洗液去除晶圆上残留的金属之前，先对晶圆执行第一清洗，使晶圆的电动电势为正值，这样当进入酸性清洗液槽中时，由于晶圆和酸性清洗液槽中颗粒的电动电势均为正值，二者互斥使得晶圆不会吸附颗粒；且在使用酸性清洗液去除晶圆上残留的金属之后，在所述第二清洗过程中，所述晶圆进入漂洗槽的初期，漂洗槽里的液体电动电势为正值，并在第二清洗完成后所述晶圆的电动电势转变为负值，，这样不仅在所述第二清洗过程中所述晶圆所处的电动电势不会突然变化而影响清洗效果，且当后续使用去离子水清洗晶圆时，由于晶圆和去离子水中颗粒的电动电势均为负值，二者互斥使得晶圆不会吸附颗粒，因此根据本发明的半导体晶圆最终抛光后的清洗方法提高了整体的清洗效果。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1示出目前的RCA清洗法的示意性流程图；
图2示出根据本发明一实施方式的半导体晶圆的清洗方法的示意性流程图；
图3为图2所示半导体晶圆的清洗方法的更详细示意性流程图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
目前最终抛光后的清洗机一般使用RCA清洗法，即采用SC1(NH4OH和H2O2的混合液)和SC2(HCL和H2O2的混合液)进行清洗，典型的最终抛光后的清洗流程如图1所示，包括依次执行的去离子水清洗、SC1清洗、去离子水清洗、SC2清洗、去离子水清洗、臭氧水清洗和干燥。然而，由于硅的等电离点(Isoelectric Point)为3～4，二氧化硅的等电离点为1.5～3.7，晶圆在SC1中电动电势(Zeta Potential)为负值，在进入后续的去离子水槽时与其中的颗粒(去离子水槽中颗粒电动电势一般也为负值)原则上是互斥的而不会相互吸附。但是从去离子水槽进入SC2槽中时，由于SC2中的颗粒的电动电势为正值，晶圆的电动电势为负值，二者之间会有一个吸引力，导致颗粒附着在晶圆上。并且SC2清洗完成后，晶圆的电动电势变为正值，这样进入后续的去离子水槽时与其中电动电势为负的颗粒又发生相互吸附，这样降低了RCA清洗的整体效果。
本发明基于此，提供一种半导体晶圆的清洗方法，如图2所示，该清洗方法包括：步骤201，对晶圆执行第一清洗，以使所述晶圆的电动电势转变为正值；步骤202，使用酸性清洗液清洗所述晶圆，以去除所述晶圆上残留的金属；步骤203，对所述晶圆执行第二清洗，且在所述第二清洗过程中，所述晶圆进入漂洗槽的初期，漂洗槽里的液体电动电势为正值，并在第二清洗完成后所述晶圆的电动电势转变为负值。
根据本发明的半导体晶圆的清洗方法，在使用酸性清洗液去除晶圆上残留的金属之前，先对晶圆执行第一清洗，使晶圆的电动电势为正值，这样当进入酸性清洗液槽中时，由于晶圆和酸性清洗液槽中颗粒的电动电势均为正值，二者互斥使得晶圆不会吸附颗粒；且在使用酸性清洗液去除晶圆上残留的金属之后，对晶圆执行第二清洗，在所述第二清洗过程中，所述晶圆进入漂洗槽的初期，漂洗槽里的液体电动电势为正值，并在第二清洗完成后所述晶圆的电动电势转变为负值，这样不仅在所述第二清洗过程中所述晶圆所处的电动电势不会突然变化而影响清洗效果，且当后续使用去离子水清洗晶圆时，由于晶圆和去离子水中颗粒的电动电势均为负值，二者互斥使得晶圆不会吸附颗粒，因此根据本发明的半导体晶圆最终抛光后的清洗方法提高了整体的清洗效果。
可以理解的是，根据本发明的半导体晶圆的清洗方法不仅可以应用在半导体晶圆最终抛光后的清洗，也可以应用在集成电路制作中其它阶段对半导体晶圆进行清洗，均可以提高整体的清洗效果。
下面将参照图3对本发明一实施方式的半导体晶圆的清洗方法做详细描述。
如图3所示，根据本实施例的半导体晶圆的清洗方法，包括：
步骤S301，使用去离子水清洗晶圆。
其中，去离子水槽为溢流方式清洗，清洗时溢流速度为5L/分钟～30L/分钟，优选为20L/分钟。
示例性地，去离子水电阻率为18M欧姆/厘米。清洗温度为常温至85摄氏度，优选地为常温。清洗时间3～7分钟，优选为5分钟。
步骤S302，去除晶圆上残留的颗粒和部分金属。
在步骤中，使用第一清洗液去除圆上残留的颗粒和部分金属。示例性地，第一清洗液为SC1
具体地，本步骤包括下述流程：依次使用SC1和去离子水清洗晶圆，也即，先后将晶圆投入SC1槽和去离子水槽中进行清洗，从而去除晶圆上残留的颗粒和部分金属。
其中，去离子水槽为溢流方式清洗，清洗时溢流速度为5L/分钟～30L/分钟，优选为20L/M。SC1槽为浸泡式清洗。
示例性地，去离子水电阻率为18M欧姆-厘米；SC1由氨水，双氧水与去离子水混合而成，氨水浓度为5％～40％，优选为23.6％，双氧水浓度为5％～20％，优选为11.8％。
SC1清洗的温度为常温至85摄氏度，优选为45摄氏度。去离子水清洗的温度为常温。
SC1清洗和去离子水清洗的清洗时间均为3～7分钟，优选为5分钟。
可选地，在该过程清洗中还可以加入超声波，超声波频率1000KHZ～3000KHZ，优选为1200KHZ。通过超声波的振动作用，可以更好地去除晶圆上残留的颗粒和部分金属。
可选地，可重复两次如上的SC1->去离子水清洗流程。
步骤S303，对晶圆执行第一清洗，以使第一清洗液清洗后的晶圆的电动电势转变为正值。
示例性地，在所述第一清洗中使用去离子水和酸性表面活性剂的混合溶液。
更具体地，第一清洗的流程或操作为：首先，在去离子水槽中进行去离子水漂洗，其中，示例性地，去离子水电阻率为18M欧姆/厘米；清洗温度为常温至85摄氏度，优选为常温。去离子水槽为溢流方式清洗，清洗时溢流速度为5L/分钟到30L/分钟，优选为20L/分钟。清洗时间1～4分钟，优选为2分钟。
接着，向去离子水槽注入酸性表面活性剂，示例性为柠檬酸，直到槽中液体PH值达3～3.7(优选为3.3)。可选地，酸性表面活性剂的注入在30秒内完成，然后将晶圆提出。示例性，在该过程中清洗温度为常温至85摄氏度，优选为常温。同样采用溢流式清洗，清洗时溢流速度为2L/分钟～20L/分钟，优选为5L/分钟。
在上述过程，随着去离子水槽中PH的降低，晶圆的电动电势由负值转变为正值。
在上述过程，先使用去离子水清洗可以避免晶圆在SC1清洗之后，所处的电动电势突然变化影响清洗效果，且可以使第一清洗完成之后，晶圆的电动电势转变为正值。
此外，应当理解，当晶圆提出后停止注入酸性表面活性剂，并保持溢流方式，此时溢流速度5L/分钟到60L/分钟，优选为35L/分钟。溢流时间为1～4分钟，优化为2.5分钟，通过溢流一段时间，使去离子水槽中的PH值恢复到原来的值，以便对其它晶圆执行上述第一清洗过程。
可选地，在上阶段的清洗可以加入超声波，其频率例如为1000KHZ～3000KHZ，优选地为如1200KHZ。通过超声波的振动作用，可以更好地对晶圆进行清洗。
步骤S304，去除晶圆上残留的金属。
在本步骤中，使用酸性清洗液清洗晶圆，以去除晶圆上残留的金属。示例性地，酸性清洗液为SC2和稀释的氢氟酸(DHF)的混合液，即，在包括盐酸、双氧水、氢氟酸与去离子水混合液的槽中进行清洗，，清洗方式为浸泡式清洗。
示例性地，盐酸浓度为0.1％～2％，优选为0.6％，双氧水浓度为0％～2％，优选为0.1％，DHF浓度为0％～2％，优选为0.2％。
示例性地，清洗温度常温至85摄氏度，优选为常温。
示例性地，清洗时间3～7分钟，优选为5分钟。
步骤S305，执行第二清洗，在所述第二清洗过程中，晶圆进入漂洗槽的初期，漂洗槽里的液体电动电势为正值，并在第二清洗完成后所述晶圆的电动电势转变为负值。
示例性地，在所述第二清洗中使用去离子水和酸性表面活性剂的混合溶液。
更具体地，第二清洗的流程或操作为：首先，在酸性表面活性剂和去离子水的混合液中清洗，酸性表面活性剂示例性为柠檬酸，混合液液体PH值示例性地为3～3.7，优选为3.3)。清洗温度为常温至85摄氏度，优选为常温。该过程采用溢流方式清洗，清洗时溢流速度为2L/分钟～20L/分，优选为5L/分钟。
更具体地，将晶圆投入去离子水槽中，同时注入诸如柠檬酸的酸性表面活性剂，以使用酸性表面活性剂和去离子水的混合液清洗晶圆。示例性地，酸性表面活性剂的注入在30秒内完成。
接着，停止注入酸性表面活性剂，并继续清洗，清洗温度为常温至85摄氏度，优选为常温。清洗方式仍为溢流式清洗，清洗时溢流速度5L/分钟～30L/分钟，优选为20L/分。清洗时间1～4分钟，优选为4分钟。
在上述过程中，在晶圆进入漂洗槽初期时，由于漂洗槽中为酸性表面活性剂和去离子水的混合溶液，因此溶液的电动电势为正值，而后续随着停止注入酸性表面活性剂，去离子水槽中的PH由低升高，使得晶圆的电动电势由正值变为负值。
需要说明的是漂洗槽中各种清洗槽中的总称，例如去离子水槽即使通入去离子水的漂洗槽。
此外，当将晶圆提出后，重新注入酸性表面活性剂，并保持溢流方式，优选为30秒内达到液体PH值3～3.7，优选为3.3，以便进行其它晶圆的第二清洗。
步骤S306，使用去离子水清洗晶圆。
其中，去离子水槽为溢流方式清洗，清洗时溢流速度为5L/分钟～30L/分钟，优选为20L/分钟。
示例性地，去离子水电阻率为18M欧姆/厘米。清洗温度为常温至85摄氏度，优选地为常温。清洗时间3～7分钟，优选为5分钟。
步骤S307，对晶圆进行亲水性处理。
示例性地，使用臭氧水对晶圆进行清洗，也即将晶圆投入臭氧水槽中进行清洗，以在晶圆表面形成一层致密氧化层，使晶圆表面呈现亲水性，从而使得清洗后的晶圆微粒不易附着其上。
其中，臭氧水槽为溢流方式清洗，清洗时溢流速度为5L/分钟～30L/分钟，优选为20L/分钟。
示例性地，臭氧水中的去离子水电阻率为18M欧姆/厘米；臭氧水的臭氧浓度为10ppm～35ppm，优选为25ppm。
示例性地，清洗温度为常温至85摄氏度，优选温度为常温。
示例性地，清洗时间3～7分钟，优选为5分钟。
步骤S308，对晶圆进行干燥处理。
示例性地，可采用晶圆干燥常用的纯水提拉干燥法或红外线干燥法或二者结合，在此不再赘述。
在上述清洗流程中，由于SC1清洗后晶圆的电动电势为负值，而SC2和DHF清洗中颗粒的电动电势为正值，为避免SC2和DHF清洗时晶圆与颗粒吸附，在SC2和DHF清洗之前先执行第一清洗，以使晶圆的电动电势转变为正值，这样进行SC2和DHF清洗时，由于晶圆和SC2和DHF槽中颗粒的电动电势均为正值，二者互斥使得晶圆不会吸附颗粒；且在使用SC2和DHF去除晶圆上残留的金属之后，对晶圆执行第二清洗，在所述第二清洗过程中，所述晶圆进入漂洗槽的初期，漂洗槽里的液体电动电势为正值，并在第二清洗完成后所述晶圆的电动电势转变为负值，这样在所述第二清洗过程中，所述晶圆进入漂洗槽的初期，漂洗槽里的液体电动电势为正值，并在第二清洗完成后所述晶圆的电动电势转变为负值，且当后续使用去离子水清洗晶圆时，由于晶圆和去离子水中颗粒的电动电势均为负值，二者互斥使得晶圆不会吸附颗粒，因此根据本发明的半导体晶圆最终抛光后的清洗方法提高了整体的清洗效果。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种半导体晶圆的清洗方法，其特征在于，包括下述步骤：
对晶圆执行第一清洗，以使所述晶圆的电动电势转变为正值；
使用酸性清洗液清洗所述晶圆，以去除所述晶圆上残留的金属；
对所述晶圆执行第二清洗，且在所述第二清洗过程中，所述晶圆进入漂洗槽的初期，漂洗槽里的液体电动电势为正值，并在第二清洗完成后所述晶圆的电动电势转变为负值。
2.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在所述第一清洗中使用去离子水和酸性表面活性剂的混合溶液。
3.根据权利要求2所述的清洗方法，其特征在于，所述对晶圆执行第一清洗，以使所述晶圆的电动电势转变为正值包括下述步骤：
在去离子水槽中清洗所述晶圆；
向所述去离子水槽中注入所述酸性表面活性剂，继续清洗所述晶圆。
4.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述酸性清洗液为SC2和氢氟酸的混合液。
5.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在所述第二清洗中使用去离子水和酸性表面活性剂的混合溶液。
6.根据权利要求5所述的清洗方法，其特征在于，所述对所述晶圆执行第二清洗包括下述步骤：
向去离子水槽中注入所述酸性表面活性剂后，使用去离子水和酸性表面活性剂的混合液清洗所述晶圆；
停止向去离子水槽中注入所述酸性表面活性剂，并继续在所述向去离子水槽中清洗所述晶圆。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的清洗方法，其特征在于，在所述对晶圆执行第一清洗，以使所述晶圆的电动电势转变为正值之前，还包括下述步骤：
去除所述晶圆上残留的颗粒和部分金属。
8.根据权利要求7所述的清洗方法，其特征在于，所述去除所述晶圆上残留的颗粒和部分金属包括下述步骤：
使用第一清洗液清洗晶圆；
使用去离子水清洗晶圆。
9.根据权利要求7所述的清洗方法，其特征在于，在所述去除所述晶圆上残留的颗粒和部分金属之前还包括下述步骤：
使用去离子水清洗所述晶圆。
10.根据权利要求7所述的清洗方法，其特征在于，在所述对所述晶圆执行第二清洗之后，还包括下述步骤：
使用去离子水清洗晶圆；
对晶圆进行亲水性处理。
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