CN109326501A

CN109326501A - 一种半导体晶圆最终抛光后的清洗方法

Info

Publication number: CN109326501A
Application number: CN201710641819.XA
Authority: CN
Inventors: 赵厚莹
Original assignee: Zing Semiconductor Corp
Current assignee: Zing Semiconductor Corp
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2019-02-12
Anticipated expiration: 2037-07-31
Also published as: CN109326501B

Abstract

本发明提供一种半导体晶圆最终抛光后的清洗方法，该清洗方法包括：使用聚合物清洗液去除最终抛光后的晶圆上残留的聚合物；使用包括氧化试剂的清洗液清洗所述晶圆；使用酸性清洗液清洗所述晶圆；使用包括氧化试剂的清洗液再次清洗所述晶圆。该清洗方法可以避免抛光液中的聚合物与SC1发生脱水缩合反应，而产生会附着在晶圆上的、在整个清洗过程无法再去除的派生物，从而改善了清洗工艺的颗粒表现。

Description

一种半导体晶圆最终抛光后的清洗方法

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最终抛光后的清洗方法。

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，并向其中加入诸如聚合物(Polymer)等的其它添加物。

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。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))。研究表明，抛光液中的聚合物在SC1中会发生脱水缩合反应，而脱水缩合产生的派生物会附着在晶圆上，并在整个清洗过程无法再去除，从而影响到清洗工艺的颗粒表现(ParticlePerformance)。

因此有必要提出一种半导体晶圆最终抛光后的清洗方法，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最终抛光后的清洗方法，可以避免抛光液中的聚合物与SC1发生脱水缩合反应，而产生的会附着在晶圆上的、在整个清洗过程无法再去除的派生物，从而改善了清洗工艺的颗粒表现(Particle Performance)。

为了克服目前存在的问题，本发明提供一种半导体晶圆最终抛光后的清洗方法，包括下述步骤：

使用聚合物清洗液去除最终抛光后的晶圆上残留的聚合物；

使用包括氧化试剂的清洗液清洗所述晶圆；

使用酸性清洗液清洗所述晶圆；

使用包括氧化试剂的清洗液再次清洗所述晶圆。

可选地，所述聚合物清洗液为去离子水和表面活性剂的混合液体。

可选地，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂。

可选地，所述表面活性剂的含量为0.05％～0.5％。

可选地，在去除所述晶圆上残留的聚合物清洗液之后，还包括：

使用RCA清洗工艺对所述晶圆进行清洗。

可选地，所述RCA清洗工艺包括下述步骤：

去除所述晶圆上残留的颗粒和部分金属；

去除所述晶圆上残留的金属；

对所述晶圆进行亲水性处理；

对所述晶圆进行干燥处理。

可选地，所述去除所述晶圆上残留的颗粒和部分金属包括：

使用第一清洗液清洗所述晶圆；

使用去离子水清洗所述晶圆。

可选地，所述去除所述晶圆上残留的金属包括：

使用第二清洗液清洗所述晶圆；

使用去离子水清洗所述晶圆。

可选地，所述对所述晶圆进行亲水性处理的步骤包括：

使用包括氧化试剂的清洗液清洗所述晶圆。

可选地，所述干燥处理纯水提拉干燥法或红外线干燥法或二者结合。

根据本发明的半导体晶圆最终抛光后的清洗方法，在晶圆最终抛光后的清洗中，在执行RCA清洗工艺之前，先使用聚合物清洗液清洗晶圆去除晶圆残留的聚合物和有机物，再对晶圆进行清洗去除残留的聚合物清洗液，这样由于晶圆残留的聚合物首先被清洗掉，因此在后续执行RCA清洗工艺时，不会生成附着在晶圆上的在整个清洗过程无法再去除的派生物，而且由于晶圆上残留的聚合物清洗液也被去除，因此不会因增加了聚合物清洗液的清洗过程而对后续清洗造成影响，因此根据本发明的半导体晶圆最终抛光后的清洗方法不仅可以去除晶圆上残留的聚合物、有机物、颗粒、金属等杂质，还提高了最终抛光后清洗的颗粒表现。

进一步地，由于去除所述残留的聚合物清洗液包括使用包括氧化试剂的清洗液清洗所述晶圆、使用酸性清洗液清洗所述晶圆和使用包括氧化试剂的清洗液再次清洗所述晶圆三个过程，不仅可以很好去除残留的聚合物清洗液，而且还可以去除残留的有机物以及金属，尤其是铜镍金属。

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示出目前最终抛光后的清洗工艺使用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最终抛光后的清洗方法的示意性流程图；

图3为图2所示半导体晶圆最终抛光后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。

目前一般工艺中晶圆的最终抛光与最终抛光后的清洗分开进行，而不采用一体化设计，这样成本相对较低。最终抛光后的晶圆放在抛光机的开放式晶盒(Open Cassette)里，开放式晶盒浸泡在去离子水槽中。当进行最终抛光后的清洗时，将开放式晶盒从去离子水槽取出投入最终抛光后的清洗机中。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。

如前所述，研究表明，抛光液中的聚合物在SC1中会发生脱水缩合反应，而脱水缩合产生的派生物会附着在晶圆上，并在整个清洗过程无法再去除，从而影响到清洗工艺的颗粒表现(Particle Performance)。本发明基于此，提供一种半导体晶圆最终抛光后的清洗方法，如图2所示，该清洗方法包括：步骤201，使用聚合物清洗液去除最终抛光后的晶圆上残留的聚合物；步骤202，去除所述晶圆上残留的聚合物清洗液；步骤203，使用RCA清洗工艺对所述晶圆进行清洗。

根据本发明的半导体晶圆最终抛光后的清洗方法，在晶圆最终抛光后的清洗中，在执行RCA清洗工艺之前，先使用聚合物清洗液清洗晶圆去除晶圆残留的聚合物和有机物，再对晶圆进行清洗出残留的聚合物清洗液，这样由于晶圆残留的聚合物首先被清洗掉，因此在后续执行RCA清洗工艺时，不会生成附着在晶圆上的在整个清洗过程无法再去除的派生物，而且由于晶圆上残留的聚合物清洗液也被去除，因此不会因增加了聚合物清洗液的清洗过程而对后续清洗造成影响，因此根据本发明的半导体晶圆最终抛光后的清洗方法不仅可以去除晶圆上残留的聚合物、有机物、颗粒、金属等杂质，还提高了最终抛光后清洗的颗粒表现。

下面将参照图3对本发明一实施方式的半导体晶圆最终抛光后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最终抛光后的清洗方法，包括：

步骤S301，使用聚合物清洗液去除最终抛光后的晶圆上残留的聚合物。

在本实施例中，示例性地，使用去离子水和表面活性剂的混合液作为聚合物清洗液，表面活性剂和去离子水的混合液对抛光后晶圆残留的聚合物去除作用显著，同时也对去除其他有机物有效。

其中，使用去离子水和表面活性剂的混合液的清洗槽为溢流方式清洗，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，表面活性剂优选为非离子型表面活性剂(nonionic surfactant)，例如甘油脂肪酸酯等。表面活性剂含量(质量比)为0.05％～0.5％，优选为0.225％。清洗温度为常温至85摄氏度，优选为75摄氏度。清洗时间为3～7分钟，优选为5分钟。

步骤S302，去除所述晶圆上残留的聚合物清洗液。

去除所述晶圆上残留的聚合物清洗液可以通过下述步骤完成：首先，使用包括氧化试剂的清洗液清洗所述晶圆，通过氧化剂的氧化作用使晶圆上残留的聚合物清洗液中的清洗剂(例如表面活性剂)和有机物以及晶圆表面的硅层被一同氧化，聚合物清洗液中的清洗剂(例如表面活性剂)和有机物被氧化去除或者被氧化在晶圆表面的氧化层中；接着，使用酸性清洗液清洗所述晶圆，通过酸性清洗液去除晶圆表面的氧化层或部分氧化层，从而使氧化层中的被氧化的聚合物清洗液中的清洗剂(例如表面活性剂)和有机物被连同去除；最后使用包括氧化试剂的清洗液再次清洗所述晶圆，使晶圆表面形成致密的氧化层且呈亲水性，可以更好防止晶圆被污染，并提高晶圆的后续清洗效果。

示例性地，在本实施例中，包括氧化试剂的清洗液采用臭氧水，酸性清洗液采用稀释的氢氟酸溶液。即，在本实施例中依次使用臭氧水、稀氢氟酸液和臭氧水清洗晶圆，也即先后将晶圆分别投入臭氧水槽、氢氟酸槽和臭氧水槽中进行清洗。通过该清洗流程清洗掉晶圆上残留的步骤S301中使用的表面活性剂，并进一步清洗掉晶圆上残留的有机物，且通过稀释的氢氟酸容易可以去除晶圆残留的金属(尤其是铜，镍)，最后生成一层致密的氧化层，使硅片表面亲水，提高后面清洗的效果。

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。氢氟酸槽为浸泡式清洗。

示例性地，臭氧水中的去离子水电阻率为18M欧姆/厘米；臭氧水中臭氧浓度为10ppm～35ppm，优选为25ppm；氢氟酸浓度为1％～5％，优选为2.36％。

示例性地，臭氧水清洗和氢氟酸清洗的清洗温度均为常温至85摄氏度，优选为常温。

示例性地，臭氧水清洗和氢氟酸清洗的清洗时间均为3～7分钟，优选为5分钟。

步骤S303，去除晶圆上残留的颗粒和部分金属。

在本步骤中，使用第一清洗液清洗晶圆，以去除晶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，本步骤的清洗过程为：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清洗温度为常温至85摄氏度，优选为45摄氏度。去离子水清洗温度为常温。

清洗时间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。

可选地，可重复两次如上的SC1->去离子水清洗流程。

可选地，在步骤S303之后，还可以再加一道单纯的去离子水清洗。

步骤S304，去除晶圆上残留的金属。

在本步骤中，使用第二清洗液清洗晶圆，以去除晶圆上残留的金属。示例性地，第二清洗液为SC2。

具体地，本步骤的清洗过程为：依次使用SC2和去离子水清洗晶圆，也即，先后将晶圆投入SC2槽和去离子水槽中进行清洗，以去除晶圆上残留的金属。

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/分钟。SC2槽为浸泡式清洗。

示例性地，去离子水电阻率为18M欧姆/厘米；

SC2由盐酸，双氧水与去离子水混合而呈，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％。

SC2的清洗温度为常温至85摄氏度，优选温度为常温。去离子水清洗温度为常温。

SC2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。

步骤S305，对晶圆进行亲水性处理。

在本步骤中，使用包括氧化剂的清洗液清洗所述晶圆，以在晶圆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。

示例性地，包括氧化剂的清洗液采用臭氧水，也即将晶圆投入臭氧水槽中进行清洗。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。

臭氧水清洗的清洗温度为常温至85摄氏度，优选温度为常温。

臭氧水清洗的清洗时间为3～7分钟，优选为5分钟。

步骤S306，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。

上述步骤中步骤S303～S306与RCA清洗工艺的流程一致，也即在本实施例中，在晶圆最终抛光后的清洗中，在执行RCA清洗工艺之前，先使用表面活性剂和去离子水的混合液去除晶圆残留的聚合物和有机物，再通过对晶圆进行清洗出残留的表面活性剂，这样由于晶圆残留的聚合物首先被清洗掉，因此在后续执行RCA清洗工艺时，不会生成附着在晶圆上的在整个清洗过程无法再去除的派生物，而且由于晶圆上残留的表面活性剂也被去除，因此不会因增加了聚合物清洗液的清洗过程而对后续清洗造成影响，因此根据本发明的半导体晶圆最终抛光后的清洗方法不仅可以去除晶圆上残留的聚合物、有机物、颗粒、金属等杂质，还提高了最终抛光后清洗的颗粒表现。

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

1.一种半导体晶圆最终抛光后的清洗方法，其特征在于，包括下述步骤：

使用聚合物清洗液去除最终抛光后的晶圆上残留的聚合物；

使用包括氧化试剂的清洗液清洗所述晶圆；

使用酸性清洗液清洗所述晶圆；

使用包括氧化试剂的清洗液再次清洗所述晶圆。

2.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述聚合物清洗液为去离子水和表面活性剂的混合液体。

3.根据权利要求2所述的清洗方法，其特征在于，所述表面活性剂为非离子型表面活性剂。

4.根据权利要求2所述的清洗方法，其特征在于，所述表面活性剂的含量为0.05％～0.5％。

5.根据权利要求1-4中的任意一项所述的清洗方法，其特征在于，在去除所述晶圆上残留的聚合物清洗液之后，还包括：

使用RCA清洗工艺对所述晶圆进行清洗。

6.根据权利要求5所述的清洗方法，其特征在于，所述RCA清洗工艺包括下述步骤：

去除所述晶圆上残留的颗粒和部分金属；

去除所述晶圆上残留的金属；

对所述晶圆进行亲水性处理；

对所述晶圆进行干燥处理。

7.根据权利要求6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：

使用第一清洗液清洗所述晶圆；

使用去离子水清洗所述晶圆。

8.根据权利要求6所述的清洗方法，其特征在于，所述去除所述晶圆上残留的金属包括：

使用第二清洗液清洗所述晶圆；

使用去离子水清洗所述晶圆。

9.根据权利要求6所述的清洗方法，其特征在于，所述对所述晶圆进行亲水性处理的步骤包括：

使用包括氧化试剂的清洗液清洗所述晶圆。

10.根据权利要求6所述的清洗方法，其特征在于，所述干燥处理纯水提拉干燥法或红外线干燥法或二者结合。