CN109727844B - 晶片的清洗方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种晶片的清洗方法。该晶片的清洗方法包括：采用连续进行的多个喷淋步骤在所述晶片表面形成异丙醇膜；以及对所述晶片表面进行气体吹扫，其中，所述多个喷淋步骤中的至少两个喷淋步骤中异丙醇流量不相同。该清洗方法利用异丙醇表面张力小的物理特性改善所述晶片表面疏水状态，从而减少晶片表面水痕和颗粒的产生，并且采用多种不同流量的喷淋步骤在晶片表面异丙醇膜可以改善异丙醇膜的覆盖特性以及减少异丙醇的使用量，从而节省工艺成本。

Description

晶片的清洗方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地，涉及晶片的清洗方法。

背景技术

随着硅片尺寸加大，器件结构的超微小化、高集成化，半导体对杂质含量越来越敏感，而半导体工艺制程中不可避免会引入一些颗粒、有机物、金属和氧化物等污染物。当主流工艺从65nm过渡到40nm、28nm，甚至更小时，传统的槽式清洗方法已经不能完全满足目前极大规模集成电路制造中关键步骤的清洗要求，并且在槽式清洗中容易出现交叉污染的问题，进而危及整批芯片的良率。单片晶片清洗(single wafer clean)方法取代槽式清洗方法已成为先进制程的主流，以减小杂质对芯片良率的影响。

在半导体清洗工艺制程中，氢氟酸稀释液(DHF)工艺应用范围广泛。DHF工艺主要应用于外延工艺等，以去除晶片(wafer)表面的氧化层。DHF去除晶片表面的氧化层后，裸露出的晶片表面为疏水界面，疏水的晶片表面张力大，易产生水痕和颗粒。

异丙醇(iso-Propyl alcohol,IPA)是一种表面张力小的化学药液，可以有效地减少晶片表面残留的水痕和颗粒的产生。在现有技术中，异丙醇工艺主要应用在槽式清洗机中，在晶片清洗机中的应用较少。主要是由于晶片清洗机在工艺过程中，异丙醇的流量以及喷淋方式会严重影响硅片的最终清洗效果。更具体地，由于异丙醇具有易燃易爆的特性，并且纯度较高的异丙醇价格比较贵，因此从工艺安全和节约成本的角度考虑，工艺过程中异丙醇的流量及喷淋方式与氢氟酸稀释液及超纯水(Ultrapure water,UPW)会有所不同。期望进一步改进晶片的清洗方法，以有效地减少晶片表面水痕和颗粒的产生，从而提高芯片的良率。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种晶片的清洗方法，其中，采用至少两种不同流量的异丙醇喷淋步骤对晶片表面进行异丙醇清洗，从而有效地减少晶片表面水痕和颗粒的产生。

根据本发明的实施例，提供一种晶片的清洗方法，其特征在于，包括：采用连续进行的多个喷淋步骤在所述晶片表面形成异丙醇膜；以及对所述晶片表面进行气体吹扫，其中，所述多个喷淋步骤中的至少两个喷淋步骤中采用的异丙醇流量不相同。

优选地，所述至少两个喷淋步骤的异丙醇流量逐渐减小。

优选地，在所述至少两个喷淋步骤中旋转所述晶片，并且，所述至少两个喷淋步骤的晶片转速逐渐增大。

优选地，所述至少两个喷淋步骤包括第一至第三喷淋步骤，其中，在第一步喷淋骤中采用的异丙醇流量为第一流量，以形成位于所述晶片表面的异丙醇的原始积累；在第二喷淋步骤中采用的异丙醇流量为第二流量，以形成位于所述晶片表面的异丙醇的液膜；以及在第三喷淋步骤中采用的异丙醇流量为第三流量，以维持所述异丙醇的液膜，所述第一流量、所述第二流量和所述第三流量依次减小。

优选地，所述第一喷淋步骤的持续时间为2至3秒，所述第一流量为0.3至0.4L/min；所述第二喷淋步骤的持续时间为5至8秒，所述第二流量为0.2至0.3L/min；所述第三喷淋步骤的持续时间为3至6秒，所述第三流量为0.1至0.2L/min。

优选地，所述第一喷淋步骤的持续时间为3秒，所述第一流量为0.3L/min；所述第二喷淋步骤的持续时间为8秒，所述第二流量为0.2L/min；所述第三喷淋步骤的持续时间为3秒，所述第三流量为0.2L/min。

优选地，所述第一喷淋步骤的持续时间为2秒，所述第一流量为0.4L/min；所述第二喷淋步骤的持续时间为6秒，所述第二流量为0.3L/min；所述第三喷淋步骤的持续时间为5秒，所述第三流量为0.1L/min。

优选地，在所述多个喷淋步骤之前，还包括：对所述晶片表面进行氢氟酸稀释液清洗，以反应去除所述晶片表面的氧化物；以及对所述晶片表面进行去离子水清洗，以去除残留在所述晶片表面的反应产物及所述氢氟酸稀释液，其中，所述去离子水清洗的步骤在所述晶片上留下水膜，以及，在所述多个喷淋步骤中，所述异丙醇膜替代所述水膜。

优选地，所述气体吹扫的步骤包括将氮气施加在所述晶片的表面上。

优选地，在所述至少两个喷淋步骤中异丙醇的温度低于气化温度以维持液态。

根据本发明实施例的晶片的清洗方法，在晶片清洗工艺中，采用连续的多个喷淋步骤形成异丙醇膜，利用异丙醇表面张力小的物理特性改善所述晶片表面疏水状态，从而减少晶片表面水痕和颗粒的产生，并且采用多种不同流量的喷淋步骤在晶片表面形成异丙醇膜，可以改善异丙醇膜的覆盖特性以及减少异丙醇的使用量，从而节省工艺成本。

在优选的实施例中，在多个喷淋步骤中，根据形成异丙醇膜的原始积累、形成液膜、维持液膜的不同阶段，设置喷淋的工艺参数，例如，异丙醇的流量、持续时间、晶片转速，进一步改善异丙醇膜的覆盖特性以及减少异丙醇的使用量。

在优选的实施例中，在多个喷淋步骤之前去除晶片的表面氧化膜，其中在晶片表面形成水膜，在多个喷淋步骤中形成的异丙醇膜替代水膜，从而减少表面水痕的残留。

进一步地，该清洗方法将异丙醇清洗引入晶片清洗工艺中，异丙醇维持液态，无需加热到气化温度之上，避免了在传统槽式清洗中加热异丙醇带来的安全隐患，保证了工艺的安全性，并且更符合当前主流先进制程的需求。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据现有技术的晶片清洗机的结构示意图。

图2示出了根据本发明实施例的晶片的清洗方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

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。

图1示出了根据现有技术的晶片清洗机的结构示意图。

如图1所示，晶片清洗机包括架体1、喷管4、旋转真空密封器6、吸盘8、密封罩16和电机17，所述架体1左侧设有前板18，架体1右侧设有后板10，前板18和后板10顶部夹有隔板2，隔板2上密封盖有密封罩16，隔板2下侧设有固定在架体1上的清洗槽底板3，所述清洗槽底板3右部通过密封压板12套接倒L形喷管4，喷管4底部通过连接器11套接在摆动装置20顶端，摆动装置20固定在架体1中部的隔板2右侧，喷管4下部水平设有喷管口7，喷管4上部的水平结构一端套接喷头5；清洗槽底板3中部通过螺钉固定轴套上固定座13，轴套上固定座13底部套接轴套14顶端，轴套14底端固定在架体1中部的隔板2中部，轴套14内部通过轴承19固定传动轴9，传动轴9顶端套接清洗槽底板3上侧的吸盘8，吸盘8上方与喷管4上部的喷头5相对，传动轴9底端轴接旋转真空密封器6，旋转真空密封器6可使得吸盘8上的产品时刻紧密的附着在其上，传动轴9下部同步固定的皮带轮15通过角带与电机17输出轴上固定的皮带轮15连接，所述电机17通过螺丝固定在架体1中部的隔板2左侧。

在清洗晶片时，将待清洗的晶片固定于吸盘8上，电机17带动传动轴9高速旋转，传动轴9带动其顶端的吸盘8转动，可以通过设置参数，使晶片以不同的速度绕自身中心旋转；同时，摆动装置20通过连接器11带动喷管4转动，得喷管4上部连接的喷头5开始摆动，向喷管4下部的喷管口7注入清洗药剂对硅片进行高压摆动喷洗，清洗结束后，停止注入清洗药剂，打开氮气输入通道，氮气通过内置加热装置进行加热后由喷管4进入密封罩16内，对硅片进行烘干。

图2示出了根据本发明实施例的晶片的清洗方法的流程图。

表1参考性地示出了本发明实施例的清洗方法的工艺菜单。

表1：

在步骤S01中，对晶片表面进行氢氟酸稀释液清洗，以反应去除晶片表面的氧化物。

本发明开始于一个待清洗的晶片。晶片例如为半导体工艺制程中任何一个步骤结束后待清洗的半导体晶片，将晶片置入如图1所示的晶片清洗机中。调节晶片清洗机的参数，使晶片以一定的转速绕自身中心水平旋转。对晶片表面喷洒氢氟酸稀释液进行清洗，晶片表面的氧化物与氢氟酸稀释液发生反应，从而氧化物得以被去除。如表1所示，氢氟酸稀释液的流量例如为2.0L/min，工艺时间例如为60秒。

在步骤S02中，对晶片表面进行去离子水清洗，以去除残留在晶片表面的氢氟酸稀释液及其与氧化物的反应产物。

在使用氢氟酸稀释液去除晶片表面的氧化物后，晶片表面残留有氢氟酸稀释液及其与氧化物的反应产物，因此采用去离子水冲洗晶片表面，以去除氢氟酸稀释液及其与氧化物的反应产物，并防止发生进一步反应。在该步骤中，要保证晶片表面形成均匀有效的去离子水液膜，以避免晶片表面与空气接触从而产生水痕和颗粒。在该实施例中，例如采用流量为3.0L/min的去离子水对晶片表面进行清洗，工艺时间例如为40秒。在优选的实施例中，还可以采用不同流量和转速的去离子水对晶片表面进行分步清洗。

在该实施例中，采用步骤S01对晶片表面进行氢氟酸稀释液清洗，以反应去除晶片表面的氧化物，以及采用步骤S02对晶片表面进行去离子水清洗，以去除残留在晶片表面的氢氟酸稀释液及其与氧化物的反应产物，其中，在晶片表面形成水膜，如下文所述，将在步骤S03的多个喷淋步骤中形成的异丙醇膜替代水膜，从而减少表面水痕的残留。在替代的实施例中，若待清洗的晶片表面不存在氧化膜，可以省去步骤S01和步骤S02，直接采用步骤S03在晶片表面形成异丙醇膜。

在步骤S03中，采用连续进行的多个喷淋步骤在所述晶片表面形成异丙醇膜，以减少晶片表面水痕和颗粒的产生。

对晶片表面进行异丙醇清洗的步骤S03包括采用连续进行的多个喷淋步骤在晶片表面形成异丙醇膜，其中，所述多个喷淋步骤中的至少两个步骤中采用的异丙醇流量不相同。在该实施例中，步骤S03的工艺时间例如为12至15秒，在至少两个喷淋步骤中，异丙醇的流量逐渐减小，晶片的转速逐渐增大，以在晶片表面异丙醇膜，采用该步骤可以改善异丙醇膜的覆盖特性以及减少异丙醇的使用量，从而节省工艺成本。例如使用三种不同的流量，分为三个步骤，对晶片进行异丙醇清洗。例如先以第一流量的异丙醇清洗晶片，以形成晶片表面的异丙醇原始积累；再以第二流量的异丙醇清洗晶片，使异丙醇覆盖晶片的表面；最后以第三流量的异丙醇清洗晶片，以维持晶片表面的异丙醇薄膜。

以第一流量对晶片表面进行异丙醇清洗时，晶片以第一转速绕自身中心水平旋转。为了快速形成晶片表面的异丙醇原始积累，所需的异丙醇流量较高，异丙醇的流量例如为0.3至0.4L/min。晶片的第一转速较低，以防止晶片在旋转时异丙醇呈放射状旋出，同时节约异丙醇原始积累的时间，降低工艺的总时间。第一流量的异丙醇工艺时间例如为2至3秒。

以第二流量对晶片表面进行异丙醇清洗时，晶片以第二转速绕自身中心水平旋转。由于上一步骤中已经形成了晶片表面的异丙醇原始积累，为了使异丙醇原始积累覆盖到整个晶片的表面，所需的异丙醇的流量有所降低。在该过程中，第二转速相对第一转速应该提高，以使异丙醇在原始积累和离心力的作用下能够迅速覆盖晶片表面，替代晶片表面覆盖的去离子水液膜。在该步骤中，异丙醇的流量例如为0.2至0.3L/min，工艺时间例如为5至8秒。

以第三流量对晶片表面进行异丙醇清洗时，晶片以第三转速绕自身中心水平旋转。在上一步骤中已经将去离子水膜去除，形成了晶片表面的异丙醇液膜。由于异丙醇粘度较大，表面张力较小，为了避免异丙醇在晶片表面的残留，在晶片表面形成薄而均匀的异丙醇液膜，需要设置较低的异丙醇流量以及较高的转速，使晶片表面的异丙醇保持薄膜状态，便于快速完成下一步骤的氮气干燥。在该步骤中，异丙醇的流量例如为0.1至0.2L/min，工艺时间例如为3至6秒。

在优选的实施例中，在多个喷淋步骤中，根据形成异丙醇膜的原始积累、形成液膜、维持液膜的不同阶段，设置喷淋的工艺参数，例如，异丙醇的流量、持续时间、晶片转速，进一步改善异丙醇膜的覆盖特性以及减少异丙醇的使用量。在本发明第二实施例中，在步骤S03包括三个不同流量的异丙醇清洗的步骤，如表2所示。

表2：

表2示出了本发明第二实施例的异丙醇清洗工艺菜单。在该实施例中，采用第一流量的异丙醇对晶片表面进行清洗，晶片以第一转速绕自身中心水平旋转，以快速形成晶片表面的异丙醇原始积累，第一流量例如为0.3L/min，工艺时间例如为3秒；采用第二流量的异丙醇对晶片表面进行清洗，晶片以第二转速绕自身中心水平旋转，第二转速大于第一转速，以使异丙醇在原始积累和离心力的作用下能够迅速覆盖晶片表面，第二流量例如为0.2L/min，工艺时间例如为8秒；采用第三流量的异丙醇对晶片表面进行清洗，第三转速大于第二转速，晶片以第三转速绕自身中心水平旋转第三流量，以使晶片表面的异丙醇保持薄膜状态，例如为0.2L/min，工艺时间例如为3秒。

在本发明第三实施例中，在步骤S03包括三个不同流量的异丙醇清洗的步骤，如表3所示。

表3：

表3示出了本发明优选实施例的异丙醇清洗工艺菜单。在该实施例中，采用第一流量的异丙醇对晶片表面进行清洗，晶片以第一转速绕自身中心水平旋转，以快速形成晶片表面的异丙醇原始积累，第一流量例如为0.4L/min，工艺时间例如为2秒；采用第二流量的异丙醇对晶片表面进行清洗，晶片以第二转速绕自身中心水平旋转，第二转速大于第一转速，以使异丙醇在原始积累和离心力的作用下能够迅速覆盖晶片表面，第二流量例如为0.3L/min，工艺时间例如为6秒；采用第三流量的异丙醇对晶片表面进行清洗，第三转速大于第二转速，晶片以第三转速绕自身中心水平旋转第三流量，以使晶片表面的异丙醇保持薄膜状态，例如为0.1L/min，工艺时间例如为5秒。

在步骤S04中，对晶片表面进行气体吹扫，以对晶片表面进行快速干燥。

在异丙醇清洗结束后，立即对晶片表面进行气体吹扫，例如进行氮气吹扫，以快速干燥硅片表面，进一步减少水痕和颗粒的残留。应采用大流量的氮气对晶片表面进行氮气吹扫，氮气的流量例如为150L/min，吹扫时间例如为20秒。

本发明通过上述各个步骤中，不同药剂的流量、转速、工艺时间的优化组合，实现了有效地减少晶片表面水痕和颗粒的产生的目的，其中，将异丙醇清洗工艺引入晶片清洗工艺，并采用连续进行的多个喷淋步骤在晶片表面形成异丙醇膜，改善了异丙醇膜的覆盖特性并节约了异丙醇的用量。在工艺过程中，异丙醇维持液态，无需加热到气化温度之上，避免了在传统槽式清洗中加热异丙醇带来的安全隐患，保证了工艺的安全性。实验表明，经过以上步骤清洗得到的晶片表面无水痕，40nm的颗粒小于100颗。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种晶片的清洗方法，其特征在于，包括：

采用连续进行的多个喷淋步骤在所述晶片表面形成异丙醇膜；以及

对所述晶片表面进行气体吹扫，

其中，所述多个喷淋步骤中的至少两个喷淋步骤中采用的异丙醇流量不相同，所述至少两个喷淋步骤的异丙醇流量逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在所述至少两个喷淋步骤中旋转所述晶片，并且，所述至少两个喷淋步骤的晶片转速逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述至少两个喷淋步骤包括第一至第三喷淋步骤，其中，

在第一喷淋步骤中采用的异丙醇流量为第一流量，以形成位于所述晶片表面的异丙醇的原始积累；

在第二喷淋步骤中采用的异丙醇流量为第二流量，以形成位于所述晶片表面的异丙醇的液膜；以及

在第三喷淋步骤中采用的异丙醇流量为第三流量，以维持所述异丙醇的液膜，

所述第一流量、所述第二流量和所述第三流量依次减小。

4.根据权利要求3所述的清洗方法，其特征在于，

所述第一喷淋步骤的持续时间为2至3秒，所述第一流量为0.3至0.4L/min；

所述第二喷淋步骤的持续时间为5至8秒，所述第二流量为0.2至0.3L/min；

所述第三喷淋步骤的持续时间为3至6秒，所述第三流量为0.1至0.2L/min。

5.根据权利要求4所述的清洗方法，其特征在于，

所述第一喷淋步骤的持续时间为3秒，所述第一流量为0.3L/min；

所述第二喷淋步骤的持续时间为8秒，所述第二流量为0.2L/min；

所述第三喷淋步骤的持续时间为3秒，所述第三流量为0.2L/min。

6.根据权利要求4所述的清洗方法，其特征在于，

所述第一喷淋步骤的持续时间为2秒，所述第一流量为0.4L/min；

所述第二喷淋步骤的持续时间为6秒，所述第二流量为0.3L/min；

所述第三喷淋步骤的持续时间为5秒，所述第三流量为0.1L/min。

7.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在所述多个喷淋步骤之前，还包括：

对所述晶片表面进行氢氟酸稀释液清洗，以反应去除所述晶片表面的氧化物；以及

对所述晶片表面进行去离子水清洗，以去除残留在所述晶片表面的反应产物及所述氢氟酸稀释液；

其中，所述去离子水清洗的步骤在所述晶片上留下水膜，以及，在所述多个喷淋步骤中，所述异丙醇膜替代所述水膜。

8.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，所述气体吹扫的步骤包括将氮气施加在所述晶片的表面上。

9.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在所述至少两个喷淋步骤中异丙醇的温度低于气化温度以维持液态。

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