CN109994372A - 晶圆清洗方法及晶圆清洗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆清洗方法及晶圆清洗装置，其中，晶圆清洗方法包括：采用酸性清洗液对晶圆进行清洗，将清洗后的所述晶圆置于容纳有超纯水的冲洗槽中，同时，向所述冲洗槽施加兆声波以去除所述晶圆表面的颗粒。根据本发明实施例的晶圆清洗方法，根据颗粒的电动电位由正变为负时，向冲洗槽施加兆声波，从而将超纯水与兆声波结合的方式高效的去除晶圆表面的颗粒，提高晶圆的清洗效果。

Description

晶圆清洗方法及晶圆清洗装置
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶圆清洗方法及晶圆清洗装置。
背景技术
随着半导体元件微细化，在半导体成品的收率和可靠性方面，去除如颗粒和金属粒子的不纯物的重要性日趋凸显，这些颗粒和金属不纯物的污染成为元件性能下降和影响收率的重要因素。
在晶圆清洗中，通过清洗多片晶圆的晶圆清洗机进行清洗，且按照一定顺序排列有各自清洗作用的多个槽(Bath)，分别用作去除有机物(Organic)、颗粒或去除金属等用途。
此外，通常，在SC-1槽又称APM(Ammonium hydroxide/hydrogen per oxide/DIwater mixture)槽或冲洗槽下部安装作为物理清洗的兆声波(Megasonic)槽，并通过施加兆声波来使颗粒去除最大化。
SC-2槽又2称HPM(Hydrochloric acid/hydrogen peroxide/DI water mixture)槽是用于去除金属的重要工序，但由于使用酸(Acid)清洗液，颗粒将具有吸附于晶圆表面的(+)Zeta电位(电动电位)，而当使用兆声波时，反而具有颗粒吸附于晶圆的反作用，因而通常不使用兆声波。在SC-2槽之后的冲洗槽中，由于SC-2的一部分药液粘附于晶圆的表面而被带入冲洗槽中，因而，在冲洗槽使用兆声波时，存在较多颗粒被吸附的问题，进而影响晶圆的清洗效果。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种晶圆清洗方法，在晶圆经过酸性清洗液清洗后，在经过超纯水清洗时，向容纳晶圆的冲洗槽施加兆声波以提高颗粒去除率，解决较多颗粒吸附于晶圆表面的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种晶圆清洗方法。
根据本发明实施例的晶圆清洗方法，包括：采用酸性清洗液对晶圆进行清洗，将清洗后的所述晶圆置于容纳有超纯水的冲洗槽中，同时，向所述冲洗槽施加兆声波以去除所述晶圆表面的颗粒。
优选地，当所述颗粒的电动电位由正变为负时，向所述冲洗槽施加兆声波以去除所述晶圆表面的颗粒。
优选地，当所述颗粒的电动电位由正变为负且酸性清洗液的pH值大于5时，向所述冲洗槽施加兆声波以去除所述晶圆表面的颗粒。
优选地，所述酸性清洗液为盐酸、双氧水和超纯水的混合液。
优选地，在采用酸性清洗液清洗所述晶圆之前，还包括：
对晶圆的表面进行氧化处理；
通过氧化膜刻蚀液对形成有氧化膜的所述晶圆进行刻蚀；
对经过刻蚀的所述晶圆进行钝化处理；
将钝化后的所述晶圆置于容纳有碱性清洗液的清洗槽中，同时，向所述清洗槽施加兆声波以对所述晶圆进行清洗；
将碱清洗后的所述晶圆置于容纳有超纯水的冲洗槽中，同时，向所述冲洗槽施加兆声波以对所述晶圆进行冲洗。
优选地，采用臭氧水对所述晶圆进行氧化处理，采用缓冲氧化物刻蚀液对形成有氧化膜的所述晶圆进行刻蚀。
优选地，所述碱性清洗液为氢氧化氨溶液、双氧水和超纯水的混合液。
根据本发明实施例的晶圆清洗装置，应用于上述实施例的晶圆清洗方法，所述装置包括：
清洗槽，用于容纳酸性清洗液以对所述晶圆进行清洗；
发生器，与所述清洗槽相连，用于向所述清洗槽施加兆声波以去除所述晶圆表面的颗粒。
优选地，所述装置还包括：
控制器，与所述发生器相连，用于当所述颗粒的电动电位由正变为负时，控制所述发生器向所述清洗槽施加兆声波以去除所述晶圆表面的颗粒。
优选地，所述控制器用于当所述颗粒的电动电位由正变为负，且酸性清洗液的pH值大于5时，控制所述发生器向所述清洗槽施加兆声波以去除所述晶圆表面的颗粒。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
根据本发明实施例的晶圆清洗方法，通过在晶圆经过SC-2槽清洗后，即酸性清洗液清洗后，在进入冲洗槽冲洗时，根据颗粒的电动电位(zeta电位)由正变为负时，向冲洗槽施加兆声波，从而将超纯水与兆声波结合的方式高效的去除晶圆表面的颗粒，提高晶圆的清洗效果。
附图说明
图1为本发明的SC-2槽之后的冲洗槽中溶液的pH值随时间变化的曲线图；
图2为本发明的SC-2槽之后的冲洗槽中溶液的颗粒的Zeta电位随pH值变化的曲线图；
图3为本发明的晶圆清洗方法颗粒去除的效果图；
图4为本发明的晶圆清洗装置的结构示意图。
附图标记：
晶圆10；
二氧化硅21；氮化硅22；聚丙烯酸酯微粒23；
晶圆表面颗粒的量30；
本发明中开启兆声波时颗粒去除的量40；传统方法中关闭兆声波时颗粒去除的量41；与传统方法相比本发明多去除颗粒的量42；
晶圆清洗装置200；
清洗槽210；
发生器220；
控制器230。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的晶圆清洗方法。
根据本发明实施例的晶圆清洗方法包括：采用酸性清洗液对晶圆进行清洗，将清洗后的晶圆置于容纳有超纯水的冲洗槽中，同时，向冲洗槽施加兆声波以去除晶圆表面的颗粒。
也就是说，在晶圆经过酸性清洗液清洗后，通过超纯水对晶圆进行清洗，同时向装有晶圆的冲洗槽施加兆声波，兆声波是由换能器发出一定波长和频率的高能声波，溶液分子在兆声波的推动下加速运动，最大瞬时速度可达到30cm/s，进而使溶液不能形成气泡，只能以高速的流体波连续冲击晶片表面,使硅片表面附着的颗粒被强制除去并进入到清洗液中，进而通过超纯水和兆声波结合的方式可以提高晶圆表面颗粒的去除效果，其中，酸性清洗液可以为盐酸、双氧水和超纯水的混合液，各组分的含量可以采用常规的比例关系，在此并不作为限定，该组分的混合液具有较好的去除颗粒的效果。
由此，根据本发明实施例的晶圆清洗方法，通过在晶圆经过酸性清洗液清洗后，再将晶圆放置在装有超纯水的冲洗槽中，同时向冲洗槽施加兆声波以有效的去除晶圆表面的颗粒，提高清洗效果。
根据本发明的一个实施例，当颗粒的电动电位由正变为负时，向冲洗槽施加兆声波以去除晶圆表面的颗粒。
也就是说，晶圆经过酸性清洗液清洗之后，由于部分颗粒及药液吸附于晶圆表面，会随晶圆进入冲洗槽中，经过酸性清洗液清洗后的晶圆刚进入冲洗槽时，溶液的pH约为3～4，呈酸性，如图1所示，随着晶圆在冲洗槽中的不断冲洗，溶液的pH随冲洗时间的增加而逐渐升高，并逐渐接近7，而随着溶液pH的变化，清洗槽中的晶圆与颗粒的zeta电位也各有不同，如图2所示，经过酸性清洗液清洗后的晶圆10表面的Zeta电位显示“-“数值，而随着溶液的pH的不断升高，晶圆10表面的zeta电位依然显示“-“数值，也就是说，晶圆10表面的zeta电位不受溶液pH值变化影响，而颗粒的Zeta电位值随pH值的升高由“+”转换至“-“，也就是说，颗粒的Zeta电位值随pH值升高由正变为负，根据静电同性相斥，异性相吸原理，当颗粒的Zeta电位变为负时，与晶圆的Zeta电位的负值形成同性相斥，此时，向冲洗槽施加兆声波，可以加快对颗粒的去除效果，进而提高晶圆的清洗效果。其中颗粒包括二氧化硅21(siO2)、聚丙烯酸酯微粒23(PSL)、氮化硅22(Si3N4)。
优选地，当颗粒的电动电位由正变为负且酸性清洗液的pH值大于5时，向冲洗槽施加兆声波以去除晶圆表面的颗粒。
如图2所示，在溶液的pH值在5以下时，颗粒的Zeta电位为“+”，因而与晶圆的Zeta电位为“-”形成静电异性相吸，使颗粒更加牢固的吸附在晶圆的表面，而当pH值大于5时，颗粒的Zeta电位由正变为负，此时，向冲洗槽施加兆声波可以加快对颗粒的去除效果，进而提高晶圆的清洗效果。
如图3所示，随着晶圆进入冲洗槽，晶圆表面颗粒的量30随清洗时间逐渐减少，从颗粒的Zeta电位由“+”变为“-“的转折点起，吸附于晶圆表面上的颗粒去除的量40逐渐增加，形成曲线增加量，其中，本发明的颗粒去除的量40为传统方法中关闭兆声波时颗粒去除的量41与传统方法相比本发明多去除颗粒的量42之和。由此可见，本发明的晶圆清洗方法大大提高了晶圆表面颗粒的去除效率。
优选地，在采用酸性清洗液清洗晶圆之前，还包括：对晶圆的表面进行氧化处理，通过氧化膜刻蚀液对形成有氧化膜的晶圆进行刻蚀，对经过刻蚀的晶圆进行钝化处理，将钝化后的晶圆置于容纳有碱性清洗液的清洗槽中，同时，向清洗槽施加兆声波以对晶圆进行清洗，将碱清洗后的晶圆置于容纳有超纯水的冲洗槽中，同时，向冲洗槽施加兆声波以对晶圆进行冲洗。
也就是说，在晶圆清洗时，首先对晶圆的表面进行氧化处理，其中，可以采用臭氧水对晶圆进行氧化以去除晶圆表面的有机物，再通过氧化膜刻蚀液，如缓冲氧化物刻蚀液对晶圆进行刻蚀以去除残留在氧化膜内或表面的金属，通过钝化工序以使降低晶圆对颗粒的吸附，通过碱性清洗液清洗，如碱性清洗液为氢氧化氨溶液、双氧水和超纯水的混合液清洗晶圆，再通过超纯水冲洗并结合兆声波可以有效的去除晶圆表面的颗粒。
由此，根据本发明实施例的晶圆清洗方法，根据颗粒的zeta电位变化并结合兆声波可以有效的提高晶圆表面颗粒的去除率，提高晶圆的质量。
如图2和图4所示，根据本发明实施例的晶圆清洗装置200，应用于上述实施例的晶圆清洗方法，装置包括清洗槽210和发生器220。
具体地，清洗槽210用于容纳酸性清洗液以对晶圆10进行清洗，发生器220与清洗槽210相连，用于向清洗槽210施加兆声波以去除晶圆10表面的颗粒。
优选地，装置还包括控制器230，与发生器220相连，用于当晶圆10表面的电动电位由正变为负时，控制发生器220向清洗槽210施加兆声波以去除晶圆10表面的颗粒。
优选地，控制器230用于当颗粒的电动电位由正变为负，且酸性清洗液的pH值大于5时，控制发生器220向清洗槽210施加兆声波以去除晶圆10表面的颗粒。
本发明实施例的晶圆清洗装置，应用于上述实施例的晶圆清洗方法中，由于上述实施例中已详细说明了晶圆清洗方法，具体请参见上述实施例中的方法，在此不再赘述。
总之，根据本发明实施例的晶圆清洗装置，能够根据颗粒的zeta电位变化并结合兆声波可以有效的提高晶圆表面颗粒的去除率，提高晶圆的质量。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种晶圆清洗方法，其特征在于，包括：采用酸性清洗液对晶圆进行清洗，将清洗后的所述晶圆置于容纳有超纯水的冲洗槽中，同时，向所述冲洗槽施加兆声波以去除所述晶圆表面的颗粒。
2.根据权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，当所述颗粒的电动电位由正变为负时，向所述冲洗槽施加兆声波以去除所述晶圆表面的颗粒。
3.根据权利要求2所述的晶圆清洗方法，其特征在于，当所述颗粒的电动电位由正变为负且酸性清洗液的pH值大于5时，向所述冲洗槽施加兆声波以去除所述晶圆表面的颗粒。
4.根据权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述酸性清洗液为盐酸、双氧水和超纯水的混合液。
5.根据权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，在采用酸性清洗液清洗所述晶圆之前，还包括：
对晶圆的表面进行氧化处理；
通过氧化膜刻蚀液对形成有氧化膜的所述晶圆进行刻蚀；
对经过刻蚀的所述晶圆进行钝化处理；
将钝化后的所述晶圆置于容纳有碱性清洗液的清洗槽中，同时，向所述清洗槽施加兆声波以对所述晶圆进行清洗；
将碱清洗后的所述晶圆置于容纳有超纯水的冲洗槽中，同时，向所述冲洗槽施加兆声波以对所述晶圆进行冲洗。
6.根据权利要求5所述的晶圆清洗方法，其特征在于，采用臭氧水对所述晶圆进行氧化处理，采用缓冲氧化物刻蚀液对形成有氧化膜的所述晶圆进行刻蚀。
7.根据权利要求5所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述碱性清洗液为氢氧化氨溶液、双氧水和超纯水的混合液。
8.一种晶圆清洗装置，其特征在于，应用于权利要求1所述的晶圆清洗方法，所述装置包括：
清洗槽，用于容纳酸性清洗液以对所述晶圆进行清洗；
发生器，与所述清洗槽相连，用于向所述清洗槽施加兆声波以去除所述晶圆表面的颗粒。
9.根据权利要求8所述的晶圆清洗装置，其特征在于，应用于如权利要求2所述的晶圆清洗方法，所述装置还包括：
控制器，与所述发生器相连，用于当所述颗粒的电动电位由正变为负时，控制所述发生器向所述清洗槽施加兆声波以去除所述晶圆表面的所述颗粒。
10.根据权利要求9所述的晶圆清洗装置，其特征在于，应用于如权利要求3所述的晶圆清洗方法，所述控制器用于当所述颗粒的电动电位由正变为负，且酸性清洗液的pH值大于5时，控制所述发生器向所述清洗槽施加兆声波以去除所述晶圆表面的所述颗粒。
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