一种利用CMP设备进行硅片后清洗的方法
技术领域:
本发明涉及一种用于在化学机械抛光之后对硅片进行的表面清洗,特别是利用CMP设备进行后清洗的方法。
背景技术:
在半导体工业中,硅单晶片表面颗粒污染在P-N结扩散制作时生成钉子模型,导致低击穿、管道击穿、表面电阻、光刻针孔等,严重影响质量降低成品率。同时钠、镁、铜等重金属杂质会使硅晶片少子寿命下降,漏电流增加,P-N结软击穿,材料电阻率也会发生变化,严重影响器件的可靠性和稳定性。RMS(微粗糙度)的增加会降低器件的栅极氧化层完整性,从而影响其击穿场强、击穿电荷密度、降低沟道载流子迁移率、影响器件的频率特性,还会在氧化层中引入空位、悬挂键等,影响其固定电荷,从而影响器件的稳定性。因此在集成电路生产中清洗去除微粒,金属离子,有机物等是极其重要的。
传统的清洗方法主要为RCA湿法清洗,清洗液中含有腐蚀性的硫酸、盐酸、硝酸、氨水等非环保排放物,而且使用多槽式清洗,每一步清洗液清洗后都跟着一道去离子水超声清洗,清洗复杂,设备占用场地多,且使用强酸强碱会对硅片产生腐蚀,导致表面粗糙。因此,从环保方面、洗净度方面、清洗效果均匀度方面、清洗剂成本、工艺效率等方面,提出利用化学机械抛光(CMP)设备相结合的清洗方法。这样就解决了工艺复杂,操作繁琐,清洗效率低的问题。
发明内容:
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足,提出一种利用抛光机来完成抛光后清洗的方法。该清洗过程在当前CMP设备上完成,通过对应的清洗液配置、适合的抛光参数的设计,可以实现硅片表面颗粒有效去除。本发明清洗后的硅片上无颗粒、有机物残留;清洗过程不会影响抛光效果,清洗后硅片粗糙度可达0.1-1nm。由于清洗过程直接在CMP设备上进行,该清洗方法工艺简单,无二次污染,实现了抛光与清洗一体化,减少专门清洗设备的投入,并提高了清洗效率。
本发明的技术方案为:
一种利用CMP设备进行硅片后清洗的方法,该方法包括如下步骤:
(1)配置清洗液:
将FA/OⅠ型表面活性剂、FA/OⅠ型螯合剂、氧化剂依次加入到去离子水中,搅拌5-10分钟后得到清洗液;
其中,体积比为FA/OⅠ型表面活性剂:FA/OⅠ型螯合剂:氧化剂:去离子水=50~100:20:1:2000~2500;
所述的氧化剂为过硫酸铵溶液或过氧化氢溶液;
(2)清洗方法
将清洗液通入化学机械抛光机的清洗液管路;当化学机械抛光机完成常规硅片抛光工序的抛光工作后,更换抛光盘,打开清洗液管路,关闭抛光液管路,进入清洗工序;
清洗液清洗工序参数为:工作压力0.5-0.8psi,背压为0.5-0.8psi;抛头转速60-80rpm,抛光垫转速60-85rpm,清洗液流量为100ml/min-1000ml/min,清洗时间为1min-3min;
完成清洗工序后,关闭清洗液管路,打开去离子水管路,通入去离子水,进行清洗,去离子水清洗工序参数为:工作压力0.2-0.5psi,背压0.2-0.5psi;抛头转速为65~80rpm,抛光垫转速为60~80rpm,去离子水流量为1000ml/min-3000ml/min,清洗时间为0.5min-1min;
(3)最后取出硅片,氮气吹干15-30s,完成抛光及清洗工序。
本发明采用CMP进行硅片抛光后清洗,与其它的清洗方法相比更为先进。本发明的创新之处是硅片抛光后直接利用CMP设备清洗,实现了一体化,环保,操作简单,清洗效率高。
本发明的实质性特点为:
传统的清洗方法中,采用多槽式清洗技术,每一步清洗液清洗后都跟着一道去离子水超声清洗,清洗复杂,设备占用场地多。而要实现本发明在CMP设备上进行清洗工序,需要考虑解决的问题是硅片抛光后,要解决的问题是通过抛光设备去除表面的抛光液沾污,重点是颗粒沾污,有机物沾污以及金属离子沾污。
本发明在当前通用的CMP设备基础上,经过简单改变/增设清洗液管路,更换抛光盘步骤,选取不同于常规压力转速等参数,和适合的清洗液,实现了不仅达到了清洗要求,还不损伤设备。
本发明有益效果为:
1、节省了设备投入
本发明用于在半导体工业中,硅片的抛光后清洗。利用CMP设备进行硅片抛光后清洗方法,可实现不用传统槽式超声清洗设备,每套清洗设备几十到几百万元,因此可以节省大量成本。
2、节能环保
利用CMP设备进行硅片抛光后清洗,工艺简单,相比于槽式清洗,可节约大量的去离子水,且采用环境友好试剂,避免了强酸碱对环境及设备的污染。
3、清洗效果优异
利用CMP设备进行硅片抛光后清洗后表面无颗粒与有机物残留、粗糙度达到亚纳米级。
综上,在环保方面、洗净度方面、清洗效果均匀度方面、清洗剂成本、工艺效率等方面都有很大的改善。
附图说明
图1实施例1中的AFM图。
图2实施例1中的硅片XPS测试谱图。
图3实施例1中通用RCA清洗后的硅片XPS测试谱图。
具体实施方式:
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
本发明所述的CMP设备为当前通用的CMP设备,具体为法国Alpsitec公司的E460抛光机,将抛光机上的备用管路(3号进液管路)作为清洗液进液管路,这样,1号进液管路接入CMP抛光液,2号管路接入去离子水,3号管路接清洗液。或者也可以单独设置和备用管路一样的外置管路,来作为清洗液进液管路。
工作时,启动CMP设备,可以对硅片进行正常抛光后进行本发明的清洗工艺;也可以将抛光后硅片在CMP设备上实施本发明的清洗工艺。
本发明所述的FA/OⅠ型表面活性剂、FA/OⅠ型螯合剂具体为天津晶岭微电子材料有限公司生产。
实施例1:
利用CMP设备进行硅片后清洗:先对硅片用CMP机台进行正常抛光工艺,用去离子水冲洗,然后将硅片吸在抛头上,更换抛光盘,修整抛光垫1min。
1.配置清洗液,分别取体积比为FA/OⅠ型表面活性剂:FA/OⅠ型螯合剂:0.5mol/L的过硫酸铵溶液:去离子水=100:20:1:2500,配制5L,依次加入到烧杯中,用搅拌器搅拌5分钟,然后配置好的清洗液通入抛光机的备用进液管路中。
2.调整CMP清洗时的工艺参数,清洗液清洗时抛光机的工作压力0.5psi,背压0.5psi;清洗液清洗时抛光机的抛头转速60rpm,抛光垫转速60rpm,清洗液流量100ml/min,清洗时间1min。去离子水清洗时抛光机的工作压力0.2psi,背压0.2psi;去离子水清洗时抛光机的抛头转速80rpm,抛光垫转速80rpm,去离子水流量3000ml/min,清洗时间0.5min。
3.开始启动CMP设备,进行清洗液清洗,再进行去离子水清洗。
4.最后取下硅片,氮气吹干30s,测试。
经强光灯检测表面无残留颗粒,无雾状缺陷,AFM检测表面粗糙度为0.258nm(图1),XPS测试硅片表面碳原子含量为9.33%(图2、表1),远低于RCA清洗后的17.33%(图3、表1),符合硅片表面清洗要求。
表1实施例一与通用RCA清洗后的硅片表面元素的相对百分含量
Element |
本发明 |
RCA |
C1S |
9.33 |
17.73 |
O1S |
40.83 |
40.97 |
Si2P |
49.85 |
41.3 |
实施例2:
利用CMP设备进行硅片后清洗:先对硅片用CMP机台进行正常抛光工艺,用去离子水冲洗,然后将硅片吸在抛头上,更换抛光盘,修整抛光垫1min。
1.配置清洗液,分别取体积比FA/OⅠ型表面活性剂:FA/OⅠ型螯合剂:双氧水(浓度为30%):去离子水=50:20:1:2000,配制5L,依次加入到烧杯中,用搅拌器搅拌5分钟,然后配置好的清洗液通入抛光机的备用进液管路中。
2.调整CMP清洗时的工艺参数,清洗液清洗时抛光机的工作压力0.8psi,背压0.8psi;清洗液清洗时抛光机的抛头转速80rpm,抛光垫转速85rpm,清洗液流量1000ml/min,清洗时间2min。去离子水清洗时抛光机的工作压力0.5psi,背压0.5psi;去离子水清洗时抛光机的抛头转速65rpm,抛光垫转速60rpm,去离子水流量1000ml/min,清洗时间1min。
3.开始启动CMP设备,进行清洗液清洗,再进行去离子水清洗。
4.最后取下硅片,氮气吹干15s,测试。
经强光灯检测表面无残留颗粒,无雾状缺陷,粗糙度小于1nm,符合硅片表面清洗要求。
实施例3
利用CMP设备进行硅片后清洗:先对硅片用CMP机台进行正常抛光工艺,用去离子水冲洗,然后将硅片吸在抛头上,更换抛光盘,修整抛光垫1min。
1.配置清洗液,分别取体积比为FA/OⅠ型表面活性剂:FA/OⅠ型螯合剂:0.5mol/L的过硫酸铵溶液:去离子水=80:20:1:2200,配制5L,依次加入到烧杯中,用搅拌器搅拌5分钟,然后配置好的清洗液通入抛光机的备用进液管路中。
2.调整CMP清洗时的工艺参数,清洗液清洗时抛光机的工作压力0.6psi,背压0.6psi;清洗液清洗时抛光机的抛头转速70rpm,抛光垫转速70rpm,清洗液流量600ml/min,清洗时间3min。去离子水清洗时抛光机的工作压力0.4psi,背压0.4psi;去离子水清洗时抛光机的抛头转速75rpm,抛光垫转速70rpm,去离子水流量2000ml/min,清洗时间0.8min。
3.将抛光后硅片吸在抛头上,开始启动CMP设备,进行清洗液清洗,再进行去离子水清洗。
4.最后取下硅片,氮气吹干20s,测试。
经强光灯检测表面无残留颗粒,无雾状缺陷,粗糙度小于1nm,符合硅片表面清洗要求。
对比例1
其他步骤同实施例1,不同之处为,清洗液清洗时抛光机的操作参数为普通常规的抛光参数:抛光参数:工作压力1.5-3psi,背压1.5-3psi,转速50~60转/分;
清洗后得到的产品,经检测发现:AFM粗糙度为2.04nm,强光灯下存在明显雾状缺陷,产生划伤。
对比例2
其他步骤同实施例1,不同之处为,采用的清洗液为当前的含有强酸强碱的RCA清洗液。
清洗后经检测发现:CMP设备上进行清洗,会造成设备抛光设备的抛光盘腐蚀损坏。
本发明未尽事宜为公知技术。