CN112592775A - 一种控挡片清洗液及清洗方法 - Google Patents

一种控挡片清洗液及清洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于集成电路电子化学品领域，具体涉及一种控挡片清洗液及使用方法。所述控挡片清洗液主要成分包含氟化物、剥离剂、浸润剂、有机溶剂及水；氟化物含量10~30wt%、剥离剂含量0.1~1wt%、浸润剂含量0.1~1wt%、有机溶剂含量25~35wt%、余量为水。所述控挡片清洗液可用于清洗各种类型的氧化硅、正硅酸乙酯、氮化硅、多晶硅、光刻胶等薄膜，所述控挡片上具有所述材料。

Description

一种控挡片清洗液及清洗方法
技术领域
本发明属于电子化学品领域，具体涉及一种控挡片清洗液。
背景技术
晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，在晶圆上加工制作各种电路元件结构，可以使之成为具有特定电性功能的IC集成电路。制造晶圆的精细要求极高，硅片表面的平整度将直接关系到芯片的性能质量，所以晶圆厂需要时刻对制造设备的性能进行监测测试以及维持稳定，以保证最终的成品率。用于测试和维持稳定的无图形硅片就是控片和挡片。
控片主要用来监控机台的制程能力是否稳定、生产环境是否洁净。通过使用控片，可以对离子注入、薄膜沉积、光刻、刻蚀和研磨等制程中的例如电阻率、薄膜沉积速率、刻蚀速率、研磨速率以及均匀性等进行监测。挡片的作用主要是维持机台的稳定性。挡片被用于隔绝制程条件较差的地方以及填充产品不足时空出的位置，对炉管内的气流进行阻挡分层并使炉管内温度均匀分布，从而使气流中的反应气体与被加工硅片均匀接触、均匀受热，发生化学物理反应，沉淀或生长均匀的高质量薄膜。
控片和挡片在使用之后一般会存在各种薄膜，包括氧化硅、氮化硅、多晶硅、光刻胶等。由于控挡片使用量大，若每次都用全新的挡控片则测试成本过高。于是通常采用晶圆再生的方法将用过的挡片，控片回收，经过化学浸泡，物理研磨等处理方法将挡片、控片表面因测试而产生的氧化膜、金属颗粒残留等去掉，使他们能够重新具备测试和稳定机台稳定性的功能。而由于薄膜类型复杂，针对不同的膜层需要使用不同的化学试剂进行腐蚀，所有晶圆厂需要使用多种化学药液来去除各种薄膜，导致控挡片清洗再生步骤繁琐，效率较低，化学品种类过多也不利于管控原料品质和安全性。
发明内容
本发明针对现有半导体集成电路工艺中控挡片清洗再生使用的化学品种类繁多，清洗效率较低的问题，目的在于提供一种控挡片清洗液及使用方法，可有效去除各种类型的氧化硅、氮化硅、多晶硅、光刻胶，提高晶圆再生效率。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种控挡片清洗液，用于配合双氧水使用以去除控挡片上化合物薄膜，使控挡片再生重复利用。
上述方案中，所述化合物薄膜为氧化硅薄膜、正硅酸乙酯薄膜、氮化硅薄膜、多晶硅薄膜、光刻胶薄膜及其他有机物薄膜。
上述方案中，所述控挡片清洗液主要成分包含氟化物、剥离剂、浸润剂及有机溶剂。
上述方案中，所述氟化物为氢氟酸或氢氟酸与氟硼酸铵、四丁基氟化铵、二乙胺基三氟化硫、6-三氟甲基烟酸的混合物。
上述方案中，所述剥离剂为丙二醇聚醚、三羟甲基丙烷聚醚、N,N二甲基乙醇胺中、二甲基乙酰胺物质中的一种或其组合物。
上述方案中，所述浸润剂为二羟乙基咪唑啉、咪唑啉磷酸酯盐、磺酸型咪唑啉等物质中的一种或其组合物。
上述方案中，所述的有机溶剂为醇醚、砜、吡咯烷酮的组合物。
上述方案中，所述的醇醚选自乙二醇甲醚，乙二醇乙醚，乙二醇丁醚，二乙二醇甲醚，二乙二醇丁醚，三乙二醇丁醚，丙二醇丁醚，丙二醇甲醚，二丙二醇甲醚，环己二醇单甲醚物质中的一种；所述的砜选自环丁砜，二甲基砜，二乙基砜的一种；所述的吡咯烷酮选自2-吡咯烷酮，N-甲基吡咯烷酮，N-辛基吡咯烷酮物质中的一种。
上述方案中，所述至少一种氟化物含量10～30wt％、有机溶剂含量25～35wt％、至少一种剥离剂含量0.1～1wt％、至少一种浸润剂含量0.1～1wt％，余量为水。
上述方案中，所诉的有机溶剂中，醇醚含量占有机溶剂的50～60wt％，砜含量占有机溶剂的20～30wt％，吡咯烷酮含量占有机溶剂的10～20wt％。
上述方案中，所述清洗方法需将清洗液与双氧水混合，在一定温度下投入空档片进行清洗，清洗完成后取出控挡片放入异丙醇中清洗后吹干。
上述方案中，所述清洗液与双氧水的比例为体积比4：1～5：1，清洗温度为60～70℃，清洗时间15～25min。
上述方案中，所述异丙醇清洗温度24～26℃，清洗时间10～20min，采用氮气吹干。
本发明的有益效果
(1)采用一种清洗液清洗再生多种类型的控挡片，相比目前使用多种化学药液来去除各种薄膜的手段，清洗效率更高，成本更低。
(2)清洗液有效成分氟化物含量高、砜类有机溶剂溶解其他物质后不会丧失溶解性能，使用寿命较长。
(3)清洗液在清洗光刻胶或其他有机物薄膜时，剥离剂及浸润剂的存在使薄膜易于脱离晶圆表面，加快清洗效率，同时高浓度的氟通过对薄膜与晶圆交界面的腐蚀，也增加了这一脱膜作用。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
对比例
本对比例中，不同类型的控挡片，分别采用传统对应的化学药液进行清洗再生。氧化硅、正硅酸乙酯薄膜控挡片需利用氢氟酸溶液清洗、氮化硅薄膜需利用高温磷酸溶液或高浓度氢氟酸清洗、多晶硅薄膜需利用硝酸/氢氟酸溶液清洗、光刻胶薄膜需利用光阻剥离剂清洗。各类控挡片分别有5片，每片是以直径为8寸的圆片，用20L对应药液分别浸泡清洗20min，清洗再生结果如下表所示，其中氮化硅及光刻胶浸泡20min无法完全清洗，需延长时间至30min：
表1 对比例清洗控挡片效果
Figure BDA0002821284600000031
实施例1
一种控挡片清洗液，其组分含量如表2所示：
表2 实施例1组分及含量
Figure BDA0002821284600000032
Figure BDA0002821284600000041
按表2所列举各组分及含量配置清洗液，取清洗液与双氧水按体积比4：1配置，混合得20L药液，投入氧化硅、正硅酸乙酯、氮化硅、多晶硅、光刻胶控挡片各5片，温度60℃下清洗，清洗结束后用再异丙醇清洗并用氮气吹干，采用与对比例相同的清洗方法，清洗结果如表3所示。
实施例2
同实施例1，仅氟化物从氢氟酸调整为氢氟酸与氟硼酸铵混合物，氢氟酸含量20％，氟硼酸铵含量10％，其余组分含量不变，设置为实施例2，控挡片清洗步骤与实施例1相同。
采用与对比例相同的清洗方法，清洗结果如表3所示，本实施例氟化物为氢氟酸与氟硼酸铵混合物，相比实施例1，清洗时间略有延长，但清洗效果仍较好，可将各类薄膜完全去除。
实施例3
同实施例1，仅氟化物从氢氟酸调整为氢氟酸与四丁基氟化铵混合物，氢氟酸含量20％，四丁基氟化铵含量10％，其余组分含量不变，设置为实施例3，控挡片清洗步骤与实施例1相同。
采用与对比例相同的清洗方法，清洗结果如表3所示，本实施例氟化物为氢氟酸与氟硼酸铵混合物，相比实施例1、实施例2，清洗时间略有延长，但清洗效果仍较好，可将各类薄膜完全去除，氟化物优选为氢氟酸。
实施例4
同实施例1，有机溶剂从醇醚、砜及吡咯烷酮混合物调整为仅含醇醚溶剂，乙二醇单醚含量为28％，其余组分含量不变，设置为实施例4，控挡片清洗步骤与实施例1相同。
采用与对比例相同的清洗方法，清洗结果如表3所示，本实施例有机溶剂为乙二醇单醚，相比实施例1，相同清洗时间下，光刻胶有较多残留，继续延长清洗时间，光刻胶薄膜仍无法清洗干净。
实施例5
同实施例1，有机溶剂从醇醚、砜及吡咯烷酮混合物调整为仅含砜类溶剂，环丁砜含量为28％，其余组分含量不变，设置为实施例5，控挡片清洗步骤与实施例1相同。
采用与对比例相同的清洗方法，清洗结果如表3所示，本实施例有机溶剂为环丁砜，相比实施例1，相同清洗时间下，光刻胶有较多残留，继续延长清洗时间，光刻胶薄膜仍无法清洗干净。
实施例6
同实施例1，有机溶剂从醇醚、砜及吡咯烷酮混合物调整为仅含吡咯烷酮溶剂，2-吡咯烷酮含量为28％，其余组分含量不变，设置为实施例6，控挡片清洗步骤与实施例1相同。
采用与对比例相同的清洗方法，清洗结果如表3所示，本实施例有机溶剂为2-吡咯烷酮，相比实施例1，相同清洗时间下，光刻胶有较多残留，继续延长清洗时间，光刻胶薄膜仍无法清洗干净。
实施例7
同实施例1，有机溶剂从醇醚、砜及吡咯烷酮混合物调整为醇醚和砜的混合物，乙二醇甲醚含量18％，环丁砜含量10％，其余组分含量不变，设置为实施例7，控挡片清洗步骤与实施例1相同。
采用与对比例相同的清洗方法，清洗结果如表3所示，本实施例有机溶剂为乙二醇甲醚与环丁砜，相比实施例1，相同清洗时间下，光刻胶有较少残留，继续延长清洗时间，光刻胶薄膜仍无法清洗干净。
实施例8
同实施例1，有机溶剂从醇醚、砜及吡咯烷酮混合物调整为醇醚和吡咯烷酮的混合物，乙二醇甲醚含量18％，2-吡咯烷酮含量10％，其余组分含量不变，设置为实施例8，控挡片清洗步骤与实施例1相同。
采用与对比例相同的清洗方法，清洗结果如表3所示，本实施例有机溶剂为乙二醇甲醚与2-吡咯烷酮，相比实施例1，相同清洗时间下，光刻胶有较少残留，继续延长清洗时间，光刻胶薄膜仍无法清洗干净。
实施例9
同实施例1，有机溶剂从醇醚、砜及吡咯烷酮混合物调整为砜和吡咯烷酮的混合物，环丁砜含量18％，2-吡咯烷酮含量10％，其余组分含量不变，设置为实施例9，控挡片清洗步骤与实施例1相同。
采用与对比例相同的清洗方法，清洗结果如表3所示，本实施例有机溶剂为环丁砜与2-吡咯烷酮，相比实施例1，相同清洗时间下，光刻胶有较少残留，继续延长清洗时间，光刻胶薄膜仍无法清洗干净。
实施例10
同实施例1，不添加有机溶剂，其余组分含量不变，设置为实施例9，控挡片清洗步骤与实施例1相同。
采用与对比例相同的清洗方法，清洗结果如表3所示，本实施不含有机溶剂，相比实施例1，相同清洗时间下，除光刻胶外其他薄膜均完全去除，但光刻胶薄膜无法清洗。对比实施例1-10，本发明创造中有机溶剂需为醇醚、砜及吡咯烷酮混合物。
实施例11
同实施例1，不添加剥离剂，其余组分含量不变，设置为实施例11，控挡片清洗步骤与实施例1相同。
采用与对比例相同的清洗方法，清洗结果如表3所示，本实施例不含剥离剂，相比实施例1，清洗12min，除光刻胶外其他薄膜均清洗干净，继续延长清洗时间至20min，光刻胶薄膜完全去除，剥离剂可增强对光刻胶等有机物薄膜的清洗效率。
实施例12
同实施例1，不添加浸润剂，其余组分含量不变，设置为实施例12，控挡片清洗步骤与实施例1相同。
采用与对比例相同的清洗方法，清洗结果如表3所示，本实施例不含浸润剂，相比实施例1，清洗12min时，各类薄膜均有残留，需延长清洗时间至18min，才可将所有薄膜清洗干净，浸润剂可改变清洗液表面活性，加快物质交换速率，提升清洗效果。
实施例13
同实施例1，清洗液各组分含量不变，清洗过程不添加双氧水，其余步骤与实施例1相同，设置为实施例13。
采用与对比例相同的清洗方法，清洗结果如表3所示，本实施例清洗过程不添加，相比实施例1，清洗12min时，多晶硅薄膜无法清洗，光刻胶薄膜有少量残留，延长清洗时间至15min，多晶硅薄膜仍无法清洗，光刻胶薄膜完全去除。双氧水主要起到氧化作用，在酸行环境下配合氢氟酸去除多晶硅薄膜，对光刻胶等有机物的去除也有促进作用。
表3 各实施例清洗效果
Figure BDA0002821284600000061
Figure BDA0002821284600000071
Figure BDA0002821284600000081
以上结论中较多残留为20-50％表面积的残留，较少残留为20以内表面积的残留，所述的残留为各自未清洗干净的薄膜。
实施例14
一种控挡片清洗液，其组分含量如表4所示，余量为水：
表4 实施例14组分及含量
Figure BDA0002821284600000082
按表2所列举各组分及含量配置清洗液，取清洗液与双氧水按体积比5：1配置，混合得20L药液，投入氧化硅、正硅酸乙酯、氮化硅、多晶硅、光刻胶控挡片各5片，温度60℃下清洗，清洗结束后用再异丙醇清洗并用氮气吹干，清洗结果如表5所示：
表5 实施例14清洗控挡片效果
Figure BDA0002821284600000091
实施例15
一种控挡片清洗液，其组分含量如表6所示，余量为水：
表6 实施例15组分及含量
Figure BDA0002821284600000092
按表2所列举各组分及含量配置清洗液，取清洗液与双氧水按体积比6：1配置，混合得20L药液，投入氧化硅、正硅酸乙酯、氮化硅、多晶硅、光刻胶控挡片各5片，温度65℃下清洗，清洗结束后用再异丙醇清洗并用氮气吹干，清洗结果如表7所示：
表7 实施例15清洗控挡片效果
Figure BDA0002821284600000093
实施例16
一种控挡片清洗液，其组分含量如表8所示，余量为水：
表8 实施例16组分及含量
Figure BDA0002821284600000094
Figure BDA0002821284600000101
按表2所列举各组分及含量配置清洗液，取清洗液与双氧水按体积比4：1配置，混合得20L药液，投入氧化硅、正硅酸乙酯、氮化硅、多晶硅、光刻胶控挡片各5片，温度70℃下清洗，清洗结束后用再异丙醇清洗并用氮气吹干，清洗结果如表9所示：
表9 实施例16清洗控挡片效果
Figure BDA0002821284600000102
实施例17
一种控挡片清洗液，其组分含量如表10所示，余量为水：
表10 实施例17组分及含量
Figure BDA0002821284600000103
按表2所列举各组分及含量配置清洗液，取清洗液与双氧水按体积比5：1配置，混合得20L药液，投入氧化硅、正硅酸乙酯、氮化硅、多晶硅、光刻胶控挡片各5片，温度70℃下清洗，清洗结束后用再异丙醇清洗并用氮气吹干，清洗结果如表11所示：
表11 实施例17清洗控挡片效果
Figure BDA0002821284600000104
显然，上述实施例仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种控挡片清洗液，其特征在于，所述控挡片清洗液主要成分包含氟化物、剥离剂、浸润剂、有机溶剂及水；氟化物含量10~30wt%、剥离剂含量0.1~1wt%、浸润剂含量0.1~1wt%、有机溶剂含量25~35wt%、余量为水。
2.根据权利要求1所述的控挡片清洗液，其特征在于，所述的氟化物为氢氟酸或氢氟酸与氟硼酸铵、四丁基氟化铵、二乙胺基三氟化硫、6-三氟甲基烟酸任意一种的混合物。
3.根据权利要求1所述的控挡片清洗液，其特征在于，所述的剥离剂为丙二醇聚醚、三羟甲基丙烷聚醚、N,N二甲基乙醇胺、二甲基乙酰胺物质中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的控挡片清洗液，其特征在于：所述的浸润剂为二羟乙基咪唑啉、咪唑啉磷酸酯盐、磺酸型咪唑啉物质中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的控挡片清洗液，其特征在于：所述的有机溶剂为醇醚、砜、吡咯烷酮的组合物。
6.根据权利要求5所述的控挡片清洗液，其特征在于：所述的醇醚选自乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇甲醚、二乙二醇丁醚、三乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、环己二醇单甲醚中的任意一种；所述的砜选自环丁砜、二甲基砜、或二乙基砜；所述的吡咯烷酮选自2-吡咯烷酮、N-甲基吡咯烷酮、或N-辛基吡咯烷酮。
7.根据权利要求5所述的控挡片清洗液，其特征在于：所述的醇醚含量占有机溶剂的50~60wt%，所述的砜含量占有机溶剂的20~30wt%，所述的吡咯烷酮占有机溶剂的10~20wt%。
8.一种采用权利要求1-7任一项所述的控挡片清洗液清洗空挡片的方法，其特征在于：将清洗液与双氧水混合，在一定温度下投入空档片进行清洗，清洗完成后取出控挡片放入异丙醇中清洗后吹干。
9.根据权利要求8所述的清洗空挡片的方法，其特征在于：所述清洗液与双氧水的比例为体积比4：1~5：1，清洗温度为60~70℃，清洗时间20~30min。
10.根据权利要求8所述的清洗空挡片的方法，其特征在于：所述异丙醇清洗温度24~26℃，清洗时间10~20min，采用氮气吹干。
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