CN113130290A - 一种单晶片的湿法清洗方法 - Google Patents

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徐海玉
任晓刚
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Anji Microelectronics Shanghai Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种单晶片湿法清洗方法，包括，将待清洗晶片固定在旋转的夹盘上，所述待清洗晶片随夹盘同步旋转，向旋转的待清洗晶片表面喷射气体进行预处理，所述气体选自二氧化碳、氨气中的一种或多种；将所述预处理后的待清洗晶片进行清洗、漂洗以及干燥步骤。本发明中的清洗方法，能够改善清洗化学品对带有深孔结构的晶片的浸润性。

Description

一种单晶片的湿法清洗方法
技术领域
本发明涉及一种单晶片的湿法清洗方法。
背景技术
湿法清洗是集成电路制造过程中的关键工艺之一，主要用于去除集成电路制造过程中粘污在晶片表面的各类污染物，包括颗粒污染物、有机污染物、金属污染物、原生氧化物等等。还有一类湿法清洗工艺用于选择性去除晶片表面的薄膜层，比如使用高温磷酸去除氮化硅薄膜、使用稀释氢氟酸去除氧化硅薄膜等等。这类湿法清洗工艺有时也被称为湿法刻蚀工艺。湿法清洗和湿法刻蚀都是通过液态化学品与晶片表面发生各种物理、化学反应去除污染物和薄膜层，化学物质反应后还需要使用去离子水来漂洗晶片，最后再干燥漂洗好的晶片。为便于描述，下文统称这两类工艺为湿法清洗工艺。
传统湿法清洗使用批处理槽式设备，这类设备通常配置一个或多个化学品槽，每种化学品槽后会紧邻一个或多个去离子水漂洗槽，另外还会配置一个或多个干燥槽。清洗时，依据预设的清洗菜单，一批或多批晶片依次浸入预设定的化学品槽、漂洗槽和干燥槽中，从而达到同时处理一批或多批晶片的目的。槽式清洗极易发生晶片间的交叉污染，清洗均匀性也很难控制。随着集成电路技术结点的不断进步，槽式设备的这些缺点将会更加突出。
单晶片清洗时，单枚待清洗晶片被固定在旋转的夹盘上，晶片随夹盘同步旋转。晶片依次经过化学品清洗、去离子水漂洗、旋转干燥。按照预设的清洗菜单，化学品清洗和去离子漂洗可以重复循环多次。相较于槽式清洗，单晶片清洗具有缺陷率低、清洗均匀性好、清洗时间短、化学品及去离子水消耗量少等诸多优点。因此，单晶片清洗已逐渐成为先进集成电路制造湿法清洗的主流工艺。
湿法清洗时，为了达到预期的清洗效果，要求清洗化学品与晶片表面有良好的浸润性，这一要求对带有深孔结构的晶片的清洗尤为重要。如果清洗化学品不能很好浸润深孔结构，将会导致深孔结构底部清洗不充分。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种单晶片湿法清洗方法，能够改善清洗化学品对带有深孔结构的晶片的浸润性，即在湿法清洗前使用CO2或NH3气体预处理晶片表面，利用CO2或NH3气体在液体中的高溶解度改善后续步骤中湿法清洗化学品对晶片深孔结构的浸润性。
具体的，本发明提供一种单晶片的湿法清洗方法，包括，
(1)将待清洗晶片固定在旋转的夹盘上，所述待清洗晶片随夹盘同步旋转，向旋转的待清洗晶片表面喷射气体进行预处理，所述气体选自二氧化碳、氨气中的一种或多种；
(2)将所述预处理后的待清洗晶片进行清洗、漂洗以及干燥。
本发明中，所述向旋转的待清洗晶片表面喷射的气体为二氧化碳气体；优选的，所述二氧化碳气体为纯度超过99.9％的电子级二氧化碳气体。
本发明中，向旋转的待清洗晶片表面喷射常温气体进行预处理；优选的，向旋转的待清洗晶片表面喷射温度范围为20～100℃的气体进行预处理。
本发明中，向旋转的待清洗晶片表面喷射气体进行预处理的时间大于1s；优选的，向旋转的待清洗晶片表面喷射气体进行预处理的时间为10s。
本发明中，所述气体的流速为1～20L/min；优选的，所述气体的流速为5L/min。
与现有技术相比较，本发明在普通湿法清洗方法前增加一步预处理，使用将晶片表面空气置换成CO2或NH3气体，通过CO2或NH3气体在液体中的高溶解度改善了后续步骤中湿法清洗化学品对深孔结构的浸润性。本发明中所述普通湿法清洗方法为本领域常规技术手段，本发明对此不作具体限定。
附图说明
图1为待清洗晶片表面的断面结构示意图；
图2为待清洗晶片表面的断面扫描电子显微镜(SEM)图片；
图3为对比例1中晶片清洗后的断面扫描电子显微镜(SEM)图片；
图4为实施例1中晶片清洗后的断面扫描电子显微镜(SEM)图片。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，详细阐述本发明的优势。
对比例1：
使用普通湿法清洗方法对晶片进行清洗，具体步骤为：
(1)向旋转的晶片表面喷射缓蚀氧化硅刻蚀液，刻蚀温度为25℃，刻蚀时间为180s，随后使用去离子水对晶片进行漂洗和进一步的旋转干燥。
实施例2：
(1)将待清洗晶片固定在旋转的夹盘上，所述待清洗晶片随夹盘同步旋转，向旋转的待清洗晶片表面喷射常温二氧化碳气体，喷射时间为10s，气体流速为5L/min；
(2)向旋转的晶片表面喷射缓蚀氧化硅刻蚀液，刻蚀温度为25℃，刻蚀时间为180s，随后使用去离子水对晶片进行漂洗和进一步的旋转干燥。
图1为待清洗晶片表面的断面结构示意图，观察可知，在硅基片表面形成有深孔结构，在深孔结构侧壁及表面形成有一薄层氧化硅薄膜。图2为待清洗晶片表面的断面扫描电子显微镜(SEM)图片，观察可知深孔结构侧壁氧化硅薄膜由于电荷累积作用呈现明亮颜色，而硅基片呈现灰暗颜色。通过湿法清洗工艺完全去除深孔结构侧壁的氧化硅薄膜。
本发明的对比例1，仅对待清洗的含有深孔结构的晶片进行常规的湿法清洗，清洗后晶片断面扫描电子显微镜(SEM)图片如图3所示，观察可知由于缓蚀氧化硅刻蚀液对该深孔结构的浸润性不佳，深孔结构底部仍呈现明亮颜色，表明深孔结构底部侧壁上的氧化硅薄膜未被完全去除干净。
相比于对比例1，本发明的实施例1在常规湿法清洗方法前增加了一步二氧化碳气体预处理，可以将晶片表面的空气，特别是深孔结构内的空气，置换为二氧化碳气体。图4为实施例1中晶片清洗后断面的扫描电子显微镜(SEM)图片，观察可知深孔结构的侧壁及底部成灰暗颜色，由此可知深孔结构侧壁上的二氧化硅薄膜被完全去除。这是由于二氧化碳气体在液体中的溶解度远高于空气，在随后的步骤(2)中，氧化硅刻蚀液能快速浸润深孔结构内部，从而充分清洗深孔结构侧壁以及深孔结构底部的氧化硅薄膜，有效解决深孔结构底部清洗不充分的问题。
综上所述，本发明在普通湿法清洗方法前增加一步预处理，向旋转的待清洗晶片表面喷射气体，将晶片表面空气置换成CO2或NH3气体中的一种或多种，通过CO2或NH3气体在液体中的高溶解度改善了后续步骤中湿法清洗化学品对深孔结构的浸润性。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种单晶片的湿法清洗方法，包括，
(1)将待清洗晶片固定在旋转的夹盘上，所述待清洗晶片随夹盘同步旋转，向旋转的待清洗晶片表面喷射气体进行预处理，所述气体选自二氧化碳、氨气中的一种或多种；
(2)将所述预处理后的待清洗晶片进行清洗、漂洗以及干燥步骤。
2.如权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，
所述向旋转的待清洗晶片表面喷射的气体为二氧化碳气体。
3.如权利要求2所述的湿法清洗方法，其特征在于，
所述二氧化碳气体为纯度超过99.9％的电子级二氧化碳气体。
4.如权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，
向旋转的待清洗晶片表面喷射常温气体进行预处理。
5.如权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，
向旋转的待清洗晶片表面喷射温度范围为20～100℃的气体进行预处理。
6.如权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，
向旋转的待清洗晶片表面喷射气体进行预处理的时间大于1s。
7.如权利要求6所述的湿法清洗方法，其特征在于，
向旋转的待清洗晶片表面喷射气体进行预处理的时间为10s。
8.如权利要求1所述的湿法清洗方法，其特征在于，
所述气体的流速为1～20L/min。
9.如权利要求8所述的湿法清洗方法，其特征在于，
所述气体的流速为5L/min。
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