CN113845917B

CN113845917B - 弯曲晶圆的清洗液及清洗方法

Info

Publication number: CN113845917B
Application number: CN202111117828.1A
Authority: CN
Inventors: 葛威威; 韩鹏帅; 申朋举; 葛永恒; 葛林四
Original assignee: Shanghai Stn Electromechanical Equipment Co ltd
Current assignee: Shanghai Tiniu Technology Co ltd
Priority date: 2021-09-24
Filing date: 2021-09-24
Publication date: 2022-09-16
Anticipated expiration: 2041-09-24
Also published as: CN113845917A

Abstract

本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种晶圆的清洗液及清洗方法。其中方法包括将晶圆经上料区上料；将晶圆从上料区置于第一清洗槽内，晶圆浸入混合液中，对晶圆的背面进行刻蚀清洗；将晶圆置于第一溢流槽内进行第一次清洗；将晶圆置于第二清洗槽内，晶圆浸入混合液中，对晶圆的背面再次进行刻蚀清洗；将晶圆置于第二溢流槽内进行第二次清洗；将晶圆置于氢氟酸槽，晶圆浸入氢氟酸液中去除表面的自然氧化膜；将晶圆置于第三溢流槽内进行第三次清洗；将晶圆经下料区下料，完成晶圆的清洗。本发明极其适用于翘曲或弯曲的晶圆的清洗，既能加快刻蚀速度，又具有成本低廉的优点。

Description

弯曲晶圆的清洗液及清洗方法

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种晶圆的清洗液及清洗方法。

背景技术

圆晶是指硅半导体集成电路制作所用的硅芯片，由于其形状为圆形，故称为圆晶。圆晶是生产集成电路所用的载体，一般意义晶圆多指单晶硅圆片。单晶硅圆片由普通硅砂拉制提炼，经过溶解、提纯、蒸馏一系列措施制成单晶硅棒，单晶硅棒经过抛光、切片之后，就成为了圆晶。

晶圆加工中一般包括如下步骤，先将晶圆适当清洗，再在其表面进行氧化及化学气相沉积，然后进行涂膜、曝光、显影、蚀刻、离子植入、金属溅镀等反复步骤，最终在晶圆上完成数层电路及元件加工与制作。

晶圆在清洗时的清洗液由于温度较低，往往导致刻蚀缓慢，产能较低。且现有的清洗液无法满足对于翘曲或弯曲的晶圆清洗。另外，翘曲晶圆刻蚀速率，根据产品的大小、制程的不同步骤，随产品设计人员的思路而变化，使翘曲度没有规则性。而用干法刻蚀比较难掌握均匀性，致使干法刻蚀无法完成。

发明内容

本发明针对现有的清洗液无法满足翘曲或弯曲的晶圆清洗要求的技术问题，目的在于提供一种弯曲晶圆的清洗液及清洗方法。

一种弯曲晶圆的清洗液，包括混合液，所述混合液包括硝酸和氢氟酸，还包括催化剂，所述催化剂为硼酸或乙酸。

所述催化剂选用硼酸，则所述硝酸、所述氢氟酸和所述硼酸的质量配比为5-7：2-4：0.5-1.5。

优选，所述硝酸、所述氢氟酸和所述硼酸的质量配比为6：3：1。

所述催化剂选用乙酸，则所述硝酸、所述氢氟酸和所述乙酸的质量配比为3-5：3-5：1-3。

优选，所述硝酸、所述氢氟酸和所述乙酸的质量配比为4：4：2。

所述硝酸的摩尔浓度为55％-65％，优选65％；

所述氢氟酸的摩尔浓度为48％-49％，优选48.5％；

所述硼酸的摩尔浓度为2％-3％，优选2.8％；

所述乙酸的摩尔浓度为33％-37％，优选33％。

本发明采用上述配比应用于翘曲或弯曲的晶圆槽式化学刻蚀清洗中，既能加快刻蚀速度，又具有成本低廉的优点。采用上述配比的清洗液，还具有刻蚀时快速向下刻蚀，能得到U字型结构的刻蚀结构，且不容易电击穿。

一种弯曲晶圆的清洗方法，包括如下步骤：

1)将晶圆经上料区上料；

2)将所述晶圆从上料区置于第一清洗槽内，所述第一清洗槽内含有所述混合液，所述晶圆浸入所述混合液中，在密闭环境下，以第一预设温度保持第一预设时间，对所述晶圆进行刻蚀清洗；

3)将所述晶圆置于第一溢流槽内进行第一次清洗；

4)将所述晶圆置于第二清洗槽内，所述第二清洗槽内含有所述混合液，所述晶圆浸入所述混合液中，在密闭环境下，以第二预设温度保持第二预设时间，对所述晶圆的背面再次进行刻蚀清洗；

5)将所述晶圆置于第二溢流槽内进行第二次清洗；

6)将所述晶圆置于氢氟酸槽，所述氢氟酸槽内含有氢氟酸液，所述晶圆浸入所述氢氟酸液中去除表面的自然氧化膜；

7)将所述晶圆置于第三溢流槽内进行第三次清洗；

8)将所述晶圆经下料区下料，完成所述晶圆的清洗。

步骤2)中，所述第一预设温度为20℃-30℃，优选27℃；

所述第一预设时间为300秒-600秒，优选300秒。

所述第一清洗槽内的所述混合液、所述第二清洗槽内的所述混合液均包括硝酸和氢氟酸。

步骤2)中在对所述晶圆第一次刻蚀清洗、步骤4)中在对所述晶圆再次刻蚀清洗时均按批次对所述晶圆进行刻蚀清洗，每批次采用13片所述晶圆同时浸入所述混合液中进行刻蚀清洗。

在初次刻蚀清洗前，先在所述混合液中滴加催化剂，步骤2)中的所述催化剂选用硼酸，所述硝酸、所述氢氟酸和所述硼酸的质量配比为5-7：2-4：0.5-1.5；步骤4)中的所述催化剂选用乙酸，则所述硝酸、所述氢氟酸和所述乙酸的质量配比为3-5：3-5：1-3；

每刻蚀清洗完10批次所述晶圆后，在下一批次刻蚀清洗前，滴加一次同等质量的所述催化剂。

步骤3)、步骤5)和步骤7)中，分别对晶圆进行三次清洗时，均采用超纯水进行清洗。

步骤4)中，所述第二预设温度为30℃-35℃，优选33℃；

所述第二预设时间为120秒-180秒，优选130秒。

步骤6)中，所述氢氟酸槽内的所述氢氟酸液摩尔浓度为48％-49％，优选48.5％。

步骤6)中，在对所述晶圆去除表面的自然氧化膜时的温度为12℃-20℃，优选13℃，所述晶圆在所述氢氟酸槽内停留时间为8秒-20秒，优选15秒。

上述每个步骤均由一个工位完成，每个工位均设有独立的机械手臂，机械手臂从自身工位将晶圆送入下一个工位中，或者机械手臂从上一个工位将晶圆送入自身工位中，以此实现每个工位均独立的持续的进行晶圆清洗工艺，提高晶圆的清洗效率。

本发明的积极进步效果在于：本发明采用弯曲晶圆的清洗液及清洗方法，通过采用上述化学品清洗后，翘曲或弯曲的晶圆可较好的向下刻蚀清洗，形成较好的U字型刻蚀结构。本发明区别于现有的干法刻蚀，采用的是槽式化学刻蚀清洗，非常适用于翘曲或具有弯曲度的晶圆的刻蚀清洗工作，且具有设备成本低，运行成本低，产能大等优势。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

实施例1

配比：以重量份数为例，取质量配比为5：2：0.5的硝酸、氢氟酸和硼酸，将其中的硝酸和氢氟酸制成的混合液A置于第一清洗槽内，硼酸待用。

取质量配比为3：3：1的硝酸、氢氟酸和乙酸。将其中的硝酸和氢氟酸制成的混合液B置于第二清洗槽内，乙酸待用。

上述的硝酸的摩尔浓度均为65％，氢氟酸的摩尔浓度均为48.5％，硼酸的摩尔浓度为2％，乙酸的摩尔浓度为33％。

将摩尔浓度为48％的氢氟酸液置于氢氟酸槽内。

清洗方法：将晶圆经上料区上料；通过手动或计量泵在第一清洗槽内滴加硼酸后，将晶圆从上料区置于第一清洗槽内，晶圆浸入混合液中，在密闭环境下，以20℃保持300秒，对晶圆的进行刻蚀清洗；将晶圆置于第一溢流槽内进行第一次清洗；通过手动或计量泵在第二清洗槽内滴加乙酸后，将晶圆置于第二清洗槽内，晶圆浸入混合液中，在密闭环境下，以30℃保持120秒，对晶圆的再次进行刻蚀清洗；将晶圆置于第二溢流槽内进行第二次清洗；将晶圆置于氢氟酸槽，晶圆浸入氢氟酸液中，在温度为12℃停留8秒，去除表面的自然氧化膜；将晶圆置于第三溢流槽内进行第三次清洗；将晶圆经下料区下料，得到晶圆A。

实施例2

配比：以重量份数为例，取质量配比为7：4：1.5的硝酸、氢氟酸和硼酸，将其中的硝酸和氢氟酸制成的混合液A置于第一清洗槽内，硼酸待用。

取质量配比为5：5：3的硝酸、氢氟酸和乙酸。将其中的硝酸和氢氟酸制成的混合液B置于第二清洗槽内，乙酸待用。

上述的硝酸的摩尔浓度均为65％，氢氟酸的摩尔浓度均为48.5％，硼酸的摩尔浓度为3％，乙酸的摩尔浓度为33％。

将摩尔浓度为48.5％的氢氟酸液置于氢氟酸槽内。

清洗方法：除在第一清洗槽内以30℃保持600秒刻蚀清洗、第二清洗槽内以35℃保持180秒刻蚀清洗、氢氟酸槽内在温度为20℃停留20秒外，与实施例1相同，得到晶圆B。

实施例3

配比：以重量份数为例，取质量配比为6：3：1的硝酸、氢氟酸和硼酸，将其中的硝酸和氢氟酸制成的混合液A置于第一清洗槽内，硼酸待用。

取质量配比为4：4：2的硝酸、氢氟酸和乙酸。将其中的硝酸和氢氟酸制成的混合液B置于第二清洗槽内，乙酸待用。

将摩尔浓度为48.5％的氢氟酸液置于氢氟酸槽内。

清洗方法：除在第一清洗槽内以27℃保持300秒刻蚀清洗、第二清洗槽内以33℃保持130秒刻蚀清洗、氢氟酸槽内在温度为13℃停留15秒外，与实施例1相同，得到晶圆C。

对比例1

现有技术中，通常采用质量配比为5：2：0.8的硝酸、氢氟酸和冰乙酸制成清洗液进行晶圆的清洗。

效果对比

将按照现有技术的对比例1的圆晶与本发明的实施例1-3的圆晶按照现有常规方法进行晶圆表面洁净度和金属离子含量测试，测试结果如下表1所示：

表1实施例1～3与对比例1的平坦度和均一致

可见，采用本发明的清洗液和清洗方法，圆晶的刻蚀形状为U字型结构，这种结构不容易电击穿，是晶圆刻蚀所需要的最终结构，且晶圆的颗粒数量较少，依然能保证晶圆的平坦度，金属离子含量也控制在较好的范围内。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.弯曲晶圆的清洗液，包括混合液，其特征在于，所述混合液包括硝酸和氢氟酸，还包括催化剂，所述催化剂为硼酸或乙酸；

所述催化剂选用硼酸时，则所述硝酸、所述氢氟酸和所述硼酸的质量配比为6：3：1；

所述催化剂选用乙酸时，则所述硝酸、所述氢氟酸和所述乙酸的质量配比为4：4：2；

所述硝酸的摩尔浓度为55%-65%；

所述氢氟酸的摩尔浓度为48%-49%；

所述硼酸的摩尔浓度为2%-3%；

所述乙酸的摩尔浓度为33%-37%。

2.如权利要求1所述的弯曲晶圆的清洗液，其特征在于，所述硝酸的摩尔浓度为65%。

3.如权利要求1所述的弯曲晶圆的清洗液，其特征在于，所述氢氟酸的摩尔浓度为48.5%。

4.如权利要求1所述的弯曲晶圆的清洗液，其特征在于，所述硼酸的摩尔浓度为2.8%。

5.如权利要求1所述的弯曲晶圆的清洗液，其特征在于，所述乙酸的摩尔浓度为33%。

6.弯曲晶圆的清洗方法，采用权利要求1至5中任意一项所述的清洗液，包括如下步骤：

1）将晶圆经上料区上料；

2）将所述晶圆从上料区置于第一清洗槽内，所述第一清洗槽内含有所述混合液，所述晶圆浸入所述混合液中，在密闭环境下，以第一预设温度保持第一预设时间，对所述晶圆进行刻蚀清洗；

3）将所述晶圆置于第一溢流槽内进行第一次清洗；

4）将所述晶圆置于第二清洗槽内，所述第二清洗槽内含有所述混合液，所述晶圆浸入所述混合液中，在密闭环境下，以第二预设温度保持第二预设时间，对所述晶圆的背面再次进行刻蚀清洗；

5）将所述晶圆置于第二溢流槽内进行第二次清洗；

6）将所述晶圆置于氢氟酸槽，所述氢氟酸槽内含有氢氟酸液，所述晶圆浸入所述氢氟酸液中去除表面的自然氧化膜；

7）将所述晶圆置于第三溢流槽内进行第三次清洗；

8）将所述晶圆经下料区下料，完成所述晶圆的清洗；

在初次刻蚀清洗前，先在所述混合液中滴加催化剂，步骤2）中的所述催化剂选用硼酸，步骤4）中的所述催化剂选用乙酸。

7.如权利要求6所述的弯曲晶圆的清洗方法，其特征在于，步骤2）中，所述第一预设温度为20℃-30℃；

所述第一预设时间为300秒-600秒；

步骤4）中，所述第二预设温度为30℃-35℃；

所述第二预设时间为120秒-180秒。

8.如权利要求7所述的弯曲晶圆的清洗方法，其特征在于，步骤2）中，所述第一预设温度为27℃；

所述第一预设时间为300秒。

9.如权利要求7所述的弯曲晶圆的清洗方法，其特征在于，步骤4）中，所述第二预设温度为33℃；

所述第二预设时间为130秒。

10.如权利要求6所述的弯曲晶圆的清洗方法，其特征在于，所述第一清洗槽内的所述混合液、所述第二清洗槽内的所述混合液均包括硝酸和氢氟酸。

11.如权利要求10所述的弯曲晶圆的清洗方法，其特征在于，步骤2）中在对所述晶圆第一次刻蚀清洗、步骤4）中在对所述晶圆再次刻蚀清洗时均按批次对所述晶圆进行刻蚀清洗，每批次采用13片所述晶圆同时浸入所述混合液中进行刻蚀清洗；

12.如权利要求6所述的弯曲晶圆的清洗方法，其特征在于，步骤3）、步骤5）和步骤7）中，分别对晶圆进行三次清洗时，均采用超纯水进行清洗。

13.如权利要求6所述的弯曲晶圆的清洗方法，其特征在于，步骤6）中，所述氢氟酸槽内的所述氢氟酸液摩尔浓度为48%-49%；

步骤6）中，在对所述晶圆去除表面的自然氧化膜时的温度为12℃-20℃，所述晶圆在所述氢氟酸槽内停留时间为8秒-20秒。

14.如权利要求13所述的弯曲晶圆的清洗方法，其特征在于，步骤6）中，所述氢氟酸槽内的所述氢氟酸液摩尔浓度为48.5%。

15.如权利要求13所述的弯曲晶圆的清洗方法，其特征在于，步骤6）中，在对所述晶圆去除表面的自然氧化膜时的温度为13℃，所述晶圆在所述氢氟酸槽内停留时间为15秒。