CN114914167A - 清洗溶液的监测方法及其监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种清洗溶液的监测方法及其监测系统，清洗溶液的监测方法，包括：提供一裸硅晶圆，将所述裸硅晶圆放入含有双氧水的清洗溶液中清洗，所述裸硅晶圆的表面自然形成介质层；检测所述裸硅晶圆表面的所述介质层的厚度，并判断所述介质层的厚度是否位于所述介质层的目标厚度范围内，若否，则认定所述清洗溶液的配方异常。通过在裸硅晶圆清洗后，对裸硅晶圆表面的介质层厚度进行检测，通过判断介质层厚度是否正常来判断清洗溶液是否正常，当裸硅晶圆表面的介质层厚度超出正常目标厚度范围时，则是由于清洗溶液中混入了刻蚀介质层的溶液，及时发现清洗溶液的异常并进行更换异常的清洗溶液，避免大量的裸硅晶圆报废。

Description

清洗溶液的监测方法及其监测系统
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种清洗溶液的监测方法及其监测系统。
背景技术
晶圆的清洗技术是影响晶圆成品良率、器件的品质及可靠性最重要的因素之一。
清洗的主要目的是清除晶圆表面的污染，如微粒、有机物及金属离子等杂质。硅片在进入相关工艺前都要保证晶圆的清洁程度，所以在相关制程前都需要对晶圆进行化学清洗，再用超纯水清洗使晶圆表面达到要求的洁净度，使制造出来的半导体器件能够具有设计的电学特性。
为了使制造出来的半导体器件符合设计的相关电学特性，都会侦测相关的制造设备制程环境有稳定的性能。传统工艺是通过用晶圆表面的微粒来侦测设备制程环境是否符合生产条件，比如常见用硅晶圆（这样的晶圆对设备工艺环境有更高的灵敏度要求，所以一般侦测清洗酸环境的微粒情况都是用硅晶圆）通过相关的设备测试硅表面的微粒情况来表征设备的干净程度。
但是上述侦测手段有一个致命的弱点，假如某一个清洗的酸（SPM、SC1或者SC2）由于误操作混入了晶圆制造的氢氟酸、BOE溶液或者其他刻蚀二氧化硅材料的酸，由于清洗溶液中是不测试刻蚀二氧化硅速率的，又由于清洗溶液中也不会测试其他物质的含量，所以采用以上方法是无法检查出清洗溶液中异常，但是清洗溶液出现异常后，会造成大量的晶圆报废。
发明内容
本发明的目的在于提供一种清洗溶液的监测方法及其监测系统，以解决清洗溶液出现异常后，会造成大量的晶圆报废的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种清洗溶液的监测方法，包括：
提供一裸硅晶圆，将所述裸硅晶圆放入含有双氧水的清洗溶液中清洗，所述裸硅晶圆的表面自然形成介质层；
检测所述裸硅晶圆表面的所述介质层的厚度，并判断所述介质层的厚度是否位于所述介质层的目标厚度范围内，若否，则认定所述清洗溶液的配方异常。
可选的，所述清洗溶液的配方异常包括所述清洗溶液内混入氢氟酸溶液或者BOE溶液。
可选的，检测到所述介质层的厚度异常后，报警设备发出报警声音，提醒操作人员更换清洗溶液。
可选的，所述介质层的目标厚度范围为7.7埃-8.3埃。
可选的，所述介质层为氧化层。
可选的，所述清洗溶液包括SPM、SC1或者SC2中的一种。
可选的，采用扫描电子显微镜或者椭偏仪检测所述裸硅晶圆表面的所述介质层层的厚度。
可选的，所述裸硅晶圆放入含有双氧水的清洗溶液中清洗时间为4min-6min。
基于同一发明构思，本发明还提供一种清洗溶液的监测系统，包括：
清洗设备，用于利用含有双氧水的清洗溶液去除裸硅晶圆表面的微粒并在所述裸硅晶圆表面生成介质层；
检测设备，用于检测所述裸硅晶圆表面的介质层是否低于所述介质层的目标厚度；
控制设备，用于判断所述介质层的厚度是否位于所述介质层的目标厚度范围内，若否，则认定所述清洗溶液的配方异常。
可选的，所述清洗溶液的监测系统还包括报警设备，所述检测设备检测到异常信息后将异常信息传送给所述控制设备，所述控制设备触发报警设备发出报警信息，提醒操作人员更换清洗溶液。
在本发明提供的清洗溶液的监测方法及其监测系统中，通过在裸硅晶圆清洗后，对裸硅晶圆表面的介质层厚度进行检测，通过判断介质层厚度是否正常来判断清洗溶液是否正常，由于清洗溶液是去除裸硅晶圆表面的污染，如微粒、有机物及金属离子等杂质，在测试清洗后的裸硅晶圆表面杂质的同时增加对裸硅晶圆表面介质层的厚度进行检测，清洗溶液正常时，裸硅晶圆表面的介质层厚度在正常目标厚度范围内，当裸硅晶圆表面的介质层厚度超出正常目标厚度范围时，则是由于清洗溶液中混入了刻蚀介质层的溶液，通过对清洗后的裸硅晶圆表面的厚度的测试，及时发现清洗溶液的异常并进行更换异常的清洗溶液，从而能够解决清洗溶液出现异常后，会造成大量的裸硅晶圆报废的问题。
附图说明
图1是本发明实施例的清洗溶液的监测系统示意图；
图2是本发明实施例的清洗溶液的监测方法流程图；
图中，
10-清洗设备；20-检测设备；30-控制设备；40-报警设备。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
发明人研究发现，在集成电路中，清洗工艺的目的是清除晶圆表面的污染，如微粒、有机物及金属离子等杂质。由于杂质对半导体器件的性能影响很大，晶圆在进入相关工艺前都要保证晶圆的清洁程度，所以在相关制程前都需要对晶圆进行化学清洗，再用超纯水清洗使晶圆表面达到要求的洁净度，使制造出来的半导体器件能够具有设计的电学特性。但是当清洗溶液中混入氢氟酸、BOE溶液或者刻蚀氧化硅的其他溶液，会导致大量的晶圆的报废。目前的清洗工艺后的常规检测中，只检测晶圆表面的杂质数量，无法检测出清洗溶液的异常。
基此，在本发明实的核心思想在于，通过在裸硅晶圆清洗后，对裸硅晶圆表面的介质层厚度进行检测，通过判断介质层厚度是否正常来判断清洗溶液是否正常，由于清洗溶液是去除裸硅晶圆表面的污染，如微粒、有机物及金属离子等杂质，在测试清洗后的裸硅晶圆表面杂质的同时增加对裸硅晶圆表面介质层的厚度进行检测，清洗溶液正常时，裸硅晶圆表面的介质层厚度在正常目标厚度范围内，当裸硅晶圆表面的介质层厚度超出正常目标厚度范围时，则是由于清洗溶液中混入了刻蚀介质层的溶液，通过对清洗后的裸硅晶圆表面的厚度的测试，及时发现清洗溶液的异常并进行更换异常的清洗溶液，从而能够解决清洗溶液出现异常后，会造成大量的裸硅晶圆报废的问题。
具体的，请参考图1，其为本实施例的清洗溶液的监测系统示意图。如图1所示，本实施例提供一种清洗溶液的监测系统，包括：清洗设备10、检测设备20、控制设备30和报警设备40，所述清洗设备10用于去除裸硅晶圆表面的微粒并在所述裸硅晶圆表面生成一层介质层；在半导体领域，特别是集成电路的制作过程中，对裸硅晶圆的洁净度要求很高，因此在制作相关工艺之前，需要去除裸硅晶圆表面的杂质，例如是微粒、有机物或者金属离子等，一般采用湿法清洗工艺去除裸硅晶圆表面的杂质，湿法清洗工艺采用的湿法清洗溶液一般为SPM、SC1、SC2溶液中的一种，SPM溶液中包含硫酸（H2SO4）和双氧水（H2O2），SPM溶液具有很高的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液中，并能把有机物氧化生成CO2和H2O，因此，所述SPM溶液用于去除裸硅晶圆表面的有机物和金属离子，SC1溶液中包含氨水（NH4OH）、双氧水（H2O2）和水（H2O），由于H2O2的作用，裸硅晶圆表面有一层自然氧化膜(SiO2)，呈亲水性，裸硅晶圆表面和粒子之间可被清洗液浸透。由于裸硅晶圆表面的自然氧化层与裸硅晶圆表面的Si被NH 4OH腐蚀，因此附着在衬底表面的颗粒便落入清洗液中，从而达到去除粒子的目的。在 NH4OH腐蚀衬底表面的同时，H2O2又在氧化衬底表面形成新的氧化膜，因此，所述SC1溶液用于去除微粒，SC2溶液中包含盐酸（HCl）、双氧水（H2O2）和水（H2O），所述SC2溶液用于去除金属离子。SPM、SC1、SC2溶液中均含有双氧水，因此，裸硅晶圆在清洗的过程中，会在裸硅晶圆的表面形成一层介质层，所述介质层例如是氧化层，所述介质层的目标厚度例如是7.7埃-8.3埃。所述清洗设备10中承载有清洗溶液。所述检测设备20用于检测所述裸硅晶圆表面的介质层是否低于所述介质层的目标厚度。在本实施例中，所述检测设备例如是扫描电子显微镜或者椭偏仪，采用扫描电子显微镜或者椭偏仪检测所述裸硅晶圆表面的所述介质层的厚度，并将所述裸硅晶圆表面的实时测试的介质层厚度发送给控制设备30。所述控制设备30判断异常信息后所述控制设备触发报警设备40发出报警信息，提醒操作人员在清洗设备10中更换清洗溶液。所述异常信息例如是所述裸硅晶圆表面的实时测试的介质层厚度低于所述介质层的目标厚度。出现所述裸硅晶圆表面的实时测试的介质层厚度低于所述介质层的目标厚度，说明清洗设备10中的清洗溶液中存在刻蚀介质层的溶液，也就是说，在本实施例中，清洗设备10中的清洗溶液中存在刻蚀氧化层的溶液，例如是氢氟酸、BOE溶液或者是其他能够与氧化层反应的溶液。当清洗设备10中的清洗溶液中出现刻蚀介质层的溶液时，若不及时发现并进行更换清洗溶液，会造成大量的裸硅晶圆报废，对生产造成严重的损失。
图2是本发明实施例的清洗溶液的监测方法流程图；如图2所示，本实施例提供一种清洗溶液的监测方法，包括：
步骤S10，提供一裸硅晶圆，将所述裸硅晶圆放入含有双氧水的清洗溶液中清洗，所述裸硅晶圆的表面自然形成介质层；
步骤S20，检测所述裸硅晶圆表面的所述介质层的厚度，并判断所述介质层的厚度是否位于所述介质层的目标厚度范围内，若否，则认定所述清洗溶液的配方异常。
在步骤S10中，将所述裸硅晶圆放入含有双氧水的清洗溶液中清洗，所述裸硅晶圆的表面自然形成一层介质层。所述裸硅晶圆放入含有双氧水的清洗溶液中清洗时间为4min-6min。在半导体领域，特别是集成电路的制作过程中，对裸硅晶圆的洁净度要求很高，因此在制作相关工艺之前，需要去除裸硅晶圆表面的杂质，例如是微粒、有机物或者金属离子等，一般采用湿法清洗工艺去除裸硅晶圆表面的杂质，湿法清洗工艺采用的湿法清洗溶液一般为SPM、SC1、SC2溶液中的一种，SPM溶液中包含硫酸（H2SO4）和双氧水（H2O2），SPM溶液具有很高的氧化能力，可将金属氧化后溶于清洗液中，并能把有机物氧化生成CO2和H2O，因此，所述SPM溶液用于去除裸硅晶圆表面的有机物和金属离子，SC1溶液中包含氨水（NH4OH）、双氧水（H2O2）和水（H2O），由于H2O2的作用，裸硅晶圆表面有一层自然氧化膜(SiO2)，呈亲水性，裸硅晶圆表面和粒子之间可被清洗液浸透。由于裸硅晶圆表面的自然氧化层与裸硅晶圆表面的Si被NH 4OH腐蚀，因此附着在衬底表面的颗粒便落入清洗液中，从而达到去除粒子的目的。在NH4OH腐蚀衬底表面的同时，H2O2又在氧化衬底表面形成新的氧化膜，因此，所述SC1溶液用于去除微粒，SC2溶液中包含盐酸（HCl）、双氧水（H2O2）和水（H2O），所述SC2溶液用于去除金属离子。SPM、SC1、SC2溶液中均含有双氧水，清洗溶液中的双氧水与硅片反应的化学方程式如下：
Si+2H2O2→SiO2+2H2O （1）
因此，裸硅晶圆在清洗的过程中，会在裸硅晶圆的表面形成一层介质层，所述介质层例如是氧化层，所述介质层的目标厚度例如是7.7埃-8.3埃。
在步骤S20中，检测所述裸硅晶圆表面的所述介质层的厚度，并判断所述介质层的厚度是否位于所述介质层的目标厚度范围内，若否，则所述清洗溶液的配方异常。在裸硅晶圆进行清洗后，会检测裸硅晶圆表面的杂质浓度，例如是微粒的浓度、有机物的浓度和金属离子的浓度，一般采用测试裸硅晶圆的少数载流子寿命的方式进行表征裸硅晶圆表面杂质的情况。在本实施例中，增加了测试裸硅晶圆表面的介质层的厚度，检测所述裸硅晶圆表面的介质层的厚度的检测设备例如是扫描电子显微镜或者椭偏仪，采用扫描电子显微镜或者椭偏仪检测所述裸硅晶圆表面的所述介质层的厚度，并将所述裸硅晶圆表面的实时测试的介质层厚度发送给控制设备30。所述控制设备30判断所述介质层的厚度是否位于所述介质层的目标厚度范围内，若否，则所述清洗溶液的配方异常。在本实施例中，例如是正常情况下测试硅裸硅晶圆氧化层的厚度范围在7埃-8埃，而异常情况是小于7埃。当测试的硅裸硅晶圆氧化层的厚度为3埃时，就判定为清洗溶液中混了氢氟酸、BOE或者刻蚀氧化层的酸溶液，导致硅裸硅晶圆氧化层的厚度异常，并导致大量的裸硅晶圆报废。
出现所述裸硅晶圆表面的实时测试的介质层厚度低于所述介质层的目标厚度，说明清洗设备10中的清洗溶液存在刻蚀介质层的溶液，也就是说，在本实施例中，清洗设备10中的清洗溶液中存在刻蚀氧化层的溶液，例如是氢氟酸、BOE溶液或者是其他能够与氧化层反应的溶液。氢氟酸与氧化层的反应方程式如下：
SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O （2）
当清洗设备10中的清洗溶液中出现刻蚀介质层的溶液时，若不及时发现并进行更换清洗溶液，会造成大量的裸硅晶圆报废，对生产造成严重的损失。
在步骤S20之后，检测到所述介质层的厚度异常后，报警设备发出报警声音，提醒操作人员更换清洗溶液。所述控制设备30得到异常信息后，所述控制设备触发报警设备40发出报警信息，提醒操作人员在清洗设备10中更换清洗溶液。
综上可见，在本发明提供的清洗溶液的监测方法及其监测系统中，通过在裸硅晶圆清洗后，对裸硅晶圆表面的介质层厚度进行检测，通过判断介质层厚度是否正常来判断清洗溶液是否正常，由于清洗溶液是去除裸硅晶圆表面的污染，如微粒、有机物及金属离子等杂质，在测试清洗后的裸硅晶圆表面杂质的同时增加对裸硅晶圆表面介质层的厚度进行检测，清洗溶液正常时，裸硅晶圆表面的介质层厚度在正常目标厚度范围内，当裸硅晶圆表面的介质层厚度超出正常目标厚度范围时，则是由于清洗溶液中混入了刻蚀介质层的溶液，通过对清洗后的裸硅晶圆表面的厚度的测试，及时发现清洗溶液的异常并进行更换异常的清洗溶液，从而能够解决清洗溶液出现异常后，会造成大量的裸硅晶圆报废的问题。
此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种清洗溶液的监测方法，其特征在于，包括：
提供一裸硅晶圆，将所述裸硅晶圆放入含有双氧水的清洗溶液中清洗，所述裸硅晶圆的表面自然形成介质层；
检测所述裸硅晶圆表面的所述介质层的厚度，并判断所述介质层的厚度是否位于所述介质层的目标厚度范围内，若否，则认定所述清洗溶液的配方异常。
2.如权利要求1所述的清洗溶液的监测方法，其特征在于，所述清洗溶液的配方异常包括所述清洗溶液内混入氢氟酸溶液或者BOE溶液。
3.如权利要求1所述的清洗溶液的监测方法，其特征在于，检测到所述介质层的厚度异常后，报警设备发出报警声音，提醒操作人员更换清洗溶液。
4.如权利要求1所述的清洗溶液的监测方法，其特征在于，所述介质层的目标厚度范围为7.7埃-8.3埃。
5.如权利要求1-4任一项所述的清洗溶液的监测方法，其特征在于，所述介质层为氧化层。
6.如权利要求1所述的清洗溶液的监测方法，其特征在于，所述清洗溶液包括SPM、SC1或者SC2中的一种。
7.如权利要求1所述的清洗溶液的监测方法，其特征在于，采用扫描电子显微镜或者椭偏仪检测所述裸硅晶圆表面的所述介质层的厚度。
8.如权利要求1所述的清洗溶液的监测方法，其特征在于，所述裸硅晶圆放入含有双氧水的清洗溶液中清洗时间为4min-6min。
9.一种清洗溶液的监测系统，其特征在于，包括：
清洗设备，用于利用含有双氧水的清洗溶液去除裸硅晶圆表面的微粒并在所述裸硅晶圆表面生成介质层；
检测设备，用于检测所述裸硅晶圆表面的介质层是否低于所述介质层的目标厚度；
控制设备，用于判断所述介质层的厚度是否位于所述介质层的目标厚度范围内，若否，则认定所述清洗溶液的配方异常。
10.如权利要求9所述的清洗溶液的监测系统，其特征在于，所述清洗溶液的监测系统还包括报警设备，所述检测设备检测到异常信息后将异常信息传送给所述控制设备，所述控制设备触发报警设备发出报警信息，提醒操作人员更换清洗溶液。
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