CN116230491A - 晶圆清洗方法 - Google Patents

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张怀东
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Abstract

本发明提供一种晶圆清洗方法，包括步骤，采用稀释后的SC‑1清洗液对晶圆进行第一次清洗；对晶圆进行第一次漂洗；采用SC‑2清洗液对晶圆进行第二次清洗；对晶圆进行第二次漂洗；其中，第一次漂洗和第二次漂洗均采用电解离子水时产生的氢水进行。本发明提供的晶圆清洗方法，第一次漂洗和第二次漂洗均采用电解离子水时产生的氢水进行，可以有效防止晶圆和污染物粒子以相同的电荷带电而引起的再吸附，且氢水的化学作用力可以充分去除吸附在晶片表面的颗粒，因而在第一次清洗时使用稀释后的SC‑1清洗液的情况下，通过后续采用电解产生的氢水进行的漂洗，仍能够有效去除晶圆表面的颗粒污染，在确保晶圆清洗质量的情况下，有助于降低清洗成本。

Description

晶圆清洗方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种晶圆清洗方法。
背景技术
随着对环境保护以及对半导体制造费用减少的需求日益提高，减少化学品的使用量成为半导体领域的重要课题。针对湿法清洗时，在保持污染物去除能力的同时降低化学品的浓度以及减少去离子水(DIW)的使用量，开发新的清洗溶剂等问题，业内人士已经在进行多方面的研究。但是，目前还没有可以替代现有的RCA清洗的新方法，化学品使用量的增加以及由此带来的环境保护方面的费用增加仍然是业内现实。
作为RCA清洗替代方式的DIW清洗&稀释氢氟酸清洗&添加臭氧清洗等方式虽然已进入评价阶段，但是目前还没有表现出明显的效果。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆清洗方法，用于解决现有技术中的晶圆清洗方法存在的化学品使用量比较大，导致清洗成本增加，且带来环境污染等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆清洗方法，包括步骤，
采用稀释后的SC-1清洗液对晶圆进行第一次清洗；
对晶圆进行第一次漂洗；
采用SC-2清洗液对晶圆进行第二次清洗；
对晶圆进行第二次漂洗；
其中，第一次漂洗和第二次漂洗均采用电解离子水时产生的氢水进行。
可选地，第一次漂洗和第二漂洗均在电解槽的阳极腔室内进行，且漂洗过程中持续进行电解水。
可选地，电解水过程中，于电解槽中添加的电解质包括氢氧化钠。
可选地，电解水过程中，添加的电解质的浓度为10ppm-100ppm。
可选地，完成第二次清洗后，还包括对晶圆进行干燥的步骤。
可选地，对晶圆进行干燥的方法包括马兰戈尼干燥法。
可选地，第一次漂洗和第二次漂洗的时间为2-30min。
可选地，将SC-1清洗液的浓度稀释到基准浓度的二分之一，其中，基准浓度为，氨水：双氧水：去离子水的体积配比＝1：1：5-1：2。
可选地，SC-2清洗液中，盐酸：双氧水：去离子水的体积比为1∶l∶6-l∶2∶8，其中，氯化氢的浓度为37％，双氧水的浓度为30％，且SC-1清洗液和SC-2清洗液的使用温度为75～85℃。
可选地，氢水的pH值为1.7，氧化还原电位为1.3V。
如上所述，本发明的晶圆清洗方法，具有以下有益效果：本发明提供的晶圆清洗方法，第一次漂洗和第二次漂洗均采用电解离子水时产生的氢水进行，可以有效防止晶圆和污染物粒子以相同的电荷带电而引起的再吸附，且氢水的化学作用力可以充分去除吸附在晶片表面的颗粒，因而在第一次清洗时使用稀释后的SC-1清洗液的情况下，通过后续采用电解产生的氢水进行的漂洗，仍能够有效去除晶圆表面的颗粒污染，因而在确保晶圆清洗质量的情况下，可以有效降低化学品的使用量，有助于降低清洗成本，减少化学品排放带来的环境污染。
附图说明
图1显示为电解水设备的结构示意图。
图2显示为本发明提供的晶圆清洗方法的流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。
RCA清洗方法是半导体领域中用于清洗晶圆的常用方法，但其需使用的化学品很多在，导致清洗成本增加，且排放的大量化学品导致环境压力增大。对此，本专利提出了一种可以替代现有的标准RCA清洗的，利用电解离子水清洗晶圆的方法。
一般而言，当电解含有离子的水时，由于离子通过电引力而移动，导致阳极侧变为酸性，而阴极侧则变为碱性。此外，由于在电极表面的电子的移动，在阳极附近产生氧化物质，在阴极附近产生还原物质，由此可以在阳极侧产生酸性氧化水，在阴极侧产生碱性还原水。基于此，本发明提出的晶圆清洗方法将可以调节液体的pH值和/或氧化还原性的电解作为制备清洗液的手段。
对于电解离子水的生产，参考图1所示，电解水设备由阳极室1、阴极室3和中间腔室2组成，阳极室1侧设置有阳极电极11，阴极室3侧设置有阴极电极31，而中间腔室2的两侧则设置有离子交换膜21，每个腔室的流量可以调节，加入电解液调节pH值和氧化还原电位(ORP)，以制备具有清洗效果的清洗液。
电解水的反应式如下所示：
1)阳极:2H2O→O2+4H++4e- 电极电位Eo＝1.23V
3H2O→O3+6H++6e- 电极电位Eo＝1.51V
2)阴极:4H++4e-→2H2 电极电位Eo＝0.00V
由此在阳极侧得到呈酸性的阳极水，即含氢水(本说明书中简称氢水)，而在阴极侧得到呈碱性的阴极水，阳极水(即氢水)因呈酸性，具有氧化作用，因而可以用作去除金属/有机物，而阴极水因呈碱性碱，具有还原性，因而可以用作去除颗粒物，防止自然氧化物用，本发明中将主要使用阳极水。
具体地，如图2所示，本发明提供一种晶圆清洗方法，包括步骤，
S01：采用稀释后的SC-1清洗液对晶圆进行第一次清洗，即本发明中进行的SC-1清洗是在低于业内标准的SC-1清洗液的浓度下进行，这有助于降低化学品的使用量；SC-1清洗主要是为了去除晶圆上的微粒杂质以及聚合物，但经本次清洗后，晶圆上可能仍有颗粒杂质和聚合物的残留，因而需要进行后续的工艺；
S02：对晶圆进行第一次漂洗；
S03：采用SC-2清洗液对晶圆进行第二次清洗，第一次清洗和第二次清洗可以在真空环境下进行，也可以在惰性气体氛围，例如氮气氛围下进行，SC-2清洗主要去除晶圆表面的金属离子；
S04：对晶圆进行第二次漂洗；
其中，第一次漂洗和第二次漂洗均采用电解离子水时产生的氢水进行，将电解离子水系统产生的氢水用于漂洗的原因是，它可以有效防止晶圆和污染物粒子以相同的电荷带电而引起的再吸附，且氢水的化学作用力可以充分去除吸附在晶片表面的颗粒，因而在第一次清洗时使用稀释后的SC-1清洗液的情况下，通过后续采用电解产生的氢水进行的漂洗，仍能够有效去除晶圆表面的颗粒污染(比如有机物颗粒)，因而在确保晶圆清洗质量的情况下，可以有效降低化学品的使用量，有助于降低清洗成本，减少化学品排放带来的环境污染。
第一次漂洗和第二次漂洗过程可以在常规的漂洗槽中进行，只需要将电解时产生的氢水及时输送至漂洗槽中即可，且为确保较好的清洗质量，避免输送路径过程和/或存放时间过长导致氢水中的氢的浓度下降，较佳地，氢水为现制现用，且漂洗槽和电解槽尽量靠近。在另一示例中，第一次漂洗和第二漂洗也可电解槽的阳极腔室内进行，漂洗过程中持续进行电解水，确保氢水具有良好的氧化性能，确保对污染物颗粒的去除效果。
为促进电解，电解水过程中，通常需要于电解槽中添加电解质，例如为氢氧化钠，但不仅限于此，还可以为其他盐类电解质。且本实施例中，电解水过程中，对添加的电解质的浓度要求很低，例如为10ppm-100ppm(包括端点值，本说明书中在设置数值范围时，如无特殊说明，均包括端点值)，且较佳地为30-50ppm。在较佳的示例中，需要确保电解后产生的氢水的pH值为1.7或以下，氧化还原电位为1.3V。
较佳地，在完成第二次清洗后，还包括对晶圆进行干燥的步骤。在一优选示例中，对晶圆进行干燥的方法为马兰戈尼(Marangoni)干燥法，该干燥方式利用晶圆表面张力的梯度变化原理，达到使晶圆干燥的目的。具体，马兰戈尼干燥法的过程为，先用流动的去离子水在晶圆外表面产生很薄的一层水膜，之后再通入大量的异丙醇气体把晶圆上的水层去掉，从而使晶圆干燥，该干燥方法具有无污染且干燥效率高等优点，其在干燥过程中因异丙醇(IPA)不需加热且气化量极少，故不致造成危险，相对具有较佳的安全性，并可确保良好、安全的干燥效果。当然，在其他示例中，也可以采用离心机干燥异丙醇(IPA)蒸气干燥机进行干燥，或者采用惰性气体风干，对此不做严格限制。
较佳地，第一次漂洗和第二次漂洗的时间为2-30min，更佳地为5-10min。
本实施例中，较佳地为将SC-1清洗液的浓度稀释到基准浓度的二分之一，其中，基准浓度为，氨水：双氧水：去离子水的体积配比＝1：1：5-1：2，其中，氨水的浓度为27％，双氧水的浓度为30％。二分之一这个标准是经发明人大量实验确定的最佳临界点，如果SC-1的浓度稀释到基准浓度的二分之一以下，有可能影响清洗效果，因而将二分之一作为临界值，可以在确保清洗质量的同时最大限度降低化学品的使用量。
本实施例中，SC-2清洗液中，盐酸：双氧水：去离子水的体积比为1∶l∶6-l∶2∶8，其中，氯化氢的浓度为37％，双氧水的浓度为30％，且SC-1清洗液和SC-2清洗液的使用温度为75～85℃。
为了评价本发明提供的晶圆清洗方法清洗有机颗粒的能力，发明人进行了试验，试验过程以接触孔上附着有大量粒径为0.3μm的聚苯乙烯(Polystyrene)颗粒的多个样品进行评价，清洗液分别包括纯水、电解阳极水(即氢水，且氢水的PH值为1.7，氧化还原电位为1.3V)及APM清洗液(NH4OH/H2O2/H2O)；
将准备的多个样品分别放置有上述三种清洗液的清洗槽中，各清洗槽的结构完全一致；
经过相同的清洗时间后取出样品进行检测，例如进行扫描电镜分析。
检测结果表明，样品经纯水清洗，表面的聚苯乙烯颗粒略微减少(约去除了5％)，而经APM清洗和经电解阳极水清洗后，样品上的聚苯乙烯颗粒已经被完全去除。这说明电解阳极水具有和APM清洗完全一样的氧化能力，可以将聚苯乙烯颗粒氧化分解。这足以证明电解离子水仅需使用浓度非常低的化学品，就可以获得优秀的清洗能力，因此，将电解离子水用于湿法清洗工艺，可以极大减少化学品的使用量。
当然，上述评价过程仅是对大量实验的一个汇总，发明人经试验证实，在用于评价其他类型的有机颗粒时，表现出基本相似的结果，对此不做一一展开。
本发明的晶圆清洗方法可以适用于各个工艺段的晶圆清洗，例如适用于研磨后晶圆的清洗，也适用于光刻后晶圆的清洗。除半导体晶圆外，也适用于太阳能电池板的清洗。
综上所述，本发明提供一种晶圆清洗方法，包括步骤，采用稀释后的SC-1清洗液对晶圆进行第一次清洗；对晶圆进行第一次漂洗；采用SC-2清洗液对晶圆进行第二次清洗；对晶圆进行第二次漂洗；其中，第一次漂洗和第二次漂洗均采用电解离子水时产生的氢水进行。本发明提供的晶圆清洗方法，第一次漂洗和第二次漂洗均采用电解离子水时产生的氢水进行，可以有效防止晶圆和污染物粒子以相同的电荷带电而引起的再吸附，且氢水的化学作用力可以充分去除吸附在晶片表面的颗粒，因而在第一次清洗时使用稀释后的SC-1清洗液的情况下，通过后续采用电解产生的氢水进行的漂洗，仍能够有效去除晶圆表面的颗粒污染，因而在确保晶圆清洗质量的情况下，可以有效降低化学品的使用量，有助于降低清洗成本，减少化学品排放带来的环境污染。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种晶圆清洗方法，其特征在于，包括步骤，
采用稀释后的SC-1清洗液对晶圆进行第一次清洗，；
对晶圆进行第一次漂洗；
采用SC-2清洗液对晶圆进行第二次清洗；
对晶圆进行第二次漂洗；
其中，第一次漂洗和第二次漂洗均采用电解离子水时产生的氢水进行。
2.根据权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，第一次漂洗和第二漂洗均在电解槽的阳极腔室内进行，且漂洗过程中持续进行电解水。
3.根据权利要求2所述的晶圆清洗方法，其特征在于，电解水过程中，于电解槽中添加的电解质包括氢氧化钠。
4.根据权利要求2所述的晶圆清洗方法，其特征在于，电解水过程中，添加的电解质的浓度为10ppm-100ppm。
5.根据权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，完成第二次清洗后，还包括对晶圆进行干燥的步骤。
6.根据权利要求5所述的晶圆清洗方法，其特征在于，对晶圆进行干燥的方法包括马兰戈尼干燥法。
7.根据权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，第一次漂洗和第二次漂洗的时间为2-30min。
8.根据权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，SC-1清洗液的浓度稀释到基准浓度的二分之一，其中，基准浓度为，氨水：双氧水：去离子水的体积配比＝1：1：5-1：2。
9.根据权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，SC-2清洗液中，盐酸：双氧水：去离子水的体积比为1∶l∶6-l∶2∶8，其中，氯化氢的浓度为37％，双氧水的浓度为30％，且SC-1清洗液和SC-2清洗液的使用温度为75～85℃。
10.根据权利要求1-9任一项所述的晶圆清洗方法，其特征在于，氢水的pH值为1.7，氧化还原电位为1.3V。
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