CN116631849B - 一种硅片的清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体硅片技术领域，具体讲，涉及一种硅片的清洗方法。包括以下步骤：在碱性清洗液喷淋条件下，使用洁净刷头和边缘刷头进行两次刷洗；在纯水喷淋条件下，使用边缘刷头进行刷洗；使用酸性清洗液清洗、干燥后包装。本发明的硅片清洗方法可以有效地改善硅片近边缘区域洁净度，提升硅片整体品质水平，为后道工序加工良率打好基础，且不会恶化硅片表面粗糙度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体硅片技术领域，具体讲，涉及一种硅片的清洗方法。
背景技术
半导体材料作为IC技术中最重要的基础功能材料发挥着及其重要的作用，而硅是制作半导体器件最容易获得的基础材料，其应用非常广泛。单晶硅作为外延衬底材料，其表面状态会直接影响外延层的生长，从而影响到器件的性能，因而IC制造对硅片表面特性有更高的要求。随着半导体元件制程日益精密与复杂，因此对硅片表面洁净度的要求也日益提高。半导体硅片经单晶生长、滚磨、切片、研磨、腐蚀、抛光、最终检测等多道加工过程制造而成，其中很多步骤都涉及到清洗过程，硅片的洁净度直接影响硅片作为外延衬底材料的表面状态。
一般来说，正常清洗工艺中缺少对硅片近边缘区域的关注，且在硅片颗粒检测工序中通过对硅片边缘的刨除设定规避对近边缘区域颗粒品质的检测。随着行业的发展和技术的更新，对衬底硅片的品质要求也随之提高，包含对硅片近边缘区域的要求也随之提高。但如果清洗方式不当，会造成硅片的磨损，造成硅片表面的粗糙度变大。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种硅片的清洗的方法。
本发明提供了一种硅片的清洗方法，包括以下步骤：
S1、使用纯水喷淋待清洗硅片的表面；
S2、在碱性清洗液喷淋条件下，使用洁净刷头对待清洗硅片的正面和背面进行第一次刷洗，同时使用边缘刷头进行第一次边缘刷洗；洁净刷头的转速为300 ~ 400 rpm；边缘刷头的转速为1000 ~ 1200 rpm；
S3、在碱性清洗液喷淋条件下，使用洁净刷头对硅片正面和背面进行第二次刷洗，同时使用边缘刷头进行第二次边缘刷洗；洁净刷头的转速为300 ~ 400 rpm；边缘刷头的转速为1000 ~ 1200 rpm；
碱性清洗液为氨水：双氧水：纯水的体积比为1： 1：20的混合溶液，氨水的原液质量百比浓度为28 % ~ 30 %，双氧水的原液质量百比浓度为30 % ~ 32 %；
S4、在纯水喷淋条件下，使用边缘刷头对待清洗硅片进行第三次边缘刷洗；边缘刷头的转速为700 ~ 900 rpm；
S5、使用酸性清洗液对待清洗硅片的正面和背面进行清洗；酸性清洗液为稀的氢氟酸水溶液；氢氟酸水溶液中氢氟酸和纯水的体积比为1：100；氢氟酸原液的质量百比浓度为45 ~ 49%；
S6、干燥后包装。
可选的，在S1中，纯水喷淋的流量为0.8 ~ 1.2升/分钟，纯水喷淋的时间为8 ~ 12秒。
可选的，在S2和S3中，碱性清洗液的流量为1.0 ~ 1.5升/分钟。
可选的，在S2和S3中，待清洗硅片自转的转速为0 ~ 60 rpm。
可选的，在S2中，洁净刷头的清洗移动方向为沿水平方向上从待清洗硅片的一侧到待清洗硅片的另一侧。
可选的，在S2中，边缘刷头的清洗方向为顺时针自转。
可选的，在S3中，洁净刷头的清洗移动方向为沿水平方向上从待清洗硅片的一侧到待清洗硅片的另一侧。
可选的，在S4中，纯水的流量为0.8 ~ 1.2升/分钟；待清洗硅片自转的转速为20 ~40 rpm；边缘刷头的转动方向与S2中边缘刷头的转动方向相同。
可选的，在S5中，氢氟酸水溶液的流量为1.0 ~ 1.4升/分钟；使用酸性清洗液喷淋的时间为10 ~ 20秒。
可选的，在S6中，干燥的方式为甩干，干燥后在30 s内存入洁净片盒进行包装。
本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本发明的硅片清洗方法可以有效地改善硅片近边缘区域洁净度，提升硅片整体品质水平，为后道工序加工良率打好基础。
本发明的硅片清洗方法不会加剧硅片表面状态恶化，保证硅片表面的粗糙度低。
本发明的硅片清洗方法无需对清洗设备进行改造，无需加温加热，使用常用的清洗液组分，具有操作简单、清洗效果好和运行稳定性高的特点。
附图说明
图1为本发明实施例1的清洗后的颗粒分布图；
图2为本发明对比例1的清洗后的颗粒分布图；
图3为本发明对比例2的清洗后的颗粒分布图；
图4为本发明对比例3的清洗后的颗粒分布图；
图5为本发明对比例4的清洗后的颗粒分布图；
图6为本发明对比例5的清洗后的颗粒分布图；
图7为本发明对比例6的清洗后的颗粒分布图；
图8为本发明对比例7的清洗后的颗粒分布图；
图9为本发明对比例8的清洗后的颗粒分布图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明实施例提出一种硅片的清洗方法，在不增加硅片表面粗糙度的前提下，显著提高了近边缘区域洁净度，具体的，硅片的清洗方法包括以下步骤：
S1、使用纯水喷淋待清洗硅片的表面；
S2、在碱性清洗液喷淋条件下，使用洁净刷头对待清洗硅片的正面和背面进行第一次刷洗，同时使用边缘刷头进行第一次边缘刷洗；
S3、在碱性清洗液喷淋条件下，使用洁净刷头对硅片正面和背面进行第二次刷洗，同时使用边缘刷头进行第二次边缘刷洗；
碱性清洗液为氨水：双氧水：纯水的体积比为1：1：20，氨水的原液质量百比浓度为28 % ~ 30 %，双氧水的原液质量百比浓度为30 % ~ 32 %；
S4、在纯水喷淋条件下，使用边缘刷头对待清洗硅片进行第三次边缘刷洗；
S5、使用酸性清洗液对待清洗硅片的正面和背面进行清洗；酸性清洗液为稀的氢氟酸水溶液；
S6、干燥后包装。
本发明实施例的清洗方法通过在碱性清洗液喷淋条件下进行两次刷洗、在纯水喷淋条件下进行第三次边缘刷洗，最后再酸性清洗，从而完成对硅片的清洗。本发明实施例的清洗方法显著提高了近边缘区域洁净度，同时由于采用了常温低浓度的碱性和酸性清洗液，从而减缓表面粗糙度恶化。在本发明实施例中，洁净刷头和边缘刷头对硅片无直接施加压力，保证对硅片表面无损伤。
作为本发明实施例的一种改进的技术方案，本发明实施例所使用的碱性清洗液为氨水：双氧水：纯水的体积比为0.25 ~ 1：0.5 ~ 1：10的混合溶液，进一步优选为氨水：双氧水：纯水的体积比为1：1：20的混合溶液；其中，氨水的原液质量百比浓度为28 % ~ 30 %，双氧水的原液质量百比浓度为30 % ~ 32 %。硅片表面由于双氧水的氧化作用形成亲水性氧化膜，氧化膜又会被氨水腐蚀，腐蚀后又会立刻发生氧化，在SC1中清洗硅片表面会反复进行氧化和腐蚀，因此将表面上附着的颗粒、有机物和部分金属杂质随着腐蚀层而脱落至清洗液中。
作为本发明实施例的一种改进的技术方案，在S1中，纯水喷淋的流量为0.8 ~ 1.2升/分钟，进一步优选为0.9 ~ 1.1升/分钟，更优选为1.0升/分钟；纯水喷淋的时间为8 ~12秒。纯水喷淋的目的是为了对硅片整体进行湿润，为后续的碱性清洗液清洗做准备。
作为本发明实施例的一种改进的技术方案，在S2中，进行第一次碱性清洗液下的刷洗，具体的条件为：
碱性清洗液的流量为1.0 ~ 1.5升/分钟，进一步优选为1.1 ~ 1.3升/分钟，更优选为1.2升/分钟；
待清洗硅片自转的转速为40 ~ 60 rpm，进一步优选为50 rpm；
洁净刷头的条件为：洁净刷头的转速为200 ~ 400 rpm，优选为300 ~ 400 rpm；更优选为350 ~ 400 rpm；洁净刷头的清洗移动方向为沿水平方向上从待清洗硅片的一侧到待清洗硅片的另一侧，即可以从左侧到右侧。
边缘刷头的条件为：边缘刷头的转速为1000 ~ 1200 rpm，优选为1100 ~ 1200rpm，更优选为1200 rpm；边缘刷头的清洗移动方向为沿硅片的边缘单向转动，即可顺时针运动或逆时针运动。
洁净刷头和边缘刷头同时进行洗刷，不仅提高了效率，两种洗刷方式配合可更好的洗刷除去膜片表面的颗粒，有效地改善硅片近边缘区域洁净度。并且，通过对清洁刷头和边缘刷头参数的限定，不会加剧硅片表面状态恶化，保证硅片表面的粗糙度低。
作为本发明实施例的一种改进的技术方案，在S3中，进行第二次碱性清洗液下的刷洗，具体的：
碱性清洗液的流量为1.0 ~ 1.5升/分钟，进一步优选为1.1 ~ 1.3升/分钟，更优选为1.2升/分钟；
待清洗硅片自转的转速为40 ~ 60 rpm，进一步优选为50 rpm；
洁净刷头的条件为：洁净刷头的转速为200 ~ 400 rpm，优选为300 ~ 400 rpm；洁净刷头的清洗移动方向为沿水平方向上从待清洗硅片的一侧到待清洗硅片的另一侧，即可以从左侧到右侧。
边缘刷头的条件为：边缘刷头的转速为1000 ~ 1200 rpm，优选为1100 ~ 1200rpm，更优选为1200 rpm；边缘刷头的清洗移动方向为沿硅片的边缘单向转动，转动方向与S2中边缘刷头的转动方向相反；即：S2顺时针运动，S3为逆时针运动；或S2逆时针运动，S3为顺时针运动。
作为本发明实施例的一种改进的技术方案，S2和S3中的清洗条件除边缘刷头沿硅片的边缘移动方向相反以外，其余条件均相同。
作为本发明实施例的一种改进的技术方案，在S4中，进行第三次刷洗，第三次刷洗采用纯水喷淋，仅进行边缘刷洗，反复使用化学液喷淋硅片表面会造成硅片表面微粗糙度变大，所以第三步采用纯水喷淋；进行边缘清洗的目的是为了将在前两步清洗过程中由于硅片旋转离心力甩出并残留在硅片边缘的化学液进行冲刷。具体的：纯水的流量为0.8 ~1.2升/分钟；待清洗硅片自转的转速为20 ~ 40 rpm，优选为30 ~ 40 rpm；与S2和S3相比，待清洗硅片自转的转速放慢，以增加边缘刷和纯水在硅片边缘有效作用时间，提高清洗效果。
在S4中，边缘刷头的条件为：边缘刷头的转速为400 ~ 1000 rpm，优选为700 ~900 rpm；边缘刷头的清洗移动方向为沿硅片的边缘单向转动，转动方向与S2中边缘刷头的转动方向相同，即：S2顺时针运动，S4为顺时针运动；或S2逆时针运动，S4为顺时针运动。与S2和S3相比，边缘刷头的转速也放慢，以增加边缘刷和纯水在硅片边缘有效作用时间，提高清洗效果。
作为本发明实施例的一种改进的技术方案，在S5中采用酸性清洗液冲洗， HF可以有效地去除在SC1清洗液中硅片表面形成的化学氧化膜和其本身的自然氧化膜，并同时抑制自然氧化膜的生成，可以有效地将Al、Fe、Zn、Ni等金属去除。酸性清洗液选自氢氟酸水溶液；具体的，氢氟酸水溶液中氢氟酸和纯水的体积比为1：100；氢氟酸原液的质量百比浓度为45 ~ 49%；氢氟酸水溶液的流量为1.0 ~ 1.4升/分钟。使用酸性清洗液喷淋的时间为10~ 20秒，优选为15秒。如果酸性清洗液中氢氟酸的浓度太高，会加快腐蚀速率，并带来排污处理压力，如果浓度太低，会影响腐蚀效果。
作为本发明实施例的一种改进的技术方案，在S6中，干燥的方式为甩干，干燥后在30 s内存入洁净片盒进行包装。
本发明实施例的清洗在常温条件下进行。
实验硅片：12英寸轻掺硼硅抛光片；
加工设备：SC300清洗机，表面颗粒检测仪SP5，原子力显微镜；
辅助材料：氨水（原液质量百比浓度为28 % ~ 30 %）、双氧水（原液质量百比浓度为30 % ~ 32 %）、氢氟酸（原液的质量百比浓度为49 %）；
纯水（电阻率＞18 MΩ·cm）、高纯氮气等。
清洗液配制：
碱性清洗液1（SC1）：NH4OH：H2O2：H2O = 1：1：20（体积比）；
酸性清洗液：氢氟酸：H2O = 1：100（体积比）。
实施例清洗方法：
实施例1：
（1）清洗机按照所需浓度进行化学液浓度设定并实现自动配液；
（2）将第一组硅抛光片（共计25片）分别放置在清洗机上料台，根据本发明提出清洗工艺方法的清洗程序设定按照以下流程进行清洗：
①纯水喷淋，纯水流量为1.0升/分钟，时间为10 s；
②喷淋SC1，流量为1.2升/分钟，洁净刷头刷洗正、背表面，硅片转速为50 rpm，洁净刷头转速为400 rpm，刷洗方向为从左至右，同时，边缘刷头进行边缘刷洗，边缘刷头转速为1200 rpm，转动方向为正转（顺时针转动）；
③喷淋SC1，流量为1.2升/分钟，洁净刷头刷洗正、背表面，硅片转速为50 rpm，洁净刷头转速为400 rpm，刷洗方向为从左至右，同时，边缘刷进行边缘刷洗，边缘刷头转速为1200 rpm，转动方向为反转（逆时针转动）；
④喷淋纯水，流量为1.0升/分钟，硅片转速为30 rpm，边缘刷进行边缘刷洗，转动方向为正转（顺时针转动）；边缘刷头转速为700 rpm；
⑤喷淋酸性清洗液，流量为1.2升/分钟，时间为15秒；
⑥甩干干燥后需在30 s内存入干净的洁净片盒。
对比例清洗方法：
对比例1：
按照实施例1方法对硅片进行清洗，区别仅在于：
步骤③中边缘刷头的清洗移动方向为正转。
对比例2：
按照实施例1方法对硅片进行清洗，区别仅在于：
步骤②、步骤③中边缘刷头转速为800 rpm、步骤④中边缘刷头转速为300 rpm。
对比例3：
按照实施例1方法对硅片进行清洗，区别仅在于：
步骤②、步骤③中洁净刷头转速为600 rpm。
对比例4：
按照实施例1方法对硅片进行清洗，区别仅在于：
步骤②、步骤③中洁净刷头转速为100 rpm。
待清洗完成后，使用表面颗粒检测仪SP5测试硅抛光片的表面颗粒分布，通过原子力显微镜测试粗糙度，得到实验结果如表1所示：
表1：
根据表1的数据可知，本发明实施例1的粗糙度较对比例1~4获得了提升，同时根据图1与图2~图5的对比可知，本发明实施例1的清洗方法所获得的硅片表面颗粒分布明显优于对比例1~对比例4，其中边缘位置颗粒分别明显优于对比例1和对比例2，整体表面的颗粒分布明显优于对比例3和对比例4。
对比例
对比例5：按照实施例1的方法清洗，区别在于：省略步骤③和④，且步骤②中不设置边缘刷头；
对比例6：按照实施例1方法清洗，区别在于：省略步骤③；
对比例7：按照实施例1方法清洗，区别在于：步骤④不设置边缘刷头；
对比例8：按照实施例1方法清洗，区别在于：步骤②、步骤③中均不设置边缘刷头。
待清洗完成后，使用SP5测试硅抛光片的表面颗粒分布，通过原子力显微镜测试粗糙度，得到实验结果如表2所示：
表2：
根据表2的数据可知，本发明实施例1的粗糙度较对比例5~8获得了提升，同时根据图1与图2~图5的对比可知，本发明实施例1的清洗方法所获得的硅片表面颗粒分布明显优于对比例5~对比例9，其中边缘位置颗粒分别明显优于对比例5、对比例7和对比例9，整体表面的颗粒分布明显优于对比例6。
以上实验结果说明：采用本发明所述清洗方法清洗完成的硅抛光片相比采用原清洗工艺方法清洗完成的硅抛光片近边缘区域颗粒品质明显提升，表明采用本发明所述清洗方法可以有效地改善硅片近边缘区域颗粒品质。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (8)
1.一种硅片的清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、使用纯水喷淋待清洗硅片的表面；
S2、在碱性清洗液喷淋条件下，使用洁净刷头对所述待清洗硅片的正面和背面进行第一次刷洗，同时使用边缘刷头进行第一次边缘刷洗；所述洁净刷头的转速为300~400rpm；所述边缘刷头的转速为1000~1200rpm；
S3、在碱性清洗液喷淋条件下，使用洁净刷头对硅片正面和背面进行第二次刷洗，同时使用边缘刷头进行第二次边缘刷洗；所述洁净刷头的转速为300~400rpm；所述边缘刷头的转速为1000~1200rpm；
所述边缘刷头的转动方向与S2中边缘刷头的转动方向相反；所述待清洗硅片自转的转速为40~60rpm；
所述碱性清洗液为氨水：双氧水：纯水的体积比为1：1：20的混合溶液，所述氨水的原液质量百比浓度为28 % ~ 30 %，所述双氧水的原液质量百比浓度为30 % ~ 32 %；所述待清洗硅片自转的转速为40~60rpm；
S4、在纯水喷淋条件下，使用边缘刷头对所述待清洗硅片进行第三次边缘刷洗；所述边缘刷头的转速为700~900rpm；
所述纯水的流量为0.8 ~ 1.2升/分钟；
所述待清洗硅片自转的转速为20~40rpm；
所述边缘刷头的转动方向与S2中边缘刷头的转动方向相同；
S5、使用酸性清洗液对所述待清洗硅片的正面和背面进行清洗；所述酸性清洗液为氢氟酸水溶液；所述氢氟酸水溶液中氢氟酸和纯水的体积比为1：100；氢氟酸原液的质量百比浓度为45% ~ 49%；
S6、干燥后包装。
2.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在S1中，所述纯水喷淋的流量为0.8 ~1.2升/分钟，所述纯水喷淋的时间为8 ~ 12秒。
3.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在S2和S3中，所述碱性清洗液的流量为1.0 ~ 1.5升/分钟。
4.根据权利要求3所述的清洗方法，其特征在于，在S2中，
所述洁净刷头的清洗移动方向为沿水平方向上从所述待清洗硅片的一侧到所述待清洗硅片的另一侧。
5.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在S2中，
所述边缘刷头的清洗方向为顺时针自转。
6.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在S3中，
所述洁净刷头的清洗移动方向为沿水平方向上从所述待清洗硅片的一侧到所述待清洗硅片的另一侧。
7.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在S5中，
所述氢氟酸水溶液的流量为1.0 ~ 1.4升/分钟；
使用所述酸性清洗液喷淋的时间为10 ~ 20秒。
8.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在S6中，所述干燥的方式为甩干，干燥后在30s内存入洁净片盒进行包装。
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