CN117174573B - 一种去除晶圆表面铝金属膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体制造技术领域，具体为一种去除晶圆表面铝金属膜的方法，所述方法包括：将带有铝金属膜的晶圆依次浸渍于王水溶液、硫酸溶液、氢氟酸和过氧化氢的混合液中，得到再生的晶圆。本发明提供的去除晶圆表面铝金属膜的方法实用性广，能够用于各种成分的铝金属膜的去除，并且能够实现铝金属膜的完全去除，工艺流程简单，处理时间短，成本低；同时对晶圆损伤小，再生的晶圆能够继续应用于半导体领域，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种去除晶圆表面铝金属膜的方法。
背景技术
半导体技术在过去几十年间得到了迅速的发展，硅晶圆从50 mm到300 mm越做越大，而关键尺寸却正在不断的缩小，由于器件尺寸逐渐缩小以及光学光刻设备焦深的减小，集成电路制造工艺对硅晶圆表面的要求也随之提高到纳米级。硅晶圆表面的平整度将直接关系到芯片的性能质量，同时出于对精度要求和良率的考量，即需要时刻对制造设备的性能进行监测以及维持稳定，以保证最终的成品率。因此，在晶圆生产过程中，需要使用大量的控挡片，如果每次都要用全新的控挡片测试则成本过高，于是推动了晶圆再生需求。并且，在优化、测试和模拟芯片与产线的导入过程，验证半导体设备与工艺等过程，也会使用大量的晶圆，使用后的晶圆一般均可以再生后重复使用。
晶圆再生就是将使用后的晶圆回收，经过化学浸泡，物理抛光等处理方法将晶圆表面的氧化膜、金属颗粒残留等去除，使它们能够重新具备测试和稳定机台的能力。晶圆再生过程中有一个关键的步骤是去除晶圆表面的膜层，使其成为可用于抛光的晶圆。但是对于目前晶圆再生的研究一般集中在对于控挡片的回收，而对于已经沉积集成电路的晶圆的回收极少涉及。对于集成电路的制造，铝材料一般被用于制造集成电路中的微连接或配线，半导体器件中所用的铝材料多采用蒸发或溅射沉积的方法制备。由于纯的铝线存在电迁移现象，会造成连接断裂等问题，因此，目前一般常用三种方式进行改善，① 在铝中加入Si、Cu等合金成分，加入Si可减少铝尖锲和加强铝的强度，从而提高电迁移的抵抗能力；② 制备三层夹心结构，在两层铝膜中间增加一个过渡金属层，如：Ti、Hf、Cr或Ta等，过渡金属层经过一定工艺可与铝层形成诸如CrAl7、TiAl3等金属间化合物；③ 在铝层上通过阳极氧化反应，形成一层Al2O3，可以提高电迁移的抵抗能力。因此一般晶圆上的铝金属膜是一种合金或混合物，单一的化学试剂很难去除，对于回收晶圆而言，铝金属膜的去除显得极为困难；并且目前并没有有关于晶圆表面膜层如何去除的研究。
因此，想要提供一种能够去除沉积在晶圆表面的铝金属膜的方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种去除晶圆表面铝金属膜的方法。
第一方面，本发明提供了一种去除晶圆表面铝金属膜的方法，所述方法包括：将带有铝金属膜的晶圆依次浸渍于王水溶液、硫酸溶液、氢氟酸和过氧化氢的混合液中，得到再生的晶圆。
本发明通过采用化学除膜的方式，使用了三种不同的酸性溶液，能够完全去除晶圆表面的铝金属膜，得到再生的晶圆。本发明提供的方法能够用于不同成分的铝金属膜的去除，工艺流程简单，处理时间短，成本较低，且对晶圆损伤小，能够获得高品质的再生晶圆。
在所述方法中，三种酸性溶液以及酸性溶液的使用顺序缺一不可，对于合金或混合物而言，缺少任意一种或者改变使用顺序可能都无法完全去除铝金属膜。利用本发明提供的方法，三种酸相互配合，既能够去除铝金属膜，又能够防止过多的金属进入之后的工序。
作为本发明的一种优选技术方案，所述王水溶液为盐酸溶液和硝酸溶液的混合液，优选盐酸溶液和硝酸溶液的体积比为(0.5-2):1，例如0.8:1、1:1、1.2:1、1.5:1、1.8:1等。
本发明所述的王水溶液并非目前常规的盐酸:硝酸=3:1的王水溶液，本发明提供的王水溶液能够起到初步去除铝金属膜的作用，若盐酸的添加量过高，则溶液初步去除铝金属膜的效率会下降。
作为本发明的一种优选技术方案，所述盐酸溶液的质量百分浓度为20-35%，22%、25%、28%、30%、32%、35%等。
作为本发明的一种优选技术方案，所述硝酸溶液的质量百分浓度为50-70%，例如52%、55%、58%、60%、62%、65%、68%等。
作为本发明的一种优选技术方案，所述带有铝金属膜的晶圆在王水溶液中的处理时间为1-60 min，例如5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min、35 min、40 min、45min、50 min、55 min等。
作为本发明的一种优选技术方案，所述硫酸溶液的质量百分浓度为50-98%，例如55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%等。
作为本发明的一种优选技术方案，所述硫酸溶液的温度为90-120℃，例如95℃、100℃、105℃、110℃、115℃等。
本发明优选浸渍的硫酸溶液的温度为90-120℃，若浸渍温度过低，则会降低和铝金属膜部分成分的反应活性，降低去除效率。
作为本发明的一种优选技术方案，晶圆在所述硫酸溶液中的处理时间≥10 s，例如15 s、20 s、30 s、40 s、50 s、60 s等。
作为本发明的一种优选技术方案，所述混合液为氢氟酸溶液和过氧化氢溶液的混合液，在所述混合液中，所述氢氟酸溶液和过氧化氢溶液的体积比为(0.1-1):1，例如0.2:1、0.5:1、0.6:1、0.8:1等。
本发明选用氢氟酸和过氧化氢的混合液进行最后一步处理，能够去除铝金属膜中王水和硫酸去不掉的金属成分，相比于仅利用氢氟酸，同时利用氢氟酸和过氧化氢配合，能够尽可能的减少因金属未完全反应而进入完成片的风险。若氢氟酸的添加量过大，则减少了溶液的氧化性能，极有可能会导致金属反应慢，效率低等缺点。
作为本发明的一种优选技术方案，所述氢氟酸溶液的浓度为20-60%，例如25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%等。
作为本发明的一种优选技术方案，所述过氧化氢溶液的浓度为20-31%，例如22%、24%、25%、26%、28%等。
作为本发明的一种优选技术方案，晶圆在所述混合液中的处理时间≥1 s，例如2s、4 s、6 s、8 s、10 s、15 s、20 s等。
作为本发明的一种优选技术方案，在利用酸性溶液对晶圆进行浸泡后，先利用去离子水洗涤，再浸渍下一种酸性溶液。
作为本发明的一种优选技术方案，所述铝金属膜的组成成分包括Al、CrAl7和TiAl3，或，Al和Al2O3，或，硅铝合金、铜铝合金和硅铜铝合金中的任意一种或至少两种的组合。
作为本发明的一种优选技术方案，本发明所述铝金属膜通过化学气相沉积或者溅射的方式沉积在晶圆表面，其结构致密且均匀性较高，极难除去。
本发明所述的方法对各种成分的铝金属膜均具有较优的去除效果，能将铝金属膜完全去除，同时对晶圆的损伤小，再生的晶圆能够继续用于半导体领域，具有良好的应用前景。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的方法在晶圆再生中的应用。
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：
（1）本发明通过采用化学除膜的方式，使用了三种不同的酸性溶液，能够完全去除晶圆表面的铝金属膜，得到再生的晶圆；
（2）本发明提供的方法能够用于不同成分的铝金属膜的去除，工艺流程简单，处理时间短，成本较低，且对晶圆损伤小，能够获得高品质的再生晶圆。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中带有铝金属膜的晶圆照片；
图2为本发明实施例1最后得到的再生后的晶圆照片；
图3为本发明实施例1去除铝金属膜前后的晶圆的对比图；
图4为本发明对比例1最后得到的晶圆照片。
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。
本发明提供的去除晶圆表面铝金属膜的方法包括：将带有铝金属膜的晶圆依次浸渍于王水溶液、硫酸溶液、氢氟酸和过氧化氢的混合液中，得到再生的晶圆。
具体包括：将带有铝金属膜的晶圆浸渍于王水溶液1-60 min，而后取出浸渍90-120℃的硫酸溶液≥10 s，最后浸渍氢氟酸和过氧化氢的混合液中≥1 s，干燥，得到再生的晶圆。
作为本发明的一种具体实施方式，所述王水溶液为盐酸溶液和硝酸溶液的混合液，优选盐酸溶液和硝酸溶液的体积比为(0.5-2):1。
在本发明的一种具体实施方式，所述盐酸溶液的质量百分浓度为20-35%。
在本发明的一种具体实施方式，所述硝酸溶液的质量百分浓度为50-70%。
在本发明的一种具体实施方式，所述硫酸溶液的质量百分浓度为50-98%。
在本发明的一种具体实施方式，所述混合液为氢氟酸溶液和过氧化氢溶液的混合液，在所述混合液中，所述氢氟酸溶液和过氧化氢溶液的体积比为(0.1-1):1。
在本发明的一种具体实施方式，所述氢氟酸溶液的浓度为20-60%。
在本发明的一种具体实施方式，所述过氧化氢溶液的浓度为20-31%。
本发明提供的去除晶圆表面铝金属膜的方法实用性广，能够用于各种成分的铝金属膜的去除，并且能够实现铝金属膜的完全去除，工艺流程简单，处理时间短，成本低；同时对晶圆损伤小，再生的晶圆能够继续应用于半导体领域，具有良好的应用前景。
实施例1
本实施例提供了一种去除晶圆表面铝金属膜的方法。
（1）将质量分数为70%的硝酸19 L和质量分数为35%的盐酸15 L混合配制为王水溶液。
（2）将质量分数为49%的氢氟酸溶液10 L和质量分数为31%的过氧化氢溶液24 L混合配制为氢氟酸/过氧化氢溶液。
（3）将带有铝金属膜的晶圆置于王水溶液中静置30 min，而后利用去离子水洗涤，去掉晶圆表面的王水溶液。
（4）再将晶圆在120℃的质量分数为98%的浓硫酸中静置3 min，而后利用去离子水洗涤，去掉晶圆表面的浓硫酸溶液。
（5）将晶圆在氢氟酸/过氧化氢溶液中静置3 min，而后利用去离子水洗涤，去掉晶圆表面的混合液。
（6）将经过（5）处理完的晶圆干燥，即可得到再生的晶圆。
性能测试1：表观形貌分析
观察晶圆去除铝金属膜前后的表观形貌，结果见图1-3：
图1为实施例1中带有铝金属膜的晶圆照片，图2为实施例1最后得到的再生后的晶圆照片，图3为去除前后的对比图，由图可知，晶圆表面的铝金属膜全部被除去。
实施例2
本实施例提供了一种去除晶圆表面铝金属膜的方法。
（1）将质量分数为50%的硝酸19 L和质量分数为20%的盐酸38 L混合配制为王水溶液。
（2）将质量分数为20%的氢氟酸溶液10 L和质量分数为20%的过氧化氢溶液10 L混合配制为氢氟酸/过氧化氢溶液。
（3）将带有铝金属膜的晶圆置于王水溶液中静置50 min，而后利用去离子水洗涤，去掉晶圆表面的王水溶液。
（4）再将晶圆在90℃的质量分数为50%的浓硫酸中静置15 min，而后利用去离子水洗涤，去掉晶圆表面的浓硫酸溶液。
（5）将晶圆在氢氟酸/过氧化氢溶液中静置15 min，而后利用去离子水洗涤，去掉晶圆表面的混合液。
（6）将经过（5）处理完的晶圆干燥，即可得到再生的晶圆。
实施例3
本实施例提供了一种去除晶圆表面铝金属膜的方法。
（1）将质量分数为60%的硝酸16 L和质量分数为30%的盐酸8 L混合配制为王水溶液。
（2）将质量分数为60%的氢氟酸溶液2 L和质量分数为25%的过氧化氢溶液10 L混合配制为氢氟酸/过氧化氢溶液。
（3）将带有铝金属膜的晶圆置于王水溶液中静置40 min，而后利用去离子水洗涤，去掉晶圆表面的王水溶液。
（4）再将晶圆在100℃的质量分数为80%的浓硫酸中静置10 min，而后利用去离子水洗涤，去掉晶圆表面的浓硫酸溶液。
（5）将晶圆在氢氟酸/过氧化氢溶液中静置10 min，而后利用去离子水洗涤，去掉晶圆表面的混合液。
（6）将经过（5）处理完的晶圆干燥，即可得到再生的晶圆。
实施例4-5
本实施例提供了一种去除晶圆表面铝金属膜的方法。
与实施例1的区别在于，在本实施例中，所述王水溶液中的硝酸溶液和盐酸溶液的体积比为0.4:1（实施例4）、2.5:1（实施例5）。
实施例6
本实施例提供了一种去除晶圆表面铝金属膜的方法。
与实施例1的区别在于，在本实施例中，所述硫酸溶液的温度为80℃。
实施例7-8
本实施例提供了一种去除晶圆表面铝金属膜的方法。
与实施例1的区别在于，在本实施例中，所述氢氟酸溶液和过氧化氢溶液的体积比为0.05:1（实施例7）、2:1（实施例8）。
性能测试2：统计处理时间
在实际应用过程中，不仅需要考虑铝金属膜是否被完全除去，还需要考虑去除铝金属膜的处理时间，使效率最大化，以便于进行工业化应用，各实施例的处理时间见表1：
表1
由表1可知，当王水溶液、硫酸溶液、氢氟酸和过氧化氢的混合液在本发明的优选范围内时，不仅能完全除去晶圆表面的铝金属膜，而且处理时间较短，效率较高，能够进行工业化应用。
对比例1
本对比例提供了一种去除晶圆表面铝金属膜的方法。
与实施例1的区别在于，在本对比例中，省略步骤（4）。
对比例2
本对比例提供了一种去除晶圆表面铝金属膜的方法。
与实施例1的区别在于，在本对比例中，省略步骤（1）和（3）。
对比例3
本对比例提供了一种去除晶圆表面铝金属膜的方法。
与实施例1的区别在于，在本对比例中，先进行步骤（5）再进行步骤（4）。
性能测试3：铝金属膜的去除效果
在目前对于晶圆表面的金属膜的去除中，一般采用目测的形式观察金属膜是否被完全除去，结果如下：
在本发明提供的实施例1-8中，铝金属膜被完全除去；而对比例1提供方法能够除去部分铝金属膜，但是仍有大部分残余，无法实现铝金属膜的完全去除（图4）；对比例2提供的方法完全无法除去铝金属膜，铝金属膜表面基本无变化；对比例3提供的方法能够去除部分铝金属膜，但是当先进行步骤（5）时，铝金属膜中的部分金属成分生成了浓硫酸难以去除的物质，导致铝金属膜无法完全除去且使残余部分反而更难以被除去。
综上，由实施例和性能测试可知，采用本发明提供的方法能够完全去除晶圆表面的铝金属膜，并且在本发明的优选范围内，能够在较短的时间内完成铝金属膜的去除，具有较高的效率。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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 (3)
1.一种去除晶圆表面铝金属膜的方法，其特征在于，所述方法包括：将带有铝金属膜的晶圆依次浸渍于王水溶液、硫酸溶液、氢氟酸和过氧化氢的混合液中，得到再生的晶圆；
所述王水溶液为盐酸溶液和硝酸溶液的混合液，所述盐酸溶液和硝酸溶液的体积比为(0.5-2):1；
所述盐酸溶液的质量百分浓度为20-35%；
所述硝酸溶液的质量百分浓度为50-70%；
所述带有铝金属膜的晶圆在王水溶液中的处理时间为1-60 min；
所述硫酸溶液的质量百分浓度为50-98%；
所述硫酸溶液的温度为90-120℃；
晶圆在所述硫酸溶液中的处理时间≥10 s；
所述混合液为氢氟酸溶液和过氧化氢溶液的混合液，在所述混合液中，所述氢氟酸溶液和过氧化氢溶液的体积比为(0.1-1):1；
所述氢氟酸溶液的浓度为20-60%；
所述过氧化氢溶液的浓度为20-31%；
晶圆在所述混合液中的处理时间≥1 s。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铝金属膜的组成成分包括Al、CrAl7和TiAl3，或，Al和Al2O3，或，硅铝合金、铜铝合金和硅铜铝合金中的任意一种或至少两种的组合。
3.权利要求1或2所述的方法在晶圆再生中的应用。
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