CN103165407B - 一种用于硅片表面制样的表面处理及腐蚀的工艺和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于硅片表面制样的表面处理及腐蚀的工艺和装置，工艺中含有臭氧进入密封的腐蚀腔体内，与硅片表面接触，将硅片表面氧化成致密的氧化膜工序。装置中包括：腐蚀腔体(1)、盖罩(2)，腔体内设有硅片台(4)及通臭氧或氮气入口(1-1)、由氮气作为载体的HF气体入口(1-2)、以及排气孔(1-4)，还包括外设的HF容器(5)，所述的通臭氧或氮气的入口(1-1)串接阀门V2、流量调节阀MFC₁，MFC₁的另一端接三通，三通的一端接氮气管路，三通的另一端接臭氧管路的出口。本发明的优点是：可利用臭氧将硅片表面先形成致密的氧化膜，再将表面氧化膜进行有效的腐蚀，并使硅片表面呈疏水性，有利于下一步用液滴对硅片疏水表面的扫描和金属杂质的收集，工艺简便，装置结构紧凑，易操作，效果好。

Description

一种用于硅片表面制样的表面处理及腐蚀的工艺和装置

技术领域

本发明涉及一种硅片表面制样的腐蚀工艺和装置的改进，尤其适用于表面只有自然氧化膜的硅片。

背景技术

硅片是集成电路中使用最广泛的衬底材料，在半导体的加工工艺中有超过50％的成品损失率是由硅表面的污染所造成的，伴随着电路集成度的日益提高，单元图形尺寸日益微型化，污染物对器件的影响也愈加突出。金属沾污会破坏薄氧化层的完整性、增加漏电流密度、减少少子寿命，影响MOS器件的稳定性。当金属沾污严重时，还会形成雾状缺陷(Haze).因此，我们需要对硅片进行金属沾污测试，目的是确认硅片上金属沾污是否在允许的范围内，以避免不合格品进入随后的加工程序中。

在使用ICP-MS(电感耦合等离子体质谱分析)、TXRF(X射线荧光分析)等对金属沾污的含量进行分析前，我们首先需要将硅片表面的金属沾污杂质收集起来，目前的收集方法主要分两步进行：首先，腐蚀硅片表面的氧化膜，使硅片表面呈疏水性；然后，通过液滴扫描法收集杂质，制取待分析的样品。

硅片表面的腐蚀是硅片表面制样的关键步骤，会影响下一步待分析样本的收集，其原理是：利用氢氟酸(HF)与硅片表面氧化膜(SiO₂)反应，而硅(Si)本身几乎不被腐蚀，反应方程式为：SiO₂+4HF＝SiF₄↑+2H₂O。在腐蚀过程中，附着在自然氧化膜上的表面金属会溶于表面生成的水膜之中，硅片表面亦呈疏水性，便于了下一步液滴扫描和收集。

在实际操作中，由于有些硅片表面的自然氧化膜极薄，尤其是刚完成的外延片，几乎没有氧化膜，这就造成即使经过HF腐蚀过程后，仍无法很好的收集到表面金属杂质的样本。因此，对于这样的硅片，有必要在进行腐蚀过程中，先使其表面形成致密氧化膜再进行腐蚀，以方便后续中表面金属杂质的收集。

发明内容

本发明的目的是提供一种硅片表面制样的表面处理及腐蚀的工艺和装置，本工艺简便，装置紧凑，易操作，有利于液滴扫描法收集杂质，制取待分析的样品。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

这种用于硅片表面制样的表面处理及腐蚀的工艺包括以下步骤：

(1)、将硅片放入腐蚀装置硅片台的支撑柱上，再关闭腐蚀腔体的盖子；

(2)、臭氧进入密封的腐蚀腔体内，与硅片表面接触，将硅片表面氧化成致密的氧化膜，同时排气***的阀门(V5)打开，该过程控制在3-5分钟；

(3)、用氮气将氢氟酸汽雾带入腐蚀腔体内，硅片台下方同时进行降温，使HF汽雾在硅片表面凝结反应，更好的将氧化膜腐蚀掉，多余气体经排气孔(1-4)排入专门的酸排气管道；

(4)、继续向密封的腐蚀腔体内通入氮气，腔体内不再有HF汽雾；

(5)、腐蚀腔体的盖子取出硅片到下一个硅片扫描装置进行硅片表面的扫描和样本收集。

这种用于硅片表面制样的表面处理及腐蚀装置包括：腐蚀腔体(1)、盖罩(2)，腔体内设有硅片台(4)及通臭氧或氮气入口(1-1)、由氮气作为载体的HF气体入口(1-2)、以及排气孔(1-4)，还包括外设的HF容器(5)，通臭氧或氮气的入口(1-1)串接阀门V2、流量调节阀MFC₁，MFC₁的另一端接三通，三通的一端接氮气管路，三通的另一端接臭氧管路的出口。

臭氧管路中包括臭氧发生器(6)，臭氧发生器为氧气经紫外线照射而形成臭氧的臭氧发生器。

所述的由氮气作为载体的HF气体入口管路中设有流量调节阀MFC₂及氮气压力控制阀V6。

本腐蚀装置中，腐蚀腔体1及盖罩2，HF容器5，以及相连管道的部分系利用市场销售的已有设备(型号为：WSPSPAD-Fume厂家：GeMeTec)。本实用新型中所述的臭氧管路是在氮气管路接至MFC₁端并联一臭氧管路。

该装置首先利用臭氧(O₃)的强氧化性，迅速将硅片表面形成致密的氧化膜，再将表面氧化膜进行有效的腐蚀，达到便于下一步液滴扫描和样本收集的目的。

本发明所使用的材料均采用符合集成电路要求的高纯材料，耐酸腐，并且不会带来颗粒、金属沾污。如四氟材料或高分子聚乙稀材料。氮气与氧气均采用高纯气体。

本发明的优点是：先利用臭氧将硅片表面先形成致密的氧化膜，再将表面氧化膜进行有效的腐蚀，并使硅片表面呈疏水性，这样才有利于下一步用液滴对硅片疏水表面的扫描和金属杂质的收集，工艺简便，装置结构紧凑，易操作，效果好。

附图说明

图1：本发明提供的表面处理及腐蚀装置示意图

图2：图1腐蚀腔体硅片台的俯视图

图3：图1中的臭氧发生器示意图

图1、图2、图3中，1为腐蚀腔体，2为盖罩，3为罩盖的控制臂，1-1为腔体的臭氧或氮气入口，1-2为由氮气作为载体的HF气体入口，1-4为排气孔，4为硅片台，硅片台设有承载硅片柱4-1(共3个)，5为HF容器，6为臭氧发生器，6-1为紫外线灯管，V6为氮气压力控制阀。V1、V2、V3、V4、V5为阀门，MFC₁、MFC₂为流量控制阀，V7为压力可靠性阀门。

具体实施方式

本装置包括：腐蚀腔体1及盖罩2，腔体设有臭氧或氮气入口1-1、由氮气作为载体的HF气体入口1-2、以及排气孔1-4，硅片台4。

本实用新型中使用的臭氧是常见的紫外线照射的方法产生，采用波长λ＝185nm的紫外光的灯管，照射氧气分子(O₂)分解并聚合成臭氧(O₃)。臭氧进入密封的腐蚀腔体内，与硅片表面接触，迅速将硅片表面氧化成致密的氧化膜，然后再用氮气将氢氟酸(HF)汽雾带入腐蚀腔体内，硅片台下方同时进行降温，使HF汽雾能够很好的在硅片表面凝结反应，更好的将氧化膜腐蚀掉，多于气体经排气孔1-4排入专门的酸排气管道。然后继续向密封的腐蚀腔体内通入氮气，以确保腔体内不再有HF汽雾，方可打开腐蚀腔体的盖子取出硅片到下一个硅片扫描装置进行硅片表面的扫描和样本收集。

具体操作步骤：

第一步：将硅片放入腐蚀装置硅片台的支撑柱上，再关闭腐蚀腔体的盖子，打开阀门V1、V2，使氧气进入臭氧发生器，产生的臭氧经过流量控制器和阀门V2进入腔体，同时排气***的阀门V5打开，过程控制在3到5分钟；

第二步：关闭阀门V1、V2，打开阀门V3、V4，使氮气经过压力控制阀和流量控制，一部份进入HF容器内，HF浓度为38％，将HF雾化送入腐蚀腔体内，另一部分经过串联的阀门V3、V4将HF容器内产生的HF汽雾经管路带入腔体，同时硅片台下方使用常见的循环冷却水装置对硅片进行降温，使用温控器将温度控制在14℃-16℃，时间控制在10分钟到15分钟之间，在此过程中，确保总氮气压力不低于1000hPa；同时，由于HF的危险性，在氮气进入HF容器处，装一压力可靠性阀门V7，当此路氮气压力大于500hPa时，自动打开，进行排气(本步骤采用已有的型号为：WSPSPAD-Fume设备中的这一步骤)。

第三步：关闭阀门V3、V4，打开阀门V2，使氮气继续进入腔体，将腔体内残余的HF经排气孔排出，过程控制在6到8分钟即可。最后可打开腔体的盖子，将硅片取出到下一个硅片扫描装置进行硅片表面的扫描和样本收集。

Claims (5)

1.一种用于硅片表面制样的表面处理及腐蚀的工艺：其特征在于：它包括以下步骤：

(1)、将硅片放入腐蚀装置硅片台的支撑柱上，再关闭腐蚀腔体的盖子；

(2)、臭氧进入密封的腐蚀腔体内，与硅片表面接触，将硅片表面氧化成致密的氧化膜，同时排气***的阀门(V5)打开，该过程控制在3-5分钟；

(3)、用氮气将氢氟酸汽雾带入腐蚀腔体内，硅片台下方同时进行降温，使HF汽雾在硅片表面凝结反应，更好的将氧化膜腐蚀掉，多余气体经排气孔(1-4)排入专门的酸排气管道；

(4)、继续向密封的腐蚀腔体内通入氮气，腔体内不再有HF汽雾；

(5)、腐蚀腔体的盖子取出硅片到下一个硅片扫描装置进行硅片表面的扫描和样本收集。

2.根据权利要求1所述的一种用于硅片表面制样的表面处理及腐蚀工艺，其特征在于：降温的温度控制在14℃-16℃，时间控制在10分钟到15分钟之间。

3.一种用于权利要求1所述工艺的硅片表面制样的表面处理及腐蚀装置，它包括：腐蚀腔体(1)、盖罩(2)，腔体内设有硅片台(4)及通臭氧或氮气入口(1-1)、由氮气作为载体的HF气体入口(1-2)、以及排气孔(1-4)，还包括外设的HF容器(5)，其特征在于：通臭氧或氮气的入口(1-1)串接阀门V2、流量调节阀MFC₁，MFC₁的另一端接三通，三通的一端接氮气管路，三通的另一端接臭氧管路的出口。

4.根据权利要求3所述的一种用于硅片表面制样的表面处理及腐蚀装置，其特征在于：臭氧管路中包括臭氧发生器(6)，臭氧发生器为氧气经紫外线照射而形成臭氧的臭氧发生器。

5.根据权利要求3所述的一种用于硅片表面制样的表面处理及腐蚀装置，其特征在于：所述的由氮气作为载体的HF气体入口管路中设有流量调节阀MFC₂及氮气压力控制阀V6。