CN103736690B - 硅片清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅片清洗方法包括：提供待清洗硅片，对该硅片采用多重频率的超声波进行清洗。在不同的清洗时间段中对不同的超声波频率采用不同的功率，从而能够有效的增强湿法清洗工艺窗口。

Description

硅片清洗方法
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种硅片的超声波清洗方法。
背景技术
半导体的清洗工艺随着半导体的非常发展也有了巨大的变化，工作方式从批式到单片式，药液的种类也越来越多。从传统的APM(SC1:NH4OH/H2O2/H2O)、2号液(HCl/H2O2/H2O)、SPM(H2SO4/H2O2/H2O)、再到多种专门的无机药液如用于硅片减薄的药液、有机药液，如用于介质刻蚀之后的湿法去胶ST-250、N-311；以及铝刻蚀之后的SST-A2、EKC药液等。
湿法工艺在半导体中的清洗工艺主要集中在进炉管之前的清洗和刻蚀之后的清洗。进炉管之前的清洗主要是用于去除硅片表面的颗粒及金属、有机沾污等。刻蚀之后的清洗主要是用于去除光刻胶带来的聚合物残留，刻蚀的反应副产物等。
超声波清洗由于其清洗效率高、能够节约药液等特点在在湿法工艺中得到了广泛的应用。超声波在湿法清洗工艺中的原理，主要是高频振荡信号通过换能器转换成高频机械振荡而传播到清洗药液中，声波在液体中是以正弦曲线纵向传播，强弱相间，弱的声波会对液体产生一定的负压，使得液体体积增加，液体中的分子空隙增大，形成许多微小的气泡，而当强的声波信号作用于液体时，则会对液体产生一定的正压，即液体体积被压缩减小，当液体中气泡的破裂会产生能量极大的冲击波，从而起到清洗的作用。
随着半导体工艺的发展，特征尺寸越来越小，对超声波的要求也越来越高，要求降低气泡破裂产生的瞬时冲击，从而降低对小尺寸结构的损伤。通常的解决方法是增加超声波的频率，这样可以减小气泡的体积，或同时调节超声波换能器与清洗表面的距离，避免气泡的破裂。目前半导体清洗工艺中超声的频率可达到3MHz。
由于超声波换能器存在一个谐振频率，所以超声清洗中一般是固定一个频率。当然也有采用多个频率，如美国专利(US005581144A)中可以通过形状的设计，从而可以选择高/低频率的超声波清洗，但每次只能固定一个频率进行清洗。美国专利(US0013355)中对批式、单片式的方式提出两种频率的清洗方式，其中对于单片式的清洗的两种频率是分别加载在硅片的边缘和当中，其缺点是由于超声波在药液中纵向传递的特性，在硅片边缘的超声波清洗效果有限。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，而提供一种采用多频超声波的单片式硅片清洗方法，从而有效清洁硅片表面或刻蚀之后小结构中的各种沾污、残留，扩大清洗窗口。
本发明的硅片清洗方法包括：提供待清洗硅片，对该硅片采用多重频率的超声波进行清洗。
进一步地，该多重频率超声波选自低频20KHz-1MHz、中频1MHz-2MHz和高频2MHz-3MHz中的至少两种频率。
进一步地，该清洗方法包括连续的三个清洗时间段，每个清洗时间段均同时以两种频率的超声波进行清洗。
进一步地，第一时间段中所用低频超声波的功率密度为0.5-1.0W/cm2，高频超声波的功率密度为0.1-0.5W/cm2，且低频超声波的功率密度是高频超声波的3倍以上；第二时间段中所用低频超声波的功率密度为0.1-0.5W/cm2，高频超声波的功率密度为0.3-1.0W/cm2，且高频超声波的功率密度是低频超声波的3倍以上；第三时间段中所用低频超声波的功率密度<0.1W/cm2，高频超声波的功率密度为0.1-1.0W/cm2。
进一步地，整个清洗时间中，第一时间段为0-15秒，第二时间段为16-30秒，第三时间段为31-50秒。
进一步地，该清洗方法所用的超声波发生器的形状为扇形或条形。
进一步地，该扇形的角度为0-180°且不为0°。
进一步地，该清洗方法所用的清洗试剂是含有纯水、H2SO4、HCl、NH4OH、H2O2中一种或多种的混合试剂。
进一步地，该清洗方法中硅片的旋转速度为100-1000rpm（转/分）。
进一步地，该清洗方法还包括对清洗试剂的加热。
本发明提供的硅片清洗方法，在不同的清洗时间段中对不同的超声波频率采用不同的功率，从而能够有效的增强湿法清洗工艺窗口。
附图说明
为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：
图1是本发明硅片清洗方法的流程示意图；
图2是本发明第一实施例的超声波发生器形状。
具体实施方式
请参阅图1，本实施例的硅片选用经过刻蚀后的硅衬底，清洗试剂是SPM(H2SO4/H2O2/H2O)，本实施例的硅片清洗方法包括：
提供待清洗硅衬底，将其置于旋转夹盘上，开启时间控制装置，通过喷嘴将120℃的SPM清洗试剂持续注入到硅衬底上进行清洗；清洗过程中，采用多重频率的超声波进行清洗，旋转夹盘的旋转速度为500rpm（转/分）。
其中，本实施例的多重频率超声波选自低频20KHz-1MHz、中频1MHz-2MHz和高频2MHz-3MHz中的至少两种频率。具体地，本实施例包括连续的三个清洗时间段，第一时间段（0-15秒）中所用低频超声波的功率密度为0.5-1.0W/cm2，高频超声波的功率密度为0.1-0.5W/cm2，且低频超声波的功率密度是高频超声波的3倍以上；第二时间段（16-30秒）中所用低频超声波的功率密度为0.1-0.5W/cm2，高频超声波的功率密度为0.3-1.0W/cm2，且高频超声波的功率密度是低频超声波的3倍以上；第三时间段（31-50秒）中所用低频超声波的功率密度<0.1W/cm2，高频超声波的功率密度为0.1-1.0W/cm2。
更具体地，在清洗的初始时间段5、7、10秒时，1MHz频率超声波的功率密度为0.1W/cm2、0.2W/cm2、0.3W/cm2，3MHz频率超声波的功率密度为0.9W/cm2、0.8W/cm2、0.7W/cm2；在16、18、20秒时，1MHz频率超声波的功率密度为0.1W/cm2、0.2W/cm2、0.3W/cm2，3MHz频率超声波的功率密度为0.9W/cm2、0.8W/cm2、0.7W/cm2；在35、45、50秒时，1MHz频率超声波的功率密度为0W/cm2；3MHz频率超声波的功率密度为1W/cm2。
通过三个清洗时间段两种频率超声波功率密度的改变，可以大大提高清洗效果，清除不同尺寸的沾污。
在本实施例中，超声波发生器的形状是30°的扇形。在其他实施例中，该形状还可以是其他角度的扇形或条形。
在其他实施例中，待清洗的硅衬底可以是平面也可以包含有刻蚀之后结构如双大马士革结构等，该衬底可以选自N型硅衬底、P型硅衬底、绝缘层上的硅（SOI）等衬底。
在其他实施例中，在清洗硅片的同时，可以对清洗试剂进行加热，以进一步提高清洗效率。

Claims (7)

1.一种硅片清洗方法，其特征在于，包括：提供将待清洗硅片，对该硅片进行连续的三个时间段的超声波清洗，且每个清洗时间段均同时以两种频率的超声波进行清洗，第一时间段中所用低频超声波的功率密度为0.5-1.0W/cm2，高频超声波的功率密度为0.1-0.5W/cm2，且低频超声波的功率密度是高频超声波的3倍以上；第二时间段中所用低频超声波的功率密度为0.1-0.5W/cm2，高频超声波的功率密度为0.3-1.0W/cm2，且高频超声波的功率密度是低频超声波的3倍以上；第三时间段中所用低频超声波的功率密度<0.1W/cm2，高频超声波的功率密度为0.1-1.0W/cm2，其中，低频超声波的频率范围为20KHz-1MHz，高频超声波的频率范围为2MHz-3MHz。
2.根据权利要求1所述的硅片清洗方法，其特征在于：该清洗方法所用的超声波发生器的形状为扇形或条形。
3.根据权利要求2所述的硅片清洗方法，其特征在于：该扇形的角度为0-180°且不为0°。
4.根据权利要求1所述的硅片清洗方法，其特征在于：整个清洗时间中，第一时间段为0-15秒，第二时间段为16-30秒，第三时间段为31-50秒。
5.根据权利要求1所述的硅片清洗方法，其特征在于：该清洗方法所用的清洗试剂是含有纯水、H2SO4、HCl、NH4OH、H2O2中一种或多种的混合试剂。
6.根据权利要求1所述的硅片清洗方法，其特征在于：该清洗方法中硅片的旋转速度为100-1000rpm。
7.根据权利要求1所述的硅片清洗方法，其特征在于：该清洗方法还包括对清洗试剂的加热。
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