CN110712119B - 一种利用cmp设备进行硅片后清洗的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种利用CMP设备进行硅片后清洗的方法。该方法包括如下步骤：在CMP设备上，将清洗液通入当化学机械抛光机完成常规硅片抛光工序的抛光工作后，更换抛光盘，打开清洗液管路，关闭抛光液管路，进入清洗工序；完成清洗工序后，关闭清洗液管路，打开去离子水管路，通入去离子水，进行去离子清洗；最后取出硅片，氮气吹干15‑30s，完成抛光及清洗工序。本发明清洗方法工艺简单，无二次污染，实现了抛光与清洗一体化，减少专门清洗设备的投入，并提高了清洗效率。

Description

一种利用CMP设备进行硅片后清洗的方法
技术领域:
本发明涉及一种用于在化学机械抛光之后对硅片进行的表面清洗，特别是利用CMP设备进行后清洗的方法。
背景技术:
在半导体工业中，硅单晶片表面颗粒污染在P-N结扩散制作时生成钉子模型，导致低击穿、管道击穿、表面电阻、光刻针孔等，严重影响质量降低成品率。同时钠、镁、铜等重金属杂质会使硅晶片少子寿命下降，漏电流增加，P-N结软击穿，材料电阻率也会发生变化，严重影响器件的可靠性和稳定性。RMS(微粗糙度)的增加会降低器件的栅极氧化层完整性，从而影响其击穿场强、击穿电荷密度、降低沟道载流子迁移率、影响器件的频率特性，还会在氧化层中引入空位、悬挂键等，影响其固定电荷，从而影响器件的稳定性。因此在集成电路生产中清洗去除微粒，金属离子，有机物等是极其重要的。
传统的清洗方法主要为RCA湿法清洗，清洗液中含有腐蚀性的硫酸、盐酸、硝酸、氨水等非环保排放物，而且使用多槽式清洗，每一步清洗液清洗后都跟着一道去离子水超声清洗，清洗复杂，设备占用场地多，且使用强酸强碱会对硅片产生腐蚀，导致表面粗糙。因此，从环保方面、洗净度方面、清洗效果均匀度方面、清洗剂成本、工艺效率等方面，提出利用化学机械抛光(CMP)设备相结合的清洗方法。这样就解决了工艺复杂，操作繁琐，清洗效率低的问题。
发明内容:
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提出一种利用抛光机来完成抛光后清洗的方法。该清洗过程在当前CMP设备上完成，通过对应的清洗液配置、适合的抛光参数的设计，可以实现硅片表面颗粒有效去除。本发明清洗后的硅片上无颗粒、有机物残留；清洗过程不会影响抛光效果，清洗后硅片粗糙度可达0.1-1nm。由于清洗过程直接在CMP设备上进行，该清洗方法工艺简单，无二次污染，实现了抛光与清洗一体化，减少专门清洗设备的投入，并提高了清洗效率。
本发明的技术方案为：
一种利用CMP设备进行硅片后清洗的方法，该方法包括如下步骤：
(1)配置清洗液：
将FA/OⅠ型表面活性剂、FA/OⅠ型螯合剂、氧化剂依次加入到去离子水中，搅拌5-10分钟后得到清洗液；
其中，体积比为FA/OⅠ型表面活性剂：FA/OⅠ型螯合剂：氧化剂：去离子水＝50～100:20:1:2000～2500；
所述的氧化剂为过硫酸铵溶液或过氧化氢溶液；
(2)清洗方法
将清洗液通入化学机械抛光机的清洗液管路；当化学机械抛光机完成常规硅片抛光工序的抛光工作后，更换抛光盘，打开清洗液管路，关闭抛光液管路，进入清洗工序；
清洗液清洗工序参数为：工作压力0.5-0.8psi，背压为0.5-0.8psi；抛头转速60-80rpm，抛光垫转速60-85rpm，清洗液流量为100ml/min-1000ml/min，清洗时间为1min-3min；
完成清洗工序后，关闭清洗液管路，打开去离子水管路，通入去离子水，进行清洗，去离子水清洗工序参数为：工作压力0.2-0.5psi，背压0.2-0.5psi；抛头转速为65～80rpm，抛光垫转速为60～80rpm，去离子水流量为1000ml/min-3000ml/min，清洗时间为0.5min-1min；
(3)最后取出硅片，氮气吹干15-30s，完成抛光及清洗工序。
本发明采用CMP进行硅片抛光后清洗，与其它的清洗方法相比更为先进。本发明的创新之处是硅片抛光后直接利用CMP设备清洗，实现了一体化，环保，操作简单，清洗效率高。
本发明的实质性特点为：
传统的清洗方法中，采用多槽式清洗技术，每一步清洗液清洗后都跟着一道去离子水超声清洗，清洗复杂，设备占用场地多。而要实现本发明在CMP设备上进行清洗工序，需要考虑解决的问题是硅片抛光后，要解决的问题是通过抛光设备去除表面的抛光液沾污，重点是颗粒沾污，有机物沾污以及金属离子沾污。
本发明在当前通用的CMP设备基础上，经过简单改变/增设清洗液管路，更换抛光盘步骤，选取不同于常规压力转速等参数，和适合的清洗液，实现了不仅达到了清洗要求，还不损伤设备。
本发明有益效果为：
1、节省了设备投入
本发明用于在半导体工业中，硅片的抛光后清洗。利用CMP设备进行硅片抛光后清洗方法，可实现不用传统槽式超声清洗设备，每套清洗设备几十到几百万元，因此可以节省大量成本。
2、节能环保
利用CMP设备进行硅片抛光后清洗，工艺简单，相比于槽式清洗，可节约大量的去离子水，且采用环境友好试剂，避免了强酸碱对环境及设备的污染。
3、清洗效果优异
利用CMP设备进行硅片抛光后清洗后表面无颗粒与有机物残留、粗糙度达到亚纳米级。
综上，在环保方面、洗净度方面、清洗效果均匀度方面、清洗剂成本、工艺效率等方面都有很大的改善。
附图说明
图1实施例1中的AFM图。
图2实施例1中的硅片XPS测试谱图。
图3实施例1中通用RCA清洗后的硅片XPS测试谱图。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
本发明所述的CMP设备为当前通用的CMP设备，具体为法国Alpsitec公司的E460抛光机，将抛光机上的备用管路(3号进液管路)作为清洗液进液管路，这样，1号进液管路接入CMP抛光液，2号管路接入去离子水，3号管路接清洗液。或者也可以单独设置和备用管路一样的外置管路，来作为清洗液进液管路。
工作时，启动CMP设备，可以对硅片进行正常抛光后进行本发明的清洗工艺；也可以将抛光后硅片在CMP设备上实施本发明的清洗工艺。
本发明所述的FA/OⅠ型表面活性剂、FA/OⅠ型螯合剂具体为天津晶岭微电子材料有限公司生产。
实施例1：
利用CMP设备进行硅片后清洗：先对硅片用CMP机台进行正常抛光工艺，用去离子水冲洗，然后将硅片吸在抛头上，更换抛光盘，修整抛光垫1min。
1.配置清洗液，分别取体积比为FA/OⅠ型表面活性剂：FA/OⅠ型螯合剂：0.5mol/L的过硫酸铵溶液：去离子水＝100:20:1:2500，配制5L，依次加入到烧杯中，用搅拌器搅拌5分钟，然后配置好的清洗液通入抛光机的备用进液管路中。
2.调整CMP清洗时的工艺参数，清洗液清洗时抛光机的工作压力0.5psi，背压0.5psi；清洗液清洗时抛光机的抛头转速60rpm，抛光垫转速60rpm，清洗液流量100ml/min，清洗时间1min。去离子水清洗时抛光机的工作压力0.2psi，背压0.2psi；去离子水清洗时抛光机的抛头转速80rpm，抛光垫转速80rpm，去离子水流量3000ml/min，清洗时间0.5min。
3.开始启动CMP设备，进行清洗液清洗，再进行去离子水清洗。
4.最后取下硅片，氮气吹干30s，测试。
经强光灯检测表面无残留颗粒，无雾状缺陷，AFM检测表面粗糙度为0.258nm(图1)，XPS测试硅片表面碳原子含量为9.33％(图2、表1)，远低于RCA清洗后的17.33％(图3、表1)，符合硅片表面清洗要求。
表1实施例一与通用RCA清洗后的硅片表面元素的相对百分含量
Element 本发明 RCA
C1S 9.33 17.73
O1S 40.83 40.97
Si2P 49.85 41.3
实施例2：
利用CMP设备进行硅片后清洗：先对硅片用CMP机台进行正常抛光工艺，用去离子水冲洗，然后将硅片吸在抛头上，更换抛光盘，修整抛光垫1min。
1.配置清洗液，分别取体积比FA/OⅠ型表面活性剂：FA/OⅠ型螯合剂：双氧水(浓度为30％)：去离子水＝50:20:1:2000，配制5L，依次加入到烧杯中，用搅拌器搅拌5分钟，然后配置好的清洗液通入抛光机的备用进液管路中。
2.调整CMP清洗时的工艺参数，清洗液清洗时抛光机的工作压力0.8psi，背压0.8psi；清洗液清洗时抛光机的抛头转速80rpm，抛光垫转速85rpm，清洗液流量1000ml/min，清洗时间2min。去离子水清洗时抛光机的工作压力0.5psi，背压0.5psi；去离子水清洗时抛光机的抛头转速65rpm，抛光垫转速60rpm，去离子水流量1000ml/min，清洗时间1min。
3.开始启动CMP设备，进行清洗液清洗，再进行去离子水清洗。
4.最后取下硅片，氮气吹干15s，测试。
经强光灯检测表面无残留颗粒，无雾状缺陷，粗糙度小于1nm，符合硅片表面清洗要求。
实施例3
利用CMP设备进行硅片后清洗：先对硅片用CMP机台进行正常抛光工艺，用去离子水冲洗，然后将硅片吸在抛头上，更换抛光盘，修整抛光垫1min。
1.配置清洗液，分别取体积比为FA/OⅠ型表面活性剂：FA/OⅠ型螯合剂：0.5mol/L的过硫酸铵溶液：去离子水＝80:20:1:2200，配制5L，依次加入到烧杯中，用搅拌器搅拌5分钟，然后配置好的清洗液通入抛光机的备用进液管路中。
2.调整CMP清洗时的工艺参数，清洗液清洗时抛光机的工作压力0.6psi，背压0.6psi；清洗液清洗时抛光机的抛头转速70rpm，抛光垫转速70rpm，清洗液流量600ml/min，清洗时间3min。去离子水清洗时抛光机的工作压力0.4psi，背压0.4psi；去离子水清洗时抛光机的抛头转速75rpm，抛光垫转速70rpm，去离子水流量2000ml/min，清洗时间0.8min。
3.将抛光后硅片吸在抛头上，开始启动CMP设备，进行清洗液清洗，再进行去离子水清洗。
4.最后取下硅片，氮气吹干20s，测试。
经强光灯检测表面无残留颗粒，无雾状缺陷，粗糙度小于1nm，符合硅片表面清洗要求。
对比例1
其他步骤同实施例1，不同之处为，清洗液清洗时抛光机的操作参数为普通常规的抛光参数：抛光参数：工作压力1.5-3psi，背压1.5-3psi，转速50～60转/分；
清洗后得到的产品，经检测发现：AFM粗糙度为2.04nm，强光灯下存在明显雾状缺陷，产生划伤。
对比例2
其他步骤同实施例1，不同之处为，采用的清洗液为当前的含有强酸强碱的RCA清洗液。
清洗后经检测发现：CMP设备上进行清洗，会造成设备抛光设备的抛光盘腐蚀损坏。
本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (1)

1.一种利用CMP设备进行硅片后清洗的方法，其特征为该方法包括如下步骤：
(1)配置清洗液：
将FA/OⅠ型表面活性剂、FA/OⅠ型螯合剂、氧化剂依次加入到去离子水中，搅拌5-10分钟后得到清洗液；
其中，体积比为FA/OⅠ型表面活性剂：FA/OⅠ型螯合剂：氧化剂：去离子水＝50～100:20:1:2000～2500；
(2)清洗方法
将清洗液通入化学机械抛光机的清洗液管路；当化学机械抛光机完成常规硅片抛光工序的抛光工作后，更换抛光盘，打开清洗液管路，关闭抛光液管路，进入清洗工序；
清洗液清洗工序参数为：工作压力0.5-0.8psi，背压为0.5-0.8psi；抛头转速60-80rpm，抛光垫转速60-85rpm，清洗液流量为100ml/min-1000ml/min，清洗时间为1min-3min；
完成清洗工序后，关闭清洗液管路，打开去离子水管路，通入去离子水，进行去离子水清洗，去离子水清洗工序参数为：工作压力0.2-0.5psi，背压0.2-0.5psi；抛头转速为65～80rpm，抛光垫转速为60～80rpm，去离子水流量为1000ml/min-3000ml/min，清洗时间为0.5min-1min；
(3)最后取出硅片，氮气吹干15-30s，完成抛光及清洗工序；
所述的氧化剂为过硫酸铵溶液或过氧化氢溶液。
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