CN117862112A - 一种半导体硅抛光片的去蜡清洗工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体硅抛光片的去蜡清洗工艺。该工艺包括以下步骤：(1)硅片在有蜡抛光完成后，在180秒内转移至稀释双氧水中浸泡2‑10分钟，然后将硅片从陶瓷板上取下时，使硅片始终保持在双氧水中或通过喷淋双氧水的方式保持表面湿润；(2)上一步骤完成后的60分钟内，使用2个SC1、2个双氧水和2个超纯水对硅片进行去蜡清洗，清洗流程为：SC1‑超纯水‑双氧水‑SC1‑超纯水‑双氧水，SC1清洗时间2‑10分钟，双氧水清洗时间0.5‑10分钟；(3)在预清洗前硅片转入双氧水中保存，同时控制在120分钟内对硅片进行预清洗，将硅片由湿变干，再进行最终清洗。本发明能够极大降低沾污和腐蚀对硅片表面的影响，进而获得超高洁净度表面的硅抛光片。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体硅抛光片的去蜡清洗工艺，用于制备表面超高洁净度硅片，属于半导体材料技术领域。
背景技术
随着半导体技术的发展，集成电路产品的性能要求越来越高，物理线宽也越来越窄，同时对硅衬底抛光片的表面洁净度要求越来越高，通过各种技术手段提升硅片表面颗粒品质成为硅片加工的关键工艺。
当前国际上主流的硅衬底材料单面化学机械抛光方法(CMP)，均采用有蜡贴片抛光的方式。有蜡抛光能够很好地控制硅片的几何参数，但同时也存在有机蜡易残留在硅片表面造成颗粒沾污的问题。如果去蜡清洗不彻底，有机蜡黏附在硅片表面，硅片由湿润状态变为干燥状态之后，蜡的黏附力进一步增强，通过最终清洗很难去除残留的沾污，进而影响硅片表面颗粒品质，尤其对65nm-120nm小粒径颗粒的影响尤为明显。
目前行业内普遍采用碱性去蜡剂清洗的方式进行去蜡，这种清洗方式只能保证大于120nm的颗粒有较好的水平，去蜡清洗方式简单，但也存在去蜡不彻底和过度腐蚀的风险，尤其对更小粒径的65nm LPD(光点缺陷，Light Point Defect)和LPDN(无法清除的光点缺陷，Light Point Defect Non-cleanable))影响更为明显。因此，去蜡清洗需要在保证去蜡彻底的同时防止表面过度腐蚀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体硅抛光片的去蜡清洗工艺，该去蜡清洗工艺能够解决去蜡清洗不彻底、易沾污和腐蚀的问题，能够获得超高洁净度表面的硅片。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种半导体硅抛光片的去蜡清洗工艺，包括以下步骤：
(1)硅片在有蜡抛光完成后，在180秒内转移至稀释双氧水中浸泡2-10分钟，该稀释双氧水的体积配比为H2O2∶H2O＝1∶30～1∶500；
(2)在步骤(1)完成后的60分钟内，对硅片进行去蜡清洗，去蜡清洗使用2个1号液(SC1)、2个双氧水和2个超纯水，去蜡清洗工序为：
(a)1号液清洗(SC1)，使用超声清洗，清洗时间为2-10分钟，1号液体积配比为NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶5～1∶2∶100，温度为30-80℃；
(b)超纯水清洗，进行喷淋和快速排水1-3次；
(c)双氧水清洗，体积配比为H2O2∶H2O＝1∶30～1∶500，清洗时间为0.5-10分钟；
(d)1号液清洗(SC1)，使用兆声清洗，清洗时间为2-10分钟，1号液体积配比为NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶5～1∶2∶100，温度为30-80℃；
(e)超纯水清洗，进行喷淋和快速排水1-3次；
(f)双氧水清洗，体积配比为H2O2∶H2O＝1∶30～1∶500，清洗时间为0.5-10分钟；
(3)去蜡清洗完成后，在预清洗开始前，硅片在稀释双氧水中保存，该稀释双氧水的体积配比为H2O2∶H2O＝1∶30～1∶500，同时控制在120分钟内对硅片进行预清洗，将硅片由湿变干，之后再进行最终清洗。
本发明的去蜡清洗工艺适用于5-8英寸硅抛光片。
优选地，在所述步骤(1)中，硅片在有蜡抛光完成后，在小于10秒的时间内转移至稀释双氧水中浸泡5分钟，然后将硅片从陶瓷板上取下，使硅片始终保持在双氧水中或者通过喷淋双氧水的方式保持表面湿润。此步骤的目的在于，抛光完成后硅片迅速进入稀双氧水主要作用是在硅片表面快速形成强亲水性，进而快速稀释表面残留的抛光液，避免进一步腐蚀硅片表面；取片时使硅片一直保持在稀双氧水中或者进行双氧水喷淋，主要是为了保持硅片表面的较强亲水性，防止蜡分子或水中的颗粒分子在硅片表面形成强吸附而难以被清洗去除。硅片进入的稀释双氧水体积配比优选为1∶200，喷淋使用的稀释双氧水体积配比优选为1∶500。
在所述步骤(2)中，抛光完成后在60分钟内进行去蜡清洗，主要原因是硅片在水中浸泡时间越久表面蜡分子或其他沾污的吸附力就越强，因此在步骤(1)完成后优选地不超过30分钟内对硅片进行去蜡清洗，去蜡清洗使用2个1号液(SC1)、2个双氧水和2个超纯水清洗。2个1号液中的氨水主要作用是和蜡反应形成可溶性物质，去除掉表面的蜡，1号液中的双氧水作用一方面通过硅片表面氧化降低氨水的腐蚀作用，另一方面和有机蜡进行氧化反应使之更易被去除；2个双氧水清洗是因为硅片经过1号液清洗后表面亲水性降低，因此主要作用是使硅片表面充分氧化，第1个双氧水清洗保护表面不被过度腐蚀，第2个双氧水清洗增强表面亲水性防止形成颗粒强吸附。2个1号液清洗温度分别优选为70℃，清洗时间优选为5分钟，体积配比分别优选为NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶30和NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶60。第一个SC1使用超声清洗，主要目的去除表面粒径大于120nm的颗粒，超声强度为300±50W，频率为30-130kHZ；优选地，超声强度设置为300W，频率为130kHz。第二个SC1使用兆声清洗，主要目的去除表面粒径小于120nm的颗粒，兆声强度为1000±200W，频率为0.75-1MHZ；优选地，兆声强度设置为1000W，频率为1MHz。1号液清洗后均设置1个超纯水槽进行喷淋和快速排水，硅片进入纯水槽后喷淋常开，并在纯水浸没硅片后立即排水，快速排水时间小于5秒。快速排水时间优选小于2秒，连续进行3次。
优选地，所述步骤(2)中双氧水为稀释双氧水，体积配比H2O2∶H2O＝1∶100，清洗时间3分钟，双氧水更换频次不低于1次/1000片。
优选地，在所述步骤(3)中，稀释双氧水体积配比优选为H2O2∶H2O＝1∶500，优选在去蜡完成后30分钟内对硅片进行预清洗，使硅片从湿的状态变为干的状态。
在所述步骤(1)-(3)中，氨水双氧水纯度为UPS及以上级别，氨水质量百分比为28％-30％，双氧水质量百分比为30-32％，超纯水电阻率为大于18MΩ·cm。
本发明的优点在于：
通过增加去蜡清洗前后硅片表面处理方法，避免表面不被抛光液过度腐蚀和清洗前后形成强吸附沾污，同时去蜡清洗过程一方面提升了蜡的去除效果，另一方面保护了表面不被过度腐蚀和二次沾污，去蜡后获得无蜡沾污的和易于清洗的硅片表面，对于65nm-120nm粒径的LPD和LPDN水平提升明显，且实现过程简单，和后续预清洗及最终清洗使用的化学液种类一致，能够满足目前集成电路对于超高表面洁净度的高要求。
附图说明
图1为实施例1及对比例1、对比例2和对比例3的表面颗粒(LPD+LPDN数量)箱线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不意味着对本发明保护范围的限制。
本发明所提供的一种半导体硅抛光片的去蜡清洗工艺包括：使用不二越的SPM-23抛光机进行硅片抛光，抛光工艺参数和辅料为业内普遍使用的参数和辅料，抛光后在去蜡清洗前使用稀双氧水对硅片表面进行预处理，使用2个1号液(SC1)、2个双氧水和2个超纯水进行去蜡清洗，去蜡完成后再次使用稀双氧水进行保存，最后硅片进行预清洗和最终清洗，预清洗和最终清洗采用RCA清洗方法(1号液和2号液清洗)，清洗完成后使用SP2测试硅抛光片的表面颗粒。
实施例1
为了排除单晶COP缺陷的影响，实施例选择8英寸轻掺硼COP-free单晶制成的硅片，进行粗抛、粗抛、中抛、精抛的有蜡抛光，精抛完成后，在10秒内转移至体积配比为H2O2∶H2O＝1∶200的稀释双氧水中浸泡5分钟，然后将硅片从陶瓷板上取下，取片过程中使用体积配比为H2O2∶H2O＝1∶500的稀双氧水对硅片表面进行喷淋，取片完后立即对硅片进行去蜡清洗，去蜡清洗流程为SC1清洗-超纯水清洗-双氧水清洗-SC1清洗-超纯水清洗-双氧水清洗，2个SC1(1号液)清洗温度70℃，清洗时间5分钟，体积配比分别为NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶30和NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶60，第一个SC1使用超声清洗，超声功率设置为300W，频率为130kHz，第二个SC1使用兆声清洗，兆声功率设置为1000W，频率为1MHz；2个双氧水清洗时间3分钟，体积配比均为H2O2∶H2O＝1∶100。超纯水清洗槽进行喷淋和快速排水，快速排水时间小于2秒，连续进行3次。
去蜡清洗完成后转入体积配比为H2O2∶H2O＝1∶500稀释双氧水中，后对硅片进行预清洗，将硅片由湿变干，再进行最终清洗，预清洗和最终清洗使用常规的RCA清洗法(1号液和2号液搭配)。氨水双氧水纯度为UPS及以上级别，氨水质量百分比为28％-30％，双氧水质量百分比为30-32％，超纯水电阻率为18.2MΩ·cm。
对比例
安排三种去蜡清洗工艺作为对比例，和实施例一样，对比例均采用8英寸轻掺硼COP-free单晶制成的硅片，所用氨水双氧水和实施例纯度等级、浓度均相同。
对比例1，选择和实施例1同样的硅片，将去蜡清洗改为只使用碱性去蜡剂和超纯水进行去蜡清洗，去蜡时间和实施例1相同，其他工艺条件和流程均与实施例1相同。
对比例2，选择和实施例1同样的硅片，硅片去蜡清洗流程改为SC1清洗-超纯水清洗-SC1清洗-超纯水清洗，其他工艺条件和流程均与实施例1相同。
对比例3，选择和实施例1同样的硅片，去蜡清洗前后均在超纯水中进行取片和保存，其他工艺条件和流程均与实施例1相同。
用实施例1方式和三种对比例方式加工硅片，加工完成后用SP2测试表面65nm的LPD+LPDN的数量。
图1是实施例1所述批次与三种对比例批次使用SP2测试65nm的LPD+LPDN的数据对比箱线图。综上可见，实施例1中经过本发明去蜡清洗的抛光片表面颗粒结果相比对比例去蜡清洗结果，本发明去蜡清洗的硅片表面颗粒品质更加优良，65nm的LPD+LPDN均值和数值分布均优于对比例，本发明去蜡清洗方式具备硅片表面沾污和腐蚀缺陷少以及硅片表面易于清洗的优点，能够获得高品质的硅抛光片。
Claims (9)
1.一种半导体硅抛光片的去蜡清洗工艺，包括以下步骤：
(1)硅片在有蜡抛光完成后，在180秒内转移至稀释双氧水中浸泡2-10分钟，该稀释双氧水的体积配比为H2O2∶H2O＝1∶30～1∶500；
(2)在步骤(1)完成后的60分钟内，对硅片进行去蜡清洗，去蜡清洗使用2个1号液(SC1)、2个双氧水和2个超纯水，去蜡清洗工序为：
(a)1号液清洗(SC1)，使用超声清洗，清洗时间为2-10分钟，1号液体积配比为NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶5～1∶2∶100，温度为30-80℃；
(b)超纯水清洗，进行喷淋和快速排水1-3次；
(c)双氧水清洗，体积配比为H2O2∶H2O＝1∶30～1∶500，清洗时间为0.5-10分钟；
(d)1号液清洗(SC1)，使用兆声清洗，清洗时间为2-10分钟，1号液体积配比为NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶5～1∶2∶100，温度为30-80℃；
(e)超纯水清洗，进行喷淋和快速排水1-3次；
(f)双氧水清洗，体积配比为H2o2∶H2O＝1∶30～1∶500，清洗时间为0.5-10分钟；
(3)去蜡清洗完成后，在预清洗开始前，硅片在稀释双氧水中保存，该稀释双氧水的体积配比为H2O2∶H2O＝1∶30～1∶500，同时控制在120分钟内对硅片进行预清洗，将硅片由湿变干，之后再进行最终清洗。
2.根据权利要求1所述的抛光片的去蜡清洗工艺，其特征在于，所述硅片为5-8英寸硅片，使用常规的粗抛-粗抛-中抛-精抛的抛光流程加工。
3.根据权利要求1所述的抛光片的去蜡清洗工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，硅片整个取片过程均浸泡在稀释双氧水中，或者使用稀双氧水对硅片表面进行喷淋，使硅片表面始终保持湿润状态。
4.根据权利要求3所述的抛光片的去蜡清洗工艺，其特征在于，所述步骤(1)中，用于浸泡硅片的稀释双氧水体积配比为H2O2∶H2O＝1∶200，喷淋使用的稀释双氧水体积配比为H2O2∶H2O＝1∶500。
5.根据权利要求1所述的抛光片的去蜡清洗工艺，其特征在于，所述步骤中使用的氨水、双氧水纯度为UPS及以上级别，氨水质量百分比为28％-30％，双氧水质量百分比为30-32％，超纯水电阻率大于18MΩ·cm。
6.根据权利要求1所述的抛光片的去蜡清洗工艺，其特征在于，所述工序(a)中的1号液体积配比为NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶30，温度为70℃，清洗时间为5分钟；所述工序(d)中的1号液体积配比为NH4OH∶H2O2∶H2O＝1∶2∶60，温度为70℃，清洗时间为5分钟；所述工序(c)和(f)中双氧水的体积配比为H2O2∶H20＝1∶100。
7.根据权利要求1所述的抛光片的去蜡清洗工艺，其特征在于，所述步骤(2)中超声强度为300±50W，频率为30-130kHZ；兆声强度为1000±200W，频率为0.75-1MHZ，硅片进入纯水槽后喷淋常开，并在纯水浸没硅片后立即排水，排水时间小于5秒。
8.根据权利要求1所述的抛光片的去蜡清洗工艺，其特征在于，所述步骤(2)中，双氧水更换频次不低于1次/1000片。
9.根据权利要求1所述的抛光片的去蜡清洗工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，稀释双氧水的体积配比为H2O2∶H2O＝1∶500，预清洗及之后的最终清洗为业内常规使用的RCA清洗，去蜡完成后在30分钟内对硅片进行预清洗。
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- 2024-01-08 CN CN202410032589.7A patent/CN117862112A/zh active Pending
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