CN116631848A

CN116631848A - 一种改善硅抛光片表面金属和颗粒品质的硅片的清洗方法

Info

Publication number: CN116631848A
Application number: CN202310890445.0A
Authority: CN
Inventors: 王玥; 王正阳; 于兴瑞; 于亚迪; 孙艳美; 潘世林; 张荣彬
Original assignee: Shandong Youyan Aisi Semiconductor Material Co ltd
Current assignee: Shandong Youyan Aisi Semiconductor Material Co ltd
Priority date: 2023-07-20
Filing date: 2023-07-20
Publication date: 2023-08-22

Abstract

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种改善硅抛光片表面金属和颗粒品质的硅片的清洗方法。至少包括以下步骤：采用SC1清洗液对硅片进行清洗；用超纯水冲洗；采用SC2清洗液对硅片进行清洗；用超纯水冲洗；采用添加有螯合剂的SC1清洗液对硅片进行清洗；用超纯水冲洗；干燥。本发明的清洗方法，可以有效地改善硅抛光片表面金属和颗粒品质，提升硅抛光片的表面洁净度，提高后工序外延和器件加工的成品率。并且，采用本发明的清洗方法无需对清洗设备进行改造，具有操作简单、清洗效果好和运行稳定性高的特点。

Description

一种改善硅抛光片表面金属和颗粒品质的硅片的清洗方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种改善硅抛光片表面金属和颗粒品质的硅片的清洗方法。

背景技术

半导体材料作为IC（Integrated Circuit）技术中最重要的基础功能材料发挥着极其重要的作用，而硅是制作半导体器件最容易获得的基础材料，其应用非常广泛。单晶硅作为外延衬底材料，其表面状态会直接影响外延层的生长，从而影响到器件的性能，因而IC制造对硅片表面特性有更高的要求。随着半导体元件制程日益精密与复杂，因此对硅片表面洁净度的要求也日益提高。半导体硅片经单晶生长、滚磨、切片、研磨、腐蚀、抛光、最终检测等多道加工过程制造而成，其中很多步骤都涉及到清洗过程，硅片的表面洁净度直接影响硅片作为外延衬底材料的表面状态。硅片清洗的具体目的，在于清除晶圆表面的所有污染源，如颗粒、金属离子及有机物。

传统的RCA清洗方法包含两种清洗液，SC1为NH₄OH、H₂O₂和H₂O的混合液，简称为APM，一般的浓度配方在1：1：5至1：2：7之间，最合适的清洗温度在50 ~ 80℃之间，SC-1具有较高的pH值，可以借由氧化机制来有效地去除残留在硅片表面的微粒和有机物；另外，SC2为HCl、H₂O₂和H₂O的混合溶液，简称为HPM，一般的浓度配方在1：1：6至1：2：8之间，最合适的清洗温度在50 ~ 80℃之间，SC2具有较低的pH值，可以与残留在硅片表面的金属形成可溶性物质，达到去除表面金属的作用。经SC1清洗后的硅抛光片可有效地去除硅片表面的颗粒及有机物，但进入SC2进行去除金属清洗时，又会带来颗粒沾污，降低了硅片表面洁净度。因此，无论是以SC1还是SC2作为最后一步清洗，都无法同时有效地去除硅片表面的颗粒、有机物和金属，难以得到表面洁净度高的硅抛光片。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种改善硅抛光片表面金属和颗粒品质的硅片的清洗方法，用于硅抛光片的清洗。

本发明提供了一种改善硅抛光片表面金属和颗粒品质的硅片的清洗方法，至少包括以下步骤：

S1、采用SC1清洗液对硅片进行清洗；

S2、用超纯水冲洗；

S3、采用SC2清洗液对硅片进行清洗；

S4、用超纯水冲洗；

S5、采用添加有螯合剂的SC1清洗液对硅片进行清洗；

S6、用超纯水冲洗；

S7、干燥。

可选的，在S1中，SC1清洗液的组成为：氨水、双氧水、纯水的体积比为1：1：20；氨水的质量百分比浓度为28% ~ 30%，双氧水的质量百分比浓度为30% ~ 32%；清洗的温度为60~ 70℃；清洗的时间为7 ~ 8 min。

可选的，在S1和/或S5中，清洗的同时采用兆声；和/或，兆声的功率为800 ~ 900W。

可选的，在S3中，SC2清洗液的组成为：盐酸、双氧水、纯水的体积比为1：1：7；盐酸的质量百分比浓度为36% ~ 38%，双氧水的质量百分比浓度为30% ~ 32%；清洗的温度为60~ 70℃；清洗的时间为7 ~ 8 min。

可选的，在S5中，SC1清洗液的组成为：氨水、双氧水、纯水的体积比为1：1：20；氨水的质量百分比浓度为28% ~ 30%，双氧水的质量百分比浓度为30% ~ 32%；螯合剂与SC1清洗液的质量比为1：100；清洗的温度为60 ~ 70℃；清洗的时间为7 ~ 8 min。

可选的，在S5中，螯合剂选自次氮基三乙酸三钠盐一水合物。

可选的，在S2、S4和S6中，使用超纯水冲洗3次，冲洗时间为7 ~ 8 min。

可选的，在S7中，采用热水慢提拉方式对清洗后的硅片进行红外干燥；热水的温度80 ~ 90℃，提拉的速度3 ~ 4 mm/s。

可选的，红外干燥时，干燥槽底部采用负压的工艺。

可选的，负压的压力为5 bar ~ 7 bar。

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：

本发明提供了一种硅片的清洗方法，可以有效地改善硅抛光片表面金属和颗粒品质，提升硅抛光片的表面洁净度，提高后工序外延和器件加工的成品率。并且，采用本发明的清洗方法无需对清洗设备进行改造，具有操作简单、清洗效果好和运行稳定性高的特点。

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。

本发明实施例提出一种改善硅抛光片表面金属和颗粒品质的硅片的清洗方法，采用槽式清洗机对硅片进行清洗，增加了采用添加有螯合剂的SC1清洗液清洗的步骤，从而显著改善了硅抛光片表面金属和颗粒品质。硅片的清洗方法至少包括以下步骤：

S1、采用SC1清洗液对硅片进行清洗；

S2、用超纯水冲洗；

S3、采用SC2清洗液对硅片进行清洗；

S4、用超纯水冲洗；

S5、采用添加有螯合剂的SC1清洗液对硅片进行清洗；

S6、用超纯水冲洗；

S7、干燥。

经SC1清洗液清洗后的硅抛光片可有效地去除硅片表面的颗粒及有机物，但进入SC2清洗液进行去除金属清洗时，又会带来颗粒沾污，降低了硅片表面洁净度。因此，无论是以SC1清洗液还是SC2清洗液作为最后一步清洗，都无法同时有效地去除硅片表面的颗粒、有机物和金属，难以得到表面洁净度高的硅抛光片。鉴于此本发明创新的采用添加有螯合剂的SC1清洗液对硅片进行清洗，从而同时解决了硅片表面残存颗粒和金属的技术问题，有效地改善硅抛光片表面金属和颗粒品质。

作为本发明实施例优选的技术方案，在S1中，SC1清洗液的组成为：氨水、双氧水、纯水的体积比为0.5 ~ 1：1：10 ~ 20，进一步优选为1：1：10 ~ 20，更优选为1：1：20。其中，氨水的质量百分比浓度为28% ~ 30%，双氧水的质量百分比浓度为30% ~ 32%。

作为本发明实施例优选的技术方案，在S1的清洗过程中，清洗的温度为60 ~ 70℃；清洗的时间为6 ~ 10 min，优选为7 ~ 8 min。

作为本发明实施例优选的技术方案，在S1中，清洗的同时采用兆声波清洗机进行清洗，以提高清洗效率。兆声波清洗机是以高频（850 kHz）振效应并结合化学清洗剂的化学反应对硅片进行清洗为原理的清洗设备，可采用的功率为600 ~ 1200 W，优选为800 ~ 900W。

作为本发明实施例优选的技术方案，在S2中，使用超纯水采用快排的方式冲洗3次，冲洗时间为5 ~ 9 min，优选为7 min。

作为本发明实施例优选的技术方案，在S3中，SC2清洗液的组成为：盐酸、双氧水、纯水的体积比为1：1：5 ~ 10，优选为1：1：6 ~ 8，更优选1：1：7；盐酸的质量百分比浓度为36% ~ 38%，双氧水的质量百分比浓度为30% ~ 32%。

作为本发明实施例优选的技术方案，在S3的清洗过程中，清洗的温度为60 ~ 70℃；清洗的时间为6 ~ 10 min，优选为7 ~ 8 min。

作为本发明实施例优选的技术方案，在S4中，使用超纯水冲洗3次，冲洗时间为5 ~9 min，优选为7 ~ 8 min。

作为本发明实施例优选的技术方案，在S5中，添加有螯合剂的SC1清洗液（下文称混合清洗液）中，SC1清洗液的组成与在S1中的相同，氨水、双氧水、纯水的体积比为0.5 ~1：1：10 ~ 20；进一步优选为1：1：10 ~ 20，更优选为1：1：20。其中，氨水的质量百分比浓度为28% ~ 30%，双氧水的质量百分比浓度为30% ~ 32%。螯合剂选自次氮基三乙酸三钠盐一水合物。本发明实施例通过筛选后发现，选用该螯合剂可以有效去除硅片表面的颗粒、有机物和金属，相比其他螯合剂（例如EDTA二钠等）的清洗效果更佳。

其中，螯合剂与SC1清洗液的质量比为1：50 ~ 200，优选为1：80 ~ 160，更优选为1：100。

作为本发明实施例优选的技术方案，在S5的清洗过程中，清洗的温度为60 ~ 70℃；清洗的时间为6 ~ 10 min，优选为7 ~ 8 min。

作为本发明实施例优选的技术方案，在S6中，使用超纯水冲洗3次，冲洗时间为5 ~9 min，优选为7 ~ 8 min。

为本发明实施例优选的技术方案，在S7中，采用热水慢提拉方式对清洗后的硅片进行红外干燥。提拉速度为3 ~ 4 mm/s；热水的温度50 ~ 90℃，优选为80 ~ 90℃。由于经过热水慢提拉后已对硅片进行脱水操作，在红外干燥中就不需要太高温度，维持在45 ~ 50℃即可。

为本发明实施例优选的技术方案，在S7中，为了避免干燥槽底未能及时干燥，造成硅片局部有残留水渍，因而带来金属和颗粒增多，在干燥槽底部采用负压。负压的压力为3bar ~ 8 bar，优选为5 bar ~ 7 bar。

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。

本发明实施例所用的试剂全部为市售试剂，次氮基三乙酸三钠盐一水合物购自FlexaTrac™-NTA。清洗机的型号为APS槽式清洗机。

实施例1

实验硅片：12英寸轻掺硼硅抛光片，共3组，每组100片。

辅助材料：氨水（质量百分比浓度为28% ~ 30%）、双氧水（质量百分比浓度为30% ~32%）、盐酸、螯合剂、纯水（电阻率＞18 MΩ·cm）等。

清洗机按照清洗程序所设定的参数要求进行全自动配液并升温，其中，

SC1清洗剂的配比为NH₄OH：H₂O₂：H₂O = 1：1：20，清洗温度为65 ± 5℃；

SC2清洗剂的配比为HCl：H₂O₂：H₂O =1：1：7，清洗温度为65 ± 5℃；

混合清洗液中，SC1配比为NH₄OH：H₂O₂：H₂O = 1：1：20，次氮基三乙酸三钠盐一水合物与SC1的质量比为1：100，清洗温度为65 ± 5℃。

1、实验组1的清洗方法为：

将第一组硅抛光片（共计100片）倒入清洗花篮并分别放置在清洗机上料台，按照以下流程进行清洗：

S1、SC1清洗液清洗7 min，清洗温度为65 ± 5℃，同时施加兆声800 W；

S2、超纯水冲洗3次，时间为7 min，快排次数3次；

S3、SC2清洗液清洗7 min，清洗温度为65 ± 5℃；

S4、超纯水冲洗3次，时间为7 min，快排次数3次；

S5、混合清洗液清洗8 min，清洗温度为65 ± 5℃，同时施加兆声800 W；

S6、超纯水冲洗3次，时间为7 min，快排次数3次；

S7、热水慢提拉红外干燥，热水的温度80℃，提拉的速度4 mm/s，负压的压力为5bar。

2、对比组1的清洗方法为：

将第二组硅抛光片（共计100片）倒入清洗花篮并分别放置在清洗机上料台，按照以下流程进行清洗：

S1、SC1清洗液清洗8 min，清洗温度为65 ± 5℃，同时施加兆声800 W；

S2、超纯水冲洗7 min，快排次数3次；

S3、SC1清洗液清洗8 min，清洗温度为65 ± 5℃，同时施加兆声800 W；

S4、超纯水冲洗7 min，快排次数3次；

S5、SC2清洗8 min；清洗温度为65 ± 5℃；

S6、超纯水冲洗7 min，快排次数3次；

S7、热水慢提拉加红外干燥，热水的温度80℃，提拉的速度4 mm/s，红外干燥的温度为45 ~ 50℃，干燥并装入片盒。

3、对比组2的清洗方法为：

将第三组硅抛光片（共计100片）倒入清洗花篮并分别放置在清洗机上料台，清洗方法同对比组1，区别仅在于：

S7、慢提拉红外干燥，提拉的速度4 mm/s，红外干燥的温度为45 ~ 50℃，负压的压力为5 bar。

待三组硅抛光清洗完成后，使用SP5依次测试两组硅抛光片的表面颗粒，随机从两组硅抛光片中分别各抽取5片，使用ICP-MS测试表面金属，得到的实验数据如表1和表2所示：

表1

表2：单位：E9 [atoms/cm²]

根据表1的实验结果可知，采用本发明清洗方法清洗完成的硅抛光片相比采用原始清洗工艺方法，亮点缺陷LPD（Light Point Defet）显著降低，说明颗粒水平获得明显提升。

根据表2的实验结果可知，采用本发明清洗方法清洗完成的硅抛光片相比采用原始清洗工艺方法，金属水平与常规方法相当，说明未引入新的金属污染。

以上实验数据说明采用本发明所述清洗方法可以改善硅抛光片表面金属和颗粒品质。

实施例2

实验硅片：12英寸轻掺硼硅抛光片，共3组，每组100片。

实验材料同实施例1。

1、实验组1的清洗方法（共计100片）：同实施例1；

2、实验组2的清洗方法（共计100片）：步骤1 ~ 6同实施例1，区别在于S7中采用普通干燥方式。

3、实验组3的清洗方法（共计100片）：同实施例1，区别在于S7中采用慢提拉红外干燥，常压。

得到的实验数据如表3和表4所示：

表3

表4：单位：E9 [atoms/cm²]

根据表3的实验结果可知，采用本发明清洗方法清洗完成的硅抛光片相比采用原始清洗工艺方法，亮点缺陷LPD（Light Point Defet）显著降低，说明颗粒水平获得明显提升。

根据表4的实验结果可知，采用本发明清洗方法清洗完成的硅抛光片相比采用原始清洗工艺方法，金属水平与常规方法相当，说明未引入新的金属污染。

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

1.一种改善硅抛光片表面金属和颗粒品质的硅片的清洗方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

S1、采用SC1清洗液对硅片进行清洗；

S2、用超纯水冲洗；

S3、采用SC2清洗液对硅片进行清洗；

S4、用超纯水冲洗；

S5、采用添加有螯合剂的SC1清洗液对硅片进行清洗；

S6、用超纯水冲洗；

S7、干燥。

2.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在S1中，所述SC1清洗液的组成为：氨水、双氧水、纯水的体积比为1：1：20；所述氨水的质量百分比浓度为28% ~ 30%，所述双氧水的质量百分比浓度为30% ~ 32%；

所述清洗的温度为60 ~ 70℃；所述清洗的时间为7 ~ 8 min。

3.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在S1和/或S5中，所述清洗的同时采用兆声；和/或，所述兆声的功率为800 ~ 900 W。

4.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在S3中，所述SC2清洗液的组成为：盐酸、双氧水、纯水的体积比为1：1：7；所述盐酸的质量百分比浓度为36% ~ 38%，所述双氧水的质量百分比浓度为30% ~ 32%；

所述清洗的温度为60 ~ 70℃；所述清洗的时间为7 ~ 8 min。

5.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在S5中，

所述添加有螯合剂的SC1清洗液中，SC1清洗液的组成为：氨水、双氧水、纯水的体积比为1：1：20；所述氨水的质量百分比浓度为28% ~ 30%，所述双氧水的质量百分比浓度为30%~ 32%；所述螯合剂与所述SC1清洗液的质量比为1：100；

所述清洗的温度为60 ~ 70℃；所述清洗的时间为7 ~ 8 min。

6.根据权利要求1或5所述的清洗方法，其特征在于，在S5中，所述螯合剂选自次氮基三乙酸三钠盐一水合物。

7.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在S2、S4和S6中，使用超纯水冲洗3次，冲洗时间为7 ~ 8 min。

8.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在S7中，采用热水慢提拉方式对清洗后的硅片进行红外干燥；

所述热水的温度80 ~ 90℃，所述提拉的速度3 ~ 4 mm/s。

9.根据权利要求8所述的清洗方法，其特征在于，所述红外干燥时，干燥槽底部采用负压的工艺。

10.根据权利要求9所述的清洗方法，其特征在于，所述负压的压力为5 bar ~ 7 bar。