CN117810063A - 一种衬底晶片的清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及清洗方法领域的一种衬底晶片的清洗方法，包括以下步骤：第一步、SPM溶液清洗，晶片放入SPM槽体中进行浸泡；第二步、HF溶液清洗，晶片放入DHF槽体内浸泡；第三步、SC2溶液清洗，将晶片放入SC2槽体内浸泡；第四步、SC1溶液清洗，将晶片放入SC2槽体内浸泡；第五步、干燥晶片，晶片在IPA槽体内蒸气干燥，使用180℃的热氮烘干，离子风吹气，有效减少SC2制程中颗粒的交叉污染，前三步的清洗所使用的SPM溶液、HF溶液和SC2溶液均为酸性药液，第四步的所使用的SC1溶液为碱性药液，有效避免酸碱交叉中和反应，有效去除晶片表面的颗粒物、有机污染物以及金属离子。
Description
技术领域
本发明涉及清洗方法领域，特别是一种衬底晶片的清洗方法。
背景技术
晶片是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。晶片的主要加工方式为片加工和批加工，即同时加工1片或多片晶片。随着半导体特征尺寸越来越小，加工及测量设备越来越先进，使得晶片加工出现了新的数据特点。
晶片在芯片制造中扮演着重要的角色。首先，晶片是芯片的基础材料，通常由单晶硅制成，具有高纯度和均匀的结构。在芯片制造过程中，晶片的质量和性能直接影响到芯片的品质和性能。晶片对于芯片的制造和性能至关重要。
晶片清洗是半导体制造过程中的一个关键步骤，其目的是在不断被加工成形及抛光处理的过程中，清除晶片表面的污染物。这些污染物包括有机物、粒子及金属。晶片清洗不仅保证了晶片表面的洁净度，还有助于确保后续工艺的稳定性和可靠性。晶片清洗的方法有多种，包括化学方法、物理方法和等离子体方法等。其中，化学方法是最常用的清洗方法之一，通过使用不同的化学溶液与晶片表面发生化学反应，从而达到清洗的效果。物理方法则是利用物理力场(如超声波、高压水射流等)来清除污染物。等离子体方法则是利用等离子体的特性来清洗晶片表面。在清洗过程中，需要控制多个参数，如清洗液的成分、温度、流量、压力等。这些参数的选择将直接影响清洗的效果和晶片的表面质量。
现有衬底晶片清洗的方法多为湿法清洗，通过各类试剂与晶片表面污染物的化学反应以及超声波等的物理作用去除大部分的污染物。其中最常用的是与硅晶片相同的RCA清洗法，但是标准的RCA清洗方法存在颗粒清洗残留等问题，并不能达到衬底晶片工艺的最优状态，SC1溶液进行清洗后晶片表面残留的SC1溶液会稀释SC2溶液，使SC2溶液发生酸碱交叉中和反应，导致清洗不到位。尤其随着前端晶体生长的发展，晶片的直径会不断增加，在晶片清洗中存在的问题会不断暴露放大，影响整个产线的产出质量。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种衬底晶片的清洗方法，能够有效解决颗粒清洗残留、清洗不到位等问题的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种衬底晶片的清洗方法，包括以下步骤：
第一步.SPM溶液清洗：制备SPM溶液，SPM溶液由浓度为98％的浓硫酸液体和浓度为30％的过氧化氢液体混合构成，浓硫酸液体和过氧化氢液体的混合比例为3:1，SPM溶液通过SPM槽体进行配制，配置后SPM溶液的温度维持在120℃-130℃，通过机械手臂将晶片放入SPM槽体中进行浸泡250s-350s；
第二步.HF溶液清洗：制备HF溶液，HF溶液由浓度为49％的氢氟酸、浓度为30％的过氧化氢和纯水混合构成，氢氟酸、过氧化氢和纯水的混合比例为1:2:100，HF溶液通过DHF槽体进行配置，通过机械手臂将晶片放入DHF槽体内浸泡250s-350s；
第三步.SC2溶液清洗：制备SC2溶液，SC2溶液由浓度为36％的盐酸、30％的过氧化氢和纯水混合构成，盐酸、过氧化氢和纯水的混合比例为1:2:150，SC2溶液通过SC2槽体进行配置，配置后SC2溶液的温度维持20℃-40℃，通过机械手臂将晶片放入SC2槽体内浸泡250s-350s；
第四步.SC1溶液清洗：制备SC1溶液，SC1溶液由浓度为30％的氨水、浓度为30％的过氧化氢和纯水混合构成，氨水、过氧化氢和纯水的混合比例为1:2:8，SC1溶液通过SC1槽体进行配置，配置后SC1溶液的温度维持55℃-75℃，通过机械手臂将晶片放入SC2槽体内浸泡500s-700s；
第五步.干燥晶片：通过IPA槽体对晶片进行干燥，晶片在IPA槽体内先通过蒸气干燥350s-450s，之后通过160℃-200℃的热氮烘干500S-700s，最后通过离子风吹气5s-15s。
进一步地，所述第一步.SPM溶液清洗、第二步.HF溶液清洗、第三步.SC2溶液清洗和第四步.SC1溶液清洗结束后均设置有晶片清洗。
进一步地，所述SPM槽体的一侧设置有HQDR槽体，第一步.SPM溶液清洗结束后通过机械手臂将晶片从SPM槽体转移至HQDR槽体中，然后采用55℃-75℃的热水进行溢流和/或者喷淋漂洗140s-160s。
进一步地，所述DHF槽体、SC2槽体和SC1槽体的一侧均设置有QDR槽体。
进一步地，所述第二步.HF溶液清洗和第三步.SC2溶液清洗结束后均采用纯水在QDR槽体内进行溢流漂洗120s-140s。
进一步地，所述第四步.SC1溶液清洗结束后采用纯水在QDR槽体内进行溢流漂洗750s。
进一步地，所述机械手臂包括夹爪、取放驱动组件和升降组件，夹爪通过取放驱动组件设置于升降组件上，SPM槽体、DHF槽体、SC2槽体和SC1槽体的前端均设置有相互连通的搬运区，升降组件通过直线导轨设置于搬运区内。
进一步地，所述SPM槽体、DHF槽体、SC2槽体和SC1槽体的后端均设置有用于供液的管路区。
进一步地，所述SPM槽体、DHF槽体、SC2槽体和SC1槽体的下端均设置有排液口，排液口与管路区连通。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：对比传统的清洗工艺，此清洗方法把SC1溶液与SC2溶液顺序调换，有效减少SC2制程中颗粒的交叉污染；调换顺序后，前三步的清洗所使用的SPM溶液、HF溶液和SC2溶液均为酸性药液，第四步的所使用的SC1溶液为碱性药液，有效避免酸碱交叉中和反应，有效去除晶片表面的颗粒物、有机污染物以及金属离子。
附图说明
图1为本发明一种衬底晶片的清洗方法的流程图；
图2为本发明一种衬底晶片的清洗方法中清洗机的结构示意图；
图3为本发明一种衬底晶片的清洗方法中SPM槽体的结构示意图；
图4为本发明一种衬底晶片的清洗方法中DHF槽体的结构示意图；
图5为本发明一种衬底晶片的清洗方法中SC2槽体的结构示意图；
图6为本发明一种衬底晶片的清洗方法中SC1槽体的结构示意图；
图7为本发明一种衬底晶片的清洗方法中IPA槽体的结构示意图；
图8为本发明一种衬底晶片的清洗方法中机械手臂的结构示意图；
图中标号:1-清洗机，2-SPM槽体，3-DHF槽体，4-SC2槽体，5-SC1槽体，6-HQDR槽体，7-QDR槽体，8-机械手臂，9-夹爪，10-取放驱动组件，11-升降组件，12-搬运区，13-管路区，14-IPA槽体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1-图8对本发明的一种衬底晶片的清洗方法作详细的描述：
一种衬底晶片的清洗方法，将晶片放入清洗机1内，通过各种药水去除晶片表面的杂质。
首先对清洗所需的SPM溶液、HF溶液、SC2溶液和SC1溶液进行配制；
SPM为(Surfuric/Peroxide Mi)的缩写，中文名称为硫酸过氧化氢水，SPM溶液由浓度为98％的浓硫酸液体和浓度为30％的过氧化氢液体混合构成，SPM溶液在SPM槽体2内进行配制，通过管路区13向SPM槽体2内按照比例加入浓硫酸液体和过氧化氢液体，浓硫酸液体和过氧化氢液体的混合比例为3:1，配置后SPM溶液的温度维持在125℃；
HF为(Hydrofluoric Acid)的缩写，中文名称为氟化氢溶液，HF溶液由浓度为49％的氢氟酸、浓度为30％的过氧化氢和纯水混合构成，HF溶液在DHF槽体3进行配置，通过管路区13向DHF槽体3内按照比例加入氢氟酸、过氧化氢和纯水，氢氟酸、过氧化氢和纯水的混合比例为1:2:100；
SC2溶液是一种用于清洗晶片的溶液，SC2溶液由浓度为36％的盐酸、30％的过氧化氢和纯水混合构成，SC2溶液在SC2槽体4进行配置，通过管路区13向SC2槽体4内按照比例加入盐酸、过氧化氢和纯水，盐酸、过氧化氢和纯水的混合比例为1:2:150，配置后SC2溶液的温度维持30℃；
SC1溶液是一种用于清洗晶片的溶液，SC1溶液由浓度为30％的氨水、浓度为30％的过氧化氢和纯水混合构成，SC1溶液在SC1槽体5进行配置，通过管路区13向SC1槽体5内按照比例加入氨水、过氧化氢和纯水，氨水、过氧化氢和纯水的混合比例为1:2:8，配置后SC1溶液的温度维持65℃。
溶液配制完成后，将晶片放置在清洗机1的上料区内，第一步：通过机械手臂8将晶片放入SPM槽体2中，利用SPM溶液的强氧化性将有机物脱水并氧化成二氧化碳和水，晶片在SPM槽体2内浸泡300s后取出，将晶片移动至HQDR槽体6中，然后采用65℃的热水进行溢流、喷淋漂洗150s，将晶片表面的SPM溶液洗去；
第二步：通过机械手臂8将HQDR槽体6中的晶片放入HF槽体中，HF溶液可以有效去除晶片表面的自然氧化层，附着在自然氧化层表面的金属也会随之溶解到HF溶液中去，可以有效抑制自然氧化膜的形成，晶片在DHF槽体3内浸泡300s后取出，将晶片移动至QDR槽体7中采用纯水进行溢流漂洗130s；
第三步：通过机械手臂8将HF槽体中的晶片放入SC2槽体4中，SC2溶液可清除晶片上的金属离子，其清洗原理是其能提供一个低PH值的环境，碱性的金属离子和金属氢化物将能溶于SC2溶液里，晶片在SC2槽体4内浸泡300s后取出，将晶片移动至QDR槽体7中采用纯水进行溢流漂洗130s；
第四步：通过机械手臂8将SC2槽体4中的晶片放入SC1槽体5中，SC1溶液可去除晶圆上的微粒杂质以及聚合物，清洗原理是通过氧化和电性排斥使杂质脱落，晶片在SC1槽体5内浸泡600S后取出，在SC1槽体5中浸泡时通过800KHz的兆声波使SC1溶液冲击晶片的表面，强制除去细小的污染物，使之进入到清洗液中SC1溶液中，晶片浸泡完成后移动至QDR槽体7中采用纯水进行溢流漂洗750s；
第五步：干燥晶片，通过IPA槽体14对晶片进行干燥,IPA槽体是一种用于晶片清洗的设备，它主要由一个装有IPA溶液的槽体组成。IPA槽体的主要作用是通过IPA溶液的挥发，将晶片表面的水分和杂质去除，以获得更干净的晶片表面，晶片在IPA槽体内先通过蒸气干燥400s，之后通过180℃的热氮烘干600s，最后通过离子风吹气10s将晶片表面的液体吹走，并通过机械手臂8将晶片放置在清洗机1的下料区中。
SPM槽体2、SC1槽体5和SC2槽体4均由石英构成，DHF槽体3由PVDF构成，HQDR槽体是一种用于半导体制造中的清洗设备，它主要用于清洗硅片或其他半导体材料，QDR槽体是一种用于清洗半导体晶圆的设备，也称为快排冲洗槽。这种槽体结构具有优良的热稳定性和化学稳定性，能够在高温和强酸强碱环境下长时间稳定运行。HQDR槽体通常由一个装有清洗溶液的槽体和加热系统组成。机械手臂8包括夹爪9、取放驱动组件10和升降组件11，夹爪9通过取放驱动组件10设置于升降组件11上，SPM槽体2、DHF槽体3、SC2槽体4和SC1槽体5的前端均设置有相互连通的搬运区12，升降组件11通过直线导轨设置于搬运区12内，所述SPM槽体2、DHF槽体3、SC2槽体4和SC1槽体5的后端均设置有用于供液的管路区13，所述SPM槽体2、DHF槽体3、SC2槽体4和SC1槽体5的下端均设置有排液口，排液口与管路区13连通，DHF槽体3、SC1槽体5和SC2槽体4的排液口均连接有排液泵，通过排液泵可使槽体内的溶液快速排空。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种衬底晶片的清洗方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步.SPM溶液清洗：制备SPM溶液，SPM溶液由浓度为98％的浓硫酸液体和浓度为30％的过氧化氢液体混合构成，浓硫酸液体和过氧化氢液体的混合比例为3:1，SPM溶液通过SPM槽体进行配制，配置后SPM溶液的温度维持在120℃-130℃，通过机械手臂将晶片放入SPM槽体中进行浸泡250s-350s；
第二步.HF溶液清洗：制备HF溶液，HF溶液由浓度为49％的氢氟酸、浓度为30％的过氧化氢和纯水混合构成，氢氟酸、过氧化氢和纯水的混合比例为1:2:100，HF溶液通过DHF槽体进行配置，通过机械手臂将晶片放入DHF槽体内浸泡250s-350s；
第三步.SC2溶液清洗：制备SC2溶液，SC2溶液由浓度为36％的盐酸、30％的过氧化氢和纯水混合构成，盐酸、过氧化氢和纯水的混合比例为1:2:150，SC2溶液通过SC2槽体进行配置，配置后SC2溶液的温度维持20℃-40℃，通过机械手臂将晶片放入SC2槽体内浸泡250s-350s；
第四步.SC1溶液清洗：制备SC1溶液，SC1溶液由浓度为30％的氨水、浓度为30％的过氧化氢和纯水混合构成，氨水、过氧化氢和纯水的混合比例为1:2:8，SC1溶液通过SC1槽体进行配置，配置后SC1溶液的温度维持55℃-75℃，通过机械手臂将晶片放入SC2槽体内浸泡500s-700s；
第五步.干燥晶片：通过IPA槽体对晶片进行干燥，晶片在IPA槽体内先通过蒸气干燥350s-450s，之后通过160℃-200℃的热氮烘干500S-700s，最后通过离子风吹气5s-15s。
2.根据权利要求1所述的一种衬底晶片的清洗方法，其特征在于：所述第一步.SPM溶液清洗、第二步.HF溶液清洗、第三步.SC2溶液清洗和第四步.SC1溶液清洗结束后均设置有晶片清洗。
3.根据权利要求2所述的一种衬底晶片的清洗方法，其特征在于：所述SPM槽体的一侧设置有HQDR槽体，第一步.SPM溶液清洗结束后通过机械手臂将晶片从SPM槽体转移至HQDR槽体中，然后采用55℃-75℃的热水进行溢流和/或者喷淋漂洗140s-160s。
4.根据权利要求2所述的一种衬底晶片的清洗方法，其特征在于：所述DHF槽体、SC2槽体和SC1槽体的一侧均设置有QDR槽体。
5.根据权利要求4所述的一种衬底晶片的清洗方法，其特征在于：所述第二步.HF溶液清洗和第三步.SC2溶液清洗结束后均采用纯水在QDR槽体内进行溢流漂洗120s-140s。
6.根据权利要求4所述的一种衬底晶片的清洗方法，其特征在于：所述第四步.SC1溶液清洗结束后采用纯水在QDR槽体内进行溢流漂洗750s。
7.据权利要求1-6任意一项所述的一种衬底晶片的清洗方法，其特征在于：所述机械手臂包括夹爪、取放驱动组件和升降组件，夹爪通过取放驱动组件设置于升降组件上，SPM槽体、DHF槽体、SC2槽体和SC1槽体的前端均设置有相互连通的搬运区，升降组件通过直线导轨设置于搬运区内。
8.据权利要求1-6任意一项所述的一种衬底晶片的清洗方法，其特征在于：所述SPM槽体、DHF槽体、SC2槽体和SC1槽体的后端均设置有用于供液的管路区。
9.据权利要求8所述的一种衬底晶片的清洗方法，其特征在于：所述SPM槽体、DHF槽体、SC2槽体和SC1槽体的下端均设置有排液口，排液口与管路区连通。
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