單次清洗晶圓的清洗方法及解決方案

本文講述了我們?nèi)A林科納的一種在單個晶圓清洗工藝中使用新型清洗溶液的方法，該方法涉及在單一晶片模式下使用清洗溶液，并且清洗溶液包括至少包括氫氧化銨（NH-OH）、過氧化氫(HO)、水(HO)和螯合劑，在一個實施例中，清潔溶液還包含一種表面活性劑，清洗溶液還包括溶解氣體，含有氫氧化銨、過氧化氫、螯合劑和/或表面活性劑和/或溶解氫的相同清洗溶液也可用于多個晶片模式，用于某些應(yīng)用。一種包括氧化劑和CO氣體的去離子水沖洗溶液，所有這些元素結(jié)合起來工作，以提高加工效率。

硅片的濕式蝕刻和濕式清洗通常是通過將硅片浸入液體中來完成的，這有時也可以通過將液體噴灑到一批晶片上來實現(xiàn)，晶片清洗和蝕刻傳統(tǒng)上采用批處理模式進行，即同時處理多個晶片，一個典型的清洗順序由HF-SC1-SC2組成。HF（氫氟酸）是一種用于蝕刻薄層氧化物，接下來通常是標準的Clean1(SC1溶液)，它由NHOH、水和水的混合物組成，有時SC1溶液也被稱為APM溶液，它代表過氧化氫氨混合物，SC1溶液主要用于去除顆粒和殘留的有機污染。然而，SC1的解決方案卻留下了金屬污染物。

最終的溶液是標準的Clean2溶液(SC2)，它是鹽酸，H.O.和水的混合物，有時SC2溶液也被稱為HPM溶液，它代表鹽酸過氧化氫混合物，SC2溶液主要用于去除金屬污染，在HF、SC1和SC2溶液之間，通常有一個DI（去離子）水沖洗液，在SC2溶液加入后，通常會用去離子水沖洗。

如1a所示，一個標準清潔循環(huán)的總時間約為64-70分鐘，高頻步驟大約需要1-5分鐘，SC1步驟通常需要10分鐘，而SC2步驟通常也需要10分鐘，中間的和最終的去離子水沖洗步驟大約需要8-10分鐘，晶片的最終干燥通常需要10-15分鐘，通常是同時處理50-100片晶圓，如果不同的浴液用于不同的化學(xué)品，那么在一批50-100片晶片離開浴液后，可以裝載新一批50-100片晶片，通常速率限制步驟是干燥機，它需要高達15分鐘，這意味著大約每15分鐘可以處理一批50-100片，導(dǎo)致系統(tǒng)的總吞吐量為每小時200-400片晶片，分別為50或100片晶片。

因為芯片制造需要更短的周期，所以需要一個快速的單晶片清洗過程，為了使單個晶圓清洗過程經(jīng)濟，每個晶片的處理時間應(yīng)該在兩分鐘左右，這意味著整個HF-SC1SC2序列，通常需要大約64-70分鐘，必須在兩分鐘內(nèi)完成，至少在3分鐘內(nèi)完成。不幸的是，目前不可能在不到兩分鐘內(nèi)和至少三分鐘內(nèi)執(zhí)行SC1-SC2清洗序列，到目前為止，濕處理通常是以批處理模式進行的，因為單個晶片處理的吞吐量不能與批處理競爭。因此，所需要的是一種將SC1和SC2的清洗從正常的處理時間減少到小于或等于1%的分鐘的方法，它還需要減少高頻步驟和干燥所需的時間。

本發(fā)明是一種用于單個晶片清洗工藝的方法、溶液和沖洗劑。2006年11月23日的方法特別用于單個晶圓的清洗，但它也可以用于一次清洗多個晶圓的應(yīng)用。該新型清洗液的配方可以提高清洗工藝的效率。當器件的有源區(qū)域暴露時，清洗溶液和沖洗溶液都特別適用于在線半導(dǎo)體處理序列的前端去除離子金屬雜質(zhì)和粒子。

晶片清洗溶液由氫氧化銨（氫氧化銨）、過氧化氫（水）、水、螯合劑和表面活性劑的混合物產(chǎn)生的溶液組成，眾所周知，在藝術(shù)中，這些化合物只解離成它們各自的離子，在這些化合物之間沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，氫氧化銨(NHOH)、過氧化氫（水）和水（水）的濃度分別為稀釋比為5/1/1/1至1000/1/1之間，氫氧化銨/過氧化氫的比例也可以在0.05/1到5/1之間變化，在某些情況下根本不使用過氧化氫，在這個清洗溶液中的氫氧化銨將從28-29%w/w的NH溶液變成水，清洗溶液中的過氧化氫從31-32%w/w的溶液變成水。

清潔溶液中的氫氧化銨和過氧化氫的目的是從至少在其前端上包括單晶硅基板的晶圓片上去除顆粒和殘留的有機污染物，清洗溶液的目的也是氧化晶片的表面，由于氫氧化銨和過氧化氫介于9到12和10和11之間，清洗溶液具有堿性pH水平。有兩種方法可以從氧化物表面去除金屬離子。第一種方法是增加溶液的酸度H+)，這產(chǎn)生一種溶液，只要溶液中存在合適的氧化劑，在半導(dǎo)體加工中常見的大多數(shù)金屬離子是可溶的，合適的氧化劑包括O、水和O，這些離子的適用性取決于它們防止溶液中任何離子還原的能力，如銅(Cu”)，增加酸度并具有合適的氧化劑是最常見的金屬雜質(zhì)去除溶液所使用的方法，即SC2。

從氧化物表面去除金屬離子的第二種方法是降低溶液中的游離金屬離子濃度M”，通過在溶液中加入螯合劑，可以降低溶液中的游離金屬離子濃度，在SC1溶液中使用螯合劑，可以通過使用SC2溶液獲得相同水平的金屬離子雜質(zhì)去除，第一個要求是螯合劑和結(jié)合的金屬離子的配合物保持可溶性；第二個要求是螯合劑與從晶片表面去除的所有金屬離子結(jié)合。

表面活性劑的目的是防止顆粒從晶片上移出后在晶片上再附著或再定位，預(yù)排氣顆粒的再附著是很重要的，因為允許顆粒重新附著可以增加整體清洗時間。因此，表面活性劑用于減少清洗時間，并使單個晶片清洗可能在不到2分鐘內(nèi)，而不是64分鐘(見圖a和圖b)。

審核編輯：符乾江