用于清洗晶圆的方法、用于制造集成电路的方法

1.本公开涉及半导体技术领域，特别是涉及用于清洗晶圆的方法、用于制造集成电路的方法。


背景技术：

2.半导体结构是集成电路的核心结构。集成电路的制造过程包括薄膜生长、光刻工艺、图形刻蚀及金属淀积等诸多复杂工艺。光刻工艺是半导体结构的制造过程中的关键工艺。
3.光刻工艺包含涂胶、曝光及显影等工艺步骤。随着集成电路设计图形尺寸达到亚微米级别，需要控制并提升光刻工艺的工艺水平。以动态滴胶为例，动态滴胶工艺包括：首先对晶圆喷涂增粘剂，使得晶圆表面由亲水性变为疏水性；然后通过滴胶喷嘴在晶圆表面滴光刻胶；晶圆高速旋转使得光刻胶分布均匀后，转送晶圆至热盘进行烘烤以去掉光刻胶溶剂。
4.在执行工艺过程中发现，受前道工序的影响，晶圆表面有颗粒污染，这些颗粒具有一定尺寸和数量。光刻胶在做离心运动的过程中，由于受到颗粒的阻挡，会出现线条型的分布不均匀现象，这种现象影响了最终的胶膜厚度均匀性，继而影响了后续的光刻图形制作，导致最终集成电路良率降低。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对晶圆的颗粒污染问题，提供一种用于清洗晶圆的方法，并提供一种用于制造集成电路的方法。
6.本公开实施方式提供一种用于清洗晶圆的方法，该方法包括：以第一转速转动晶圆，其中，晶圆的待清洗面沿转动轴线朝向一侧；对待清洗面的转动中心进行喷水；以第二转速转动经历过喷水步骤的晶圆，其中，第二转速大于或等于第一转速；以及烘烤经历过以第二转速转动步骤的晶圆。
7.本公开实施方式提供的方法能够有效地清洗晶圆，降低晶圆表面的颗粒污染程度。
8.在一些实施方式中，待清洗面沿铅垂方向朝向上侧，待清洗面与转动轴线垂直；喷水步骤中，水流垂直喷射于待清洗面。
9.如此设置，能够均衡地清理颗粒污染，并且可全面地清洗待清洗面。
10.在一些实施方式中，喷水步骤包括：通过喷嘴进行喷水；方法还包括：停止喷水；移动喷嘴以使喷嘴沿转动轴线的投影离开待清洗面。
11.如此设置，能够避免残余水滴滴落，确保甩干效果。此外，先停止喷水的步骤可保证待清洗面表层的水膜运动态势为沿径向向外，继而可靠地保证晶圆中心位置的颗粒污染得到最好的清理效果。
12.在一些实施方式中，喷水步骤中使用的水为去离子水。
13.如此设置，该方法对被清洗的晶圆影响较小，使得清洗后的晶圆可用在集成电路的制造中。
14.在一些实施方式中，喷水步骤中水的洁净度满足：直径大于或等于0.4um的颗粒的浓度小于4颗/l。
15.如此设置，利用超纯水标准的水清洗晶圆，可以干净地清理掉晶圆表面的颗粒，保障清洗后的晶圆的洁净程度。
16.在一些实施方式中，第一转速为1500rpm～3000rpm；第二转速为3000rpm～5000rpm。
17.如此配置第一转速和第二转速，可有效地甩掉颗粒并实现较好的甩干。本公开实施方式提供的用于清洗晶圆的方法对各种尺寸规格的晶圆都可实现较好的清洗效果。
18.在一些实施方式中，第一转速为1600rpm～1800rpm；第二转速为3200rpm～3800rpm。
19.如此设置，可较为经济地实现清洗晶圆的方法。
20.在一些实施方式中，第一转速为2400rpm～2800rpm；第二转速为4500rpm～5000rpm。
21.本公开实施方式提供的用于清洗晶圆的方法可以有效地清除晶圆表面污染的颗粒，并且可获得良好的甩干效果。
22.在一些实施方式中，烘烤步骤的温度为100℃～120℃。
23.高温烘干能使晶圆表面水分子挥发更加均匀和彻底，保证晶圆表面的亲水性。
24.本公开实施方式还提供一种用于制造集成电路的方法，该方法包括：根据前述的用于清洗晶圆的方法对晶圆进行清洗的步骤；以及对晶圆进行涂光刻胶。
25.本公开实施方式提供的用于制造集成电路的方法，可降低涂胶前晶圆表面颗粒的污染程度，继而实现均匀的涂胶，均匀性较好的胶层在后续工艺中可具有良好的工艺性能，提高集成电路的最终良率。
附图说明
26.图1为本公开实施方式提供的用于清洗晶圆的方法的示意性流程框图；
27.图2为本公开实施方式提供的用于清洗晶圆的方法的原理示意图；
28.图3为本公开实施方式提供的用于制造集成电路的方法的示意性流程框图。
29.附图标记说明：1、晶圆；11、第一表面；111、转动中心；12、第二表面；2、喷嘴；3、水流；301、水膜。
具体实施方式
30.为使本公开实施方式的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本公开实施方式的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开实施方式。但是本公开实施方式能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本公开实施方式内涵的情况下做类似改进，因此本公开实施方式不受下面公开实施方式的具体实施例的限制。
31.在本公开实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长
度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开实施方式和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开实施方式的限制。
32.在本公开实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。示例性地，第一转速也可被称作第二转速，第二转速也可被称作第一转速。在本公开实施方式的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
34.在本公开实施方式中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是柔性连接，也可以是沿至少一个方向的刚性连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者使直接相连同时存在中间媒介，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。术语“安装”、“设置”、“固定”等可以广义理解为连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施方式中的具体含义。
35.本文中所使用的，术语“层”、“区”指代包括具有一定厚度的区域的材料部分。层能够水平地、垂直地和/或沿着锥形表面延伸。层能够是均匀或不均匀连续结构的区域，其垂直于延伸方向的厚度可不大于连续结构的厚度。层能够包括多个层。附图中各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性地，实际可能因制造公差或技术限制而有所偏差，并可根据实际需求而调整设计。
36.参阅图1，图1示出了本公开实施方式中的用于清洗晶圆的方法的流程。本公开实施方式提供的用于清洗晶圆的方法1000包括下述步骤s101～s104。
37.步骤s101，以第一转速转动晶圆。晶圆的一个端面为待清洗面，另一个端面可用于固定，待清洗面沿转动轴线朝向一侧。
38.步骤s102，对待清洗面的转动中心进行喷水。步骤s102可与步骤s101同步进行。晶圆通常是薄盘状，示例性地，可以以晶圆的中轴作为转动轴线，继而待清洗面的中心也即转动中心。
39.步骤s103，以第二转速转动经历过喷水步骤的晶圆。第二转速大于或等于第一转速。步骤s103可在步骤s102结束后进行。示例性地，本公开实施方式中在进行步骤s102时，也可以其他速度对晶圆进行其他旋转操作，这些速度的区间仍可与第二转速的区间有所重叠。
40.步骤s104，烘烤经历过以第二转速转动步骤的晶圆。该步骤用于对甩干后的晶圆进行烘干。
41.本公开实施方式提供的用于清洗晶圆的方法可有效地清除晶圆的待清洗面污染的颗粒，清洗后的晶圆可用于涂胶工序等，保证晶圆在后续的工艺过程中的工艺性能。
42.结合图2所示详述本公开实施方式提供的用于清洗晶圆的方法1000。图2示出了本公开实施方式中的用于清洗晶圆的方法的原理图。在一些实施例中，可利用冲水设备对晶圆1进行冲水清理工艺，然后可用高温热盘(未示出)对晶圆1进行烘烤。
43.晶圆1的材料可包括碳化硅、硅、硅锗、锗、
ⅲ‑ⅴ
族化合物如氮化镓和砷化镓中的至少一种。晶圆1的材料可包括蓝宝石。例如，晶圆1可为硅晶圆、碳化硅晶圆或氮化镓晶圆。晶圆1可包括相背对的第一表面11和第二表面12。第一表面11可用于在后续工艺被涂胶，继而第一表面11可作为本公开实施方式提供的用于清洗晶圆的方法中的待清洗面。
44.冲水设备可包括载台(未示出)和喷嘴2。载台用于盛放晶圆1，载台可包括用于真空吸附第二表面12的吸盘，第一表面11可背离吸盘。吸盘可转动继而可带动晶圆1转动，喷嘴2可位于第一表面11所朝向的一侧。
45.如图2所示，晶圆1的第一表面11和第二表面12沿z轴方向相背对。通常的加工环境中具有重力，z轴方向可平行于铅垂方向。第一表面11可垂直于z轴方向即平行于x轴方向和y轴方向。第一表面11可大致呈圆形，其几何中心可位于载台的转动轴线处，继而在载台带动晶圆1转动时，第一表面11的转动中心111位于第一表面11的几何中心处。晶圆1可顺时针转动也可逆时针转动。晶圆1的转动速度是第一转速。
46.喷嘴2可位于晶圆1的上侧。喷嘴2流出的水可形成水流3。示例性地，水流3流到第一表面11的转动中心111处，并散开形成水膜301。水膜301内的水分子可自转动中心111沿第一表面11的径向向外扩散，由于晶圆1的旋转，这些水分子也有沿周向的分运动。喷嘴2持续流出水流3，继而水膜301不断地由转动中心111向外扩散，并可至第一表面11的边缘并离开第一表面11。在水膜301的动态扩散过程中，第一表面11上沾污的颗粒可被向外冲刷，同时这些颗粒在随晶圆1旋转的过程中也可被甩离第一表面11。水及颗粒在离开第一表面11后可流至吸盘的侧壁，之后从吸盘的底部排废流走。
47.示例性地，第一表面11与z轴垂直，也即待清洗面与转动轴线垂直。待清洗面沿铅垂方向朝向上侧，水流3可垂直喷射于待清洗面。水流3垂直地流到水平的第一表面11，可以较为均衡地散开为水膜301。第一表面11上沿周向不同位置的颗粒受到的冲刷效果相同，此外可使较靠近转动中心111的颗粒在被冲离转动中心111的过程中始终受到沿径向向外的力。
48.在通过喷嘴2进行喷水步骤的过程中，水流3可凭重力流到第一表面11，也可具有一定的初速度。示例性地，喷嘴2的喷水方向可平行于z轴方向，或称垂直于第一表面11。
49.在一些实施方式中，喷水步骤中使用的水为去离子水。去离子水是指完全或不完全地去除了呈离子形式杂质后的水。例如利用反渗透膜制取去离子水。利用去离子水冲洗晶圆1，可避免在清洗方法的烘干工艺执行后，晶圆1表面残留杂质，进而避免影响晶圆1在后续工艺中的性能表现。
50.示例性地，喷水步骤中使用去离子水，该去离子水的洁净度满足：直径大于或等于0.4um的颗粒的浓度小于4颗/l。0.4um以上直径颗粒的浓度小于4颗/l的水可称为超纯水，
利用超纯水清洗晶圆1，可保证清洗效果。经历该方法的晶圆1的第一表面11洁净，可在后续加工工艺中实现很好的加工效果。
51.在示例性实施方式中，步骤s101中的第一转速为1500rpm～3000rpm。喷水的同时转动晶圆1，可显著地提升颗粒清洗效果。可保证第一表面11的转动中心111附近处的颗粒被清除，并可使水膜301及被冲洗的颗粒在第一表面11边缘具有一定脱离速度，确保晶圆1整体的洁净程度较好。
52.示例性地，用于清洗晶圆的方法1000还包括步骤s105：停止喷水；及移动喷嘴2，以使喷嘴2沿转动轴线的投影离开待清洗面。步骤s105可在步骤s102后执行，并且可在执行步骤s105后执行步骤s103。可选地，本公开实施方式中在进行步骤s105时，也可以其他速度对晶圆进行其他旋转操作，这些速度的区间仍可与第二转速的区间有所重叠。移开喷嘴2可更好地避免在步骤s103的甩干工序中有水滴意外滴落，保证甩干效果。可以先停止冲水然后才移动喷嘴2，避免移动喷嘴2的过程中水流3喷到偏离转动中心111的位置，进而避免水膜301内部的动态流向有较大的变化，以避免颗粒被冲刷的方向有较大的改变，保证颗粒被整体上具有沿径向向外甩离的趋势。
53.示例性地，步骤s103中的第二转速大于或等于第一转速，第一转速为1500rpm～3000rpm，晶圆1的第二转速可为3000rpm～5000rpm。载台可在电机的驱动下实现可控的转动并且转速可调，载台的吸盘吸附晶圆1，可认为晶圆1的转速与吸盘的转速相同。在喷水结束后，利用3000rpm～5000rpm的较高转速，可对晶圆1进行一定程度的甩干。水膜301中的一些水分子/水分子团可被甩离晶圆1，还有一些水分子可吸附于晶圆1的表面。
54.在冲洗工艺过后可对晶圆1进行风干，不过风干的速度较慢进而再污染的可能性较大。本公开实施方式对晶圆1进行烘干工艺，例如以高出室温的温度对晶圆1进行烘烤。示例性地，烘烤步骤的温度可大于或等于水的沸点。可理解地，根据气压等环境条件的变化，水的沸点可有变化，例如低压环境下水的沸点降低。不同环境条件下设置烘烤温度为水的沸点时，实际温度不同，此时可视为等同的实施方式。可选地，在低压环境下，烘烤步骤的温度可大于水的沸点，例如水的沸点为98℃时，烘烤步骤的温度选取100℃。
55.示例性地，步骤s103中甩干工序结束后，载台转速降低至静止，然后可释放真空吸附的晶圆1。可将晶圆1从冲水设备转移至高温热盘。
56.在一些实施方式中，烘烤步骤的温度为100℃～120℃。烘烤温度不小于水的沸点，可加快晶圆1表面水的去除；同时控制温度不至于过高，可降低烘烤步骤的成本并有助于保护晶圆1。示例性地，烘烤步骤的温度可以为105℃、110℃或115℃。
57.本公开实施方式提供的用于清洗晶圆的方法，可用于清洗150mm、200mm、300mm或更大尺寸的晶圆，可用于清洗不同材料的晶圆。晶圆在前道工序也可已经经历过外延生长、离子注入、物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积或机械化学抛光等多种半导体加工工艺。本公开实施方式提供的用于清洗晶圆的方法可用于清洗晶圆的顶面，晶圆的顶面可指反面工艺中所暴露出的晶圆衬底的表面。
58.可选地，第一转速为1600rpm～1800rpm，甩干工序中晶圆1的旋转速度即第二转速为3200rpm～3800rpm。第一转速和第二转速均可在各自速度区间内取较低的值，可降低功率，降低工艺成本，并可对晶圆1实现良好的清洗效果。示例性地，第一转速可为1700rpm，第二转速可为3500rpm。可选地，第一转速和第二转速分别恒定，或者第一转速和第二转速可
调。
59.在另一些实施方式中，第一转速为2400rpm～2800rpm，第二转速为4500rpm～5000rpm。水流3恒定的情况下，第一转速越快，水膜301越薄，因此可配置喷嘴2的流速，实现强力的冲洗效果。此外，通过配置第二转速，有助于甩干晶圆1表面的水分，继而有利于后续的工艺例如匀胶工艺的良好实施。示例性地，第一转速可为2700rpm，第二转速可为4700rpm。
60.可选地，第一转速和第二转速均为3000rpm。如此，在步骤s101至步骤s103可不用调节载台的转速。示例性地，第一转速为2500rpm～2900rpm，第二转速为3200rpm～3800rpm，例如第一转速可为2800rpm，第二转速可为3300rpm。
61.图3示出了本公开实施方式提供的用于制造集成电路的方法的流程。如图3所示，用于制造集成电路的方法2000包括下述步骤s201和步骤s202。
62.步骤s201为根据前述的用于清洗晶圆的方法对晶圆进行清洗的步骤。所获得的晶圆具有至少一个非常清洁的表面，这样清洁的表面可在后续工序具有较好的工艺性能。
63.步骤s202，对晶圆进行涂光刻胶。具体地，在晶圆的被清洗过的表面进行涂胶。在涂胶的过程中，由于晶圆的表面非常洁净，颗粒污染非常少，因此光刻胶的厚度均匀，避免光刻胶扩散时产生因颗粒阻挡造成的线状缺损。
64.由于光刻胶涂抹均匀、缺陷少，本公开实施方式提供的用于制造集成电路的方法可利用光刻胶层实现较好的光刻工艺，继而制造出最终良率高的集成电路。
65.本公开实施方式制造的集成电路在芯片结构上包括但不限于金属－氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，mosfet)、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)、结型场效应晶体管(junction field-effect transistor，jfet)。
66.在另一些方面，本公开实施方式提供的用于清洗晶圆的方法所获得的晶圆，也可用于其他工序，例如用于在被清洗面进行沉积工艺、外延工艺等，也有助于降低杂质、提升集成电路的性能。
67.以上公开的各实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
68.以上公开的实施例中，除非另有明确的规定和限定，否则不限制各步骤的执行顺序，例如可以并行执行，也可以不同次序地先后执行。各步骤的子步骤还可以交错地执行。可以使用上述各种形式的流程，还可重新排序、增加或删除步骤，只要能够实现本公开实施方式提供的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
69.以上公开的实施例仅表达了本发明创造的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明创造的专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明创造要求的专利保护范围。因此，本发明创造的专利保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.用于清洗晶圆的方法，其特征在于，包括：以第一转速转动晶圆，其中，所述晶圆的待清洗面沿转动轴线朝向一侧；对所述待清洗面的转动中心进行喷水；以第二转速转动经历过所述喷水步骤的晶圆，其中，所述第二转速大于或等于所述第一转速；以及烘烤经历过所述以第二转速转动步骤的晶圆。2.根据权利要求1所述的用于清洗晶圆的方法，其中，所述待清洗面沿铅垂方向朝向上侧，所述待清洗面与所述转动轴线垂直；所述喷水步骤中，水流垂直喷射于所述待清洗面。3.根据权利要求1所述的用于清洗晶圆的方法，其中，所述喷水步骤包括：通过喷嘴进行所述喷水；所述方法还包括：停止喷水；移动所述喷嘴以使所述喷嘴沿所述转动轴线的投影离开所述待清洗面。4.根据权利要求1所述的用于清洗晶圆的方法，其中，所述喷水步骤中使用的水为去离子水。5.根据权利要求1所述的用于清洗晶圆的方法，其中，所述喷水步骤中水的洁净度满足：直径大于或等于0.4um的颗粒的浓度小于4颗/l。6.根据权利要求1所述的用于清洗晶圆的方法，其中，所述第一转速为1500rpm～3000rpm；所述第二转速为3000rpm～5000rpm。7.根据权利要求6所述的用于清洗晶圆的方法，其中，所述第一转速为1600rpm～1800rpm；所述第二转速为3200rpm～3800rpm。8.根据权利要求6所述的用于清洗晶圆的方法，其中，所述第一转速为2400rpm～2800rpm；所述第二转速为4500rpm～5000rpm。9.根据权利要求1所述的用于清洗晶圆的方法，其中，所述烘烤步骤的温度为100℃～120℃。10.用于制造集成电路的方法，其特征在于，包括：根据权利要求1至9中任一项所述的用于清洗晶圆的方法对晶圆进行清洗的步骤；以及对所述晶圆进行涂光刻胶。

技术总结
本公开涉及用于清洗晶圆的方法、用于制造集成电路的方法。该用于清洗晶圆的方法包括：以第一转速转动晶圆，其中，晶圆的待清洗面沿转动轴线朝向一侧；对待清洗面的转动中心进行喷水；以第二转速转动经历过喷水步骤的晶圆，其中，第二转速大于或等于第一转速；以及烘烤经历过以第二转速转动步骤的晶圆。该方法可以实现对表面沾污有颗粒的晶圆进行良好的清理。实现对表面沾污有颗粒的晶圆进行良好的清理。实现对表面沾污有颗粒的晶圆进行良好的清理。


技术研发人员：盛况 任娜 熊丹妮 徐弘毅
受保护的技术使用者：浙江大学杭州国际科创中心
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/6