一种半导体集成电路制造领域硅衬底的清洗方法与流程

1.本技术涉及集成电路制造技术领域，更具体地说，它涉及一种半导体集成电路制造领域硅衬底的清洗方法。


背景技术：

2.硅材料以其优异的半导体特性，在半导体集成电路生产制造领域中长期广泛应用。现阶段，硅衬底(由硅材料制成的具有一定结构的部件)如silicon top ring(硅环)、showerhead(喷淋头)、sitarget material(硅靶材)、wafer(晶圆)等因其纯度高且化学稳定性良好，一直作为半导体集成电路中芯片制造以及光电子器件制造过程中的核心部件。
3.在传统清洗工艺中采用一定比例的氢氟酸浸泡去除硅材料表面的污染物和氧化物，但容易造成“尖峰缺陷”以及腐蚀性难以控制的问题，影响硅衬底的损耗和轮廓尺寸的变化，尤其是在65nm以下的半导体集成电路制造工艺中，氢氟酸浸泡造成的硅衬底材料缺陷会严重影响到器件的表面结构和电学性能。


技术实现要素：

4.为了解决传统清洗工艺的上述技术问题，本发明的目的是提供一种半导体集成电路制造领域硅衬底的清洗方法。
5.为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
6.一种半导体集成电路制造领域硅衬底的清洗方法，包括以下步骤：
7.s1：将氟化铵溶液和氟化氢铵溶液加入到浸泡槽中，水浴加热温度控制为25～30℃，然后将硅衬底缓慢放入到第一浸泡槽中浸泡；
8.s2：将步骤s1中浸泡完成的硅衬底放在去离子水中漂洗1～2min，使其表面残留的药液稀释并降低；
9.s3：将步骤s2中漂洗完成的硅衬底放入预装有氨水溶液、双氧水溶液的第二浸泡槽中浸泡，水浴加热温度控制为45～50℃；
10.s4：重复步骤s2，去除硅衬底表面残留的药液，然后将其放入溢流纯水槽中浸泡30～40min；
11.s5：将步骤s4中清洗完成的硅衬底吹干；
12.s6：将步骤s5中吹干的硅衬底放入退火炉中，促进硅衬底表面污染物去除；
13.s7：重复步骤s1～s6，直至硅衬底表面污染物完全去除。
14.可选的，在步骤s1中，将1mol/l的氟化铵溶液和1mol/l的氟化氢铵溶液按体积比为1:2的比例混合。
15.可选的，在步骤s1中，硅衬底的浸泡时间控制为10～15min。
16.可选的，在步骤s3中，将1mol/l的氨水溶液和3mol/l的双氧水溶液按体积比为1:1的比例混合。
17.可选的，在步骤s3中，硅衬底的浸泡时间控制为10～15min。
18.可选的，在步骤s5中，使用氮气将硅衬底吹干。
19.可选的，在步骤s6中，退火炉内的温度在25～250℃区间内进行高低温交替循环。
20.可选的，在步骤s6中，退火炉的升温速率为70～80℃/min。
21.可选的，在步骤s6中，退火炉的降温速率为70～80℃/min。
22.本发明涉及的化学反应方程式如下：
23.nh4f或nh4hf2+h2o+sio2→
sif4+nh3
·
h2o
24.nh4f或nh4hf2→
nh3+hf，hf+si
→
sif4+h225.由化学反应原理可知，氟化铵或氟化氢铵可以直接与二氧化硅反应，将硅衬底表面的氧化层剥离，而硅与氟化铵或氟化氢铵的反应实际是硅与氟化铵或氟化氢铵分解后产生的氢氟酸的反应，该反应过程受到温度、浓度、可逆条件的影响，实际产生的反应非常微弱，可以在很大程度上确保硅衬底材料的表面结构与电学性能。
26.另一方面，氟化氢铵的酸性介于氟化铵与氢氟酸之间，既可以避免氢氟酸药水的直接加入造成腐蚀性难以控制的问题，也可以通过调配氟化铵与氟化氢铵之间的比例控制不同生产条件下的反应速率，生产适用性更强。
27.综上，本技术具有以下有益效果：一方面采用一定浓度的氟化铵、氟化氢铵混合溶液作为清洗药水，用于高化学选择性地去除硅衬底的表面污染物及氧化硅，另一方面采用快速热退火处理的方式，通过硅衬底与污染物之间的应力差异和晶化效果，对硅衬底表面氧化膜层起到更有效的剥离效果，工艺简单，适用于大规模量产。
附图说明
28.图1为本发明中退火炉的温度曲线图。
具体实施方式
29.以下结合附图和实施例对本技术作进一步详细说明。
30.实施例1
31.一种半导体集成电路制造领域硅衬底的清洗方法，包括以下步骤：
32.s1：将1mol/l的氟化铵溶液和1mol/l的氟化氢铵溶液按1:2的体积比加入到浸泡槽中，水浴加热槽液温度至25℃，然后将硅衬底缓慢放入到浸泡槽中浸泡15min；
33.s2：将上述浸泡完成的硅衬底放在去离子水中漂洗2min，使硅衬底表面残留的药液稀释并降低；
34.s3：将1mol/l的氨水溶液和3mol/l的双氧水溶液按1:1的体积比加入到另一浸泡槽中，水浴加热槽液温度至45℃，将上述漂洗完成的硅衬底放入浸泡槽中浸泡15min；
35.s4：重复步骤s2，去除硅衬底表面残留的药液，然后将其放入溢流纯水槽中浸泡40min；
36.s5：使用氮气将上述清洗完成的硅衬底吹干；
37.s6：将上述吹干的硅衬底放入退火炉中，以图1中的温度曲线进行快速热退火处理，其目的是在不影响硅衬底晶化效果的前提下，激发硅衬底与表面顽固污染物的界面效应，使硅衬底(部件)与污染物之间的界面结构发生变化，促进污染物的清洗与去除效果；
38.s7：重复步骤s1～s6，直至硅衬底的表面污染物完全去除。
39.实施例2
40.一种半导体集成电路制造领域硅衬底的清洗方法，包括以下步骤：
41.s1：将1mol/l的氟化铵溶液和1mol/l的氟化氢铵溶液按1:2的体积比加入到浸泡槽中，水浴加热槽液温度至30℃，然后将硅衬底缓慢放入到浸泡槽中浸泡10min；
42.s2：将上述浸泡完成的硅衬底放在去离子水中漂洗1min，使硅衬底表面残留的药液稀释并降低；
43.s3：将1mol/l的氨水溶液和3mol/l的双氧水溶液按1:1的体积比加入到另一浸泡槽中，水浴加热槽液温度至50℃，将上述漂洗完成的硅衬底放入浸泡槽中浸泡10min；
44.s4：重复步骤s2，去除硅衬底表面残留的药液，然后将其放入溢流纯水槽中浸泡30min；
45.s5：使用氮气将上述清洗完成的硅衬底吹干；
46.s6：将上述吹干的硅衬底放入退火炉中，以图1中的温度曲线进行快速热退火处理，其目的是在不影响硅衬底晶化效果的前提下，激发硅衬底与表面顽固污染物的界面效应，使硅衬底(部件)与污染物之间的界面结构发生变化，促进污染物的清洗与去除效果；
47.s7：重复步骤s1～s6，直至硅衬底的表面污染物完全去除。
48.实施例3
49.一种半导体集成电路制造领域硅衬底的清洗方法，包括以下步骤：
50.s1：将1mol/l的氟化铵溶液和1mol/l的氟化氢铵溶液按1:2的体积比加入到浸泡槽中，水浴加热槽液温度至25℃，然后将硅衬底缓慢放入到浸泡槽中浸泡12min；
51.s2：将上述浸泡完成的硅衬底放在去离子水中漂洗2min，使硅衬底表面残留的药液稀释并降低；
52.s3：将1mol/l的氨水溶液和3mol/l的双氧水溶液按1:1的体积比加入到另一浸泡槽中，水浴加热槽液温度至45℃，将上述漂洗完成的硅衬底放入浸泡槽中浸泡12min；
53.s4：重复步骤s2，去除硅衬底表面残留的药液，然后将其放入溢流纯水槽中浸泡30min；
54.s5：使用氮气将上述清洗完成的硅衬底吹干；
55.s6：将上述吹干的硅衬底放入退火炉中，以图1中的温度曲线进行快速热退火处理，其目的是在不影响硅衬底晶化效果的前提下，激发硅衬底与表面顽固污染物的界面效应，使硅衬底(部件)与污染物之间的界面结构发生变化，促进污染物的清洗与去除效果；
56.s7：重复步骤s1～s6，直至硅衬底的表面污染物完全去除。
57.实施例4
58.一种半导体集成电路制造领域硅衬底的清洗方法，包括以下步骤：
59.s1：将1mol/l的氟化铵溶液和2mol/l的氟化氢铵溶液按1:1的体积比加入到浸泡槽中，水浴加热槽液温度至25℃，然后将硅衬底缓慢放入到浸泡槽中浸泡15min；
60.s2：将上述浸泡完成的硅衬底放在去离子水中漂洗2min，使硅衬底表面残留的药液稀释并降低；
61.s3：将1mol/l的氨水溶液和2mol/l的双氧水溶液按1:1.5的体积比加入到另一浸泡槽中，水浴加热槽液温度至45℃，将上述漂洗完成的硅衬底放入浸泡槽中浸泡15min；
62.s4：重复步骤s2，去除硅衬底表面残留的药液，然后将其放入溢流纯水槽中浸泡
40min；
63.s5：使用氮气将上述清洗完成的硅衬底吹干；
64.s6：将上述吹干的硅衬底放入退火炉中，先以80℃/min的速率将退火炉内的温度从25℃升温至250，然后以70℃/min的速率将退火炉内的温度从250℃降温至25℃，以此为一个循环，重复5个循环；
65.s7：重复步骤s1～s6，直至硅衬底的表面污染物完全去除。
66.实施例1～4中，步骤s1中的槽液及步骤s3中的槽液还可以采用电加热棒等其它加热方式加热至所需温度；步骤s6中，退火炉内的温度在25～250℃区间内进行高低温交替循环；其中，升温阶段的升温速率为70～80℃/min，优选为75℃/min；降温阶段的降温速率为70～80℃/min，优选为75℃/min。
67.以上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.上述具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种半导体集成电路制造领域硅衬底的清洗方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：将氟化铵溶液和氟化氢铵溶液加入到第一浸泡槽中，水浴加热温度控制为25～30℃，然后将硅衬底缓慢放入到浸泡槽中浸泡；s2：将步骤s1中浸泡完成的硅衬底放在去离子水中漂洗1～2min，使其表面残留的药液稀释并降低；s3：将步骤s2中漂洗完成的硅衬底放入预装有氨水溶液、双氧水溶液的第二浸泡槽中浸泡，水浴加热温度控制为45～50℃；s4：重复步骤s2，去除硅衬底表面残留的药液，然后将其放入溢流纯水槽中浸泡30～40min；s5：将步骤s4中清洗完成的硅衬底吹干；s6：将步骤s5中吹干的硅衬底放入退火炉中，促进硅衬底表面污染物去除；s7：重复步骤s1～s6，直至硅衬底表面污染物完全去除。2.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在步骤s1中，将1mol/l的氟化铵溶液和1mol/l的氟化氢铵溶液按体积比为1:2的比例混合。3.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在步骤s1中，硅衬底的浸泡时间控制为10～15min。4.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在步骤s3中，将1mol/l的氨水溶液和3mol/l的双氧水溶液按体积比为1:1的比例混合。5.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在步骤s3中，硅衬底的浸泡时间控制为10～15min。6.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在步骤s5中，使用氮气将硅衬底吹干。7.根据权利要求1所述的清洗方法，其特征在于，在步骤s6中，退火炉内的温度在25～250℃区间内进行高低温交替循环。8.根据权利要求7所述的清洗方法，其特征在于，在步骤s6中，退火炉的升温速率为70～80℃/min。9.根据权利要求7所述的清洗方法，其特征在于，在步骤s6中，退火炉的降温速率为70～80℃/min。

技术总结
本发明涉及集成电路制造技术领域，具体涉及一种半导体集成电路制造领域硅衬底的清洗方法。本发明一方面采用一定浓度的氟化铵、氟化氢铵混合溶液作为清洗药水，用于高化学选择性地去除硅衬底的表面污染物及氧化硅，另一方面采用快速热退火处理的方式，通过硅衬底与污染物之间的应力差异和晶化效果，对硅衬底表面氧化膜层起到更有效的剥离效果，工艺简单，适用于大规模量产。用于大规模量产。用于大规模量产。


技术研发人员：惠朝先
受保护的技术使用者：广州富乐德科技发展有限公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/13