利用电化学作用去除集成电路晶片表面污染物的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用电化学作用去除集成电路晶片表面污染物的方法，提供一种利用金刚石膜结构和能够起到去除集成电路晶片表面残留有机物、颗粒以及金属离子的清洗剂的结合，能够达到较好的清洗效果，而且工艺简单，操作方便，满足环保要求的去除集成电路晶片表面污染物的方法。该方法包括下述步骤：金刚石膜配合清洗剂清洗；清洗剂清洗；金刚石膜清洗；两次水超声漂洗；喷淋；烘干得到高洁净的晶片。所述清洗剂按体积百分比由多种表面活性剂２％～１５％，碱是４０％～４５％，余量的水组成。本发明专利技术采用金刚石膜结构代替传统清洗中的氧化剂，能够控制氧化强度，在外加电压的条件下能够使清洗剂长久保持稳定的氧化能力，使清洗剂能够循环应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体清洗领域，更具体的说，是涉及利用电化学作用去除集成电路晶片表面有机污染物、金属离子和颗粒的清洗方法。
技术介绍
甚大规模集成电路(ULSI)集成度迅速提高，器件的特征尺寸不断减小，对于晶片表面沾污的要求更加严格。在甚大规模集成电路的制备过程中，晶片的表面状态及洁净度是影响器件质量与可靠性的最重要的因素之一。在集成电路制备过程中晶片表面会沾污各种的有机污染物，如油脂、高温蜡、光刻胶等，这些有机污染物必须去除，否则就会对后续工艺造成不良影响，导致器件失效或者报废，损失十分严重。清洗不但要去除晶片表面的各种有机污染物，而且不能破坏晶片表面分子结构。晶片表面存在有机污染物会导致很多问题。一般讲，它们会影响清洗的效果，使晶片表面的颗粒和金属离子沾污难以去除。它们会破坏淀积膜与晶片表面的粘附，破坏器件的电特性。它们还会分解出有害的副产物，造成晶片表面进一步污染。当晶片在无氧的环境下被加热时，这些有机污染物会碳化，并且，残留在硅衬底表面的碳被加热超过800℃时，碳就会和硅反应在晶片表面形成碳化硅的区域，导致器件失效甚至报废。目前去除集成电路晶片表面有机污染物的主要方法就是采用RCA清洗中的I号液和III号液。I号液为氢氧化铵/过氧化氢/去离子水(NH4OH/H2O2/H2O，简称AMP，65～80℃)。I号液具有碱性、氧化性和络合性。它能去除部分有机物、光刻胶、残留膜和部分重金属离子。I号液能够和晶片表面的硅产生化学反应，使得附着在晶片表面的各种有机物随着硅化学键的断裂而脱离晶片表面。但I号液在去除晶片表面各种污染物的同时也对硅片表面进行氧化和腐蚀，反应方程式为 由于腐蚀是不均匀的，外面腐蚀的速率比较快而内部的腐蚀速率比较慢，所以很容易造成腐蚀的不均匀，即造成硅片表面平整度差。而且H2O2在碱性介质或高pH值条件下容易造成金属污染物在晶片上的沉积。如果H2O2浓度不够则氨水会腐蚀硅片，造成花斑。由于I号液含有NH4OH，还会有刺激性的气味产生，严重威胁工人的健康，需要保证环境的通风，增加了超净空间的维护费用。III号液为硫酸/过氧化氢/去离子水(H2SO4/H2O2/H2O，简称SPM，100～130℃)。III号液具有酸性和氧化性，可以去除有机物、光刻胶和酸性可溶杂质。但III号液中硫酸的氧化性和强酸性很容易造成炭化，使得表面发黑，影响晶片的清洗效果，同时对环境造成污染。上述采用I号液和III号液的单纯的清洗剂清洗，清洗剂中的氧化剂，如双氧水，在溶液中有一定的溶解度，当有机污染物含量较多时氧化强度不足，会造成清洗不彻底，清洗后晶片表面残留有机物。另外，氧化剂在溶液中具有一定的寿命，随着清洗的进行，其中的氧化剂被消耗，溶液的氧化能力随之下降，造成清洗剂持久力差。由于氧化剂消耗严重，清洗剂清洗一次就要更换，不但造成极大的浪费，而且还会污染环境。目前，还有采用在水中通臭氧的方法去除晶片表面的有机物，臭氧具有很强的氧化性，能够将有机物氧化去除，但是臭氧在水中的溶解度不容易控制，而且在生产过程中一旦工作空间存在大量的臭氧，会造成危险。另外，半导体晶片表面的颗粒和金属离子对半导体晶片的质量和可靠性也有重要的影响。微电子器件衬底表面的吸附物在p-n结扩散制作或离子注入时形成钉子模型，处于颗粒下面的硅片不能得到掺杂，导致低击穿、管道击穿。颗粒还会牢固得吸附在晶片表面，在淀积薄膜时嵌入其中。在淀积过程中，颗粒污染会导致针孔、微小裂缝等。在后续的步骤中，当多层布线形成后，颗粒会导致相邻导线的短路或断路。晶片表面的金属污染物(如铁和铜)在热处理的过程中会很快扩散到硅中。如果它们存在于晶片表面并且扩散到硅体中，就会导致界面的结构缺陷，在后续的氧化和外延层生长过程中出现缺陷堆积，提高p-n结的漏电流，降低少数载流子的寿命。因此去除晶片表面有机污染物的同时还应该去除颗粒和金属离子等各种污染物，以便满足微电子发展的进一步要求。但现有的清洗方法只能清洗掉晶片表面的有机物，而对于晶片表面的颗粒、金属离子等则无能为力。需要采用其它的工艺清洗晶片表面的颗粒和金属离子。使得清洗工艺复杂，清洗时间长，生产效率低。
技术实现思路
本专利技术是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种利用金刚石膜结构和能够起到去除集成电路晶片表面残留有机物、颗粒以及金属离子的清洗剂的结合，能够达到较好的清洗效果，而且工艺简单，操作方便，满足环保要求的。本专利技术通过下述技术方案实现本专利技术的清洗方法是由能够起到氧化分解有机污染物作用的金刚石膜结构合和能够起到去除液晶片表面残留有机物的清洗剂共同组成。金刚石膜结构利用金刚石膜作阳极，石墨作阴极，两极之间加入电解质，那么在阳极就会产生大量的自由氢氧基(·OH)、自由氧基(·O)及其衍生物过氧化氢、臭氧和氧气，然后通过控制电流来控制其浓度。本专利技术的，包括下述步骤(1)金刚石膜电化学作用配合清洗剂清洗将第一槽中放入清洗剂并加入8～15倍水，将装有集成电路晶片的花篮浸泡在其中，以金刚石膜为阳极，石墨为阴极，所述清洗剂为电解质，室温清洗5～10分钟。可以配合超声波作用。所述清洗剂按体积百分比包括多种表面活性剂含量是2％～15％，碱含量是40％～45％，余量的水。这一步主要是利用金刚石膜在电压电流作用下产生的氢氧自由基、氧自由基、臭氧、氧分子和双氧水等氧化剂，对集成电路晶片表面的有机物进行氧化分解，使之脱离晶片表面，进入到清洗剂介质中。(2)清洗剂超声加热清洗将清洗剂加入8～15倍水放入第二槽中，加热到50～60℃，将上述晶片花篮从第一槽中取出，放入第二槽中，配合超声波作用清洗5～10分钟。所述清洗剂按体积百分比包括多种表面活性剂含量是2％～15％，碱含量是40％～45％，余量的水。这一步的主要作用是利用清洗剂降低表面张力、增强质量传递、溶解和分解污染物的作用，将吸附在集成电路晶片表面的有机物、颗粒和金属离子等污染物去除。(3)金刚石膜电化学作用清洗将水放入第三槽中，再将晶片花篮从第二槽中取出放入第三槽中，以金刚石膜为阳极，石墨为阴极，所述水为电解质，室温清洗5～10分钟。这一步的主要作用为利用金刚石膜电化学作用所产生的氧化性能，将残留在集成电路晶片表面的污染物和清洗剂进行分解，使之脱离晶片表面，使得晶片表面不再存在任何有机污染物。(4)水超声漂洗将水放入第四槽，加热到50～60℃，将集成电路晶片花篮从三槽中取出，放入四槽，进行超声，大约5～10分钟。这一步的主要作用为去除前面清洗工序中残留在集成电路晶片表面的有机物、颗粒、金属离子以及清洗剂等物质，彻底进行漂洗，使得清洗后晶片表面只有水而没有其他物质。(5)水超声漂洗将水放入第五槽，加热到50～60℃，将集成电路晶片花篮从四槽中取出，放入五槽，进行超声，大约5～10分钟。这一步的主要作用为去除前面清洗工序中残留在集成电路晶片表面的有机物、颗粒、金属离子以及清洗剂等物质，彻底进行漂洗，使得清洗后晶片表面只有水而没有其他物质。(6)喷淋用温度为50～60℃的水对集成电路晶片进行喷淋，时间为2～5分钟。这一步的主要作用为利用没有污染的水进行喷淋，去除集成电路晶片表面附着的各种物质和残留的水。喷淋后晶片表面只留有纯净的水，而没有其他物质。(7)烘干，可以用热风或红外进行烘干，时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用电化学作用去除集成电路晶片表面污染物的方法，其特征在于，包括下述步骤：（１）金刚石膜电化学作用配合清洗剂清洗：将第一槽中放入清洗剂并加入８～１５倍水，将装有集成电路晶片的花篮浸泡在其中，以金刚石膜为阳极，石墨为阴极，所述清洗 剂为电解质，室温清洗５～１０分钟；所述清洗剂按体积百分比由多种表面活性剂２％～１５％，碱４０％～４５％，余量的水组成。（２）清洗剂超声加热清洗：将清洗剂加入８～１５倍水放入第二槽中，加热到５０～６０℃，将上述晶片花篮从第一槽中取出， 放入第二槽中，配合超声波作用清洗５～１０分钟；所述清洗剂按体积百分比由多种表面活性剂２％～１５％，碱４０％～４５％，余量的水组成；（３）金刚石膜电化学作用清洗：将水放入第三槽中，再将晶片花篮从第二槽中取出放入第三槽中，以金刚石膜为阳 极，石墨为阴极，所述水为电解质，室温清洗５～１０分钟；（４）水超声漂洗：将水放入第四槽，加热到５０～６０℃，将集成电路晶片花篮从三槽中取出，放入四槽，进行超声，大约５～１０分钟；（５）水超声漂洗：将水放入第五槽，加热到５０～ ６０℃，将集成电路晶片花篮从四槽中取出，放入五槽，进行超声，大约５～１０分钟；（６）喷淋：用温度为５０～６０℃的水对集成电路晶片进行喷淋去掉表面的各种残留；（７）烘干。...

【技术特征摘要】
1.一种利用电化学作用去除集成电路晶片表面污染物的方法，其特征在于，包括下述步骤(1)金刚石膜电化学作用配合清洗剂清洗将第一槽中放入清洗剂并加入8～15倍水，将装有集成电路晶片的花篮浸泡在其中，以金刚石膜为阳极，石墨为阴极，所述清洗剂为电解质，室温清洗5～10分钟；所述清洗剂按体积百分比由多种表面活性剂2％～15％，碱40％～45％，余量的水组成。(2)清洗剂超声加热清洗将清洗剂加入8～15倍水放入第二槽中，加热到50～60℃，将上述晶片花篮从第一槽中取出，放入第二槽中，配合超声波作用清洗5～10分钟；所述清洗剂按体积百分比由多种表面活性剂2％～15％，碱40％～45％，余量的水组成；(3)金刚石膜电化学作用清洗将水放入第三槽中，再将晶片花篮从第二槽中取出放入第三槽中，以金刚石膜为阳极，石墨为阴极，所述水为电解质，室温清洗5～10分钟；(4)水超声漂洗将水放入第四槽，加热到50～60℃，将集成电路晶片花篮从三槽中取出，放入四槽，进行超声，大约5～10分钟；(5)水超声漂洗将水放入第五槽，加热到50～60℃，将集成电路晶片花篮从四槽中取出，放入五槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉岭，李薇薇，常明，潘鹏，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]