專利名稱：在拋光由硅組成的半導(dǎo)體晶片之后立即清潔該半導(dǎo)體晶片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在化學(xué)機(jī)械拋光由硅組成的半導(dǎo)體晶片之后立即對(duì)該半導(dǎo)體晶片清潔去除拋光劑殘余物的方法。
背景技術(shù)：
通常對(duì)由硅組成的半導(dǎo)體晶片實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)以使半導(dǎo)體晶片的一個(gè)或兩個(gè)面光滑化。在拋光之后，半導(dǎo)體晶片被拋光劑的殘余物污染，并且必須加以清潔。必須盡可能迅速地去除該殘余物，這是因?yàn)槠鋾?huì)進(jìn)攻半導(dǎo)體晶片的敏感表面，并且必需盡可能完全地加以去除，這是因?yàn)榱粼诮?jīng)清潔的表面上的顆粒會(huì)導(dǎo)致表面缺陷，之后這些表面缺陷無(wú)法通過(guò)清潔加以去除。此外，出于經(jīng)濟(jì)方面的原因，該清潔過(guò)程還必須在盡可能短的時(shí)間內(nèi)完成。
DE 102007032385A1描述了一種用于在CMP之后在模塊結(jié)構(gòu)化的清潔設(shè)備中清潔半導(dǎo)體晶片的方法。在該方法中，分別單獨(dú)地在至少兩個(gè)清潔模塊中對(duì)半導(dǎo)體晶片進(jìn)行清潔，并在一個(gè)干燥模塊中進(jìn)行干燥。目的在于去除金屬污染物的包括三個(gè)子步驟的清潔序列在同一清潔模塊中進(jìn)行。
在EP 0708480A1中，作為用包含氫氧化銨、過(guò)氧化氫和水的清潔溶液進(jìn)行清潔的有利的替代方案，建議半導(dǎo)體晶片在拋光之后首先用氫氟酸水溶液進(jìn)行清潔，隨后用包含臭氧的水進(jìn)行沖洗，最后在存在水的情況下用刷子進(jìn)行清潔。
US 5，944，906描述了一種方法,通過(guò)該方法在拋光之后對(duì)其表面由至少兩種不同材料形成的半導(dǎo)體晶片進(jìn)行清潔。在采用該方法時(shí)，半導(dǎo)體晶片彼此先后依次用一系列含水的清潔溶液進(jìn)行處理。該系列包括氫氟酸、PH在I至4的范圍內(nèi)的表面活性劑溶液、氫氧化銨水溶液、PH在8至10的范圍內(nèi)的表面活性劑溶液和去離子水。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種清潔方法，通過(guò)該方法可以對(duì)由硅組成的半導(dǎo)體晶片在化學(xué)機(jī)械拋光之后單獨(dú)地及以高的通過(guò)量有效地去除在經(jīng)拋光的正面和背面上的拋光殘余物。
該目的是通過(guò)在化學(xué)機(jī)械拋光由硅組成的半導(dǎo)體晶片之后立即清潔該半導(dǎo)體晶片的方法實(shí)現(xiàn)的，該方法包括以所示順序進(jìn)行的以下步驟
a)將半導(dǎo)體晶片從拋光盤轉(zhuǎn)移至第一清潔模塊，其中在轉(zhuǎn)移過(guò)程中用水以不大于 IOOOPa的壓力噴射半導(dǎo)體晶片的兩個(gè)側(cè)面至少一次；
b)在導(dǎo)入水的情況下在旋轉(zhuǎn)的滾筒之間清潔半導(dǎo)體晶片；
C)用含有氟化氫和表面活性劑的水溶液以不大于70000Pa的壓力噴射半導(dǎo)體晶片的側(cè)面；
d)用水以不大于20000Pa的壓力噴射半導(dǎo)體晶片的側(cè)面；
e)將半導(dǎo)體晶片浸入含水的堿性清潔溶液中；
f)在導(dǎo)入水的情況下在旋轉(zhuǎn)的滾筒之間清潔半導(dǎo)體晶片；
g)用水噴射半導(dǎo)體晶片；及
h)干燥半導(dǎo)體晶片。


圖I和2所示為在正面上發(fā)現(xiàn)的顆粒的分布圖，其中每個(gè)圖顯示了在每組半導(dǎo)體晶片的經(jīng)拋光的半導(dǎo)體晶片正面上發(fā)現(xiàn)的顆粒的總數(shù)。
圖3和4所示為在正面上發(fā)現(xiàn)的顆粒的分布圖，其中每個(gè)圖顯示了在每組半導(dǎo)體晶片的半導(dǎo)體晶片正面上發(fā)現(xiàn)的顆粒的總數(shù)。
具體實(shí)施方式
該方法能夠在化學(xué)機(jī)械拋光由硅組成的半導(dǎo)體晶片之后立即迅速且有效地清潔半導(dǎo)體晶片的經(jīng)拋光的正面和背面。
半導(dǎo)體晶片在該方法中于不同的清潔模塊中進(jìn)行處理。清潔模塊是功能單元，在其中半導(dǎo)體晶片的清潔是通過(guò)用液體噴射半導(dǎo)體晶片的側(cè)面，通過(guò)將半導(dǎo)體晶片浸入浴中或者通過(guò)在導(dǎo)入水或?qū)肭鍧嵢芤旱那闆r下在旋轉(zhuǎn)的滾筒之間清潔半導(dǎo)體晶片而進(jìn)行的。 優(yōu)選的是，在所述處理期間在清潔模塊中半導(dǎo)體晶片繞其中心旋轉(zhuǎn)，優(yōu)選在垂直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
該方法包括特定的操作順序，其在整體上實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的。根據(jù)該方法清潔的由硅組成的半導(dǎo)體晶片在被顆粒污染方面具有已經(jīng)在將要進(jìn)行包裝及發(fā)送給客戶的經(jīng)拋光的由硅組成的半導(dǎo)體晶片所期待的范圍內(nèi)的清潔度。與此同時(shí)，從根據(jù)該方法的步驟 a)由拋光盤進(jìn)行轉(zhuǎn)移計(jì)算至在該方法的步驟h)中的干燥完全結(jié)束，其中計(jì)入了半導(dǎo)體晶片由機(jī)器人進(jìn)行輸送的時(shí)間，該方法耗時(shí)不大于360秒,優(yōu)選不大于300秒。
在采用該方法時(shí)，每單位時(shí)間(循環(huán)時(shí)間)經(jīng)干燥的半導(dǎo)體晶片的產(chǎn)出量為每75 秒至少一個(gè)半導(dǎo)體晶片，優(yōu)選為每66秒至少一個(gè)半導(dǎo)體晶片。
該方法包括從拋光盤轉(zhuǎn)移至第一清潔模塊、清潔步驟b)至g)以及最后在干燥模塊中干燥半導(dǎo)體晶片。為了實(shí)施該方法的清潔步驟b)至g)，優(yōu)選使用不多于3個(gè)清潔模塊，這有助于獲得高的通過(guò)量。
用于清潔半導(dǎo)體晶片的水優(yōu)選為去離子水。
在該方法開始時(shí)，將在其經(jīng)拋光的正面及其背面粘附有拋光劑殘余物的半導(dǎo)體晶片盡可能迅速地從拋光盤輸送至第一清潔模塊。在該轉(zhuǎn)移過(guò)程中，用水噴射半導(dǎo)體晶片的兩個(gè)面至少一次，其中半導(dǎo)體晶片優(yōu)選保持水平或垂直。特別優(yōu)選將半導(dǎo)體晶片借助于將其于邊緣處進(jìn)行夾持的機(jī)器人系統(tǒng)輸送至接受站(ijbemahme-Station)并放置在此，在此根據(jù)該方法的步驟a)用水對(duì)其進(jìn)行噴射，隨后借助于機(jī)器人系統(tǒng)將其進(jìn)一步輸送至第一清潔模塊。用水噴射側(cè)面的過(guò)程耗時(shí)優(yōu)選不小于I秒且不大于10秒。若時(shí)間短于I秒， 則對(duì)該方法的效果有不利影響，而若長(zhǎng)于10秒，則不利于該方法的生產(chǎn)率。
在該方法的步驟a)的過(guò)程中用水噴射半導(dǎo)體晶片的側(cè)面所采用的壓力為不大于 IOOOPa(IOmbar)。若在該方法的此處的壓力更高，則存在當(dāng)用水噴射新鮮拋光且因此敏感的半導(dǎo)體晶片時(shí)由于更高的壓力而產(chǎn)生無(wú)法在之后通過(guò)清潔加以去除的表面缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。
該方法的步驟b)至d)優(yōu)選在第一清潔模塊中實(shí)施。
該方法的步驟b)包括在導(dǎo)入水的情況下在旋轉(zhuǎn)的滾筒之間清潔半導(dǎo)體晶片。該滾筒優(yōu)選具有由諸如聚乙烯醇的塑料制成的海綿狀覆蓋物，其在清潔時(shí)與半導(dǎo)體晶片接觸。旋轉(zhuǎn)的刷子也是合適的。半導(dǎo)體晶片在該處理過(guò)程中優(yōu)選保持垂直，并繞其中心旋轉(zhuǎn)。 該方法的步驟b)耗時(shí)優(yōu)選不小于10秒且不大于30秒。若時(shí)間短于10秒，則對(duì)該方法的效果有不利影響，而若長(zhǎng)于30秒，則不利于該方法的生產(chǎn)率。
該方法的步驟c)包括用含有氟化氫和至少一種表面活性劑的水溶液噴射半導(dǎo)體晶片的側(cè)面。半導(dǎo)體晶片在該處理過(guò)程中優(yōu)選保持垂直，并繞其中心旋轉(zhuǎn)。該方法的步驟 c)耗時(shí)優(yōu)選不小于20秒且不大于30秒。若時(shí)間短于20秒，則對(duì)該方法的效果有不利影響，而若長(zhǎng)于30秒,則不利于該方法的生產(chǎn)率。
氟化氫(HF)的濃度優(yōu)選為0. 5至I. 5重量％，表面活性劑的濃度優(yōu)選為0. 015至0.03重量％。優(yōu)選考慮包含一個(gè)或多個(gè)酸基且相應(yīng)地形成pH小于7的水溶液的表面活性劑。
在該方法的步驟c)的過(guò)程中用水溶液噴射半導(dǎo)體晶片的側(cè)面所采用的壓力為不大于70000Pa(0. 7bar)且優(yōu)選不小于40000Pa (0. 4bar)。若在該方法的此處的壓力更高，則存在當(dāng)用水溶液噴射半導(dǎo)體晶片時(shí)產(chǎn)生無(wú)法在之后通過(guò)清潔加以去除的表面缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。 若壓力過(guò)低，則清潔不完全。
該方法的步驟d)包括用水噴射半導(dǎo)體晶片的側(cè)面。半導(dǎo)體晶片在該處理過(guò)程中優(yōu)選保持垂直，并繞其中心旋轉(zhuǎn)。該方法的步驟d)耗時(shí)優(yōu)選不小于I秒且不大于10秒。若時(shí)間長(zhǎng)于10秒,則不利于該方法的生產(chǎn)率。
在步驟d)的過(guò)程中用水噴射半導(dǎo)體晶片的側(cè)面所采用的壓力為不大于 20000Pa(0. 2bar)。若在該方法的此處的壓力更高，則存在當(dāng)用水噴射半導(dǎo)體晶片時(shí)產(chǎn)生無(wú)法在之后通過(guò)清潔加以去除的表面缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。
該方法的步驟e)優(yōu)選在第二清潔模塊中實(shí)施。包括將半導(dǎo)體晶片浸入含水的堿性清潔溶液中。半導(dǎo)體晶片在該處理過(guò)程中優(yōu)選保持垂直，并繞其中心旋轉(zhuǎn)。該清潔溶液的溫度優(yōu)選為不小于50°C且不大于60°C。其包含堿性化合物，優(yōu)選為氫氧化四甲基銨 (TMAH)，以及任選存在的過(guò)氧化氫(H2O2)。堿性化合物的濃度優(yōu)選在0. I至0. 4重量％的范圍內(nèi)，過(guò)氧化氫的濃度優(yōu)選在0. 7至I. 5重量％的范圍內(nèi)。
該方法的步驟e)耗時(shí)優(yōu)選不小于40秒且不大于60秒。若時(shí)間短于40秒，則對(duì)該方法的效果有不利影響，而若長(zhǎng)于60秒，則不利于該方法的生產(chǎn)率。
該方法的步驟f)和g)優(yōu)選在第三清潔模塊中實(shí)施。
該方法的步驟f)包括在導(dǎo)入水的情況下在旋轉(zhuǎn)的滾筒之間清潔半導(dǎo)體晶片。該滾筒優(yōu)選具有由諸如聚乙烯醇的塑料制成的海綿狀覆蓋物，其在清潔時(shí)與半導(dǎo)體晶片接觸。旋轉(zhuǎn)的刷子同樣是合適的。半導(dǎo)體晶片在該處理過(guò)程中優(yōu)選保持垂直，并繞其中心旋轉(zhuǎn)。該方法的步驟f)耗時(shí)優(yōu)選不小于10秒且不大于30秒。若時(shí)間短于10秒，則對(duì)該方法的效果有不利影響，而若長(zhǎng)于30秒，則不利于該方法的生產(chǎn)率。
該方法的步驟g)包括用水噴射半導(dǎo)體晶片的側(cè)面。半導(dǎo)體晶片在該處理過(guò)程中優(yōu)選保持垂直，并繞其中心旋轉(zhuǎn)。步驟g)耗時(shí)優(yōu)選不小于5秒且不大于10秒。若時(shí)間短于5秒，則對(duì)該方法的效果有不利影響，而若長(zhǎng)于10秒，則不利于該方法的生產(chǎn)率。
該方法的步驟h)包括在干燥模塊中干燥半導(dǎo)體晶片。特別優(yōu)選為其中在存在異丙醇蒸汽的情況下進(jìn)行干燥的干燥模塊。干燥過(guò)程耗時(shí)優(yōu)選不小于45秒且不大于65秒。
根據(jù)本發(fā)明的方法適合于清潔由硅組成的半導(dǎo)體晶片，尤其是直徑在200至 450mm的范圍內(nèi)的由硅組成的半導(dǎo)體晶片。
實(shí)施例I :
對(duì)由硅組成的半導(dǎo)體晶片實(shí)施化學(xué)機(jī)械拋光，并以根據(jù)本發(fā)明的方式在拋光之后進(jìn)行清潔。該方法的效果表現(xiàn)在進(jìn)行包裝及發(fā)送給客戶之前在半導(dǎo)體晶片上測(cè)得的顆粒數(shù)量。對(duì)于一半數(shù)量的所檢驗(yàn)的半導(dǎo)體晶片，發(fā)現(xiàn)不多于5個(gè)最大線性尺寸大于37nm的顆粒。 還以比較的方式根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法清潔半導(dǎo)體晶片。對(duì)于這些半導(dǎo)體晶片，對(duì)應(yīng)的顆粒數(shù)量在 15至20的范圍內(nèi)。
實(shí)施例2
為了顯示在步驟c)中表面活性劑的重要性，對(duì)第一組和第二組半導(dǎo)體晶片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光和清潔。每組包括40個(gè)由硅組成的半導(dǎo)體晶片。根據(jù)本發(fā)明，第二組的清潔在拋光之后立即進(jìn)行。第一組的清潔與此的區(qū)別僅在于在步驟c)中省略掉表面活性劑。對(duì)經(jīng)清潔的半導(dǎo)體晶片實(shí)施根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的最終清潔，并檢驗(yàn)尺寸為40nm或更大的顆粒的存在性。圖I和2所示為在正面上發(fā)現(xiàn)的顆粒的分布圖，其中每個(gè)圖顯示了在每組半導(dǎo)體晶片的經(jīng)拋光的半導(dǎo)體晶片正面上發(fā)現(xiàn)的顆粒的總數(shù)。圖I與圖2的比較表明，在根據(jù)本發(fā)明清潔的半導(dǎo)體晶片(第二組，圖2)的正面上發(fā)現(xiàn)的顆粒的數(shù)量明顯低于在以非本發(fā)明方式進(jìn)行清潔的半導(dǎo)體晶片(第一組，圖I)的情況下所發(fā)現(xiàn)的顆粒數(shù)量。
實(shí)施例3
為了顯示在步驟c)中壓力的重要性，對(duì)第三組和第四組半導(dǎo)體晶片進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光和清潔。每組包括10個(gè)由硅組成的半導(dǎo)體晶片。根據(jù)本發(fā)明，第四組的清潔在拋光之后立即進(jìn)行。第三組的清潔與此的區(qū)別僅在于在步驟c)中用水溶液以IOOOOOPa的壓力噴射半導(dǎo)體晶片的側(cè)面。為了清潔第四組的半導(dǎo)體晶片，設(shè)置60000Pa的相應(yīng)的壓力。對(duì)經(jīng)清潔的半導(dǎo)體晶片實(shí)施根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的最終清潔，并檢驗(yàn)尺寸為40nm或更大的顆粒的存在性。圖3和4所示為在正面上發(fā)現(xiàn)的顆粒的分布圖，其中每個(gè)圖顯示了在每組半導(dǎo)體晶片的半導(dǎo)體晶片正面上發(fā)現(xiàn)的顆粒的總數(shù)。圖3與圖4的比較表明，在根據(jù)本發(fā)明清潔的半導(dǎo)體晶片(第四組，圖4)的正面上發(fā)現(xiàn)的顆粒的數(shù)量明顯低于在以非本發(fā)明方式進(jìn)行清潔的半導(dǎo)體晶片(第三組，圖3)的情況下所發(fā)現(xiàn)的顆粒數(shù)量。
權(quán)利要求
1.在化學(xué)機(jī)械拋光由硅組成的半導(dǎo)體晶片之后立即清潔該半導(dǎo)體晶片的方法，該方法包括以所示順序進(jìn)行的以下步驟a)將半導(dǎo)體晶片從拋光盤轉(zhuǎn)移至第一清潔模塊，其中在轉(zhuǎn)移過(guò)程中用水以不大于 IOOOPa的壓力噴射半導(dǎo)體晶片的兩個(gè)側(cè)面至少一次；b)在導(dǎo)入水的情況下在旋轉(zhuǎn)的滾筒之間清潔半導(dǎo)體晶片；c)用含有氟化氫和表面活性劑的水溶液以不大于70000Pa的壓力噴射半導(dǎo)體晶片的側(cè)面；d)用水以不大于20000Pa的壓力噴射半導(dǎo)體晶片的側(cè)面；e)將半導(dǎo)體晶片浸入含水的堿性清潔溶液中；f)在導(dǎo)入水的情況下在旋轉(zhuǎn)的滾筒之間清潔半導(dǎo)體晶片；g)用水噴射半導(dǎo)體晶片；及h)干燥半導(dǎo)體晶片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟b)至d)在第一清潔模塊中實(shí)施，步驟e)在第二清潔模塊中實(shí)施，而步驟f)和g)在第三清潔模塊中實(shí)施。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中半導(dǎo)體晶片在步驟b)至g)中保持垂直，并繞其中心旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的方法，其中步驟b)至g)在以下持續(xù)時(shí)間內(nèi)實(shí)施 步驟b)的持續(xù)時(shí)間為不小于10秒且不大于30秒，步驟c)的持續(xù)時(shí)間為不小于20秒且不大于30秒， 步驟d)的持續(xù)時(shí)間為不小于1秒且不大于10秒， 步驟e)的持續(xù)時(shí)間為不小于40秒且不大于60秒， 步驟f)的持續(xù)時(shí)間為不小于10秒且不大于30秒，及步驟g)的持續(xù)時(shí)間為不小于5秒且不大于10秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其中從根據(jù)步驟a)由拋光盤轉(zhuǎn)移半導(dǎo)體晶片直至根據(jù)步驟h)干燥半導(dǎo)體晶片完全結(jié)束的耗時(shí)不大于360秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的方法，其中在不大于75秒的循環(huán)時(shí)間之后取出經(jīng)干燥的半導(dǎo)體晶片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的方法，其中經(jīng)清潔的半導(dǎo)體晶片的直徑在200至450mm 的范圍內(nèi)。
全文摘要
在化學(xué)機(jī)械拋光由硅組成的半導(dǎo)體晶片之后立即清潔該半導(dǎo)體晶片的方法，該方法包括以所示順序進(jìn)行的以下步驟a)將半導(dǎo)體晶片從拋光盤轉(zhuǎn)移至第一清潔模塊，其中在轉(zhuǎn)移過(guò)程中用水以不大于1000Pa的壓力噴射半導(dǎo)體晶片的兩個(gè)側(cè)面至少一次；b)在導(dǎo)入水的情況下在旋轉(zhuǎn)的滾筒之間清潔半導(dǎo)體晶片；c)用含有氟化氫和表面活性劑的水溶液以不大于70000Pa的壓力噴射半導(dǎo)體晶片的側(cè)面；d)用水以不大于20000Pa的壓力噴射半導(dǎo)體晶片的側(cè)面；e)將半導(dǎo)體晶片浸入含水的堿性清潔溶液中；f)在導(dǎo)入水的情況下在旋轉(zhuǎn)的滾筒之間清潔半導(dǎo)體晶片；g)用水噴射半導(dǎo)體晶片；及h)干燥半導(dǎo)體晶片。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102543679SQ20111043794
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者R·蘭茨 申請(qǐng)人:硅電子股份公司