CN116274104A - 一种晶圆清洗方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种晶圆清洗方法。一实施例的晶圆清洗方法包括：对晶圆进行第一腐蚀；对晶圆利用第一中心口和第一辅助口进行溢流注水，第一中心口的注水流速为第一流速，第一辅助口的注水流速为第二流速；对晶圆进行第二腐蚀；利用第二中心口和第二辅助口进行溢流注水，第二中心口的注水流速为第三流速，第二辅助口的注水流速为第四流速；在冲洗腔内，自槽体底部的注水口以第五流速进行注水进行第三次清洗，直至水电阻率达到工艺要求；以及对晶圆进行干燥处理，第一、第二、第三以及第四流速为5L/min～22L/min，第五流速为20L/min～30L/min，第三次清洗时间为150s～1000s。该清洗方法能够避免深宽比大的沟槽内水膜置换不良导致的水痕，进而提高产品良率。

Description

一种晶圆清洗方法

技术领域

本申请涉及半导体技术领域。更具体地，涉及一种晶圆清洗方法，特别涉及一种用于表面具有沟槽的晶圆的干燥及清洗工艺方法。

背景技术

在半导体器件制造过程中，几乎每一道工序都涉及晶圆的清洗步骤。例如，沟槽MOS在刻蚀形成沟槽后，需要对晶圆进行清洗以去除刻蚀沟槽过程中形成的自然氧化层以及沉积的污染物，然后在沟槽侧壁形成栅氧化层(简称“栅氧”)，并在沟槽内淀积多晶硅，形成多晶硅栅。在该过程中，清洗的效果直接影响栅氧和多晶硅的质量，进而影响到沟槽MOS产品的性能。特别是对于深宽比较大的沟槽MOS产品而言，一旦清洗效果未达到工艺要求，比如出现“水痕”，往往会导致多晶硅填充时出现空洞，甚至还会影响后续多晶硅刻蚀步骤，严重时将导致电路功能异常，产品良率大大降低。

参照图1所示，图中示出将沟槽MOS产品中的多晶硅刻蚀并去胶后的产品实际形貌，由图中可见，在有源区边界附近区域虚线框圈出的位置即为清洗过程中的水痕导致的图形异常，可见存在多晶空洞。由于晶圆清洗后需要尽快生长栅氧化层以及淀积多晶硅，且清洗后通过现有检测手段基本无法确定是否产生了“水痕”，只能在多晶硅刻蚀完成后甚至产品加工完成后才能通过检测或测试确定图形或者参数异常的原因，而此时已无法对异常产品进行返工，只能对整片晶圆采取报废处理，造成严重浪费。

因此，需要提供一种晶圆清洗方法，以解决晶圆表面，特别是，沟槽MOS产品生产过程中晶圆清洗工艺产生的“水痕”问题。

发明内容

为了解决以上问题，本申请采用下述技术方案：

本申请第一方面提供一种晶圆清洗方法，包括：

在第一腐蚀腔内利用第一氢氟酸水溶液对晶圆表面的氧化膜进行第一腐蚀；

在第一溢流腔内利用第一中心口和多个第一辅助口进行溢流注水，以对第一腐蚀后的晶圆进行第一次溢流清洗，第一中心口位于第一溢流腔槽体底部中心，注水流速为第一流速，多个第一辅助口围绕第一中心口，注水流速为第二流速；

在第二腐蚀腔内利用第二氢氟酸水溶液对第一次溢流清洗后的晶圆进行第二腐蚀，以去除晶圆表面的氧化膜；

在第二溢流腔内利用第二中心口和多个第二辅助口进行溢流注水，以对第二腐蚀后的晶圆进行第二次溢流清洗，第二中心口位于第二溢流腔槽体底部中心，注水流速为第三流速，多个第二辅助口围绕第二中心口，注水流速为第四流速；

在冲洗腔内，自槽体底部的注水口以第五流速进行注水，以进行第三次清洗，直至水电阻率达到工艺要求；以及

在干燥腔内对第三次清洗后的晶圆进行干燥处理以完成晶圆清洗，

其中，第一至第四流速为5L/min～22L/min，第五流速为20L/min～30L/min，第三次清洗时间为150s～1000s。

在一些可选的实施例中，其中，

第一次溢流清洗和第二次溢流清洗的时间为：150s～1000s；

第一氢氟酸水溶液中H₂O与HF的体积比为(10～50):1，第二氢氟酸水溶液中H₂O与HF的体积比为(100～300):1。

在一些可选的实施例中，其中，在第三次清洗时，达到工艺要求的水的电阻率为：大于等于16MΩ·cm。

在一些可选的实施例中，干燥处理进一步包括：

将第三次清洗后的晶圆浸没在干燥腔底部槽体的水中；

对槽体溢流注水，并向干燥腔顶部通入载气以进行预清洗；

控制承载晶圆的托片器分阶段上升并将水排净；

通过位于槽体顶部的第一通气口和位于底部的第二通气口再次注入载气，以进行干燥准备阶段处理；以及

自第一通气口通入携带干燥剂的载气以完成干燥处理，

其中，在干燥准备阶段，干燥准备时间为5s～100s，第一通气口和第二通气口的载气流速为40L/min～80L/min。

在一些可选的实施例中，分阶段上升进一步包括第一阶段和第二阶段，

第一阶段中，控制托片器以第一速度上升，在第一阶段结束时大于1/3的晶圆脱离水面，第一速度为小于等于2mm/s，

第二阶段中，控制托片器以第二速度上升并开始排水，并在第二阶段结束时晶圆完全脱离水面，第二速度为小于等于1mm/s。

在一些可选的实施例中，自第二通气口通入携带干燥剂的载气的时间为100s～1000s。

在一些可选的实施例中，干燥腔还包括至少一个排风口，方法进一步包括：在干燥处理过程中利用排风口以120Pa～170Pa的排风压力排风。

在一些可选的实施例中，在预清洗时，注水方式包括自槽体底部的第六流速注水和第七流速注水，其中，

第六流速注水的流速为10L/min～50L/min，第七流速注水的流速为1L/min～5L/min。

在一些可选的实施例中，

在进行第一次溢流清洗后，第二腐蚀前，方法还包括：

在第一清洗腔内以第一药液浸泡第一次溢流清洗后的晶圆，以进行第一次微粒清洗，第一药液为NH₄OH、H₂O₂和H₂O的混合液，NH₄OH、H₂O₂和H₂O的体积比为：1:2:(50～100)；

在第一快排水冲洗腔内，对第一次微粒清洗后的晶圆进行第一次快排水冲洗，

在第二清洗腔内以第二药液浸泡第一次快排水冲洗后的晶圆，以进行第二次微粒清洗，第二药液为HCl、H₂O₂和H₂O的混合液，HCl、H₂O₂和H₂O的体积比为：1:2:(50～100)；以及

在第二快排水冲洗腔内，对第二次微粒清洗后的晶圆进行第二次快排水冲洗。

在一些可选的实施例中，干燥剂为气化的异丙醇，载气为氮气。

本申请的有益效果如下：

本申请提供一种晶圆清洗方法，通过在第一次溢流清洗和第二溢流清洗时利用槽体底部中心的中心口和围绕中心的辅助口进行多区域注水，并严格控制每一次溢流清洗中中心口和辅助口的注水流速，以彻底去除氧化膜腐蚀过程中晶圆表面残留的氢氟酸溶液；更重要地是，在干燥前冲洗时，在监测水电阻率的情况下，以严格控制的注水流速和处理时间进行第三次清洗，从而将晶圆表面的疏水性改变为亲水性，以在清洗过程中形成完整而优质的水膜，从而能够彻底解决沟槽内水痕问题，提高了产品良率。

附图说明

图1为现有技术中沟槽清洗过程中的水痕导致的后续栅氧化层形貌缺陷；

图2为本申请实施例的晶圆清洗方法的示意性流程图；

图3为本申请一实施例的晶圆清洗方法的具体方法流程图；

图4为应用本申请实施例的溢流清洗设备所含溢流清洗腔的示意图；

图5为应用本申请实施例的快排水冲洗设备所含冲洗腔的示意图；

图6为应用本申请实施例的测电阻率清洗设备所含清洗腔的示意图；

图7为应用本申请实施例的干燥设备所含干燥腔的示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请，下面结合实施例和附图对本申请做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本申请的保护范围。

应理解，说明书中所用的“第一”、“第二”、“第三”等序数词只是为了方便描述和区分，而并不代表具体的数量或优先级。

如图2所示，本申请的实施例提供了一种晶圆清洗方法，包括：

步骤S1、在第一腐蚀腔内利用第一氢氟酸水溶液对晶圆进行第一腐蚀；

步骤S2、在第一溢流腔内利用第一中心口和多个第一辅助口进行溢流注水，以对第一腐蚀后的晶圆进行第一次溢流清洗，第一中心口位于第一溢流腔槽体底部中心，注水流速为第一流速，多个第一辅助口围绕第一中心口，注水流速为第二流速；

步骤S3、在第二腐蚀腔内利用第二氢氟酸水溶液对第一次溢流清洗后的晶圆进行第二腐蚀，以去除晶圆表面的氧化膜；

步骤S4、在第二溢流腔内利用第二中心口和多个第二辅助口进行溢流注水，以对第二腐蚀后的晶圆进行第二次溢流清洗，第二中心口位于第二溢流腔槽体底部中心，注水流速为第三流速，多个第二辅助口围绕第二中心口，注水流速为第四流速；

步骤S5、在冲洗腔内，自槽体底部的注水口以第五流速进行注水，以进行第三次清洗，直至水电阻率达到工艺要求；以及

步骤S6、在干燥腔内对第三次清洗后的晶圆进行干燥处理以完成晶圆清洗。

上述过程中，第一至第四流速为5L/min～22L/min，第五流速为20L/min～30L/min，第三次清洗时间为150s～1000s。

本实施例的晶圆清洗方法，包括第一腐蚀、第一次溢流清洗、第二腐蚀、第二次溢流清洗、第三次清洗和干燥。通过在第一次溢流清洗和第二溢流清洗时利用槽体底部中心的中心口和围绕中心的辅助口进行多区域注水，并严格控制每一次溢流清洗过程中槽体底部中心口和辅助口的注水流速，以彻底去除氧化膜腐蚀过程中晶圆表面残留的氢氟酸溶液；特别是，发明人通过试验发现，在干燥前冲洗时，通过调整注水流速能够改善水痕问题，推测此步骤中的注水流速对晶圆表面的亲疏水性有影响，进而影响晶圆表面水膜的质量，基于此，发明人对第三次清洗过程中的注水流速进行优化，从而彻底解决“水痕”问题，提高了产品良率。

为了便于理解本申请实施例的各个步骤流程，下面结合图3所示的具体示例流程图进行详细描述，图4至图7中示出了各步骤涉及的关键设备，在下文的方法描述中也将结合这些设备示意图描述各步骤的具体工艺。

在步骤S1中，在第一腐蚀腔内利用第一氢氟酸水溶液对晶圆表面的氧化膜进行第一腐蚀。

参照图3所示，步骤S1对应于具体流程中的DHF1流程，主要用到的设备为盛有药液的腐蚀腔。腐蚀腔通常包括槽体和封闭槽体的顶盖，槽体和顶盖形成容纳药液的容腔。因为该设备结构相对简单，易于理解，因此未具体示出设备结构。

第一腐蚀过程中，由于使用的药液为DHF，即稀释的氢氟酸，因此业内将此步骤记为DHF1。本申请将此步骤中使用的腐蚀腔称为第一腐蚀腔，相应的氢氟酸水溶液称为第一氢氟酸水溶液，以与后续DHF2区分。

在该步骤中，第一腐蚀腔中盛满用于腐蚀前层氧化膜的第一氢氟酸水溶液，第一氢氟酸水溶液中H₂O与HF的体积比为(10～50):1。在第一腐蚀步骤中，通常通过机械手将晶圆夹持放入第一腐蚀腔内进行浸泡，使第一氢氟酸水溶液与晶圆表面的氧化膜充分接触并反应，以去除晶圆表面的氧化层。

具体地，第一氢氟酸水溶液的温度通常为室温，使用寿命通常为2000min～3000min，累计可加工20～60批晶圆。当药液使用寿命和晶圆加工批数中的一者达到上限即需要更换第一腐蚀腔中的药液，以确保药液始终保持足够的腐蚀能力。另外为了保证氢氟酸水溶液能够充分腐蚀氧化膜，应使槽体内的氢氟酸水溶液具有一定的循环流速，循环流速以10L/min～20L/min为宜。

在步骤S2中，通常通过机械手将第一腐蚀腔中经过第一腐蚀的晶圆转移至第一溢流腔内，进行第一次溢流清洗(OF1)。

图4中示出了第一次溢流清洗使用的第一溢流腔1的结构示意图。第一溢流腔1包括槽体11，槽体11中设置有多个用于固定晶圆的卡齿111，在步骤S2中，当晶圆放置在槽体11中时，通过相邻的两个卡齿111的夹持可以保持晶圆呈竖直状态，即晶圆表面平行于槽体11深度方向，且多片晶圆彼此平行设置。卡齿111既可以如图4所示通过支撑架与槽体11底部存在一定的空间，也可以直接设置在槽体11底部，本文不作具体限定。

此外，参照图4所示，槽体11还包括设置在底部的多个注水口，注水口包括位于底部中心的中心口、围绕中心口的多个辅助口。图中示出的2个辅助口仅是示例性的，具体数目根据设备型号而定。此外，槽体11底部还包括至少一个出水口，顶部还设有溢流出水口。以上中心口、辅助口、以及出水口都可以打开和关闭，进水和出水的流速均可以控制。

如图4所示，由槽体11底部中心口注入的水按照箭头A所指示的方向进入槽体11内；由槽体11底部辅助口注入的水按照箭头B1和B2所指示的方向进入槽体11内；当溢流时多余的水按照箭头C1和C2指示沿槽体11侧壁中的流出通道流出，溢流出水口位于流出通道的顶部；箭头D示出了槽体11中水由底部排水口排出的方向。

具体到步骤S2中，机械手将第一腐蚀腔中经过第一腐蚀的晶圆固定到卡齿内，利用第一溢流清洗腔的第一中心口和多个第一辅助口溢流注入超纯水。第一中心口的注水流速为第一流速，第一辅助口的注水流速为第二流速。在本申请的实施例中，第一流速和第二流速均为5L/min～22L/min，第一流速和第二流速的具体数值可以相同也可以不同。通过同时采用位于槽体11底部的第一中心口和围绕第一中心口的多个辅助口进行注水，且二者均按照5L/min～22L/min的流速进行注水，由中心和围绕中心的多个注水口产生的水流能够相互作用，从而能够保证竖直于槽体11中的各片晶圆的整个表面均能够处于涌动的水流中，从而能够有效清除晶圆表面，特别是晶圆表面沟槽内残留的氢氟酸。

优选地，经过实验证明，第一次溢流清洗的时间应为150s～1000s，当在以上第一流速和第二流速的注水下处理150s～1000s，能够保证清洗后的晶圆满足产品清洗的工艺要求。

考虑到晶圆在加工过程中很容易沾染各种挥发物而形成杂质微粒、金属离子和有机物，因此参照图3所示，在第一次溢流清洗(OF1)后，清洗方法还可以包括：第一次微粒清洗(SC1)、第一次快排水冲洗(QDR1)、第二次微粒清洗(SC2)以及第二次快排水冲洗(QDR2)。

第一次微粒清洗使用的第一清洗腔和第二次微粒清洗使用的第二清洗腔与第一腐蚀使用的设备结构类似，即，盛有药液的清洗腔，清洗腔同样包括槽体和封闭槽体的顶盖，具体结构不再赘述。

图5示出了第一次快排水冲洗使用的第一快排水冲洗腔和第二次快排水冲洗使用的第二次快排水冲洗腔的设备主体结构示意图。本领域技术人员可以理解，尽管以同一视图示出两个步骤中的设备主体结构，其旨在于说明两次使用的设备结构相同，但两个步骤并非使用同一台设备，这样做的目的是避免清洗过程中的药液交叉污染，在此不再赘述。

如图5所示，快排水冲洗腔2包括槽体21，槽体21中同样设置有多个固定晶圆的卡齿211，当晶圆放置在槽体21中时，通过相邻的两个卡齿211的夹持可以保持晶圆呈竖直状态，即晶圆表面平行于槽体21深度方向，且多片晶圆彼此平行设置。卡齿211既可以如图5所示通过支撑架与槽体21底部存在一定的空间，也可以直接设置在槽体21底部，本文不作具体限定。

此外，参照图5所示，快排水冲洗腔2的槽体21还包括设置在底部的多个注水口和至少一个出水口、以及设置在侧壁靠近槽体顶部位置的多个喷淋口，注水口围绕底部中心设置，排水口设置在底部中心位置，图中示出的4个注水口仅是示例性的，具体数目根据设备型号而定，喷淋口的数量也只是示例定的，本申请不对其进行限制。以上注水口、喷淋口以及出水口都可以打开和关闭，进水和出水的流速均可以控制。

如图5所示，当注水时水按照箭头B1、B2、B3和B4指示沿槽体21底部注入；喷淋时水按照箭头E1和E2指示的方向喷淋进入槽体21内；箭头D示出了槽体21中水由底部排水口排出的方向。

具体地，在第一次微粒清洗步骤中，可以通过机械手将第一次溢流清洗后的晶圆转移至第一清洗腔内，以第一药液浸泡晶圆以进行第一次微粒清洗。优选地，第一药液为NH₄OH、H₂O₂和H₂O的混合液，NH₄OH、H₂O₂和H₂O的体积比为：1:2:(50～100)。通过该设置，能够将晶圆表面的杂质微粒和有机物进行去除。

更具体地，第一清洗腔中的第一药液的药液温度应为30℃～60℃，药液使用寿命为720min～2000min，药液累计可加工晶圆20～60批。当药液使用寿命和累计晶圆加工批次中的一者达到上限即需要更换第一清洗腔中的药液，以确保药液始终保持足够的杂质溶解能力。另外为了保证第一药液能够有效溶解杂质，槽体内的第一药液应具有一定的循环流速，循环流速以小于等于20L/min为宜。此外，为了进一步提高杂质去除效果，在浸泡晶圆的同时还可以提供超声波，超声波的功率为200W～1200W，通过该设置能够使第一药液充分振动起来，在溶解颗粒的同时使未完全溶解的微粒能够脱离晶圆表面，提高杂质去除效果。

在第一次快排水冲洗步骤中，通过机械手将第一次微粒清洗后的晶圆转移至第一次快排水冲洗腔内，利用超纯水对晶圆进行第一次快排水冲洗。为了能够有效冲洗掉晶圆表面残留的第一药液和反应物，通过喷淋口和注水口同时快速出水。喷淋口的流速为15L/min～25L/min，注水口的流速为25L/min～35L/min。

晶圆表面的金属离子往往并不能一次清洗彻底，则再需要一次专门针对金属离子的第二次微粒清洗步骤。

具体地，在第二清洗腔内以第二药液浸泡第一次快排水冲洗后的晶圆，第二药液为HCl、H₂O₂和H₂O的混合液，HCl、H₂O₂和H₂O的体积比为：1:2:(50～100)。

之后，在第二快排水冲洗腔内，利用超纯水对第二次微粒清洗后的晶圆进行第二次快排水冲洗，以去除晶圆表面残余的第二药液和反应物。

更具体地，第二清洗腔中的第二药液的药液温度应为30℃～60℃。另外为了保证第二药液能够有效溶解金属离子，槽体内的第二药液应具有一定的循环流速，循环流速以10L/min～20L/min为宜。

在第二次快排水冲洗步骤中，为了能够有效冲洗掉晶圆表面残留的第二药液和反应物，同样通过喷淋口和注水口同时快速出水。喷淋口的流速为15L/min～25L/min，注水口的流速为25L/min～35L/min，具体过程与第一次快排水冲洗类似，在此不再赘述。

在步骤S3中，在第二腐蚀腔内利用第二氢氟酸水溶液对第一次溢流清洗后的晶圆进行第二腐蚀。

参照图3所示，该步骤对应于具体流程中的DHF2流程，主要用到的设备为盛有药液的腐蚀腔，其结构与DHF1中的相同，在此不再赘述。

在该步骤中，第二腐蚀腔中盛满用于腐蚀薄膜化氧化膜的第二氢氟酸水溶液，第二氢氟酸水溶液中H₂O与HF的体积比为(100～300):1，该薄膜化氧化膜通常为自然氧化层。具体地，第二氢氟酸水溶液的药液温度通常为23±0.5℃，药液使用寿命通常为2000min～3000min，药液经过批数为20～60批数，使用寿命和药液经过批数中的一者达到上限即需要更换第二腐蚀腔中的药液，以确保药液始终保持足够的腐蚀能力。另外为了保证氢氟酸水溶液能够充分腐蚀薄膜化氧化膜，应使槽体内的氢氟酸水溶液具有一定的循环流速，循环流速以5L/min～22L/min为宜。

在步骤S4中，机械手将第二腐蚀腔中经过第二腐蚀的晶圆转移至第二溢流腔内，以在第二溢流腔内进行第二次溢流清洗。

参照图3所示的具体流程图，该步骤对应流程OF2，其使用的设备结构图如图4所示。同理，尽管均以图4示出OF1和OF2两个步骤中的设备主体结构，其旨在于说明两次使用的设备结构相同，但两个步骤并非使用同一台设备，这样做的目的是避免清洗过程中的药液交叉污染，在此不再赘述。

具体地，机械手将第二腐蚀腔中经过第二氧化膜腐蚀的晶圆固定到卡齿内，利用第二溢流清洗腔的第二中心口和多个第二辅助口溢流注入超纯水。第二中心口的注水流速为第三流速，第二辅助口的注水流速为第四流速。在本申请的实施例中，第三流速和第四流速均为5L/min～22L/min，第三流速和第四流速的具体数值可以相同也可以不同。通过同时采用位于槽体11底部的第二中心口和围绕第二中心口的多个第二辅助口同时注水，且二者均以5L/min～22L/min的流速进行注水，由中心和围绕中心的多个注水口产生的水流能够相互作用，因而能够保证竖直于槽体11中的各片晶圆的整个表面均能够处于涌动的水流中，进而能够有效清除晶圆表面，特别是晶圆表面沟槽内残留的氢氟酸和反应物。

优选地，经过实验证明，第一次溢流清洗的时间应为150s～1000s，当在以上第一流速和第二流速下注水处理150s～1000s，能够保证清洗后的晶圆满足产品清洗的工艺要求。

在步骤S5中，在冲洗腔内，自槽体底部的注水口以第五流速进行注水，以进行第三次清洗，直至水电阻率达到工艺要求。

如图6所示，冲洗腔3包括槽体31，槽体31中设置有多个固定晶圆的卡齿311，当晶圆放置在槽体31中时，通过相邻的两个卡齿311的夹持可以保持竖直状态，即晶圆表面平行于槽体31深度方向，且多片晶圆彼此平行设置。卡齿311既可以如图6所示通过支撑架与槽体31底部存在一定的空间，也可以直接设置在槽体31底部，本文不作具体限定。此外，参照图6所示，槽体31还包括设置在底部的多个注水口、以及设置在槽体31顶部的溢流出水口。此外，槽体11底部还包括至少一个出水口。注水口围绕底部中心设置，图中示出的注水口仅是示例性的，具体数目根据设备型号而定。以上注水口以及出水口都可以打开和关闭，进水和出水的流速均可以控制。

如图6所示，当注水时水按照箭头B1、B2指示沿槽体31底部注入；溢流出水时按照箭头C1和C2的方向溢流排出；箭头D示出了槽体31中水由底部排水口排出的方向。

具体到步骤S5，该步骤对应于图3中的流程FR，该步骤也是本申请实施例中最重要的步骤。

特别地，在本步骤中，通过控制注水口的注水流速和处理时间，使得晶圆在进行干燥处理前表面能够形成优质而完整的水膜，进而确保干燥处理过程中干燥剂能够有效置换水膜而不留水痕。该步骤中，电阻率可以随时检测也可以抽检，本申请不作限定。在具体实施过程中，当检测到水的电阻率稳定维持在16MΩ·cm及以上时，可以认为达到工艺要求。

具体地，在步骤S5中，自槽体31底部的注水口以第五流速进行注水以进行第三次清洗，第五流速为20L/min～30L/min，第三次清洗时间为150s～1000s。经过反复实验验证发现，将冲洗腔3底部的注水口的流速控制在20L/min～30L/min且清洗时间控制为150s～1000s，通过该优化调整，可以有效解决水痕问题，推测上述注入流速和清洗时间，能够将晶圆表面由疏水性改变为亲水性，从而在晶圆表面形成有效的、均匀的、厚度适中的水膜，从而避免晶圆表面与空气接触，使得进入干燥腔后，干燥剂IPA可以与水膜有效置换，从而改善干燥效果，解决沟槽MOS产品中多晶的“水痕”问题。

另外，在此需要说明的是，尽管在第一次溢流清洗和第二次溢流清洗步骤中并没有直接形成水膜，但通过清洗过程中对氢氟酸的有效去除，能够降低氢氟酸对晶圆表面亲疏水性的影响，有利于第三次清洗中对晶圆表面疏水性向亲水性的改善，进而有效改善水膜的形成质量。

在一些可选的实施例中，在第三次清洗中，当监测到水的电阻率大于等于16MΩ·cm时，停止注水并结束清洗。通过监测水的电阻率，旨在确认晶圆表面是否已经彻底清洗干净，当电阻率大于等于16MΩ·cm时，即认为冲洗腔中的水已为超纯水，也即晶圆表面不存在药液。

在步骤S6中，在干燥腔内对第三次清洗后的晶圆进行干燥处理以完成晶圆清洗。

该步骤对应于图3中的DRY流程，该流程在干燥设备内进行。

参照图7所示，干燥设备中用于完成干燥过程的主体结构为干燥腔4，干燥腔4包括用于容纳超纯水的槽体41和用于封闭槽体41顶部开口的弧形罩42；换言之，干燥腔4的底部为槽体41，干燥腔4的顶部是由弧形罩42的容腔以及槽体41内水面限定出的空间。其中，槽体41中设置有用于承载待干燥晶圆的托片器411，托片器411为可升降托片器，能够在干燥设备的控制下最高升至弧形罩42的容腔内，以方便载入待干燥晶圆，然后下降至槽体41中，以便干燥后晶圆出腔。弧形罩42相对于槽体41是可开闭的，用于载入待干燥晶圆。

本领域技术人员应理解，图7中的托片器411的结构仅为示意性地，本申请并不旨在限制其为支柱型支架结构，只要能够实现基于干燥设备的控制上升和下降的结构均是允许的；本申请并不限制托片器411抬升的极限位置，不同的干燥设备，该极限位置可以不同；另外，尽管未示出，托片器411的表面也应包括固定晶圆的卡齿，以使放置在托片器上的多片晶圆能够沿槽体41深度方向竖直放置。

具体地，干燥腔4还包括：设置在槽体41底部的多个注水口和至少一个排水口、以及设置在槽体41顶部的至少一个溢流出水口。另外，干燥腔4还可以包括设置在槽体41底部的至少一个注水口。各注水口的流量是可控的，排水口可以打开和关闭；溢流出水口用于保证注水时液面不会高于槽体41和弧形罩42的交界面。图7中，溢流时多余的水按照箭头C1和C2指示沿槽体41侧壁中的流出通道流出，溢流出水口位于流出通道的顶部；由槽体41底部注入的水按照箭头F和G所指示的方向进入槽体41内；箭头D示出了槽体41中水由底部排水口排出的方向。

此外，干燥腔4还包括多路气管，这些气管包括设置于干燥腔4顶部的顶部气管M1和位于槽体41底部的M2，以用于向干燥腔通入气体，比如通过气管M1通入载气、携带干燥剂的载气，通过气管M2通入载气。图7中为方便展示，以位于弧形罩42壁面和槽体41底部的实心三角形表示气管末端的喷气嘴。

具体到步骤S6，干燥处理进一步包括：将第三次清洗后的晶圆浸没在干燥腔4底部槽体41的水中；对槽体41溢流注水，并向干燥腔顶部42通入载气以进行预清洗；控制承载晶圆的托片器411分阶段上升并将水排净；通过位于槽体顶部的第一通气口M1和位于底部的第二通气口M2再次注入载气，以进行干燥准备阶段处理；以及自第一通气口通入携带干燥剂的载气以完成干燥处理，其中，在干燥准备阶段，干燥准备时间为5s～100s，第一通气口和第二通气口的载气流速为40L/min～80L/min。第一通气口和第二通气口的流速可以相同也可以不同，只要均满足以上范围即可。

其中，载气可以为氮气，干燥剂可以为气化的异丙醇(IPA)。

按照以上设置，通过控制干燥准备时间并控制与之相配合的第一通气口和第二通气口的载气流速，能够确保在该过程中不破坏晶圆表面水膜形态，确保后续干燥剂置换水膜的效果，从而避免在晶圆表面形成水痕。

在一些可选的实施例中，分阶段上升进一步包括：第一阶段和第二阶段，其中，

第一阶段中，控制托片器411以第一速度上升，在第一阶段结束时大于1/3的待干燥晶圆脱离水面，第一速度为小于等于2mm/s，

第二阶段中，控制托片器以第二速度上升并开始排水，并在第二阶段结束时待干燥晶圆完全脱离水面，第二速度为小于等于1mm/s。

通过控制托片器上升的速度，特别是控制托片器中的晶圆从水中提拉至超过三分之一、小于二分之一晶圆露出水面处的速度，能够有效避免晶圆提拉出水面时出水波动对晶圆表面水膜的影响。保持晶圆表面优质的水膜，有利于干燥剂充分置换水膜的效果，从而避免形成水痕。

在一些可选的实施例中，自第二通气口通入携带干燥剂的载气的时间为100s～1000s。优化干燥剂的干燥时间，能够有效提高晶圆表面IPA置换水膜的效果并提高干燥效果，避免形成水痕，有利于确保后续栅氧化层和多晶硅等的质量。

在一些可选的实施例中，在预清洗时，注水方式包括自槽体底部的第六流速注水和第七流速注水，其中，第六流速注水的流速为10L/min～50L/min，第七流速注水的流速为1L/min～5L/min。

通过该设置，在预清洗时通过控制多股不同位置注水的流速和时间，以使槽体41内的水整体发生涌动，避免后续步骤中待干燥晶圆还未完全出水，其沟槽内的水就回归静止，进而避免沟槽内水汽残留，从而提高干燥效果。

另外，考虑到在干燥过程中干燥腔内的气压同样影响IPA置换水膜的效果和干燥效果，优选地，干燥腔4还包括至少一个排风口(未示出)，干燥处理进一步包括：在干燥处理过程中利用排风口以120Pa～170Pa的排风压力排风。通过该设置，能够通过控制通气和排气的压力使腔室压力达到平衡状态，保证IPA对水膜的置换效果，避免干燥后晶圆表面存在水痕，提高产品良率。

本申请提供一种晶圆清洗方法，通过在第一次溢流清洗和第二溢流清洗时利用槽体底部中心的中心口和围绕中心的辅助口进行多区域注水，并控制每一次溢流清洗中中心口和辅助口的注水流速，以彻底去除氧化膜腐蚀过程中晶圆表面残留的氢氟酸溶液；更重要地是，在干燥前冲洗时，在监测水电阻率的情况下，以受控的注水流速进行第三次清洗，从而将晶圆表面的疏水性改变为亲水性，以在清洗过程中形成完整而优质的水膜，从而能够彻底解决“水痕”问题，提高了产品良率。

本申请提供的晶圆清洗方法，尤其适合于深宽比较大的沟槽产品，特别是深宽比大于3：1的深沟槽产品。在一种典型实例中，在制作沟槽型VDMOS(Vertical Double-diffused Metal Oxide Semiconductor)的制程中，刻蚀形成沟槽(沟槽深度是1.3微米，宽度是0.25微米，即深宽比为5.2：1)后采用上述清洗方法进行晶圆清洗，随后在沟槽侧壁形成栅氧层、并在沟槽内填充多晶硅并进行回刻后，在显微镜下观察晶圆，其有源区边界未见“水痕”，图形正常。

显然，本申请的上述实施例仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非是对本申请的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本申请的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种晶圆清洗方法，其特征在于，包括：

在第一腐蚀腔内利用第一氢氟酸水溶液对晶圆表面的氧化膜进行第一腐蚀；

在第一溢流腔内利用第一中心口和多个第一辅助口进行溢流注水，以对第一腐蚀后的晶圆进行第一次溢流清洗，所述第一中心口位于第一溢流腔槽体底部中心，注水流速为第一流速，所述多个第一辅助口围绕所述第一中心口，注水流速为第二流速；

在第二腐蚀腔内利用第二氢氟酸水溶液对第一次溢流清洗后的晶圆进行第二腐蚀，以去除晶圆表面的氧化膜；

在第二溢流腔内利用第二中心口和多个第二辅助口进行溢流注水，以对第二腐蚀后的晶圆进行第二次溢流清洗，所述第二中心口位于第二溢流腔槽体底部中心，注水流速为第三流速，所述多个第二辅助口围绕所述第二中心口，注水流速为第四流速；

在冲洗腔内，自槽体底部的注水口以第五流速进行注水，以进行第三次清洗，直至水电阻率达到工艺要求；以及

在干燥腔内对第三次清洗后的晶圆进行干燥处理以完成晶圆清洗，

其中，所述第一至第四流速为5L/min～22L/min，所述第五流速为20L/min～30L/min，所述第三次清洗时间为150s～1000s。

2.根据权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，其中，

所述第一次溢流清洗和所述第二次溢流清洗的时间为：150s～1000s；

第一氢氟酸水溶液中H₂O与HF的体积比为(10～50):1，第二氢氟酸水溶液中H₂O与HF的体积比为(100～300):1。

3.根据权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，其中，在所述第三次清洗时，达到工艺要求的水的电阻率为：大于等于16MΩ·cm。

4.根据权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述干燥处理进一步包括：

将所述第三次清洗后的晶圆浸没在所述干燥腔底部槽体的水中；

对所述槽体溢流注水，并向所述干燥腔顶部通入载气以进行预清洗；

控制承载晶圆的托片器分阶段上升并将水排净；

通过位于所述槽体顶部的第一通气口和位于底部的第二通气口再次注入所述载气，以进行干燥准备阶段处理；以及

自所述第一通气口通入携带干燥剂的载气以完成干燥处理，

其中，在所述干燥准备阶段，干燥准备时间为5s～100s，所述第一通气口和所述第二通气口的载气流速为40L/min～80L/min。

5.根据权利要求4所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述分阶段上升进一步包括第一阶段和第二阶段，

第一阶段中，控制所述托片器以第一速度上升，在所述第一阶段结束时大于1/3的晶圆脱离水面，所述第一速度为小于等于2mm/s，

第二阶段中，控制所述托片器以第二速度上升并开始排水，并在所述第二阶段结束时晶圆完全脱离水面，所述第二速度为小于等于1mm/s。

6.根据权利要求4所述的晶圆清洗方法，其特征在于，自所述第二通气口通入携带干燥剂的载气的时间为100s～1000s。

7.根据权利要求4所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述干燥腔还包括至少一个排风口，所述方法进一步包括：在所述干燥处理过程中利用所述排风口以120Pa～170Pa的排风压力排风。

8.根据权利要求4所述的晶圆清洗方法，其特征在于，在所述预清洗时，注水方式包括自所述槽体底部的第六流速注水和第七流速注水，其中，

所述第六流速注水的流速为10L/min～50L/min，所述第七流速注水的流速为1L/min～5L/min。

9.根据权利要求1所述的晶圆清洗方法，其特征在于，

在进行所述第一次溢流清洗后，所述第二腐蚀前，所述方法还包括：

在第一清洗腔内以第一药液浸泡所述第一次溢流清洗后的晶圆，以进行第一次微粒清洗，所述第一药液为NH₄OH、H₂O₂和H₂O的混合液，所述NH₄OH、H₂O₂和H₂O的体积比为：1:2:(50～100)；

在第一快排水冲洗腔内，对第一次微粒清洗后的晶圆进行第一次快排水冲洗，

在第二清洗腔内以第二药液浸泡所述第一次快排水冲洗后的晶圆，以进行第二次微粒清洗，所述第二药液为HCl、H₂O₂和H₂O的混合液，所述HCl、H₂O₂和H₂O的体积比为：1:2:(50～100)；以及

在第二快排水冲洗腔内，对第二次微粒清洗后的晶圆进行第二次快排水冲洗。

10.根据权利要求4-8中任一项所述的晶圆清洗方法，其特征在于，所述干燥剂为气化的异丙醇，所述载气为氮气。

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