半导体工艺中去除残余物质的方法与流程

本发明涉及半导体生产和加工领域，更具体的说，涉及一种半导体工艺中去除残余物质的方法。

背景技术：

随着半导体技术的持续发展，半导体硅片的结构已变得非常复杂，但多样化的半导体加工手段同样也层出不穷，为人们提供了进一步提高半导体产品品质的有效途径。

在一些半导体刻蚀工艺中，含氟(F)的刻蚀剂与硅片中的含钛(Ti)的半导体层结构相接触并发生反应，很容易产生一些副产物附着于硅片的表面，比如TiF4。

TiF4这种残余物质比较顽固，且肉眼几乎难以察觉，如果对这些残存的TiF4不加处理，会影响后续工艺，导致半导体器件失效。但是，TiF4又不能通过水洗的方法来加以去除，因为TiF4会与水发生反应：TiF4+H20—Ti(OH)4+4HF，产生的HF具有极强的酸性和腐蚀性，同样会对硅片的介质层造成严重的损伤，故而硅片在刻蚀工艺之后通常不会用水去清洗硅片表面。

这样一来，TiF4的存在给硅片的加工工艺带来了不小的麻烦，亟待本领域技术人员探寻出可行的方案，来摆脱目前这种进退维谷的局面。

技术实现要素：

为了解决上述棘手的技术问题，本发明提供了一种半导体工艺中去除残余物质的方法，专门针对TiF4。采用该方法能够有效的去除硅片表面的TiF4，且不会再有其他影响硅片品质的杂质产生，达到了良好的效果。

为了达到上述目的，本发明申请特提供了一种可行的技术方案，其具体内容如下：

一种半导体工艺中去除残余物质的方法，该方法在工艺环境中实施，所述残余物质为留存在硅片上的TiF4，包括：清洗工艺，所述清洗工艺中由足量的乙醇作溶剂溶解所述TiF4，以对所述硅片加以清洗。

优选地，在所述清洗工艺之前，对所述硅片进行加热工艺处理以使所述TiF4升华，所述加热工艺中控制工艺环境的温度高于所述TiF4的升华温度。

进一步地，在所述加热工艺中，对所述工艺环境抽真空以降低所述工艺环境中的压强，从而使所述TiF4的升华温度降低。

优选地，所述工艺环境中的压强降低至阻燃压强区间，在所述阻燃压强区间中选取的任一压强下，所述TiF4的升华温度低于所述乙醇的燃点。

进一步地，所述工艺环境中的压强降低至安全压强区间，在所述安全压强区间中选取的任一压强下，所述TiF4的升华温度低于75℃。

进一步地，在所述安全压强下完成所述加热工艺后，将所述工艺环境中的压强恢复至常压，之后再于该工艺环境下进行所述清洗工艺。

优选地，所述加热工艺中控制所述工艺环境中的温度在50-500℃。

优选地，所述加热工艺中，对所述工艺环境抽真空以使所述工艺环境中的所述TiF4的升华温度低于所述乙醇的沸点和燃点。

可选地，所述加热工艺结束后，对原工艺环境进行冷却后再进行清洗工艺；或者，所述加热工艺结束后，更换工艺环境以进行清洗工艺。

进一步地，所述清洗工艺结束后，排出工艺环境中的乙醇并对所述工艺环境进行干燥。

采用本发明申请提供的技术方案，能够对残余的TiF4进行有效的去除，并且不会对硅片带来其他干扰物质，从而保证了硅片在后续工艺中不受影响，大大提高了硅片的工艺品质。

附图说明

图1是本发明第一具体实施方式的工艺环境示意图；

图2是本发明第一具体实施方式的工艺流程图；

图3a和3b是本发明第二具体实施方式的工艺环境示意图；

图4是本发明第二具体实施方式的工艺流程图；

图5是本发明第三具体实施方式的工艺环境示意图；

图6是本发明第三具体实施方式的工艺流程图；

图7是本发明第四具体实施方式的工艺环境示意图；

图8是本发明第四具体实施方式的工艺流程图。

具体实施方式

下面将介绍本发明的具体实施方式，以供大众理解：

首先，介绍本发明的第一具体实施方式。图1-图2涉及本发明的第一具体实施方式，其中图1是对本实施方式中具体工艺环境的介绍，而图2是对本实施方式的具体工艺流程的介绍。

该具体实施方式提供了一种半导体工艺中去除残余物质的方法，该方法在图1所示的工艺环境中实施，而所要去除的残余物质为留存在硅片上的TiF4，包括：清洗工艺，在该清洗工艺中由足量的乙醇作溶剂溶解TiF4，以对硅片加以清洗；清洗工艺结束后，排出工艺环境中的乙醇并对工艺环境进行干燥。

本实施方式中所提到的工艺环境，实际上是一个清洗腔101，该清洗腔101内设置有硅片卡盘102，用于固持硅片103。在硅片103的上方、清洗腔101的顶壁，设置有一个喷头104，用以向清洗腔101内喷洒乙醇。清洗腔101的末端设置有排放口106，用于在清洗工艺结束后排出溶解有TiF4的乙醇溶液。另外，在清洗腔101的其中一个侧壁上开设有活动门105，用于取放硅片103。

当喷头104喷射出的乙醇落在硅片103上且已足量时，经过一段时间的溶解，原本附着于硅片103表面的TiF4即会溶于乙醇溶剂中，而被去除，从而实现了发明目的。这主要是利用了TiF4性质，因为TiF4能够溶解于乙醇，而溶解过程是不会产生其他副产物的，因而不会对硅片103造成其他不利影响，因此这一方法能够十分有效地去除了硅片103表面的TiF4。

接下来介绍本发明的第二具体实施方式。该具体实施方式揭示了一种半导体工艺中去除残余物质的方法，该方法在图3中(a)、(b)两图所示的两个工艺环境中进行，而所要去除的残余物质为留存在硅片上的TiF4，包括的具体工艺如图 4所示：加热工艺，对硅片进行加热以使TiF4升华，此时工艺环境中的温度应高于TiF4的升华温度；清洗工艺，在清洗工艺中由足量的乙醇作溶剂溶解剩余的TiF4，以对硅片加以清洗；清洗工艺结束后，排出工艺环境中的乙醇并对工艺环境进行干燥。

之所以在清洗工艺之前引入加热工艺，同样是利用了TiF4易升华的性质，来提高TiF4的去除效率。因为如果完全通过乙醇溶解TiF4的方法来对TiF4进行去除，会消耗较长的时间，不利于工艺效率的提高。而如果首先通过加热工艺来升华掉大部分TiF4，而将剩余的TiF4通过乙醇进行溶解，将大大提高去除效率，且能够保证TiF4被完全地、彻底地去除。

本实施方式中加热工艺在常压(101KPa)下进行，根据TiF4的性质，其升华温度在常压下为284℃，因而为了保证TiF4能够升华，加热工艺中应控制工艺环境的温度高于TiF4的升华温度，即高于284℃。本实施方式在加热工艺中采用了500℃的高温对硅片以及工艺环境进行加热，以快速升华TiF4。

加热工艺中的温度比较高，要达到284℃以上，而在常压下乙醇的燃点在75℃，沸点在78.5℃。如果在这样的温度下直接向工艺环境内填充乙醇，会非常危险。因而在本实施方式中，考虑将加热工艺和清洗工艺分别放在两个工艺环境中独立进行，当硅片在完成加热工艺后，将硅片转移至另一工艺环境后再进行清洗工艺，这样加热工艺和清洗工艺将互不影响，能够消除安全隐患。

本实施方式中的两个工艺环境分别指图3a所示的加热腔301以及图3b所示的清洗腔306。

加热腔301作为加热工艺的工艺环境，其内设置有硅片夹302，用于固持硅片303。硅片夹302的底部设置有加热装置304，用于提升加热腔301内的温度，对硅片303进行加热，以使硅片303表面的TiF4升华。加热腔301的侧壁设置有开关门305，供硅片303进出。

加热工艺完成后，大部分TiF4将被去除，但硅片303表面仍有可能留存少量TiF4。为了更加全面、彻底地去除TiF4，硅片303还需继续接受清洗工艺的处理。但考虑到温度原因，有必要将硅片303首先由原来的工艺环境，也即加热腔301转移至新的工艺环境，也即清洗腔306中，之后再对硅片303进行清洗。清洗腔306与第一实施方式中的清洗腔101的构造及原理基本相同，同样包括硅片卡盘 307、喷头308、活动门309以及排放口310，其具体结构此处不再赘述，可参考清洗腔101的结构加以理解。

图5和图6涉及本发明的第三具体实施方式。第三实施方式相对于第二实施方式的改进在于，在对硅片503进行处理时，其整个工艺过程，包括加热工艺、清洗工艺等均在一个工艺环境中进行，从而省去了更换工艺环境的麻烦。

第三具体实施方式中的工艺环境为一个工艺腔501，加热工艺和清洗工艺均在工艺腔501内实施。该工艺腔501内设置有硅片夹502以固持硅片503，硅片夹503的下方设置有加热装置504，用以在加热工艺中提高工艺腔501内的温度，以使硅片503表面的TiF4升华。工艺腔501的侧壁开设有活动门505，供硅片503进出。硅片夹502的上方设置有喷头506，用以喷射乙醇以清洗硅片503。为了控制工艺腔501内的压强，在工艺腔501的另一侧壁上设置有排气孔508，排气孔508与一真空泵509相连，在真空泵509的抽气作用下，工艺腔501内的气压得以调节至真空。同时，在工艺腔501的底部，还设置有排放口507，用于在清洗工艺结束后排出清洗所使用的乙醇。

该具体实施方式中能够在同一个工艺腔501内同时实现对硅片503的加热工艺和清洗工艺，得益于该工艺腔501内的压强可以被抽至真空。因为压强的下降能够降低TiF4升华的温度，腔室内的压强降得足够低时，通常是一个压强区间，在该压强区间内任意取值，均能够使TiF4的升华温度低于乙醇的沸点和燃点，从而使硅片503在接受了加热工艺处理后，能够直接向工艺腔501内通入乙醇对硅片503继续进行清洗工艺处理，而在相应的气压和温度下还能够保证乙醇不会沸腾汽化或自燃，从而将两项工艺统一于一个工艺环境下加以实施，减省了更换工艺环境的麻烦，在保证安全的情况下提高了工艺效率。由于选取该压强区间的主要目的是防止乙醇的自燃，因此将之命名为阻燃压强区间。

在本实施方式中，在加热工艺中具体的工艺条件为，压强控制在13Pa，此时TiF4的升华温度为58℃，因此通过加热装置504将工艺腔501内的温度提升至62℃左右，以将TiF4升华。之后无需对工艺腔501进行降温，可直接向工艺腔501内通入乙醇进行清洗工艺，因为在13Pa的压强下，乙醇的沸点及燃点均高于62℃，因而不会发生汽化或自燃，清洗工艺足够安全。

本实施方式中的具体工艺如图6所示，包括：

加热工艺，对工艺环境进行抽真空并对硅片进行加热以使TiF4升华；

清洗工艺，在清洗工艺中由足量的乙醇作溶剂溶解剩余的TiF4，以对硅片进行清洗；

清洗工艺结束后，排出工艺环境中的乙醇并对工艺环境进行干燥。

最后，将参考图7和图8介绍本发明的第四具体实施方式。第四具体实施方式同样可以实现对硅片的加热工艺和清洗工艺均在同一个工艺环境中加以实施。

为了实现发明目的，并将加热工艺和清洗工艺统一于同一个工艺环境，在本具体实施方式中，首先对工艺环境进行了抽真空处理，使工艺环境内的压强降低至某一压强区间之内，在该压强区间内的任意压强值下，TiF4的升华温度均低于75℃，也即乙醇在常压下的燃点，可将该压强区间命名为安全压强区间；在安全压强区间下选取一压强值，并在该压强下对硅片进行加热以使TiF4升华；加热工艺结束后，向工艺环境内通入氮气将工艺环境恢复至常压，之后再通入乙醇对硅片进行清洗，由于工艺环境已恢复至常压，其燃点也恢复至75℃，而之前的加热工艺由于是在安全压强区间下进行的，加热温度不及75℃，因此此时通入乙醇进行清洗工艺不会使乙醇发生自燃，从而保证了安全，且加热工艺和清洗工艺得以统一于同一工艺环境。

本实施方式中的工艺环境为一工艺腔701，其结构与工艺腔501基本相同，所不同的是，由于要通入氮气使工艺腔501内恢复至常压，所以在工艺腔701的顶部额外设置有一个进气孔710，用于在加热工艺结束后向工艺腔701内通入氮气恢复常压。该工艺腔701同样还包括了硅片夹702、加热装置704、活动门705、喷头706、排放口707、排气孔708以及真空泵709，它们的连接关系及作用可参考工艺腔501中的表述，此处不再赘述。

图8给出了本实施方式的具体工艺，包括：

加热工艺，对工艺环境进行抽真空并对硅片进行加热以使TiF4升华；

向工艺环境中通入N2以将工艺环境中的压强恢复至常压；

清洗工艺，在清洗工艺中由足量的乙醇作溶剂溶解剩余的TiF4，以对硅片进行清洗；

清洗工艺结束，排出工艺环境中的乙醇并对工艺环境进行干燥。

本具体实施方式中加热工艺的工艺参数为：压强控制在10Pa，以60℃的温度对硅片703进行加热以使TiF4升华，加热工艺完成后向工艺腔701内通入氮气将工艺腔701内的压强恢复至常压。

当然地，将工艺环境中的气压恢复至常压还可以采用其他方式，同时，通入的气体也不只可以用氮气，其他一些惰性气体，如氖气、氩气等也可选用。

通过上述具体实施方式，可以得出本发明在对压强和温度选择范围，其中加热工艺中的压强可以控制在10Pa-101KPa，温度则可相应地控制在50-500℃。

毋庸赘言地，本申请所公开的特定的具体实施方式仅仅描述了本发明中的技术方案及其一般原理，其作用是倾向于释明性的，而非自囿性的。因此，即使本领域技术人员在该发明的基础上作出了无实质性特点和显著进步的更动和润饰，使之方案貌似地区别于本发明的精神实质，其仍然不能被划归在本发明申请的保护范围之外。