一种去除单晶硅片金属沾污的方法及除污设备与流程

本发明涉及半导体单晶硅片衬底制造领域，更具体地说，本发明涉及一种去除单晶硅片金属沾污的方法及除污设备。

背景技术：

1、硅片在生产过程中不可避免地与金属污染源(金属设备或化学药剂)接触，导致硅片表面吸附金属离子而引起沾污，在高温下硅片表面吸附金属会通过扩散的方式进入硅片内部，在后续制程中造成集成电路失效，严重影响器件的质量和成品率。硅片沾污金属包括na、mg、al、k、ca、ti、cr、fe、ni、co、cu、zn等。特别是cu和ni作为一种快扩散金属，在高温下会以较大的扩散速率进入硅片内部形成沉淀金属。硅片表面金属沾污可以通过电感耦合等离子体质谱仪(icp-ms)进行快速检测，而扩散至硅片体内的沉淀金属则很难短期内测得，但在长时间放置下会观察到“雾状”缺陷。

2、为了保持硅片表面的清洁，降低金属等杂质沾污对器件性能和成品率的不利影响，目前硅片加工和半导体器件制备行业通常利用纯度极高的化学溶液以及去离子水，对硅片表面、生产设备等进行冲洗以防止硅片的沾污。常用的清洗方法主要有rca清洗法、超声清洗、兆声清洗等。主要是通过hcl或nh4oh对金属的溶解和络合作用形成可溶的碱或金属盐达到去除效果。但是这些清洗方法只能清洗掉表面吸附金属，对于扩散至体硅内部的沉淀金属没有去除效果。

3、专利cn109872941a提供一种硅片的处理方法，以解决现有技术中硅片内金属杂质较多的问题，该技术通过对所述硅片进行氧化处理形成氧化膜，利用氧化膜吸附金属离子，再通过酸性腐蚀溶液腐蚀氧化膜达到金属离子的去除的效果。但是根据相关研究(学位论文，过渡族金属fe和cu在硅片中的行为研究)表明金属沾污会在不同的扩散温度及扩散时间下有不同的扩散规律，在改变温度后扩散至表面的金属又可能再一次扩散至硅片体内，因此造成对金属清洗不彻底。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种去除单晶硅片金属沾污的方法及除污设备，现有技术相比，本发明的清洗方法不仅可以去除硅片表面金属沾污还能更加有效的去除扩散至硅片体内的金属沾污。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种去除单晶硅片金属沾污的除污设备，包括热处理炉，所述热处理炉的一端外部固定安装有控制器，所述热处理炉的内部固定设有炉体载舟，所述炉体载舟的上方活动设有石英载舟，所述石英载舟的上方活动安装有硅片，所述热处理炉的表面固定安装有加热板，所述热处理炉远离控制器的一端连通有集成调节阀，所述集成调节阀的一端连通设有真空泵、第一溶液蒸发器、第二溶液蒸发器和尾气收集机构，所述第一溶液蒸发器的一端连通设有氧气罐，所述第二溶液蒸发器的一端连通设有氮气罐，所述集成调节阀与第一溶液蒸发器之间、集成调节阀与第二溶液蒸发器之间、集成调节阀与尾气收集机构之间、第一溶液蒸发器与氧气罐之间及第二溶液蒸发器与氮气罐之间均安装有气体流量计，所述加热板的外周套设有保温层，所述硅片的外周设有本征氧化层和高温氧化膜，且高温氧化膜位于本征氧化层的外周，所述高温氧化膜的内部活动设有外吸附金属，所述硅片的内部活动设有内沉淀金属。

3、一种去除单晶硅片金属沾污除污设备的除污方法，具体操作步骤如下：

4、s1、将待处理的硅片装载至石英载舟上后，放置在热处理炉的炉体载舟上；

5、s2、将炉体载舟推入炉膛后封闭炉门，检查真空泵、第一溶液蒸发器、第二溶液蒸发器及冷却水，确认机台状态，以50ml/min的流量向热处理炉内部通入n2，通气时间为10min；

6、s3、将第一溶液蒸发器中加纯水，在第二溶液蒸发器加入纯水和无机酸，并升温；

7、s4、启动真空泵，将炉管抽真空后稳定；

8、s5、将炉管升温后稳定；

9、s6、通过第二溶液蒸发器向炉管通入h2o、hcl和n2；

10、s7、关闭n2及第二溶液蒸发器，炉管再次抽真空后稳定；

11、s8、关闭真空泵，再次升温炉管并稳定；

12、s9、通过第一溶液蒸发器向炉管通入n2、o2和h2o；

13、s10、将炉管温度降至室温后并退出热处理炉；

14、s11、将硅片从石英载舟取下，并装入pp或ptfe材质花篮中，将花篮放入hf溶液中浸泡；

15、s12、取出花篮放入纯水清洗后再放入甩干机将硅片甩干，去除金属沾污过程完成。

16、优选的，步骤s3中所述的无机酸为hcl，其浓度为3％-15％，所述的第一溶液蒸发器及第二溶液蒸发器的温度范围为85-100℃。其有益效果是，hcl能与靠溶解和络合作用使沾污金属形成可溶的碱或金属盐。

17、优选的，步骤s4所述的炉管真空度小于50mtorr，稳定时间5-20min。其有益效果是，在第一溶液蒸发器及第二溶液蒸发器的加热作用下使得溶剂气化后进入炉管内部进行反应，通过抽真空过程排除炉管内部的残余空气及水汽，保证炉管内部的洁净度，防止污染硅片表面。

18、优选的，步骤s5所述的温度范围为200-500℃，稳定时间为5-30min。其有益效果是，吸附在硅片表面的外吸附金属在到达温度t1后会扩散至硅片内部形成内沉淀金属，而随着温度升高到t2后内沉淀金属则又会扩散至硅片表面，而不同的硅片类型会有不同的t1和t2，例如p型硅片在室温下就可形成cu的内扩散形成沉淀cu，在300℃左右沉淀cu则会发生外扩散再次吸附在硅片表面，而n型硅中的外扩散只有在温度升高到400℃时才会发生，因此在高温下可以加速沉淀金属的外扩散，使沾污金属扩散至硅片表面有利于进一步清除沾污金属。

19、优选的，步骤s6所述的n2流量为50-300ml/min，通气时间为30-180min。其有益效果是，通过将n2通入第二溶液蒸发器携带里面气化的h2o和hcl进入炉管，通过调节n2的流量来调整携带入炉管的气化溶剂量。

20、优选的，步骤s7所述的炉管真空度小于50mtorr，稳定时间5-20min。其有益效果是，通过再一次的抽真空排除掉炉管内部残余的hcl和水汽。

21、优选的，步骤s8所述的温度范围为900-1150℃，稳定时间为5-30min。其有益效果是，在高温且有水汽存在的情况下硅片表面会发生氧化形成高温氧化膜，高温氧化膜作为封闭层可以阻挡外部金属进一步吸附在硅片表面，此外，高温氧化膜的界面吸附作用可以进一步吸附硅片表面或内部残余的痕量金属，起到进一步净化的效果。

22、优选的，步骤s9所述的n2流量为50-300ml/min，o2流量为50-300ml/min，通气时间为60-120min。其有益效果是，在该过程中o2和n2通过第一溶液蒸发器后通入炉管，o2作为反应气体，n2作为稀释气体起到调节总体流量的作用。

23、优选的，步骤s11所述的hf浓度为2％-10％，浸泡时间10-60min。其有益效果是，高温氧化膜与hf反应而被剥离，同时清除掉膜内和表面的金属。

24、本发明提供了一种去除单晶硅片金属沾污的方法及除污设备。与现有技术相比具备以下有益效果：

25、(1)、该去除单晶硅片金属沾污的方法及除污设备，基于体硅内沉淀金属会在高温下快速扩散至硅片表面的原理，在惰性保护气体的氛围下对硅片进行加热促进体硅内的沉淀金属快速扩散至硅片表面，同时在高温下通入hcl气体去除扩散至表面的金属，去除完成后再通过高温湿法氧化在硅片表面形成一层高温氧化膜起到进一步吸附硅片体沉淀金属和对硅片表面保护的效果，最后再通过hf去除掉表面的高温氧化膜最终达到去除硅片体沉淀金属和表面吸附金属的效果，操作简便，效果显著，灵活性强，能够有效去除半导体单晶硅片衬底表面吸附金属及体内沉淀金属。

26、(2)、该去除单晶硅片金属沾污的方法及除污设备，不仅可以去除硅片表面金属沾污还能更加有效的去除扩散至硅片体内的金属沾污。