[發明專利]半導體硅片的清洗方法和裝置

有效

• 申請號: 200910050834.2
• 申請日: 2009-05-08
• 公開（公告）號: CN101879511A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 王堅;S·V·納其;謝良智;武俊萍;賈照偉;黃允文;高志峰;王暉
• 申請（專利權）人: 盛美半導體設備(上海)有限公司
• 主分類號: B08B3/12
• 分類號: B08B3/12;H01L21/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陸嘉

技術領域

本發明是關于半導體硅片的清洗方法和裝置的。更確切地說，是關于在清洗過程中，硅片旋轉的同時，通過改變一個超聲波或兆聲波裝置與硅片表面的相對距離，使得硅片表面的超聲波或兆聲波能量密度分布均勻，從而有效地去除硅片表面的顆粒而不會損傷表面元件結構。

背景技術

半導體器件是在半導體硅片上經過一系列不同的加工步驟形成晶體管和互連線而成的。為了使晶體管終端能和硅片連在一起，需要在硅片的介質材料上做出導電的(例如金屬)槽、孔及其他類似的結構作為器件的一部分。槽和孔可以在晶體管之間、內部電路以及外部電路傳遞電信號和能量。

在形成互連元素時，半導體硅片可能需要掩膜、刻蝕和沉積等工藝來形成半導體器件所需要的電子回路。特別是多層掩膜和等離子體刻蝕工藝可以在半導體硅片的電介質層形成凹陷區域的圖案，用于充當互連線的槽和通孔。為了去除刻蝕或光刻膠灰化過程中在槽和通孔中產生的顆粒和污染，必須進行一個濕法清洗步驟。特別地，隨著器件制造節點不斷接近和小于65nm，槽和通孔的側壁損失是維護臨界尺寸的關鍵。為了減少或消除側壁損失，應用溫和的，稀釋的化學試劑，或有時只用去離子水非常重要。然而，稀釋的化學試劑或去離子水往往不能有效地去除槽和通孔內的顆粒。所以為了有效地去除顆粒，需要用到機械裝置如超聲波或兆聲波裝置。超聲波或兆聲波裝置將為硅片表面提供機械力，能量密度和能量分布是控制機械力不損傷硅片表面而又能有效地去除顆粒的關鍵常數。

在美國專利No.4,326,553中提到可以運用兆聲波能量和噴嘴結合來清洗半導體硅片。流體被加壓，兆聲波能量通過兆聲傳感器施加到流體上。特定形狀的噴嘴噴射出像帶狀的液體，在硅片表面上以兆聲波頻率振動。

在美國專利No.6,039,059中提到一個能量源通過振動一根細長的探針將聲波能量傳遞到流體中。在一個例子中，流體噴射到硅片正反兩面，而將一根探針置于靠近硅片上表面的位置。另一個例子中，將一根短的探針末端置于靠近硅片表面的位置，在硅片旋轉過程中，探針在硅片表面移動。

在美國專利No.6,843,257B2中提到一個能量源使得一根桿繞平行于硅片表面的軸振動。桿的表面被刻蝕成曲線樹枝狀，如螺旋形的凹槽。

為整個硅片表面提供適量的、均勻的兆聲波能量是清洗工藝的關鍵。如果兆聲波能量沒有均勻地施加到硅片表面上，得到較少兆聲波能量的硅片部分將不會被清洗干凈，顆粒和污染將會遺留在這部分硅片表面，而得到過多超聲波能量的硅片部分表面的器件結構可能被損壞。

為了高效且對結構低損傷地去除硅片或襯底表面的顆粒和污染，需要有一種好的方法來控制兆聲波在硅片表面的能量密度分布。

發明內容

本發明介紹的一種方法是在清洗過程中，將兆聲波裝置朝向旋轉的硅片正面，并且隨著硅片的不斷旋轉，連續增大兆聲波裝置和硅片之間的距離。硅片每旋轉一圈，距離的增量是兆聲波半波長的一部分，而距離的總增加量在0.5λN范圍之內，這里λ是兆聲波的波長，N是從1開始的整數。

本發明介紹的另一種方法是在清洗過程中，將兆聲波裝置朝向旋轉的硅片正面，并且隨著硅片的不斷旋轉，連續減小兆聲波裝置和硅片之間的距離。硅片每旋轉一圈，距離的縮小值是兆聲波半波長的一部分，而距離的總縮小值在0.5λN范圍之內，這里λ是兆聲波的波長，N是從1開始的整數。

本發明介紹的另一種方法是在清洗過程中，將兆聲波裝置朝向旋轉的硅片背面，并且隨著硅片的不斷旋轉，連續增大兆聲波裝置和硅片之間的距離。硅片每旋轉一圈，距離的增量是兆聲波半波長的一部分，而距離的總增加量在0.5λN范圍之內，這里λ是兆聲波的波長，N是從1開始的整數。

本發明介紹的另一種方法是在清洗過程中，將兆聲波裝置朝向旋轉的硅片背面，并且隨著硅片的不斷旋轉，連續減小兆聲波裝置和硅片之間的距離。硅片每旋轉一圈，距離的縮小值是兆聲波半波長的一部分，而距離的總縮小值在0.5λN范圍之內，這里λ是兆聲波的波長，N是從1開始的整數。

附圖說明

圖1A-1D描述了一個典型的硅片清洗裝置；

圖2描述了一個典型的硅片清洗工藝；

圖3A-3B描述了另一個典型的硅片清洗工藝；

圖4描述了另一個典型的硅片清洗裝置；

圖5描述了一種硅片清洗方法；

圖6描述了另一個典型的硅片清洗裝置；

圖7描述了另一個典型的硅片清洗裝置；

圖8描述了另一個典型的硅片清洗裝置；

圖9描述了另一個典型的硅片清洗裝置；

圖10A-10G描述了超聲波或兆聲波傳感器的各種形狀。

具體實施方式