[發(fā)明專利]用于清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780096916.3
• 申請(qǐng)日: 2017-11-15
• 公開（公告）號(hào): CN111357079A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王暉;陳福發(fā);陳福平;王堅(jiān);王希;張曉燕;金一諾;賈照偉;謝良智;王俊;李學(xué)軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 盛美半導(dǎo)體設(shè)備(上海)股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 陸嘉

本發(fā)明揭示了一種在清洗具有圖案結(jié)構(gòu)特征的半導(dǎo)體晶圓(1010)中控制損傷的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：晶圓卡盤(1014)，用于在清洗過(guò)程中臨時(shí)限制半導(dǎo)體晶圓(1010)；噴頭(1012)，用于輸送清洗液到半導(dǎo)體晶圓(1010)表面；聲波發(fā)生器(25082)，被配置為在第一預(yù)定時(shí)段(τ1)以第一頻率(f1)和第一功率水平(P1)向清洗液傳遞聲能及在第二預(yù)定時(shí)段(τ₂)以第二頻率(f2)和第二功率水平(P2)向清洗液傳遞聲能，第一預(yù)定時(shí)段(τ1)和第二預(yù)定時(shí)段(τ₂)先后交替施加且連續(xù)的一個(gè)接著一個(gè)；以及控制器，被編程提供清洗參數(shù)，其中至少一個(gè)清洗參數(shù)被確定使由于傳遞聲波能量而導(dǎo)致的損傷特征的百分比低于預(yù)定閾值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體晶圓清洗領(lǐng)域，更具體地，涉及采用可控聲能的濕法清洗方法和裝置。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體器件是在半導(dǎo)體晶圓上采用一系列的處理步驟來(lái)制造晶體管和互連元件。近來(lái)，晶體管的建立由兩維到三維，例如鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。互連元件包括導(dǎo)電的(例如金屬)槽、通孔等形成在介質(zhì)材料中。

為了形成這些晶體管和互連元件，半導(dǎo)體晶圓經(jīng)過(guò)多次掩膜、蝕刻和沉積工藝以形成半導(dǎo)體器件所需的結(jié)構(gòu)。例如，多層掩膜和等離子體刻蝕步驟可以在半導(dǎo)體晶圓上的電介質(zhì)層中形成作為鰭型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的鰭的凹進(jìn)區(qū)域和互連元件的槽和通孔。為了去除刻蝕或光刻膠灰化后在鰭結(jié)構(gòu)和/或槽和通孔內(nèi)的顆粒和污染物，必須進(jìn)行濕法清洗。然而，濕法過(guò)程中使用的化學(xué)液可能會(huì)導(dǎo)致側(cè)壁損失。當(dāng)器件制造節(jié)點(diǎn)不斷接近或小于14或16nm，鰭和/或槽和通孔的側(cè)壁損失是維護(hù)臨界尺寸的關(guān)鍵。為了減少或消除側(cè)壁損失，應(yīng)當(dāng)使用溫和的或稀釋的化學(xué)液，有時(shí)甚至只使用去離子水。然而，溫和的或稀釋的化學(xué)液或去離子水通常不能有效去除鰭結(jié)構(gòu)和/或槽和通孔內(nèi)的微粒，因此，需要使用機(jī)械力來(lái)有效去除這些微粒，例如超聲波/兆聲波。超聲波/兆聲波會(huì)產(chǎn)生氣穴振蕩來(lái)為晶圓結(jié)構(gòu)的清洗提供機(jī)械力。

然而，氣穴振蕩是一種混沌現(xiàn)象。空化氣泡的產(chǎn)生及其破裂受到很多物理參數(shù)的影響。這些猛烈的氣穴振蕩例如不穩(wěn)定的氣穴振蕩或微噴射將損傷這些圖案結(jié)構(gòu)(鰭結(jié)構(gòu)、槽和通孔)。在傳統(tǒng)的超聲波或兆聲波清洗過(guò)程中，只有當(dāng)功率足夠高，例如大于5-10瓦時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生顯著的顆粒去除效率(“PRE”)。然而，當(dāng)功率大于約2瓦時(shí)，晶圓開始有明顯的損傷。因此，很難找到功率窗口使得晶圓在被有效清洗時(shí)避免重大的損傷。因此，維持穩(wěn)定或可控的氣穴振蕩是控制聲波機(jī)械力低于損傷限度而仍然能夠有效地去除圖案結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)顆粒的關(guān)鍵。

因此，提供一種系統(tǒng)和方法，用于控制在晶圓清洗過(guò)程中由超聲波或兆聲波設(shè)備產(chǎn)生的氣泡氣穴振蕩，以便能夠有效地去除細(xì)小的雜質(zhì)顆粒，而不會(huì)損傷晶圓上的圖案結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種清洗半導(dǎo)體晶圓的系統(tǒng)，包括用于在清洗過(guò)程中臨時(shí)限制半導(dǎo)體晶圓的晶圓保持器、用于輸送清洗液以覆蓋半導(dǎo)體晶圓表面的入口、被配置為交替施加第一預(yù)定設(shè)置并持續(xù)第一預(yù)定時(shí)段和第二預(yù)定設(shè)置并持續(xù)第二預(yù)定時(shí)段的聲波發(fā)生器、以及控制器，被編程以確定第一預(yù)定設(shè)置和第二預(yù)定設(shè)置、第一預(yù)定時(shí)段和第二預(yù)定時(shí)段以及第一預(yù)定設(shè)置和第二預(yù)定設(shè)置之間交替施加的數(shù)目，其中，清洗液中的氣泡氣穴振蕩在第一預(yù)定時(shí)段內(nèi)增大，在第二預(yù)定時(shí)段內(nèi)減小，第一預(yù)定時(shí)段和第二預(yù)定時(shí)段先后交替施加，因此，在每個(gè)第一時(shí)段內(nèi)清洗之后，清洗液中的氣泡能夠被充分冷卻，以避免損傷晶圓。

根據(jù)以下實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他方面、特征及技術(shù)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本說(shuō)明書一部分的附圖被包括以描述本發(fā)明的某些方面。對(duì)本發(fā)明以及本發(fā)明提供的系統(tǒng)的組成和操作的更清楚的概念，通過(guò)參考示例將變得更加顯而易見，因此，非限制性的，在附圖中示出的實(shí)施例，其中類似的附圖標(biāo)記(如果它們出現(xiàn)在一個(gè)以上的視圖)指定相同的元件，通過(guò)參考這些附圖中的一個(gè)或多個(gè)附圖并結(jié)合本文給出的描述，可以更好地理解本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)注意，附圖中示出的特征不是必須按比例繪制。