[发明专利]一种半导体制冷的超临界二氧化碳清洗装置

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术中的半导体清洗技术领域，尤其涉及一种半导体制冷的超临界二氧化碳清洗装置，利用液体二氧化碳进入超临界状态时，二氧化碳变成似液似气的没有表面张力的特点，解决半导体清洗问题。

背景技术

以集成电路为核心的电子信息产业已成为我国第一大产业，成为改造和拉动传统产业的强大引擎和技术后盾。集成电路中的各元件及互连线的尺度非常小，因此在制造过程中，如果遇到颗粒、金属或有机物等物质的污染，很容易造成芯片内电路功能的损坏，形成短路或者断路，导致集成电路的失效以及影响几何特征的形成。因此在制造过程中，几乎每道主要工序的前后都需要进行清洗工作。

清洗的目的是在不破坏晶圆表面特性及电特性的前提下，有效地去除残留在硅片表面的颗粒、金属离子及有机物等污染物和杂质。而且集成电路的集成度越高，制造工序越多，所需的清洗工序也越多。

在目前的集成电路工艺中，大约1/3的步骤为晶片清洗工序。只要其中某一工序的清洗达不到要求，则将前功尽弃，导致整批芯片的报废，所以可以毫不夸张地说，没有有效的清洗技术，便没有集成电路技术的今天。

根据污染物发生的情况，大致可以将污染物分为颗粒、聚合物、金属污染物及氧化物，与此相对应的传统清洗技术包括湿法清洗、等离子体清洗及超声、兆声等辅助清洗手段，其中无论是任意污染物的清洗过程或者任意清洗技术的最终步骤都要使用高纯度的水进行清洗，再用异丙醇或者其他手段干燥芯片表面。由此带来的后果是一个标准规模的芯片厂正常生产一天，要产生数百万加仑的污水。

而且受液体表面张力和较大粘度的限制，液体在对极微小孔隙进行清洗的时候，很难彻底的清洗干净。传统清洗技术中，除了使用量最大的水对器件没有损伤之外，其他技术使用的酸、碱、等离子体以及超声清洗对器件都有或多或少的损伤。

随着半导体制造向45nm及更小的工艺节点延伸，晶片清洗技术面临着巨大的挑战——半导体材料和结构越来越脆弱，而清洗效果和材料损伤的要求却变得越来越严格，特别是光刻胶去除时无法避免的衬底损伤需要抑止。清洗的结果越干净、材料的损伤越小，则该清洗技术就越适合极微小工艺节点清洗技术的要求。

32nm工艺节点要求硅片的直径达到450mm，而每个硅片清洗后只允许存在最多170.4个直径大于15.9nm的颗粒，而且清洗时单晶硅和氧化硅的损失量要求小于0.02nm。在22nm工艺节点，硅片的尺寸同样为450mm，而每个硅片清洗后只允许存在最多170.5个直径大于11.3nm的颗粒，而且清洗时单晶硅和氧化硅的损失量同样要求小于0.02nm。

面对这些挑战，传统的清洗技术很难满足要求。而且，随着high-k和多孔low-k介质、金属栅等新技术的纷纷引入，传统的清洗技术对器件关键层的清洗也已经力不从心，特别是用于极端low-k多孔材料、光刻胶和刻蚀生成聚合物等的处理。

另外，亚32nm节点技术中传统的平面二维(2D)CMOS器件向立体的三维(3D)器件过渡也是目前的技术发展趋势。相比于传统的平面二维器件，小尺寸三维器件结构的抗冲击性极差，超声、兆声等技术已不适合对这种立体结构的清洗。此外，对于所有的传统清洗工艺来说，对环境的污染也是一个不可回避的严重问题。

由于超临界态流体具有无毒、无表面张力和无腐蚀性的优点，可以达到无污染、无损伤以及无孔不入的良好清洗效果，超临界二氧化碳清洗是新颖独特的无损伤绿色清洗新技术，可以满足新器件工艺节点与环境保护的要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种半导体制冷的二氧化碳超临界清洗装置，以解决微细加工中半导体清洗问题，并降低液体二氧化碳和水的消耗量，达到节约能源的目的。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种半导体制冷的超临界二氧化碳清洗装置，该装置包括：

超临界清洗室，用于硅片的清洗，由高压反应室4和温度控制室5组成；其中，所述高压反应室4位于温度控制室5的上方，用于盛放硅片支架，提供二氧化碳气化清洗的反应室；温度控制室5通过蒸发器盘管与高压反应室4相连，实现高压反应室4的制冷和加热；

分离减压室6，通过管道与高压反应室4相连，用于减压后将醇类与二氧化碳分离，并循环使用；

所述超临界清洗室与分离减压室6通过支座台2固定连接。

上述方案中，所述高压反应室4与二氧化碳气瓶相连，且高压反应室4的外壁上安装有半导体制冷环201。所述半导体制冷环焊接在高压反应室4的外壁。