[发明专利]半导体硅片的清洗方法和装置

说明书

技术领域

本发明是关于半导体硅片的清洗方法和装置的。更确切地说，是关于在清洗过程中，硅片旋转的同时，通过改变一个超声波或兆声波装置与硅片表面的相对距离，使得硅片表面的超声波或兆声波能量密度分布均匀，从而有效地去除硅片表面的颗粒而不会损伤表面元件结构。

背景技术

半导体器件是在半导体硅片上经过一系列不同的加工步骤形成晶体管和互连线而成的。为了使晶体管终端能和硅片连在一起，需要在硅片的介质材料上做出导电的(例如金属)槽、孔及其他类似的结构作为器件的一部分。槽和孔可以在晶体管之间、内部电路以及外部电路传递电信号和能量。

在形成互连元素时，半导体硅片可能需要掩膜、刻蚀和沉积等工艺来形成半导体器件所需要的电子回路。特别是多层掩膜和等离子体刻蚀工艺可以在半导体硅片的电介质层形成凹陷区域的图案，用于充当互连线的槽和通孔。为了去除刻蚀或光刻胶灰化过程中在槽和通孔中产生的颗粒和污染，必须进行一个湿法清洗步骤。特别地，随着器件制造节点不断接近和小于65nm，槽和通孔的侧壁损失是维护临界尺寸的关键。为了减少或消除侧壁损失，应用温和的，稀释的化学试剂，或有时只用去离子水非常重要。然而，稀释的化学试剂或去离子水往往不能有效地去除槽和通孔内的颗粒。所以为了有效地去除颗粒，需要用到机械装置如超声波或兆声波装置。超声波或兆声波装置将为硅片表面提供机械力，能量密度和能量分布是控制机械力不损伤硅片表面而又能有效地去除颗粒的关键常数。

在美国专利No.4,326,553中提到可以运用兆声波能量和喷嘴结合来清洗半导体硅片。流体被加压，兆声波能量通过兆声传感器施加到流体上。特定形状的喷嘴喷射出像带状的液体，在硅片表面上以兆声波频率振动。

在美国专利No.6,039,059中提到一个能量源通过振动一根细长的探针将声波能量传递到流体中。在一个例子中，流体喷射到硅片正反两面，而将一根探针置于靠近硅片上表面的位置。另一个例子中，将一根短的探针末端置于靠近硅片表面的位置，在硅片旋转过程中，探针在硅片表面移动。

在美国专利No.6,843,257B2中提到一个能量源使得一根杆绕平行于硅片表面的轴振动。杆的表面被刻蚀成曲线树枝状，如螺旋形的凹槽。

为整个硅片表面提供适量的、均匀的兆声波能量是清洗工艺的关键。如果兆声波能量没有均匀地施加到硅片表面上，得到较少兆声波能量的硅片部分将不会被清洗干净，颗粒和污染将会遗留在这部分硅片表面，而得到过多超声波能量的硅片部分表面的器件结构可能被损坏。

为了高效且对结构低损伤地去除硅片或衬底表面的颗粒和污染，需要有一种好的方法来控制兆声波在硅片表面的能量密度分布。

发明内容

本发明介绍的一种方法是在清洗过程中，将兆声波装置朝向旋转的硅片正面，并且随着硅片的不断旋转，连续增大兆声波装置和硅片之间的距离。硅片每旋转一圈，距离的增量是兆声波半波长的一部分，而距离的总增加量在0.5λN范围之内，这里λ是兆声波的波长，N是从1开始的整数。

本发明介绍的另一种方法是在清洗过程中，将兆声波装置朝向旋转的硅片正面，并且随着硅片的不断旋转，连续减小兆声波装置和硅片之间的距离。硅片每旋转一圈，距离的缩小值是兆声波半波长的一部分，而距离的总缩小值在0.5λN范围之内，这里λ是兆声波的波长，N是从1开始的整数。

本发明介绍的另一种方法是在清洗过程中，将兆声波装置朝向旋转的硅片背面，并且随着硅片的不断旋转，连续增大兆声波装置和硅片之间的距离。硅片每旋转一圈，距离的增量是兆声波半波长的一部分，而距离的总增加量在0.5λN范围之内，这里λ是兆声波的波长，N是从1开始的整数。

本发明介绍的另一种方法是在清洗过程中，将兆声波装置朝向旋转的硅片背面，并且随着硅片的不断旋转，连续减小兆声波装置和硅片之间的距离。硅片每旋转一圈，距离的缩小值是兆声波半波长的一部分，而距离的总缩小值在0.5λN范围之内，这里λ是兆声波的波长，N是从1开始的整数。

附图说明

图1A-1D描述了一个典型的硅片清洗装置；

图2描述了一个典型的硅片清洗工艺；

图3A-3B描述了另一个典型的硅片清洗工艺；

图4描述了另一个典型的硅片清洗装置；

图5描述了一种硅片清洗方法；

图6描述了另一个典型的硅片清洗装置；

图7描述了另一个典型的硅片清洗装置；

图8描述了另一个典型的硅片清洗装置；

图9描述了另一个典型的硅片清洗装置；

图10A-10G描述了超声波或兆声波传感器的各种形状。

具体实施方式