[发明专利]单片式清洗设备及其清洗方法有效

申请号：	201310227185.5	申请日：	2013-06-08
公开（公告）号：	CN103325717B	公开（公告）日：	2018-04-03
发明（设计）人：	胡正军;周炜捷	申请（专利权）人：	上海集成电路研发中心有限公司
主分类号：	H01L21/67	分类号：	H01L21/67;H01L21/02
代理公司：	上海天辰知识产权代理事务所(特殊普通合伙)31275	代理人：	吴世华,林彦之
地址：	201210 上***	国省代码：	上海;31
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摘要：
搜索关键词：	单片清洗设备及其方法
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【说明书】：

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及单片式清洗设备及其清洗方法。

背景技术

随着半导体制造工艺的发展，半导体器件的特征尺寸越来越小，对于高深宽比结构的清洗越来越重要，如果不能使其得到充分清洗，将会影响到器件的结构和性能。比如，硅通孔(Through Silicon Via，TSV)工艺因其具有减小互连延迟、提高存储密度、降低成本和提高器件性能的优点，成为重要的互连工艺之一。然而，由于晶圆代工厂中采用的是通孔优先（Via-First）和通孔居中（Via-Middle）工艺，这样会面临在高的深宽比的结构上进行刻蚀、清洗、介质和金属填充等一系列问题，尤其是对于高深宽比的TSV结构在干法刻蚀之后的清洗特别重要。

目前业界普遍采用的清洗方法为湿法清洗，可以采用各种清洗药液和纯水来清洗半导体衬底。湿法清洗包括有批量式清洗和单片式清洗。请参阅图1，图1为常规的单片式清洗设备的结构示意图，单片式清洗设备100通常包括：旋转夹盘102和清洗液供给系统104；旋转夹盘102上设置有多个固定栓106，固定半导体衬底108固定在这些固定栓106上；清洗液供给系统104的输液管110的出口位于半导体衬底108上；采用该单片式清洗设备100对半导体衬底108进行清洗时，旋转夹盘102带动半导体衬底108以一定的转速旋转，同时，清洗液供给系统104将清洗液通过输液管110输送到半导体衬底108表面对其进行清洗。

由于单片式清洗可以较好的控制清洗药液或水在半导体衬底表面的分布，并且硅片自身可以高速旋转使半导体衬底表面的清洗药液或水具有更高的相对速度，所以，单片式清洗具有清洗药液或水的消耗少、高的制作工艺环境控制能力、占地小的优点，并且清洗药液或水在不断更新，能够有效防止交叉污染，使其清洗效果更强以及工艺稳定性更好。因此，在先进的半导体制造工艺中，单片式清洗方式成为主要清洗方式之一。

然而，在先进的半导体制造工艺中碰到的问题是：清洗药液或水不能够充分进入特征尺寸较小的高深宽比结构，比如通孔优先/居中的TSV结构，高宽比通常为10，极端情况下可达20，55nm工艺的后端在互连层次的特征尺寸在90nm左右、深宽比在4左右，这些特征尺寸很小的结构，由于高的深宽比，清洗药液或水不能够完全填充满这些结构中，从而使这些小尺寸结构不能够得到充分清洗，这将影响半导体器件的制造和性能。因此，如何使得刻蚀之后的清洗药液能够充分进入高宽比的TSV结构进行清洗，将是一个很大的挑战。

发明内容

为了克服上述问题，本发明旨在改进现有的单片式清洗设备，从而使得单片式清洗设备对高深宽比结构的清洗工艺中具有更大的清洗工艺窗口，使这些高深宽比结构能够得到充分清洗。

本发明的单片式清洗设备，包括：

旋转夹盘，用于固定半导体衬底，并带动所述半导体衬底进行旋转；

位于所述半导体衬底上的喷嘴，用于将清洗液注入到所述的旋转的半导体衬底上；

位于所述半导体衬底上的含有负压装置的制具，用于将清洗液从所述的旋转的半导体衬底上吸走；

时间控制装置，用于控制制具或喷嘴的开启或闭合，和/或控制制具和喷嘴之间进行交替工作的时间；其中，

所述制具不与所述喷嘴接触，所述喷嘴位于所述半导体衬底上方且对应于所述制具区域外的区域，所述喷嘴底部高于所述制具底部所在平面。

优选地，所述的制具与所述半导体衬底相对的表面上且对应于所述半导体衬底上部分布有微孔。

优选地，所述制具的一端的边缘与所述旋转夹盘的中心对齐或超出，另一端的边缘超出所述半导体衬底的边缘。

优选地，所述微孔之间的间距是所述微孔孔径的1-10倍。

优选地，所述微孔的孔径为2-5mm。