[发明专利]一种使用化学蒸汽和化学气体的混合物对集成电路基片进行湿法处理的方法与装置

说明书

本发明提供一种使用新鲜的化学蒸汽和化学气体的混合物对集成电路（IC）基片进行湿法处理的方法和装置，其可以包括将基片装入具有一个可90supgt;o/supgt;旋转的中段的封闭的工艺腔体（401）；封闭工艺腔体（402）；用预设温度的氮气调节工艺腔体的温度（403）；将新鲜的化学气体和化学蒸汽的混合物按顺序注入工艺腔体，以使得湿法工艺的新鲜化学品现场冷凝（404）；使化学蒸汽或液态化学品的混合物循环，并在工艺腔体内旋转至少一个磁力棒，以均匀地处理基片（405）；对基片进行去离子水冲洗，并在必要时开启可调节的经过多种调制的兆声能量（406）；将溶剂异丙醇蒸汽注入工艺腔体内，以用于Marangoni干燥（408）；在工艺腔体内用热氮气来完全干燥基片和工艺腔体（409）；以及卸下经过处理的基片（410）。

技术领域

本发明描述的方法与装置主要涉及纳米尺度集成电路(IC)的晶圆基片的湿法化学工艺处理，更具体地说，涉及一种方法与装置，该方法与装置用于取代集成电路制造业中的单晶圆清洗系统，其具有更灵活的晶圆湿法工艺处理以及更少的湿法化学品和去离子(DI)水消耗，同时使在单个工艺腔体内的晶圆湿法工艺的产量翻倍。

背景技术

上世纪中叶起，自从开始集成电路(IC)制造以来，湿法化学工艺步骤一直是半导体处理的关键技术。这些步骤起到刻蚀掉某些IC晶圆材料，祛除由任何在先的工艺步骤引入的非金属和金属颗粒污染物，以及为下一个IC制造工艺步骤准备最佳的表面工艺条件的作用。传统的湿法化学工艺占了总的IC制造步骤的30％以上。不适当的湿法处理会导致基片表面损伤、电路故障、以及工艺化学品和去离子水的大量浪费，这可能对IC产品的制造产量造成负面影响。

根据物理化学的理论，分子是所有材料的最小单位。每种材料在液体和蒸汽形态下的分子尺寸都是相同的；但是液体形态下的分子之间的距离要比蒸汽形态下的分子之间的距离小。换言之，与汽态的化学品相比，液态的化学品具有相对较大的分子结合力及巨大的表面张力。

目前，随着集成电路的纳米尺度的复杂拓扑结构越来越小，传统的纯净的液态化学品的湿法工艺方法遇到了挑战。由于液态的湿法工艺化学品流体的表面张力，湿法化学品很难，甚至不可能进入到集成电路(IC)的纳米尺度的IC沟槽结构中以用于进行有效的湿法工艺处理。这些纳米尺度的沟槽可采用进一步封闭的加压的工艺腔体，来被蒸汽形式的化学品进入。

根据热力学原理，用于产生蒸汽的容器有一个重要的参数：内部温度，它可以影响容器压力。具体来说，当容器内的化学品液体被加热时，容器压力将逐渐增加。当温度高于化学品液体的沸点时，容器内压力将急剧增加，产生更多的化学蒸汽自由分子。在容器容积恒定的情况下，急剧增加的容器压力也会对内部蒸汽分子进行压缩，以动态地形成少量的液态化学品的液滴。这些少量的液态化学品的液滴，尤其在最后的湿法工艺干燥步骤中，不适合再次穿透IC晶圆的纳米结构。所述最后的湿法工艺干燥步骤通常采用马兰戈尼(Marangoni)干燥方法利用IPA进行干燥。因此，大量致命的水迹会留在晶圆表面上，形成不同形状的颗粒斑群，这会严重影响IC晶圆制造的下一步。

基于在更大的IC晶圆或光刻掩模基片的批量的湿法工艺中消除和最小化交叉污染的能力，研发了单晶圆清洗系统。这种清洗方法包括在一个工艺腔体中，从安装在摆臂上的喷嘴中喷洒不同的化学品液体，该摆臂位于水平旋转的单晶圆基片(该单晶圆基片通过中心处的真空吸附盘或环绕晶圆周边的卡盘销固定)的上方。这种方法和系统的主要缺点是产量太低，这就是为什么多个工艺腔体通常集成在一个系统中，以增加硬件成本的方式来提高产量。另一个缺点是，由于真空吸附盘或卡盘销固定结构，就不可能在同一时间内彻底清洗晶圆基片的背面。此外，由于这种方法和系统无法垂直放置晶圆基片以满足Marangoni干燥理论的要求，因此不可能进行有效的Marangoni式IPA干燥，而且它还消耗大量液态化学品和去离子冲洗水。