[发明专利]在液体中处理半导体片的方法和装置

说明书

本发明涉及半导体加工领域。更具体地说，本发明涉及一种改进的在加工半导体片的湿式浸蚀/冲洗步骤中从半导体片上除去有机物质的方法。本发明还涉及一种用于实施在半导体片的加工过程中用液体处理半导体片的方法和其它方法的装置。

在半导体片的加工中，几个工艺步骤都需要使半导体片与液体接触。这些工艺步骤的例子是浸蚀、除去光敏抗蚀剂和预扩散清洗。通常这些步骤使用的化学试剂往往是有毒的，它们可能是强酸、强碱或挥发性溶剂。

常规的使半导体片与处理液相接触的装置是一组处理槽或池，将装有半导体片的盒浸没在这种槽中。这种常规的湿式处理装置存在几个困难问题。

首先，半导体片在从一个槽转移入另一个槽时会造成沾染，沾染物对加工处理所产生的微电路是非常有害的。其次，所使用的有毒化学试剂和去离子水一般要用新溶液替换，而通常要通过用瓶倒入槽中或用试剂分配装置将新溶液引入处理槽中，或者在使用去离子水的情况下从一个固定设备将去离子水引入处理槽。一般来说化学试剂是由化学公司生产的，然后运送到半导体加工厂。因此，化学试剂的纯度要受化学生产厂所使用的水的水质限制，还要受到运输和贮存该化学药品的容器以及处理该化学药品的容器的影响。

此外，当试剂长时期放置时，它们会受到来自空气和半导体片的杂质的污染。在更换液体之前，半导体片的最后一批处理也许不会象在新溶液对半导体片的第一批处理那样有效。处理不均一是半导体生产中主要关注的问题。

半导体加工的液体接触步骤包括从半导体片表面除去有机物质和杂质。例如，在生产集成电路中，加工过程的一部分就是通常在硅片上烘焙一种光敏抗蚀剂涂层。在处理之后该光敏抗蚀剂或有机物质层必须除掉。

通常，用硫酸溶液采用湿式剥离法除去光敏抗蚀剂层，要么用过氧化氢作为氧化剂，要么用臭氧作为氧化剂来增强硫酸溶液的作用。在授予CFM Technologies的美国专利第4,899,767和4,917,123中提到过这种方法。然而，在半导体加工过程中，使用一种含有硫酸和氧化剂的溶液从半导体片上除去光敏抗蚀剂存在许多缺点。首先，当用过氧化氢作为氧化剂时，剥去抗蚀剂层反应的副产物是水，水会稀释浴槽中溶液的浓度，从而降低了剥去光敏抗蚀剂的能力。其次，该过程要在高温条件下进行，通常在80°～150℃之间，一般在大约130℃以上，为了盛放、循环和过滤该溶液就要求使用特殊的耐热材料和部件，为了进行清洗过程还需要额外的能量。第三，这种溶液的输送和处置都是危险的，生产、运输和贮存费用都很昂贵。

此外，由于在处理槽中溶解的和不溶解的杂质的逐渐积累，因此溶液必须定期更换。通常，化学试剂的更换间隔时间是大约每八小时一次。由于该化学药品对排水管道有有害的影响，所以在处置之前，必须将溶液冷却到低于大约90℃。因此，采用这种剥去光敏抗蚀剂的方法，要么需要使用附加的槽子来盛放热溶液，要么在更换化学试剂期间需要停止运行，这样做减少了半导体片的产量，增加了经营费用。

最后，在用硫酸溶液除去光敏抗蚀剂之后，要用热的去离子水冲洗半导体片，因为在处理过程中，由于残留的硫酸盐会在半导体片上结晶，从而产生处理疵点。

“RCA清洗”法是另一种经常使用的除去有机的和金属表面沾染物的方法，它用氢氧化铵、过氧化氢和水作为第一溶液，用盐酸、过氧化氢和水作为第二溶液。通常将RCA清洗液在独立的处理槽中混合。首先用氢氧化铵溶液清洗半导体片，然后送到漂洗槽，然后再放到含有盐酸清洗液的槽中，最后再放入最后漂洗槽。与硫酸洗相似，该方法也有使用强化学药剂的缺点。此外，在将半导体片从一个槽转移到另一个槽的过程中，由于半导体片暴露在空气中而可能受到沾染。最后，由于在高pH值的氢氧化铵溶液中铝会沉淀，因此使用过氧化物会使半导体片受到铝的沾染，这些沾染物在盐酸溶液中不可能全部除去。

为了改进用液体处理半导体片的方法和设备已经付出了各种各样的努力。这些改进现有方法的尝试通常是要么改变设备，要么变换处理药剂。

在美国专利第4,778,532、4,795,497、4,899,767和4,917,123中公开了在进行液体处理过程中解决半导体片的沾染的一条途径。这些专利描述了一种封闭式全流方法和装置，该方法使处理液依次连续地流过半导体片，而不必在处理步骤之间转移或搬运半导体片。然而，这些专利仍然使用危险的化学药品进行液体处理和清洗半导体片。此外，封闭式设备所用的装置限制了半导体片的产量，因为，所有处理过程都要在装有浓溶液的同一容器中进行。