[发明专利]控制液体中溶解气体浓度的方法和系统

说明书

发明领域

本发明涉及建立和保持溶解在一液体中的气体的精确浓度的方法和系统。本发明特别涉及如下建立和保持溶解在一液体中的气体的精确浓度的方法和系统：间接或直接接触一气体混合物，该气体混合物中所需气体的浓度足以与待溶解在该液体中的气体的所需浓度平衡，即该气体混合物为“匹配气体混合物”。

发明背景

半导体装置的制作涉及若干步骤，通过这些步骤一般在一半导体晶片的基片上形成一个层或多个层。例如，在硅晶片的情况下，一般氧化一晶片，在该晶片表面上形成一层二氧化硅。然后用蚀刻除去该二氧化硅层的全部或选定部分，露出底下的硅晶片。蚀刻后，可通过薄膜沉积或生长过程在经蚀刻的硅晶片上形成若干层。这些层然后经蚀刻或处理，在该硅晶片的表面上生成各功能部件。

用来沉积和/或蚀刻这些层的过程以及在各步骤之间用来清洗晶片的过程极依赖于化学反应物。在许多情况下，这些化学反应物包括溶解在一液体中的一种或多种气体。由于蚀刻率、蚀刻质量、蚀刻均匀性等过程参数至少部分地依赖于溶解在该液体中的气体的浓度，因此要求把溶解在液体中的气体的浓度严格控制在预定范围内。

不幸的是，把溶解在一液体中的气体的浓度控制在这类混合物用于半导体制作的许多过程所要求的范围内是很困难的。因此，浓度会发生变动，从而影响处理质量。例如，在某些半导体制作过程中，要求可控地蚀刻铜，以在半导体晶片上生成功能部件。但是，某些铜蚀刻过程要求精确蚀刻5nm的铜，其误差不超过5％。至少在这种情况下，气体浓度的变动是无法接受的。

此外，尽管公知有若干控制溶解在一液体中的气体的浓度的方法，但这些现有方法都有缺陷，从而在某些场合无法合格应用。例如，在液体中沸腾要溶解的气体被用作一种把气体溶入各种不同液体中的方法。但是，在这一方法中，溶解气体的数量或气体在使用场所剩留在溶液中的数量不精确。气体要溶入其中的液体的压力使得使用该方法控制溶解气体的浓度显得很复杂。

此外，某些方法使用冷却来提高可溶入一液体中的气体的数量。尽管这些方法声称可提高溶解气体的数量，但这些方法并不致力于在开始时或在使用场所精确控制溶解气体的浓度。因此，溶入液体的气体数量即使由于冷却液体有所提高，也可能在使用场所以气泡冒出该液体混合物。

因此，需要一种建立和保持溶解在一液体中的气体的精确数量的有效方法，不仅尽可能减少必须使用的气体的数量，而且提供液体混合物，该液体混合物中的溶解气体的浓度精确到足以用于技术要求严格的应用场合。

发明概述

按照本发明，本领域普通技术人员从本说明可显然看出的上述目的和其他目的利用本发明一种建立和保持溶解在一液体中的气体的精确浓度的方法和系统实现。确切说，本发明方法和系统使用一制备好的“匹配气体混合物”即一气体混合物，其待溶解的气体的浓度与一包括该气体所需浓度的液体混合物平衡。通过在使用场所之前和/或在使用场所用该匹配气体混合物直接或间接接触该液体，随着该液体与该气体取得平衡，精确数量的气体溶解在该液体中。因此，只须调节匹配气体混合物的组成，即可在种种可能浓度的范围内极精确地控制、调节溶解在一液体中的气体的数量。这样，本发明提供一种生成包括精确数量的气体的液体混合物、将之用于技术要求严格的应用场合的极有效方法和系统。由于本发明系统能建立和保持溶解在一液体中的气体的精确浓度，因此所得混合物可特别用来制备在半导体制作中处理、即清洗、氧化、显影、蚀刻基片的液体混合物。

在一个方面中，本发明提供一种系统，该系统用一液体接触一基片，该液体包括预定浓度的溶解在该液体中的气体。该系统包括一室，该室中可放置至少一个基片，以用含有溶解气体的液体进行处理。提供一包括该液体的液体供应。一液体供应管线与该室连通，把该包括液体的供应输入该室中。还提供一包括一匹配气体混合物的匹配气体供应。至少一个气体供应管线与该室连通，从而最好与液体供应同时把包括该匹配气体混合物的该匹配气体供应输入该室中。该至少一个匹配气体供应管线也可与该液体供应管线进行质量传递接触，从而预定浓度的气体可在液体供应输入该室前在液体供应中预先溶解。

在另一方面中，本发明提供一种用一包括溶解气体的液体混合物处理一基片的方法。一般来说，该方法使得一匹配气体混合物直接或间接接触一液体，使得该液体与该匹配气体混合物取得平衡，从而生成包括该液体和一定浓度的溶解气体的液体混合物。然后使所得包括该液体和溶解气体的液体混合物接触一基片，从而处理该基片表面的至少一部分。