CN109300808B - 一种用于湿法处理晶圆边缘的半导体装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于湿法处理晶圆边缘的半导体装置，包括：上部外罩，所述上部外罩包括上部外罩内壁、顶部外壳和上部外罩外壁，所述顶部外壳覆盖上部外罩内壁和上部外罩外壁的顶端从而形成上部腔体，上部外罩内壁的底端设置有上部密封圈；下部外罩，所述下部外罩包括下部外罩内壁、下部外壳和下部外罩外壁，所述下部外壳连接下部外罩内壁和下部外罩外壁的底端从而形成下部腔体，下部外罩内壁的顶端设置有下部密封圈；以及流体管道，所述流体管道沿半导体装置的外壁或内壁进入上部腔体。

Description

一种用于湿法处理晶圆边缘的半导体装置

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，具体而言，本发明涉及一种选择性处理晶圆表面不同部位的装置，具体就是湿法工艺仅处理晶圆边缘的装置。

背景技术

随着电子产品小型化、集成化、智能化的发展，集成电路芯片的复杂度大幅增加。在集成电路制造过程中，数以百计的不同制程机台之间的边缘处理要求不尽相同。即使同一类型甚至同一家的产品，在程序中规定相同的留边尺寸，但在晶圆的传输运送过程中，也不可避免地存在晶圆放置位置的不重复性，其结果就是边缘区工艺和产品良率的不确定性。

边缘几何形貌与中心部位明显不同，同一工艺条件下晶圆中心部分与边缘区域所得到的结果可能差异较大。例如，在各种相关的工艺制程里，等离子密度、电流密度、气体流速、压力、与背面基板的接触温度、晶圆的温度控制，温度梯度等。

一般来说，各种工艺制程本身并没有对边缘区域进行特殊处理，这导致晶圆边缘处很容易产生残留或缺陷，如未清理干净的各种薄膜、刻蚀残留等。

因此，为了提高晶圆芯片的良率，晶圆边缘的处理在先进集成电路制造中变得非常重要。随着业界对边缘工程投入了大量的研发，考虑到边缘区域的新设备、设备配件夹具、细划工艺方法、新材料等，目的就是用来提高边缘的产品良率。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种用于湿法处理晶圆边缘的半导体装置，包括：

上部外罩，所述上部外罩包括上部外罩内壁、顶部外壳和上部外罩外壁，所述顶部外壳覆盖上部外罩内壁和上部外罩外壁的顶端从而形成上部腔体，上部外罩内壁的底端设置有上部密封圈；

下部外罩，所述下部外罩包括下部外罩内壁、下部外壳和下部外罩外壁，所述下部外壳连接下部外罩内壁和下部外罩外壁的底端从而形成下部腔体，下部外罩内壁的顶端设置有下部密封圈；以及

流体管道，所述流体管道沿半导体装置的外壁或内壁进入上部腔体。

在本发明的一个实施例中，所述上部密封圈是O型绝缘圈，所述下部密封圈是O型绝缘圈。

在本发明的一个实施例中，所述流体管道在上部腔体内的末端处设置有一个或多个喷嘴。

在本发明的一个实施例中，所述喷嘴能以任意角度转动。

在本发明的一个实施例中，所述上部外罩还包括上腔顶盖，所述上腔顶盖的一端固定在上部外罩的内壁上，所述喷嘴穿过所述上腔顶盖进入上部腔体。

在本发明的一个实施例中，所述上腔顶盖设置有一个或多个通孔。

在本发明的一个实施例中，所述上腔顶盖与所述下部外罩外壁接触或分隔开特定距离。

在本发明的一个实施例中，所述下部外罩还可包括出液口，所述出液口设置在下部腔体的底部或侧面。

在本发明的一个实施例中，所述上部外罩能够上下移动，当所述上部外罩往上移动时，接受待处理晶圆，将所述待处理晶圆放置在所述下部外罩内壁顶端的下部密封圈上，然后所述上部外罩向下移动并覆盖在下部外罩之上，所述上部密封圈和下部密封圈分别接触晶圆的上下两个表面，并形成密封，由此所述上腔体与下腔体合并构成湿法处理腔体。

在本发明的一个实施例中，当所述上部密封圈和下部密封圈分别接触晶圆的上下两个表面并形成密封后，所述下部外罩外壁的顶端高于所述晶圆的上表面。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明瞭，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出根据本发明的一个实施例的精准湿法处理晶圆边缘的半导体装置100的横截面示意图。

图2示出根据本发明的一个实施例的上部外罩以及流体管道的俯视图。

图3进一步示出根据本发明的一个实施例的上腔顶盖和流体管道的部分俯视图。

图4示出根据本发明的一个实施例的半导体装置的上下腔体分开时的的横截面示意图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

本发明提出一种精准晶圆边缘湿法处理半导体装置以及与之相匹配的工艺方法。可以将本发明提出的精准晶圆边缘湿法处理半导体装置及对应方法应用于芯片制造的多个工艺步骤里。经过精准处理边缘区域，可以保证晶圆边缘的洁净，避免了交叉污染，既减少了边缘芯片的报废率，也避免了边缘残留/缺陷污染中心区域的芯片。

图1示出根据本发明的一个实施例的精准湿法处理晶圆边缘的半导体装置100的横截面示意图。如图1所示，该半导体装置100包括上部外罩110、下部外罩120、流体管道130和喷嘴140。

上部外罩110可包括上部外罩内壁111、顶部外壳112和上部外罩外壁113。顶部外壳112覆盖外罩内壁111和上部外罩外壁113的顶端从而形成上部腔体。上部外罩内壁111的底端设置有上部密封圈114。上部密封圈114可以是具有防水、防酸或防高温等性能的O型绝缘圈。一般来说，由于晶圆边缘的残留或者缺陷通常在3毫米留边以内，对于12寸晶圆，可选择直径147毫米的上部外罩内壁和相同尺寸的上部密封圈。

流体管道130可以从半导体装置100的外壁或内壁引入上部腔体。流体管道130的末端设置多个喷嘴140，用于将流体均匀喷洒在待处理的晶圆边缘表面上。

图2示出根据本发明的一个实施例的上部外罩以及流体管道的俯视图。如图2所示，上部外罩210可包括上部外罩内壁211、顶部外壳和上部外罩外壁213。流体管道230沿上部外罩210的外壁分四路进入上部腔体，每一路的端部设置有喷嘴。上部密封圈附连在上部外罩内壁211的底端。

在本发明的一些实施例中，上部外罩内部设置一个上腔顶盖。在图1所示的实施例中，上腔顶盖115为设置在喷嘴140上方的平板。图3进一步示出根据本发明的一个实施例的上腔顶盖和流体管道的部分俯视图。如图3所示，上腔顶盖315的一端可固定在上部外罩内壁311上。喷嘴340穿过上腔顶盖315进入上部腔体。上腔顶盖主要功能是防止工作流体溅出腔体外。还可在上腔顶盖315设置一个或多个通孔316。通孔316可以是斜孔。在实际的工作过程中，细小的通孔保证边缘腔室与晶圆内部区域保持在同一个气压，避免腔体内外压力不同对晶圆造成损坏。

虽然在图3所示的实施例中，流体管道的端部设置四个喷嘴340，四个喷嘴均匀分布在上部腔体中，但是本领域的技术人员应该理解，在本发明的其他实施例中，流体管道的端部可设置更多或更少的喷嘴，例如，喷嘴的数量可以是3-6个，并且每一个喷嘴可以任意角度转动。流体管道将流体均匀分配到每个喷嘴。

返回图1，下部外罩120可包括下部外罩内壁121、下部外壳122和下部外罩外壁123。下部外壳122连接外罩内壁121和下部外罩外壁123的底端从而形成下部腔体。下部外罩内壁121的顶端设置有下部密封圈124。下部密封圈124可以是具有防水、防酸或防高温等性能的O型绝缘圈。下部外罩120还可包括出液口125。出液口125可设置在下部腔体的底部或侧面，并与管道连接，用于排出或收集废液。下部外罩内壁121高度低于下部外罩外壁123的高度。

在半导体装置的使用过程中，上部外罩可沿Z轴上下移动。图4示出根据本发明的一个实施例的半导体装置的上下腔体分开时的横截面示意图。当上部外罩410往上移动时，腔体打开、接受待处理晶圆。晶圆430被送进腔体内，放置在下部外罩内壁的顶端的下部密封圈424上。下部密封圈424直径可以为125-147毫米之间的某一尺寸。下部密封圈424直径越大，边缘腔体越小，耗费的刻蚀/清洗液就越少。如果选择性湿法处理工艺是针对晶圆背部的边缘，下腔体的外罩和密封圈尺寸就要根据待处理区域的大小来决定。然后，上部外罩410向下移动，上部密封圈414与晶圆430表面接触为止，此时晶圆边缘湿法处理腔体与晶圆内部区域完全隔离。一般情况下，下部外罩外壁423的顶端高于晶圆430的上表面。

在放置待处理晶圆之后，上部外罩向下移动并覆盖在下部外罩之上，上部密封圈和下部密封圈分别接触晶圆的上下两个表面，并形成密封，由此上腔体与下腔体合并构成湿法处理腔体。湿法处理腔体的大小由上下腔体密封圈的大小来决定。

该湿法处理腔体将晶圆边缘区域与中心区域隔离开来。下部外罩外壁423可与上腔顶盖接触，例如，上腔顶盖与下部外罩外壁423的内侧相连接。下部外罩外壁423也可与上腔顶盖分离一定距离。

可用作制造上部外罩和下部外罩的材料包括：铝合金、表面带防护涂层的铝合金、耐热耐腐蚀的其他金属合金，高清洁的PVC、Teflon(用于酸、碱清洗)或类似的耐热耐腐蚀聚合物材料。

在使用本发明公开的半导体装置进行湿法处理的过程中，晶圆在上下密封圈压紧密封后，晶圆在腔体内呈静止状态。本发明不需要昂贵的旋转晶圆装置，就可以快速湿润晶圆边缘。

在本发明的具体实施例中，晶圆正面和背面与O-型密封圈接触，上下两个O-型密封圈的尺寸可以根据实际需要来做选择。

在处理腔体内，可以采用纯液态溶液或者气液二流体的湿法处理工艺。可在连接至处理腔体的流体管道上设置三通阀135，该三通阀可包括液体输入口、气体输入口和气液二流体输出口。液体和压缩气体分别通过液体输入口和气体输入口进入三通阀并混合形成气液二流体，然后进入清洗液管道。可通过调节液体的流速或压缩气体的流速来调节气液二流体的混合比例。

湿法处理流体通过安装在上部腔体内的喷嘴来引入处理腔体，喷嘴可以任意转动，可采用外部控制喷嘴转动，也可以选用自由转动的喷头，随着流体的压力变化而随机转动。自由转动的喷头成本相对较低，同时在喷嘴的出口处可以设置多个较小的喷嘴，保证流体能以最快的速度覆盖到晶圆边缘表面。

关闭废液出口的阀门，可以填满边缘腔室，晶圆的边缘就可以浸泡在湿法溶液里。

调节惰性气体的流量可以控制二流体的流速；通过二流体流速的变化，取得对湿润的晶圆表面的脉冲冲击，增加湿法处理的速率。

用过的湿法处理溶液从边缘腔体通过出来后，可通过分离的回收槽收集。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (10)

1.一种用于湿法处理晶圆边缘的半导体装置，包括：

上部外罩，所述上部外罩包括上部外罩内壁、顶部外壳和上部外罩外壁，所述顶部外壳覆盖上部外罩内壁和上部外罩外壁的顶端从而形成上部腔体，上部外罩内壁的底端设置有上部密封圈；

下部外罩，所述下部外罩包括下部外罩内壁、下部外壳和下部外罩外壁，所述下部外壳连接下部外罩内壁和下部外罩外壁的底端从而形成下部腔体，下部外罩内壁的顶端设置有下部密封圈；以及

流体管道，所述流体管道沿半导体装置的外壁或内壁进入上部腔体。

2.如权利要求1所述的用于湿法处理晶圆边缘的半导体装置，其特征在于，所述上部密封圈是O型绝缘圈，所述下部密封圈是O型绝缘圈。

3.如权利要求1所述的用于湿法处理晶圆边缘的半导体装置，其特征在于，所述流体管道在上部腔体内的末端处设置有一个或多个喷嘴。

4.如权利要求3所述的用于湿法处理晶圆边缘的半导体装置，其特征在于，所述喷嘴能以任意角度转动。

5.权利要求3所述的用于湿法处理晶圆边缘的半导体装置，其特征在于，所述上部外罩还包括上腔顶盖，所述上腔顶盖的一端固定在上部外罩的内壁上，所述喷嘴穿过所述上腔顶盖进入上部腔体。

6.如权利要求5所述的用于湿法处理晶圆边缘的半导体装置，其特征在于，所述上腔顶盖设置有一个或多个通孔。

7.如权利要求5所述的用于湿法处理晶圆边缘的半导体装置，其特征在于，所述上腔顶盖与所述下部外罩外壁接触或分隔开特定距离。

8.如权利要求1所述的用于湿法处理晶圆边缘的半导体装置，其特征在于，所述下部外罩还可包括出液口，所述出液口设置在下部腔体的底部或侧面。

9.如权利要求1所述的用于湿法处理晶圆边缘的半导体装置，其特征在于，所述上部外罩能够上下移动，当所述上部外罩往上移动时，接受待处理晶圆，将所述待处理晶圆放置在所述下部外罩内壁顶端的下部密封圈上，然后所述上部外罩向下移动并覆盖在下部外罩之上，所述上部密封圈和下部密封圈分别接触晶圆的上下两个表面，并形成密封，由此所述上部腔体与下部腔体合并构成湿法处理腔体。

10.如权利要求9所述的用于湿法处理晶圆边缘的半导体装置，其特征在于，当所述上部密封圈和下部密封圈分别接触晶圆的上下两个表面并形成密封后，所述下部外罩外壁的顶端高于所述晶圆的上表面。

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