CN111219953A - 晶片的干燥装置、干燥方法、清洗系统及清洗干燥装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种晶片的干燥装置、干燥方法、清洗系统及清洗干燥装置。该干燥装置包括：腔室；转盘，位于所述腔室内，所述转盘的侧壁适于固定晶片；以及换能器，连接至所述转盘，适于根据超声频电源提供超声波，并将所述超声波辐射至所述晶片，以使所述晶片孔内的水分子振动，其中，所述晶片具有开孔的表面被配置为背对所述转盘的轴线。该干燥装置利用换能器生成超声波，以撕裂水分子，并利用转动转盘使晶片开孔底部的水分子向开孔外部做离心运动，提高了对晶片干燥的效率和可靠性，从而提高了最终形成的器件的良率和可靠性。

Description

晶片的干燥装置、干燥方法、清洗系统及清洗干燥装置

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地，涉及一种晶片的干燥装置、干燥方法、清洗系统及清洗干燥装置。

背景技术

随着半导体器件结构的超微小化、高集成化，其对杂质含量越来越敏感，而半导体工艺制程中不可避免会引入一些颗粒、有机物、金属和氧化物等污染物。为此，现有技术提出了槽式清洗和单片清洗的方法来清洗半导体器件。

存储器件的存储密度的提高与半导体制造工艺的进步密切相关。随着半导体制造工艺的特征尺寸越来越小，存储器件的存储密度越来越高。为了进一步提高存储密度，已经开发出三维结构的存储器件(即，3D存储器件)。3D存储器件包括沿着垂直方向堆叠的多个存储单元，在单位面积的晶片上可以成倍地提高集成度，并且可以降低成本。

对于NAND结构的3D存储器件，其通常在形成栅叠层结构之后，形成贯穿栅叠层结构的开孔，之后再形成沟道柱的外延层即各个功能层，以形成多个存储单元。然而，随着3D存储器件的堆叠层数不断增多，其开孔的深度也会越来越深，在形成沟道柱的过程中，采用传统的清洗方法已经难以完全去除位于开口底部的污染物，并且传统的自然晾干的干燥方法也不适用于当前的晶片，其不仅效率低下而且可能会有水分残留。

因此，期望进一步改进晶片的清洗系统，以有效地去除位于开孔中的污染物，并且对开孔内部进行充分干燥，从而提高半导体器件的良率和可靠性。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种晶片的干燥装置、干燥方法、清洗系统及清洗干燥装置，从而有效地去除位于开孔中的污染物，并且对开孔内部进行充分干燥。

根据本发明的一方面，提供一种晶片的干燥装置，包括：腔室；转盘，位于所述腔室内，所述转盘的侧壁适于固定晶片，且所述转盘可绕其轴线旋转；以及第一换能器，连接至所述转盘，适于根据超声频电源提供超声波，并将所述超声波辐射至所述晶片，以使所述晶片孔内的水分子振动，其中，所述晶片具有开孔的表面被配置为背对所述转盘的所述轴线。

优选地，还包括：真空泵，连接至所述腔室的出气口，其中，所述腔室还具有进气口，适于向所述腔室内提供清洗气体。

优选地，所述真空泵经由出气管道连接至所述出气口，所述清洗气体经由进气管道通入所述腔室。

优选地，还包括：加热器，连接至所述进气管道，以加热所述清洗气体。

优选地，所述转盘的所述侧壁上具有多个等间距分布的固定装置，所述固定装置适于固定所述晶片。

根据本发明的第二方面，提供一种晶片的干燥方法，包括：将晶片固定至转盘的侧壁，所述转盘位于腔室内，所述晶片具有开孔的表面被配置为背对所述转盘的轴线；绕轴线旋转所述转盘；以及根据超声频电源提供超声波，并将所述超声波辐射至所述晶片，以使所述晶片孔内的水分子振动。

优选地，还包括：经由所述腔室的进气口向所述腔室内提供清洗气体，并经由所述腔室的出气口抽取所述清洗气体。

优选地，还包括：在所述清洗气体通入所述腔室内之前，加热所述清洗气体。

优选地，还包括：对所述腔室抽真空。

根据本发明的第三方面，提供一种清洗系统，包括：清洗装置，适于清洗晶片；以及如上所述的干燥装置，适于对所述晶片进行干燥。

优选地，所述清洗装置为超声波清洗装置，所述超声波清洗装置包括：清洗槽，适于容纳清洗液和所述晶片；以及第二换能器，连接至所述清洗槽，适于根据超声频电源提供超声波，并将所述超声波辐射至所述清洗液，以使所述清洗液在所述晶片的开孔中产生微气泡。

根据本发明的第四方面，提供一种晶片的清洗干燥装置，包括：腔室；转筒，位于所述腔室内，所述转筒可绕其轴线旋转；以及换能器，连接至所述转筒，适于根据超声频电源向所述转筒提供超声波，其中，在清洗模式中，所述转筒适于容纳清洗液，以清洗晶片，在干燥模式中，所述转筒的侧壁适于固定所述晶片，且所述晶片具有开孔的表面被配置为背对所述转筒的所述轴线。

本发明提供的晶片的干燥装置、干燥方法、清洗系统及清洗干燥装置，利用换能器生成超声波，以撕裂水分子，并利用转动转盘使晶片开孔底部的水分子向开孔外部做离心运动，提高了对晶片干燥的效率和可靠性，从而提高了最终形成的器件的良率和可靠性。

进一步地，本发明实施例提供的晶片的清洗干燥装置，可以在一个装置中完成对晶片的清洗和干燥，避免了在晶片转移过程中对晶片造成污染，同时可以降低硬件设备的成本。且在清洗过程中，可以同时进行超声清洗和真空清洗，能提高清洗效果，在干燥过程中，同时进行超声干燥和真空干燥，能提高干燥效果。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了3D存储器件的截面图；

图2示出了根据本发明实施例的晶片的清洗装置的示意图；

图3示出了根据本发明实施例的晶片的干燥装置的示意图；

图4示出了根据本发明实施例的晶片的清洗系统的示意图；

图5示出了根据本发明实施例的晶片的干燥方法的流程图。

附图标记列表

100 清洗装置

110 清洗槽

120 换能器

130 超声频电源

140 晶片

200 干燥装置

210、310 腔室

220 转盘

230、330 换能器

240、340 晶片

250、350 超声频电源

260、360 真空泵

261、361 出气管道

262、362 出气阀门

270、370 加热器

271、371 进气管道

272、372 进气阀门

300 清洗干燥装置

320 转筒

380 隔离板

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

在本申请中，术语“晶片”是一种包括半导体衬底及在其表面通过沉积、蚀刻等步骤形成的半导体材料的半导体结构。

本申请提供的晶片的干燥装置、干燥方法、清洗系统及清洗干燥装置适用于清洗和干燥各种晶片，当晶片中的开孔深度较深时，可以去除开孔中的杂质，并对开孔进行充分干燥。下面以3D存储器件的晶片为例，对本申请中的晶片及开孔进行进一步说明。

在3D存储器件的制造过程中，形成了如图1所示的半导体结构，该半导体结构包括半导体衬底101以及位于其表面的绝缘叠层结构150，该绝缘叠层结构包括交替堆叠的多个层间绝缘层151和多个牺牲层152。在该实施例中，形成了贯穿绝缘叠层结构150的开孔117，且在开孔117的底部形成了外延层116。

在形成了如图1所示的半导体结构之后，需要在开孔117内形成沟道柱(未示出)，以形成存储单元串。沟道柱包括多个依次围绕芯部的多层功能层，功能层例如为沟道层、隧穿介质层、电荷存储层和阻挡介质层。在3D存储器件中，沟道柱的各个功能层的品质直接影响器件性能的好坏，例如，若各个功能层在制造过程中受到了杂质(如图1虚线框内所示)污染或未充分干燥，可能导致最终形成的3D存储器件读写性能变差、短路甚至损坏。容易理解，由于各个功能层形成于开口117内部，对于传统的清洗方法，难以清洗深孔内部的杂质，也难以充分干燥，因此，传统的清洗方法会降低器件的良率和可靠性。

为此，本申请的发明人提供了一种进一步改进的晶片的干燥装置、干燥方法、清洗系统及清洗干燥装置，以对晶片开孔内的杂质进行充分清洗，并对开孔内的水分进行充分干燥，从而提高器件的良率和可靠性。

应当理解，本申请提供的晶片的干燥装置、干燥方法、清洗系统及清洗干燥装置不限制于清洗3D存储器件的晶片，对于各种在工艺过程中涉及到开口清洗的晶片，均可适用，本申请不限制待清洗晶片的具体结构及其用途。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图2示出了根据本发明实施例的晶片的清洗装置的示意图。

如图2所示，本发明实施例提供的晶片的清洗装置100为超声波清洗装置，其包括清洗槽110、换能器120以及超声频电源130。超声频电源130将工业电转换成超声频电能；超声换能器120将超声频电能转换成同频率的机械振动(即超声波)，并通过清洗槽110内的清洗液150向晶片140辐射超声波，达到清洗晶片140的目的。清洗槽110是承载清洗液150的容器，其可以是单槽也可以由多个单槽组合成连续的生产线。

在本发明实施例中，将超声波辐射到清洗槽110中的清洗液150，以使清洁槽100内清洗液150中的微气泡能够在超声波的作用下在深孔中保持振动，从而破坏污染物与深孔表面的吸附物，引起残留物(即杂质)的疲劳破坏而从深孔底部剥离。因此，采用超声波清洗能更好的去除开孔中的杂质。

图3示出了根据本发明实施例的晶片的干燥装置的示意图。

如图3所示，本发明实施例提供的晶片的干燥装置200包括腔室210、转盘220以及换能器230。

腔室210用于提供容纳干燥晶片240的空间。

转盘220位于腔室210内，转盘220例如是圆柱形的空腔，其侧壁适于固定晶片240。可选的，转盘210的侧壁上具有多个等间距分布的固定装置(未示出)，以固定晶片240，固定装置例如是晶片夹、吸盘等。

换能器230连接至转盘220，例如连接至转盘220的底部中央区域，以根据超声频电源250提供超声波，并将超声波辐射至晶片240，以使晶片240孔内的水分子振动，由于超声波的空化作用，从而可以将晶片240孔内的水分子撕裂，有助于水分子从晶片240孔内脱离。

在本发明实施例中，在对晶片240进行干燥时，需要将晶片240具有开孔的表面配置为背对转盘220的轴线，从而有利于开孔底部的水分子向开孔外部做离心运动。

本发明实施例利用换能器230生成超声波，以撕裂水分子，并通过转动转盘220使晶片240开孔底部的水分子向开孔外部做离心运动，提高了对晶片240干燥的效率和可靠性，从而提高了最终形成的器件的良率和可靠性。

在优选的实施例中，腔室210具有进气口和出气口，进气口适于向腔室210内提供清洗气体，干燥装置200还包括真空泵260，真空泵260连接至腔室210的出气口，以提供清洗气体的运动动力，具体的，提供清洗气体从进气口到出气口流动的动力。在该实施例中，清洗气体的流动可以将水分子带出腔室210，避免水分子在腔室210中停留造成晶片240再次粘上水分子或被二次污染，并有利于水分子蒸发。

可选的，真空泵260经由出气管道261连接至出气口，清洗气体经由进气管道271通入腔室210。在进气管道271上还连接有加热器270，以加热清洗气体，有利于加快水分子的蒸发速率。

在本发明实施例中，出气管道261为“T”形管道，其第一端连接至腔室210的出气口，第二端连接至真空泵260，第三端提供清洗气体到干燥装置200外部的路径，其第三端具有出气阀门262；进气管道271为一字形或“L”形，其第一端连接至腔室210的进气口，第二端适于接收清洗气体，其第一端或第二端具有进气阀门263。

在干燥装置200对晶片240进行干燥时，首先将晶片240固定至转盘220的侧壁，且晶片240具有开孔的表面被配置为背对转盘220的轴线；之后转动转盘220，并开启换能器230和超声频电源250，以有效地使水分子从晶片240孔内脱离；可选的，在转动转盘220的同时，经由腔室210的进气孔向腔室210内提供清洗气体，并采用真空泵260经由腔室210的出气口抽取清洗气体，从而避免水分子在腔室210中停留，并有利于水分子蒸发；可选的，在清洗气体通入腔室210内之前，采用加热器270加热清洗气体，以进一步加快水分子的蒸发速率；可选的，在超声波干燥结束之后，关闭出气阀门262和进气阀门263，并继续开启真空泵260，以对腔室210抽真空以进一步干燥晶片240。

进一步地，本发明实施例提供了一种晶片的清洗系统，其包括如图2所示的清洗装置100和如图3所示的干燥装置200，在此不再赘述。

图4示出了根据本发明实施例的清洗干燥装置的示意图。

如图4所示，本发明实施例还公开了一种晶片的清洗干燥装置300，该清洗干燥装置包括腔室310、转筒320、换能器330以及超声频电源350，该清洗干燥装置300具有清洗模式和干燥模式，从而可以完成对晶片340的清洗和干燥。可选的，该清洗干燥装置300还包括真空泵360、出气管道361、出气阀门362、加热器370、进气管道371以及进气阀门372。

在该实施例中，腔室310、换能器330、超声频电源350、真空泵360、出气管道361、出气阀门362、加热器370、进气管道371以及进气阀门372与图3所示的干燥装置200中的腔室210、换能器220、超声频电源250、真空泵260、出气管道261、出气阀门262、加热器270、进气管道271以及进气阀门272相同，在此不再赘述。

在传统的清洗系统中，清洗装置和干燥装置通常是单独设置的，需在对晶片340清洗完成之后，将晶片340从清洗装置中取出，并放入干燥装置进行干燥，在该过程中很可能会出现晶片340被二次污染的情况。为此，本发明实施例提供了一种晶片的清洗干燥装置300，从而可以在一个装置中完成对晶片340的清洗和干燥。可选的，在清洗干燥装置300的工作过程中，可单独选择清洗模式或干燥模式，也可采用流水线型作业，例如，将清洗完毕之后的晶片340直接固定至转筒320的侧壁，并开启干燥模式，避免了对晶片340的污染。同时，在清洗模式和干燥模式中都利用了超声波，在本实施例中，将清洗装置和干燥装置结合成一体，采用同一个超声波装置，对第一批晶片的清洗和第二批晶片的干燥可同时进行，能够节省空间也能节约成本。

在清洗干燥装置300中，转筒320是一个可绕其轴线旋转的空腔。转筒320位于腔室310内，转筒320例如是圆柱形的空腔，其侧壁适于固定晶片340。可选的，转盘310的侧壁上具有多个等间距分布的固定装置(未示出)，以固定晶片340，固定装置例如是晶片夹、吸盘等。在该实施例中，转筒320还适于容纳清洗液。

在清洗模式中，在转筒320中放入清洗液，将晶片340置入清洗液，并开启超声频电源130，换能器330在超声频电源130的作用下生成超声波，以清洗晶片140，其清洗的具体原理可参照图2，在此不再赘述。可选的，在该步骤中，开启真空泵260，使得腔室310内部处于局部真空状态或全部真空状态，并开启加热器370，从而使得清洗液在低于沸点的温度下沸腾，可以提高清洗效果，并且节省成本。

在干燥模式中，将晶片340固定至转筒320的侧壁，之后转动转筒320，并开启换能器330和超声频电源350，以有效地使水分子从晶片340孔内脱离。具体的干燥步骤可以参照图4，在此不再赘述。

可选的，在转筒320的内部设置有隔离板380，以将转筒320分为适于清洗模式的清洗部分和适于干燥模式的干燥部分，从而可以同时开始清洗模式和干燥模式，并且避免清洗部分内的清洗液对干燥部分造成影响。具体的，同时开启清洗模式和干燥模式时，清洗部分中会放置第一批晶片，干燥部分中会放入第二批晶片。开启换能器330和超声频电源350，会同时对第一批晶片进行清洗和第二批晶片进行干燥。当干燥完成时，第二批晶片会被取出，清洗完成的第一批晶片会直接在清洗干燥装置内部被送入干燥部分中，避免晶片的传输过程中受到污染。此时，再次放入一批新的晶片到清洗装置中，即可开始下一次的清洗干燥过程。

在一些替代的实施例中，可以将转筒320替换为如图2所示的清洗槽110和如图3所示的转盘220的组合品，从而可以执行清洗模式和干燥模式。在该实施例中，例如将清洗槽110放置于转盘220的内部，且清洗槽110和转盘220共同连接至换能器330，以同时完成超声清洗和超声干燥，且清洗槽110和转盘220的工作不会被相互影响。应当理解，本申请不限制将清洗槽110和转盘220结合的具体方式，其既可以是将清洗槽110和转盘220的功能结合起来的新的部件(如转筒320)，也可以是将清洗槽110和转盘220组装在一起的组合品，只要该新的部件或组合品可以容纳清洗液并且可以将晶片340固定至其侧壁即可。

图5示出了根据本发明实施例的晶片的干燥方法的流程图。

本发明实施例提供的晶片的干燥方法包括步骤S101至S103。

在步骤S101中，将晶片固定至转盘的侧壁，转盘位于腔室内，晶片具有开孔的表面被配置为背对转盘的轴线。

在步骤S102中，绕轴线旋转转盘。在该步骤中，晶片开孔底部的水分子向开孔外部做离心运动。

在步骤S103中，根据超声频电源提供超声波，并将超声波辐射至晶片，以使晶片孔内的水分子振动。

在本发明实施例中，步骤S102和步骤S103是同时进行的。

在优选的实施例中，该干燥方法还包括步骤S104，经由腔室的进气口向腔室内提供清洗气体，并经由腔室的出气口抽取清洗气体。清洗气体的流动可以将水分子带出腔室，避免水分子在腔室中停留造成晶片再次粘上水分子或被二次污染，并有利于水分子蒸发。在该实施例中，步骤S102、步骤S103和步骤S104是同时进行的。可选的，步骤S104还包括：在清洗气体通入腔室内之前，加热清洗气体，以进一步加快水分子的蒸发速率。

在优选的实施例中，该干燥方法还包括步骤S105，对腔室抽真空以进一步干燥晶片。在该步骤中，关闭出气阀门和进气阀门，并继续开启真空泵，从而对腔室抽真空。

本发明实施例的干燥方法利用超声波的空化作用，可以撕裂晶片孔内的水分子，并利用水分子的离心运动使得水分子向孔外运行，从而达到了彻底去除晶片孔内的水分子的目的。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (12)

1.一种晶片的干燥装置，其特征在于，包括：

腔室；

转盘，位于所述腔室内，所述转盘的侧壁适于固定晶片，且所述转盘可绕其轴线旋转；以及

第一换能器，连接至所述转盘，适于根据超声频电源提供超声波，并将所述超声波辐射至所述晶片，以使所述晶片孔内的水分子振动，

其中，所述晶片具有开孔的表面被配置为背对所述转盘的所述轴线。

2.根据权利要求1所述的干燥装置，其特征在于，还包括：

真空泵，连接至所述腔室的出气口，

其中，所述腔室还具有进气口，适于向所述腔室内提供清洗气体。

3.根据权利要求2所述的干燥装置，其特征在于，所述真空泵经由出气管道连接至所述出气口，所述清洗气体经由进气管道通入所述腔室。

4.根据权利要求3所述的干燥装置，其特征在于，还包括：加热器，连接至所述进气管道，以加热所述清洗气体。

5.根据权利要求1所述的干燥装置，其特征在于，所述转盘的所述侧壁上具有多个等间距分布的固定装置，所述固定装置适于固定所述晶片。

6.一种晶片的干燥方法，其特征在于，包括：

将晶片固定至转盘的侧壁，所述转盘位于腔室内，且所述转盘可绕其轴线旋转，所述晶片具有开孔的表面被配置为背对所述转盘的轴线；

绕轴线旋转所述转盘；以及

根据超声频电源提供超声波，并将所述超声波辐射至所述晶片，以使所述晶片孔内的水分子振动。

7.根据权利要求6所述的干燥方法，其特征在于，还包括：经由所述腔室的进气口向所述腔室内提供清洗气体，并经由所述腔室的出气口抽取所述清洗气体。

8.根据权利要求7所述的干燥方法，其特征在于，还包括：在所述清洗气体通入所述腔室内之前，加热所述清洗气体。

9.根据权利要求6所述的干燥方法，其特征在于，还包括：对所述腔室抽真空。

10.一种晶片的清洗系统，其特征在于，包括：

清洗装置，适于清洗晶片；以及

如权利要求1至5任一项所述的干燥装置，适于对所述晶片进行干燥。

11.根据权利要求10所述的清洗系统，其特征在于，所述清洗装置为超声波清洗装置，所述超声波清洗装置包括：

清洗槽，适于容纳清洗液和所述晶片；以及

第二换能器，连接至所述清洗槽，适于根据超声频电源提供超声波，并将所述超声波辐射至所述清洗液，以使所述清洗液在所述晶片的开孔中产生微气泡。

12.一种晶片的清洗干燥装置，其特征在于，包括：

腔室；

转筒，位于所述腔室内，所述转筒可绕其轴线旋转；以及

换能器，连接至所述转筒，适于根据超声频电源向所述转筒提供超声波，

其中，在清洗模式中，所述转筒适于容纳清洗液，以清洗晶片，

在干燥模式中，所述转筒的侧壁适于固定所述晶片，且所述晶片具有开孔的表面被配置为背对所述转筒的所述轴线。

Images