CN112216598A - 用于半导体器件制造的清洁方法 - Google Patents

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Abstract

描述了用于IC制造的清洁诸如半导体衬底的衬底的方法，包括利用酸和碱中的一种以及臭氧的第一混合物、接下来通过酸和碱中的另一种以及臭氧的第二混合物清洁半导体衬底。清洁混合物可进一步包括去离子水。在一个实施例中，混合物被喷射到加热的衬底表面上。酸可以是HF，以及碱可以是NH4OH。本发明提供了一种用于半导体器件制造的清洁方法。

Description

用于半导体器件制造的清洁方法
本申请是分案申请，其母案申请的申请号为201510464458.7、申请日为2015年7月31日、发明名称为“用于半导体器件制造的清洁方法”。
技术领域
本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地，涉及半导体器件的制造方法。
背景技术
半导体集成电路(IC)工业经历了指数式增长。IC材料和设计的技术进步产生了多代IC，每一代都比前一代具有更小且更复杂的电路。在IC演进的过程中，功能密度通常增加而几何尺寸减小。这种比例缩小工艺通常会导致增加生产效率和降低成本。然而，这种比例缩小还增加了处理和制造的复杂度。这些复杂度具有它们自身相关的成本。
例如，随着技术节点的减小，一种上升的成本是要求用于支持制造工艺及其复杂度的大量化学物。化学物的量随时间的增加具有不仅与获取化学物本身相关的成本而且具有与环境影响相关的成本。要求大量化学物的工艺是晶圆清洁工艺。贯穿IC的制造工艺执行晶圆清洁工艺。示例性传统的清洁工艺是“标准清洁1”和“标准清洁2”，它们也被称为SC1和SC2。清洁工艺通常用于去除颗粒(例如，SC1)和/或金属离子(例如SC2)。尽管现有的清洁工艺通常能够满足特定的目的，但不能在所有方面完全符合要求。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种方法，包括：提供半导体衬底；利用第一清洁混合物执行所述半导体衬底的第一清洁，所述第一清洁混合物包括酸和碱中的一种、臭氧、以及水；在所述第一清洁之后，清洗所述半导体衬底；以及在清洗之后，利用第二清洁混合物执行所述半导体衬底的第二清洁，所述第二清洁混合物包括酸和碱中的另一种、臭氧、以及水。
优选地，所述第一清洁混合物包括酸，所述酸包括HF。
优选地，所述第二清洁混合物包括碱，所述碱包括NH4OH。
优选地，所述第一清洁混合物包括碱，所述碱包括NH4OH。
优选地，所述第二清洁混合物包括酸，所述酸包括HF。
优选地，所述第一清洁和所述第二清洁还包括：在将所述第一清洁混合物和所述第二清洁混合物提供给所述半导体衬底的同时，加热所述半导体衬底的背面。
优选地，方法还包括：在所述第二清洁之后，清洗所述半导体衬底。
优选地，方法还包括：在所述第二清洁之后，使用所述第一清洁混合物再次执行所述第一清洁。
根据本发明的另一方方面，提供了一种清洁半导体衬底的方法，包括：在半导体衬底的表面上提供包括HF、臭氧和水的第一清洁溶液；在提供所述第一清洁溶液之后，清洗所述半导体衬底；在清洗之后，在所述半导体衬底的表面上提供包括NH4OH、臭氧和水的第二清洁溶液。
优选地，方法还包括：在提供所述第一清洁溶液和提供所述第二清洁溶液期间，加热所述半导体衬底的背面，所述背面与所述半导体衬底的表面相对。
优选地，提供所述第一清洁溶液具有大约30秒的持续时间，并且提供所述第二清洁溶液具有大约60秒的持续时间。
优选地，提供所述第一清洁溶液还包括：提供NH4F和表面活性剂中的至少一种。
优选地，方法还包括：在提供所述第二清洁溶液之后，在所述半导体衬底的表面上第二次提供包括HF、臭氧和水的所述第一清洁溶液；此后，在所述半导体衬底的表面上第二次提供包括NH4OH、臭氧和水的所述第二清洁溶液。
优选地，提供包括HF、臭氧和水的所述第一清洁溶液包括：提供大约1％和大约500百万分率(ppm)之间的HF以及提供大约500ppm和1ppm之间的臭氧。
优选地，提供包括NH4OH、臭氧和水的所述第二清洁溶液包括：提供大约10％和大约0.01％之间的NH4OH以及提供大约500ppm和1ppm之间的臭氧。
根据本发明的又一方面，提供了一种制造半导体器件的方法，包括：在半导体晶圆的表面上形成第一部件；在所述表面上的所述第一部件上喷射第一清洁混合物，所述第一清洁混合物包括臭氧和HF；以及在停止喷射所述第一清洁混合物之后，在所述表面上的所述第一部件上喷射第二清洁混合物，所述第二清洁混合物包括臭氧和NH4OH，其中与喷射所述第一清洁混合物原位地喷射所述第二清洁混合物。
优选地，方法还包括：在喷射所述第一清洁混合物期间，将所述半导体晶圆加热到第一温度；以及在喷射所述第二清洁混合物期间，将所述半导体晶圆加热到第二温度，所述第二温度不同于所述第一温度。
优选地，通过加热所述半导体晶圆的背面执行加热所述半导体晶圆，其中，该表面与所述半导体晶圆的正面相对。
优选地，所述第一清洁混合物包括大约1％和大约500百万分率(ppm)之间的HF和大约500ppm和1ppm之间的臭氧。
优选地，所述第二清洁混合物包括大约10％和大约0.01％之间的NH4OH和大约500ppm和1ppm之间的臭氧。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据以下详细的描述来更好地理解本发明的各个方面。注意，根据工业的标准实践，各个部件没有按比例绘制。实际上，为了讨论的清楚，可以任意地增加或减小各个部件的尺寸。
图1是示出根据本发明一个或多个方面的清洁半导体衬底的方法的实例的流程图。
图2是示出根据图1的方法的清洁半导体衬底的方法的实施例的流程图。
图3是根据本发明的一个或多个方面提供清洁溶液的装置的实施例的示意图。
图4是根据本发明的一个或多个方面的为目标半导体衬底提供清洁溶液的装置的实施例的立体图。
图5是示出根据本发明的另一方面的清洁半导体衬底的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
应该理解，以下公开内容提供了许多不同的用于实施本发明主题的不同特征的实施例或实例。以下描述部件或配置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例而不用于限制。例如，在以下的描述中，在第二部件上方或之上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件被形成为直接接触的实施例，并且也可以包括可以在第一部件和第二部件形成附件部件使得第一部件和第二部分没有直接接触的实施例。为了简化和清楚，各个部件可以不同的比例任意绘制。
图1示出了清洁衬底的方法100。应该理解，可以在方法100之前、期间和/或之后提供附加步骤。方法100开始于框102，其中，提供半导体衬底。
在一个实施例中，衬底是晶圆。衬底上可形成有器件及其部分，诸如集成电路、发光二极管(LED)、TFT-LCD、存储单元和/或逻辑电路。衬底可进一步包括诸如电阻器、电容器、电感器、熔丝的无源部件和/或诸如p沟道场效应晶体管(PFET)、n沟道晶体管(NFET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、互补金属氧化物半导体晶体管(CMOS)、高压晶体管、高频晶体管的有源部件、和/或其他适当的部件或其部分。可以部分地(例如在工艺中)制造一个或多个部件。
衬底可以是半导体衬底，其包括：元素半导体，包括晶体硅和/或晶体锗；化合物半导体，包括碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟；合金半导体，包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP和/或GaInAsP；或它们的组合。衬底可以产生应变、可以为绝缘体上半导体(SOI)、具有外延层和/或具有其他增强性能的部件。在其他实施例中，可以执行方法100以清洁衬底，该衬底包括非半导体材料，诸如用于薄膜晶体管液晶显示(TFT-LCD)器件的玻璃衬底或用于光掩模(掩模)的熔融石英或氟化钙。
衬底可包括在衬底上形成一个或多个部件的一个或多个材料层。形成部件的示例性材料包括高k介电层、栅极层、硬掩模层、界面层、覆盖层、扩散/阻挡层、介电层、导电层、其他适当的层和/或它们的组合。在一个实施例中，对表面(例如，将被清洁的目标表面)上形成有栅极部件的衬底执行方法100。其他示例性部件包括但不限于互连部件(例如，导线和通孔)、接触部件、源极/漏极部件、导电板部件、掺杂区域、隔离部件、LED元件及其部分、沟槽部件、伪部件等。在实施例中，诸如以下所讨论的，鳍结构(典型地，鳍式场效应晶体管(FinFET))设置在衬底上。
然后，方法100前进到框104，其中，提供清洁溶液。注意，这里所指的术语“溶液”不是必须为任何成分的均匀混合物，而是仅为提供混合有一种或多种化学成分的液体和/或气体。所提供的清洁溶液包括臭氧。清洁溶液还包括去离子水(DIW)。清洁溶液还可以进一步包括酸或碱中的至少一种。在一个实施例中，清洁溶液包括臭氧、DIW以及酸或碱。可包括在清洁溶液中的示例性酸包括盐酸(HCl)和氢氟酸(HF)。可包括在清洁溶液中的示例性碱包括氢氧化铵(NH4OH)。在一个实施例中，清洁溶液仅包括臭氧、DIW以及酸或碱中的一种。例如，溶液不包括过氧化氢(H2O2)。因此，清洁溶液的示例性组分包括O3和HF。清洁溶液的另一示例性组成包括O3和NH4OH。清洁溶液的又一示例性组分包括O3和HCl。这些示例性组分中的一种或多种可进一步包括DIW。
在一个实施例中，清洁溶液至少包括一份酸和一份臭氧。在又一实施例中，清洁溶液包括一份酸和一份臭氧，并且大于或等于接近40份DIW。在又一实施例中，清洁溶液包括一份酸和一份臭氧，并且大于或等于接近50份DIW。在一个实施例中，清洁溶液包括至少一份碱和大约八(8)份臭氧。在又一实施例中，清洁溶液包括一份碱、大约8份臭氧和大约60份DIW。
然后，方法100前进到框106，其中，在衬底表面上提供清洁溶液。清洁溶液可以被喷射到目标衬底的表面上。可使用单个晶圆喷射工具将清洁溶液喷射到半导体衬底上。
在一个实施例中，在半导体晶圆的表面上提供清洁溶液之前和/或期间加热目标衬底。在一个实施例中，衬底加热为介于大约30摄氏度(℃)与大约60℃之间。在又一实施例中，衬底被加热到大约40℃。加热衬底可提供诸如增加臭氧(诸如DIW、酸或碱中)的溶解度；提高清洁效率；减少臭氧损失量、增加杂质去除率(诸如NH4OH)的优势和/或已知或稍后能够理解的其他优势。
通过实例提供以下工艺参数但不用于限制。在一个实施例中，化学溶液可在大约20秒至大约80秒的时间段内喷射到衬底上。在又一实施例中，例如，化学溶液可在大约30秒至大约55秒的时间段内喷射到衬底上。衬底可在其表面上提供化学溶液的同时旋转。在一个实施例中，衬底例如可以以大约800rpm的速度旋转。
在引入清洁溶液之后，框106可继续提供去离子水(DIW)清洗工艺。例如，清洗工艺可以在大约1分钟和大约2分钟之间。框106可继续包括干燥工艺，诸如旋转干燥工艺。可选地，框106可包括将上述清洁溶液提供给目标衬底的多个工艺，例如下述具有不同组分(例如，酸/臭氧、碱/臭氧)的清洁溶液。
在半导体器件制造工艺期间，如返回框104的虚线所示，通过框106的清洁溶液执行的清洁可以重复任意多次。在一个实施例中，在连续工艺(例如，不具有插入的工艺)中重复框106的清洁工艺，但使用不同的化学溶液。例如，可以首先利用碱(例如，NH4OH)和臭氧执行框106，接下来是酸(HCl)和臭氧的化学溶液的清洁。作为另一实例，可以首先利用酸(HCl)和臭氧执行框106，接下来是碱(例如，NH4OH)和臭氧的化学溶液的清洁。在实施例中，如任选框108所示，工艺可插入清洁工艺，诸如，清洗工艺、干燥工艺、在衬底表面(诸如衬底404的表面)上形成一个或多个部件的附加制造工艺(下面参照图4进行描述)。在其他实施例中，可以连续地执行清洁工艺而不具有插入工艺，从而省略框108。
提供给半导体衬底表面的清洁溶液可从半导体衬底蚀刻/去除不期望材料。例如，在清洁溶液包括HF的实施例中，其可以去除目标衬底上的氧化物的一部分(例如，SiO2)。提供给半导体衬底表面的清洁溶液可清洁半导体衬底的金属颗粒。例如，在清洁溶液包括HCl和臭氧的实施例中，去除和/或清洁金属(例如，不需要的金属离子)。引入到半导体衬底表面的清洁溶液可从半导体衬底去除不需要的颗粒。例如，在清洁溶液包括NH4OH和臭氧的实施例中，去除颗粒。在一个或多个实施例中，臭氧可用作在清洁工艺中有用的衬底表面氧化剂。
现在参照图2的流程图，示出了清洁诸如半导体衬底的目标衬底或晶圆的方法200。方法200可以是上述方法100的实施例。如此，方法100的描述可类似地应用于方法200。方法200进一步提供了关于操作装置以将清洁溶液引入目标衬底的方法的具体细节。
方法200开始于框202，其中，提供衬底。衬底可基本类似于上面参照图1的方法100的框102所描述的衬底。衬底被置于用于保持和/或定位诸如半导体晶圆的衬底的工作台(例如，卡盘或基板)上。在一个实施例中，工作台可用于旋转衬底。在一个实施例中，工作台可用于加热衬底(或其表面)。参照图4的实例，示出了清洁装置400并包括工作台402。工作台402保持衬底(晶圆404)。晶圆404可包括形成在表面上的部件(栅极部件)。其他示例性部件包括但不限于互连部件(例如，导线和通孔)、接触部件、源极/漏极部件、导电板部件、掺杂区域、隔离部件、LED元件和它们的一部分、沟槽部件、伪部件等。
然后，方法200前进到框204，其中，加热目标衬底的表面。工作台可提供对目标衬底的加热。加热可增加目标衬底的用于清洁的表面的温度。
在一个实施例中，在清洁溶液被提供给表面的同时加热目标衬底表面。在一个实施例中，目标衬底被加热到大约30摄氏度(℃)与大约60℃之间。在又一实施例中，目标衬底被加热到大约40摄氏度(℃)。加热提供有清洁溶液的衬底表面可提供诸如增加臭氧诸如在DIW、酸或碱中的溶解度、提高清洁效率；减少臭氧损失量；增加杂质去除率(例如NH4OH)的优势和/或已知或稍后可理解的其他优势。在一个实施例中，省略框204。参照图4的实例，加热能量414被示为通过工作台402提供给晶圆404。
然后，方法200前进到框206，其中，提供包括酸、碱和/或DIW的第一流体。例如，第一流体(例如，液体或气体)可包括与DIW混合的酸或碱中的一种。在第一流体中可含有的示例性酸可包括盐酸(HCl)和氢氟酸(HF)。在第一流体中可含有的示例性碱可包括氢氧化铵(NH4OH)。在一个实施例中，第一流体不包括过氧化氢(H2O2)。因此，第一流体的示例性组分为HF和DIW。第一流体的另一示例性组分为DIW和NH4OH。第一流体的又一示例性组分包括DIW和HCl。
第一流体可保持在容器中，并且使用诸如具有泵、阀等的管道或管的器件来提供给清洁装置。图3提供了具有第一容器302的流体传送系统300的示例性实施例。在一个实施例中，第一容器包括DIW以及酸或碱。在一个实施例中，第一容器302包括HF和DIW；DIW和HCl；或者HIW和NH4OH。可以通过泵306从容器中去除第一容器的流体。可通过阀308控制从第一容器排出的流体的流速。在图3中，示出了第一流体312。流体312可保持在诸如管道、管的器件中或者用于在所示元件之间传输流动流体的其他装置。
图4示出了清洁装置400，其包括可用于提供诸如第一流体312的流体的器件408。在一个实施例中，器件408可操作性地耦合至和/或包括诸如图3所描述的容器、泵和/或阀。在一个实施例中，器件408为管道、管或用于输送流动的流体的其他装置。在一个实施例中，第一器件408包括诸如参照框206所描述的第一流体。因此，在一个实施例中，第一器件408在化学清洁装置400中保持和/或传送HF和DIW；DIW和HCl；或者DIW和NH4OH。
然后，方法200前进到框208，其中，提供包括臭氧和DIW的第二流体。臭氧可溶解在DIW中(例如，流体DIW)。可以提供温度低于室温的第二流体。例如，在一个实施例中，提供温度在大约15℃和大约20℃之间的第二流体。注意，臭氧在DIW中的溶液度基于流体的温度和/或pH值(例如，较低的温度提供臭氧更大的溶液度，酸性条件提供臭氧更大的溶液度)。因此，可以控制水和臭氧混合物的pH和/或温度以提供足够的臭氧溶液度。在一个实施例中，在DIW中具有大约5ppm至25ppm的臭氧。
第二流体可以保持在容器中并使用诸如具有泵、阀等的管道或管的器件提供给清洁装置。图3提供了具有第二容器304的流体传送系统300的示例性实施例。在一个实施例中，第二容器包括DIW和臭氧。如上所述，第二容器304可用于提供温度低于室温的第二流体。可以通过泵306从容器去除第二容器的流体。可以通过阀308控制第二容器的流体的流速。第二流体314(例如，臭氧和DIW)被示出从容器304输送。输送中的第二流体314可以保持在诸如管道、管的器件中或用于输送流动的流体的其他装置中。
图4示出了化学清洁装置400，其包括可用于提供诸如上述的第二流体314的流体的器件410。在一个实施例中，器件410包括或可操作地耦合至容器、泵和/或阀(诸如参照图3所描述的)。在一个实施例中，器件410包括管道、管或用于输送流动的流体的其他装置。在一个实施例中，第二器件410输送并提供诸如参照框208所描述的第二流体。因此，在一个实施例中，第二器件410在清洁装置400中保持和/或传送DIW和臭氧。第二器件410可用于提供降低的温度(例如，第二室温)的流体。
然后，方法200前进到框210，其中，混合第一流体和第二流体以提供清洁溶液。在一个实施例中，在混合室中混合第一流体和第二流体。在一个实施例中，在分发第一流体和第二流体之后但是在引入到目标衬底上之前，混合第一流体和第二流体。在一个实施例中，在短混合循环或周期中混合第一流体和第二流体，使得混合流体不“等待”在结合之后而是直接提供给目标衬底(诸如下面参照框212所描述的)。短混合循环可提供诸如防止和/或减少臭氧在酸/碱中衰变(例如在NH4OH中衰变)的优势。
图3示出了混合室310的实施例。在一个实施例中，混合室310是耦合至具有第一流体312和第二流体314的器件的管或管道。在一个实施例中，在第一管道/管中提供第一流体312，并且在第二管道/管中提供第二流体314；这些管道/管结合到一起形成示为室310的单个管道/管。在一个实施例中，流体以给定的流速流过混合室310(例如，流体不在室中静止)。从混合室310排出清洁溶液316(第一流体312和第二流体314的混合物)。清洁溶液316可基本类似于上面参照图1的方法100的框104所描述的清洁溶液。
图4示出了混合室406的实施例。在一个实施例中，混合室406是耦合至器件408和器件410的管或管道。在一个实施例中，第一器件408是第一管道/管且第二器件410是第二管道/管；这些管道/管结合到一起形成作为室406的单个管道/管。在一个实施例中，流体以给定的流速流过混合室406(例如，流体不在室中静止)，并且通过喷嘴从混合室406排出。分发的清洁溶液412是第一器件408和第二器件410的流体的混合物。清洁溶液412可基本类似于上面参照图1的方法100的框104描述的清洁溶液。
可以以预定的比率混合框206的第一流体和框208的第二流体，以产生清洁溶液。在一个实施例中，清洁溶液包括至少一份酸和一份臭氧。在一个实施例中，清洁溶液包括一份酸和一份臭氧以及大于40份的DIW。在又一实施例中，清洁溶液包括一份酸和一份臭氧以及大约50份的DIW。在一个实施例中，清洁溶液包括至少一份碱和大约八(8)份的臭氧。在又一实施例中，清洁溶液包括一份碱和大约8份的臭氧以及大约60份的DIW。诸如图3的阀308的阀可控制第一流体312和第二流体314到达混合室310的量和/或流速，因此控制清洁溶液的组分。例如，图3示出了从混合室310分发清洁溶液316(第一流体312和第二流体314的混合物)。可以通过阀308控制第一流体312和第二流体314的量。
然后，方法200可前进到框212，其中，将清洁溶液喷射到目标衬底上。可使用单晶圆喷射工具将清洁溶液喷到衬底上。参照图4的实例，清洁溶液412被提供给晶圆404。任何数量的喷嘴可提供清洁溶液412。
通过实例提供以下工艺参数但不用于限制。在一个实施例中，例如化学溶液412可在大约20秒和大约80秒的时间段内喷射至目标衬底404。在又一实施例中，化学溶液412可在大约30秒和大约55秒的时间段内喷射至目标衬底404。目标衬底404可以在化学溶液提供给其表面的同时进行旋转。在一个实施例中，在喷射期间，衬底404例如可以以大约800rpm的速度旋转。
方法200可前进到其他工艺，诸如附加清洁工艺、DIW清洗工艺、干燥工艺等。在一个实施例中，方法200使用HF、DIW和臭氧的第一清洁溶液提供第一清洁，接着使用NH4OH、DIW和臭氧的第二清洁溶液提供第二清洁，接着通过HCl、DIW和臭氧的第三清洁溶液提供第三清洁。然而，其他实施例也是可能的且其他顺序也是可能的，并且均包括在本发明的范围内。
现在参照图5的流程图，示出了清洁诸如半导体衬底或晶圆的目标衬底的方法500。在一个实施例中，方法500用于清洁其上设置有一个或多个鳍结构的目标衬底。注意，虽然对其上设置有鳍结构的目标衬底执行方法500，但除非另有明确指定，否则该方法不限于此。例如，工艺还可以应用于诸如硅湿式去除、金属湿式去除的其他工艺和/或其他认可的用法。
方法500可以是包括上述方法100的一个或多个步骤的实施例。如此，方法100的描述类似地应用于方法500。类似地，图4和图5的元件也可以应用于方法500。
方法500开始于框502，其中，提供衬底。衬底可基本类似于上面参照图1的方法100的框102所描述的衬底。在一个实施例中，衬底设置有从半导体衬底延伸的多个鳍元件。可通过适当的工艺(诸如光刻和蚀刻)来形成鳍元件，从而形成从衬底延伸的“鳍”。本领域已知形成鳍元件的多种方法且该多种方法可应用于此。在一个实施例中，衬底包括有源区(OD)，随后将在其上形成栅极。在一个实施例中，衬底包括设置在衬底上的栅极部件，例如包括栅极介电层和/或栅电极层。在一个实施例中，衬底可包括诸如通过去除伪栅极部件(诸如通常在用于形成金属栅极结构的栅极去除工艺中找到的)而形成的诸如沟槽的部件。
然后，方法500可前进到框504，其中，将衬底提供给清洁工具。衬底可提供给单晶圆清洁工具。在一个实施例中，单晶圆清洁工具可用于支撑300nm晶圆和400nm晶圆的至少一个。图4示出了单晶圆清洁工具的一个实施例。
然后，方法500前进到框506，其中，执行加热工艺。在一个实施例中，加热工艺涉及加热框502中所提供的衬底的背面。加热衬底的背面可用于增加所引入的清洁溶液的工艺温度(下面参照框510和/或516所讨论的)。在一些实施例中，框506基本与框510和/或516同时发生(或连续发生)。
再次，通过加热目标衬底来提供加热工艺。在又一实施例中，加热可用于保持目标衬底的工作台，以对衬底提供热量。加热可直接施加于衬底的背面，并且增加目标衬底的用于清洁的表面(例如，相对面)的温度。在一个实施例中，可以实施大约25℃和大约80摄氏度之间的背面加热。衬底的加热可提供大约2和大约80摄氏度之间的用于清洁(参见框510或516)的工艺温度。
在一个实施例，通过使用提供给目标衬底的背面的热DIW加热衬底来提供加热工艺，以提供目标衬底的加热。热DIW可用于控制框510和/或516的清洁工艺的工艺温度。
框504的加热工艺可用于选择性地控制通过框508和/或514提供的清洁溶液所提供的材料的蚀刻速率。例如，可通过包括工艺温度的因素来控制材料(例如，硅、金属)的蚀刻速率。在一个实施例中，通过提供给目标衬底的背面的DIW的流动和/或温度来控制材料蚀刻速率。在方法500的其他实施例中，省略用于晶圆(和/或下面讨论的清洁溶液)的加热工艺。
然后，方法500前进到框508，其中，提供第一清洁溶液。注意，本文所使用的术语溶液不是必须为任何化学物的均匀混合物，而仅仅是混合物。在一个实施例中，第一清洁溶液包括氢氟酸、臭氧和DIW。在另一实施例中，第一清洁溶液包括氢氧化铵(NH4OH)(碱)、臭氧和DIW。
在一个实施例中，类似于上面参照图3和图4的方法200所描述的，提供第一清洁溶液。例如，在提供给目标衬底之前，可以制备与酸(例如，HF)混合的臭氧和DIW溶液。在其他实施例中，在提供给目标衬底之前，可以在任何时间点处混合清洁溶液。作为另一实例，在提供给目标衬底之前，可以制备与碱(例如，NH4OH)混合的臭氧和DIW溶液。在其他实施例中，在提供给目标衬底之前，可以在任何时间点处混合清洁溶液。
在一个实施例中，第一清洁溶液具有大约1％和大约500ppm之间的HF浓度。在一个实施例，第一清洁溶液具有大约500ppm和大约1ppm之间的臭氧浓度。在又一实施例中，第一清洁溶液具有大约1％和大约500ppm之间的HF浓度、大约500ppm和大约1ppm之间的臭氧浓度以及DIW的剩余浓度。在一个实施例中，诸如NH4F的缓冲溶液和/或表面活性剂可添加至第一清洁溶液。因此，在一个实施例中，第一清洁溶液具有大约1％至大约500ppm之间的HF的浓度、大约500ppm和大约1ppm之间的臭氧浓度以及DIW、表面活性剂和/或缓冲组分的剩余浓度。
在另一实施例中，第一清洁溶液具有浓度介于大约10％和大约0.01％之间的NH4OH浓度。在一个实施例中，第一清洁溶液具有大约500ppm和大约1ppm之间的臭氧浓度。因此，在一个实施例中，第一清洁溶液具有大约10％和0.01％之间的NH4OH浓度、大约500ppm和大约1000ppm之间的臭氧浓度并且剩余浓度是DIW。
然后，方法200前进到框510，其中，执行第一清洁工艺。第一清洁溶液可被喷射到目标衬底上。可使用单晶圆喷射工具将第一清洁溶液喷射到衬底上。参照图4的实例，清洁溶液412被提供给晶圆404。任意数量的喷嘴可提供清洁溶液。如上所述，清洁溶液412可以是(1)HF、臭氧、DIW溶液(在特定实施例中包括表面活性剂和/或缓冲剂)或(2)NH4OH、臭氧、DIW溶液。
如参照框506所讨论的，可以执行加热工艺，使得框506的清洁的工艺温度高于室温。例如，清洁的工艺温度可以在大约22至大约80摄氏度之间。如上所述，可通过加热目标衬底的背面来提供工艺温度。
在框510的实施例中，在大约30秒和大约60秒之间的时间段内执行第一清洁工艺。在一个实施例中，第一清洁工艺包括在大约30秒的时间段内提供包括HF/O3/DIW的第一清洁溶液。在一个实施例中，第一清洁工艺包括在大约60秒的时间段提供包括NH4OH/O3/DIW的第一清洁溶液。
方法500可前进到框512，其中，在第一清洁工艺之后执行DIW水清洗。在一个实施例中，在大约20秒至大约30秒的时间段内的清洗期间将DIW提供给晶圆。在其他实施例中，省略框512。
然后，方法500前进到框514，其中，提供第二清洁溶液。再次注意，本文所使用的术语溶液不是必须为化学物的均匀混合物而仅仅是混合物。在另一实施例中，第二清洁溶液可包括氢氟酸、臭氧和DIW。在另一实施例中，第二清洁溶液可以是氢氧化铵(NH4OH)、臭氧和DIW。第二清洁溶液可不同于参照框508所描述的第一清洁溶液。
在一个实施例中，类似于上面参照图3和图4的方法200所描述的，提供第二清洁溶液。例如，在提供给目标衬底之前可以制备与酸(例如，HF)混合的臭氧和DIW溶液。在其他实施例中，在提供给目标衬底之前的任何时间点处混合清洁溶液。作为另一实例，在提供给目标衬底之前可以制备与碱(例如，NH4OH)混合的臭氧和DIW溶液。在其他实施例中，在提供给目标衬底之前的任何时间点处混合清洁溶液。
如上所述，第二清洁溶液可包括酸。例如，在一个实施例中，第二清洁溶液具有大约1％和大约500ppm之间的HF浓度。在一个实施例中，第二清洁溶液具有大约500ppm和大约1ppm之间的臭氧浓度。因此，在一个实施例中，第二清洁溶液具有大约1％至大约500ppm之间的HF浓度、大约500ppm和大约1ppm之间的臭氧浓度以及DIW的剩余浓度。在一个实施例中，诸如NH4F的缓冲溶液和/或表面活性剂可添加给第二清洁溶液。因此，在一个实施例中，第二清洁溶液具有大约1％至大约500ppm之间的HF的浓度、大约500ppm和大约1ppm之间的臭氧浓度以及DIW、表面活性剂和/或缓冲组分的剩余浓度。
同样如上所述，第二清洁溶液可包括碱。例如，在一个实施例中，第二清洁溶液具有重量百分比介于大约10％和大约0.01％之间的NH4OH浓度。在一个实施例中，第二清洁溶液具有大约500ppm和大约1ppm之间的臭氧浓度。在一个实施例中，第二清洁溶液具有大约10％和大约0.01％之间的NH4OH浓度、大约500ppm和大约1000ppm之间的臭氧浓度以及DIW的剩余浓度。
在框514中，注意第二清洁溶液不同于第一清洁溶液。例如，第一清洁溶液可包括诸如HF的酸，而第二清洁溶液包括诸如NH4OH的碱。在另一实施例中，第一清洁溶液可包括诸如NH4OH的碱，而第二清洁溶液可包括诸如HF的酸。
然后，方法500前进到框516，其中，执行第二清洁工艺。第二清洁溶液可被喷射到目标衬底上。可使用单晶圆喷射工具将第二清洁溶液喷射到衬底上。在一个实施例中，与框508的第一清洁溶液和/或框512的清洗工艺原位地执行第二清洁工艺。参照图4的实例，清洁溶液412被提供给晶圆404。任意数量的喷嘴可提供清洁溶液。如上所述，清洁溶液412可以是方法500的第二清洁溶液，并且可以是(1)HF、臭氧、DIW溶液(在特定实施例中包括表面活性剂和/或缓冲剂)或(2)NH4OH、臭氧、DIW溶液。
如上面参照框506所描述的，可以执行加热工艺，其中，使得框516的清洁的工艺温度高于室温。例如，清洁的工艺温度可以在大约22摄氏度和大约80摄氏度之间。如上所述，可通过加热目标衬底的背面来提供工艺温度。框516的工艺温度和框510的工艺温度可以不同。在一个实施例中，基于化学组分、期望的蚀刻速率和/或其他因素来确定框516和510的工艺温度。因此，由于框516和510之间的化学组分不同，所以期望改变工艺温度。
在框516的实施例中，在大约30秒和大约60秒的时间段内执行第二清洁工艺。在一个实施例中，第二清洁工艺包括在大约30秒的时间段内提供包括HF/O3/DIW的第二清洁溶液。在一个实施例中，第二清洁工艺包括在大约60秒的时间段内提供包括NH4OH/O3/DIW的第二清洁溶液。
因此，在一个实施例中，方法500在框508中提供包括HF/O3/DIW的的第一清洁溶液以及在框514中提供包括NH4OH/O3/DIW的第二清洁溶液。在又一实施例中，在框510中在大约30秒的时间段内提供HF/O3/DIW，而在框514中在大约60秒的时间段内提供NH4OH/O3/DIW。
方法500可前进到框518，其中，在第一清洁工艺之后执行DIW水清洗。在一个实施例中，在大约20秒和大约30秒之间的清洗期间将DIW提供给晶圆。在一个实施例中，框518的DIW清洗大约为30秒。在又一实施例中，框512的DIW清洗为大约20秒。在实施例中，可以省略框518。
在方法500的实施例中，该方法可返回到框508其中，再次执行第一清洁工艺。例如，在一个实施例中，第一清洁溶液包括HF/O3/DIW，以及第二清洁溶液包括NH4OH/O3/DIW，并且方法500提供了提供第一清洁溶液、接着为第二清洁溶液的工艺，并进行重复该工艺。在又一实施例中，该工艺重复两次。
方法500可前进到本领域已知的其他步骤，包括干燥工艺。在一个实施例中，在方法500的步骤之后，在执行第一清洁工艺和第二清洁工艺的表面上形成部件。随后形成在清洁后的表面上的部件的实例包括但不限于栅极结构或栅极结构的金属层(诸如在替换栅极工艺中)。
总之，本文所公开的方法和器件提供了清洁溶液、清洁方法和用于清洁目标衬底(诸如半导体衬底或晶圆)的装置。如此，本发明的实施例可提供优于本领域已知方法的优势。示例性优势包括节省成本和/或减少在半导体器件制造工艺中使用化学物对环境的影响。例如，传统的清洁通常使用H2O2的清洁化学物的组分作为用于颗粒去除、金属离子去除和/或表面氧化的氧化剂。H2O2的使用会导致工艺中未反应的化学物被浪费，因此产生了环境和货币成本。在一个实施例中，本发明的清洁溶液省略H2O2。应该理解，本文所公开的不同实施例提供了不同的内容，并且它们可以在不背离本发明的精神和范围的情况下进行各种改变、替换和修改。
因此，本发明提供了多种示例性实施例。在一个实施例中，描述了提供半导体衬底的方法。该方法继续包括利用臭氧以及酸和碱中的至少一种的混合物清洁半导体衬底。
在又一实施例中，臭氧溶解到水中，并且提供小于或等于大约20摄氏度的温度。清洁可进一步包括在将酸和碱中的至少一种以及臭氧提供给半导体衬底的同时加热半导体衬底。在实施例中，该方法可继续包括在清洁之后利用去离子水清洗半导体衬底。
在又一实施例中，酸和碱中的至少一种以及臭氧的混合物包括碱(NH4OH)。在另一实施例中，混合物包括酸(HCl)。在又一实施例中，混合物包括酸(HF)。在一个实施例中，酸和碱中的至少一种以及臭氧的混合物包括针对酸和碱中的至少一种的每一份的至少一份臭氧。在又一实施例中，酸和碱中的至少一种以及臭氧的混合物进一步包括针对酸和碱中的至少一种的每一份的至少40份的去离子水。
在本发明实施例的另一广泛形式中，提供了清洁半导体衬底的方法。该方法包括提供用于保持流体的第一器件。臭氧和水的第一混合物被传送至第一器件。提供可用于保持流体的第二器件。酸和碱中的至少一种以及水的混合物被传送至第二器件。从第一器件排出第一混合物，以及从第二器件排出第二混合物。排出的第一混合物和第二混合物形成清洁溶液。清洁溶液被提供到半导体衬底的表面上。
在上述方法的又一实施例中，提供用于半导体衬底的工作台；该工作台可用于加热半导体衬底。在一个实施例中，半导体衬底被加热到大约20摄氏度和60摄氏度之间。该工作台还可以在将清洁溶液提供给半导体衬底的表面的同时旋转半导体衬底。
第一器件(保持第一混合物)可以是第一管道，以及第二器件可以是第二管道。第一管道和第二管道可以结合到一起形成单个管道，在其中执行第一混合物和第二混合物的混合。可以与喷射化学溶液以为半导体衬底的表面提供清洁溶液基本同时地，执行混合第一混合物和第二混合物以形成清洁溶液。
在又一实施例中，提供制造半导体衬底的方法，包括在半导体晶圆的表面上形成第一部件。第一清洁混合物被喷射到表面的第一部件上(第一清洁混合物包括臭氧和酸)。在停止喷射第一清洁混合物之后，将第二清洁混合物喷射到表面的第二部件上(第二清洁混合物包括臭氧和NH4OH)。在一个实施例中，第一清洁混合物的酸为HCl。
在又一实施例中，在喷射第二清洁混合物之后，该方法前进到包括清洗和干燥半导体晶圆的步骤。喷射工艺可包括在给定时间点仅喷射单个晶圆。在一个实施例中，在喷射第一清洁混合物之后，该方法包括：在喷射第二清洁混合物之前，清洗和干燥半导体晶圆并在晶圆表面上形成第二部件。
在本文提供的另一广泛实施例中，提供了衬底。利用包括臭氧、酸和碱中的一种、以及水的第一清洁溶液执行半导体衬底的第一清洁。在第一清洁之后清洗半导体衬底。在清洗之后，利用包括臭氧、水、以及酸和碱中是另一种的第二清洁溶液，执行半导体衬底的第二清洁。
在另一实施例中，清洁半导体衬底的方法包括在半导体衬底的表面上提供包括HF、臭氧和水的第一清洁溶液。在提供第一清洁溶液之后清洗半导体衬底，然后在清洗之后在半导体衬底的表面上提供包括NH4OH、臭氧和水的第二清洁溶液。
在又一实施例中，提供包括HF、臭氧和水的第一清洁溶液包括提供大约1％和大约500百万分率(ppm)之间的HF和提供大约500ppm和1ppm之间的臭氧。在又一实施例中，提供包括NH4OH、臭氧和水的第二清洁溶液包括提供大约10％和大约0.01％之间的NH4OH以及提供大约500ppm和1ppm之间的臭氧。
在又一广泛实施例中，制造半导体器件的方法包括在半导体晶圆的表面上形成第一部件。(在一个实例中，部件可以为栅极部件。)第一清洁混合物被喷射到表面上的第一部件，其中第一清洁混合物包括臭氧和HF。在停止喷射第一清洁混合物之后，将第二清洁混合物喷射到表面上的第一部件。第二清洁混合物包括臭氧和NH4OH。在一个实施例中，与喷射第一清洁混合物原位地喷射第二清洁混合物，例如，在诸如上述单晶圆清洁工具中的原位。

Claims (10)

1.一种清洁半导体衬底的方法，包括：
提供半导体衬底；
向所述半导体衬底提供第一清洁混合物以执行所述半导体衬底的第一清洁，所述第一清洁混合物包括酸和碱中的一种、臭氧、以及水，其中，提供所述第一清洁混合物包括在第一管道中提供第一流体，在第二管道中提供第二流体，所述第一管道和所述第二管道在混合室中结合为单个管道，所述第一流体包括所述酸和碱中的一种以及水，所述第二流体包括所述臭氧和水，所述第一清洁混合物中的所述臭氧在所述第一清洁中用作所述半导体衬底的表面氧化剂，所述单个管道中的流体以给定速度流过所述混合室而不在所述混合室静止从而形成所述第一清洁混合物；
在所述第一清洁之后，清洗所述半导体衬底；以及
在清洗之后，利用第二清洁混合物执行所述半导体衬底的第二清洁，所述第二清洁混合物包括酸和碱中的另一种、臭氧、以及水。
2.根据权利要求1所述的清洁半导体衬底的方法，其中，所述第一清洁混合物包括酸，所述酸包括HF。
3.根据权利要求2所述的清洁半导体衬底的方法，其中，所述第二清洁混合物包括碱，所述碱包括NH4OH。
4.根据权利要求1所述的清洁半导体衬底的方法，其中，所述第一清洁混合物包括碱，所述碱包括NH4OH。
5.根据权利要求4所述的清洁半导体衬底的方法，其中，所述第二清洁混合物包括酸，所述酸包括HF。
6.根据权利要求1所述的清洁半导体衬底的方法，其中，所述第一清洁和所述第二清洁还包括：在将所述第一清洁混合物和所述第二清洁混合物提供给所述半导体衬底的同时，加热所述半导体衬底的背面。
7.根据权利要求1所述的清洁半导体衬底的方法，还包括：
在所述第二清洁之后，清洗所述半导体衬底。
8.根据权利要求1所述的清洁半导体衬底的方法，还包括：
在所述第二清洁之后，使用所述第一清洁混合物再次执行所述第一清洁。
9.一种清洁半导体衬底的方法，包括：
在半导体衬底的表面上提供包括HF、臭氧和水的第一清洁溶液，其中，提供所述第一清洁溶液包括在第一管道中提供第一流体，在第二管道中提供第二流体，所述第一管道和所述第二管道在混合室中结合为单个管道，所述第一流体包括所述HF和水，所述第二流体包括所述臭氧和水，所述第一清洁混合物中的所述臭氧在所述第一清洁中用作所述半导体衬底的表面氧化剂，所述单个管道中的流体以给定速度流过所述混合室而不在所述混合室静止从而形成所述第一清洁混合物；
在提供所述第一清洁溶液之后，清洗所述半导体衬底；
在清洗之后，在所述半导体衬底的表面上提供包括NH4OH、臭氧和水的第二清洁溶液。
10.一种制造半导体器件的方法，包括：
在半导体晶圆的表面上形成第一部件；
在所述表面上的所述第一部件上喷射第一清洁混合物，所述第一清洁混合物包括臭氧、HF和水，其中，喷射所述第一清洁混合物包括在第一管道中提供第一流体，在第二管道中提供第二流体，所述第一管道和所述第二管道在混合室中结合为单个管道，所述第一流体包括所述HF和水，所述第二流体包括所述臭氧和水，所述单个管道中的流体以给定速度流过所述混合室而不在所述混合室静止从而形成所述第一清洁混合物，喷射到所述表面上的所述第一清洁混合物中的所述臭氧用作所述半导体晶圆的表面氧化剂，以进行对所述半导体晶圆的清洁；以及
在停止喷射所述第一清洁混合物之后，在所述表面上的所述第一部件上喷射第二清洁混合物，所述第二清洁混合物包括臭氧和NH4OH，其中与喷射所述第一清洁混合物原位地喷射所述第二清洁混合物。
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