CN114914155A - 晶圆表面局部处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种晶圆表面局部处理方法，其涉及半导体技术领域，第一腔室部的表面凹陷形成有凹槽道，第一腔室部具有与凹槽道的第一位置连通的第一通孔和与凹槽道的第二位置连通的第二通孔；晶圆表面局部处理方法包括以下步骤：将待处理的晶圆的一个表面与形成有凹槽道的第一腔室部的表面相贴合；依次将第一反应液、隔离流体、第二反应液自第一通孔通入凹槽道中；向第一通孔中通入动力流体以使动力流体推动第一反应液、隔离流体和第二反应液在凹槽道中流动。本发明能够对晶圆表面局部给定深度范围内的硅进行腐蚀以对硅材料中该深度范围内的污染杂质进行提取与检测。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种晶圆表面局部处理方法。
背景技术
随着半导体尺寸的进一步减小，晶圆硅材料本身所含有的杂质成为质量控制中需要检测监控的要求，然而目前的晶圆污染检测技术仅限于对晶圆表面杂质污染的提取检测或者对整个晶圆材料进行破坏性检测。
中国专利申请号201210171681.9和201210088237.0公开了一种用于半导体晶圆处理的微腔室处理装置，该微腔室处理装置均包括上腔室部和下腔室部，上腔室部和下腔室部可在一驱动装置的驱动下装载和/或移除该半导体晶圆的打开位置和一用于容纳并处理该半导体晶圆的关闭位置之间相对移动。上腔室部与下腔室部处于关闭位置时形成一微腔室，半导体晶圆放置于微腔室内，上腔室部和/或下腔室部中包括一个或多个供处理流体进入的微腔室的入口和一个或多个供处理流体排出微腔室的出口。
当处理流体通过微腔室的入口进入微腔室对晶圆进行处理时，处理流体流动的方向大体是按照固定方向的，其速度难以受到精确控制，处理流体与晶圆表面反应的程度不一。现有的技术虽然在进行晶圆表面污染的提取与检测时，只要给定足量的反应时间，就能保证表面污染物的提取效率，但是在进行对晶圆材料内部的杂质的提取与检测时，由于需要液体对晶圆材料进行腐蚀，不同的反应程度会导致处理流体对晶圆表面的腐蚀深度误差较大且难以控制。如此，当对晶圆材料内部杂质进行污染检测时，对反应后收集的处理流体进行检测只能得到晶圆材料内部整体大致的杂质污染分布情况，无法准确得到晶圆材料内部的给定深度范围内杂质污染的情况，进一步的更加无法得到晶圆内不同深度处杂质污染的分布情况。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种晶圆表面局部处理方法，其能够有效控制第一反应液、第二反应液与晶圆表面给定的深度范围内的硅材料进行反应以对硅材料中该深度范围内的污染杂质进行检测，实现定性定量分析。
本发明实施例的具体技术方案是：
一种晶圆表面局部处理方法，第一腔室部的表面凹陷形成有凹槽道，第一腔室部具有与所述凹槽道的第一位置连通的第一通孔和与所述凹槽道的第二位置连通的第二通孔；所述晶圆表面局部处理方法包括以下步骤：
将待处理的晶圆的一个表面与形成有所述凹槽道的第一腔室部的表面相贴合，以使所述晶圆的表面与第一腔室的凹槽道的壁面形成一允许流体流动的通道；
依次将第一反应液、隔离流体、第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中。
优选地，所述凹槽道的第一位置位于所述凹槽道的一端，所述凹槽道的第二位置位于所述凹槽道的另一端。
优选地，所述隔离流体不能与所述晶圆表面、所述第一反应液和所述第二反应液发生反应。
优选地，所述隔离流体不能与所述第一反应液和所述第二反应液相融合。
优选地，位于所述凹槽道中的所述第一反应液和所述第二反应液能够依次与所述晶圆表面接触并发生反应。
优选地，通入所述凹槽道内的所述隔离流体将所述第一反应液和所述第二反应液分隔在两边。
优选地，所述第一反应液与所述第二反应液为不相同的两种液体。
优选地，所述第一反应液与所述第二反应液中其中一种具有良好的杂质溶解或晶圆腐蚀作用，另一种基本不和晶圆反应并能通过稀释或中和原理阻止残余另一反应液与晶圆的反应；
或者所述第一反应液与所述第二反应液中其中一种具有良好的晶圆腐蚀作用，另一种具有良好的杂质溶解作用。
优选地，所述第一反应液为HNO3溶液，所述第二反应液为HF溶液，所述隔离流体为超纯水；或所述第一反应液为HF溶液，所述第二反应液为H2CrO4，所述隔离流体为超纯水。
优选地，所述晶圆表面局部处理方法还包括：向所述第一通孔中通入动力流体以使所述动力流体推动所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液在所述凹槽道中流动；
通过所述动力流体将所述凹槽道中的所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液推动至所述第二通孔以排出所述凹槽道。
优选地，在所述依次将第一反应液、隔离流体、第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中的步骤之后，将所述隔离流体自所述第一通孔通入所述凹槽道中。
优选地，晶圆表面局部处理方法还包括：重复步骤依次将第一反应液、隔离流体、第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中至步骤通过所述动力流体将所述凹槽道中的所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液推动至所述第二通孔以排出所述凹槽道，在每一个循环下当所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液排出所述凹槽道时，对所述第一反应液、所述第二反应液进行收集并进行检测以得到晶圆表面污染杂质的纵向分布情况。
优选地，晶圆表面局部处理方法还包括：在所述依次将第一反应液、隔离流体、第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中的步骤之后，重复多次依次将所述隔离流体、所述第一反应液、所述隔离流体、所述第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中，以推动所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液在所述凹槽道中流动并使得所述第一反应液和所述第二反应液依次与所述晶圆反应，对每一次重复过程中的所述第一反应液和所述第二反应液进行收集并进行检测以得到晶圆表面污染杂质的纵向分布情况。
优选地，晶圆表面局部处理方法还包括：在所述依次将第一反应液、隔离流体、第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中的步骤之后，重复多次依次将所述隔离流体、所述第一反应液、所述隔离流体、所述第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中，以使得所述第一反应液和所述第二反应液依次与所述晶圆反应至预定深度。
优选地，晶圆表面局部处理方法还包括：在步骤重复多次依次将所述隔离流体、所述第一反应液、所述隔离流体、所述第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中之后，将隔离流体自所述第一通孔通入所述凹槽道中；
重复步骤依次将第一反应液、隔离流体、第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中至步骤将隔离流体自所述第一通孔通入所述凹槽道中，对每一次重复过程中的所述第一反应液和所述第二反应液进行收集并进行检测以得到晶圆表面污染杂质的纵向分布情况。
优选地，晶圆表面局部处理方法还包括：在步骤重复多次依次将所述隔离流体、所述第一反应液、所述隔离流体、所述第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中之后，向所述第一通孔中通入动力流体以使所述动力流体推动所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液在所述凹槽道中流动；通过所述动力流体将所述凹槽道中的所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液推动至所述第二通孔以排出所述凹槽道。
优选地，晶圆表面局部处理方法还包括：在步骤通过所述动力流体将所述凹槽道中的所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液推动至所述第二通孔以排出所述凹槽道之前，将所述隔离流体自所述第一通孔通入所述凹槽道中。
优选地，晶圆表面局部处理方法还包括：重复步骤依次将第一反应液、隔离流体、第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中至步骤通过所述动力流体将所述凹槽道中的所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液推动至所述第二通孔以排出所述凹槽道，对每一次重复过程中排出所述凹槽道的所述第一反应液和所述第二反应液进行收集并进行检测以得到晶圆表面污染杂质的纵向分布情况。
优选地，在所述向所述第一通孔中通入动力流体以使所述动力流体推动所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液在所述凹槽道中流动的步骤中，通入的所述动力流体包括不能与所述晶圆表面或所述第一反应液或所述第二反应液或所述隔离流体发生反应的气体或液体。
优选地，所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液各自能够在所述凹槽道中形成一段长度的流体，三者各自形成的流体的长度至少有一条小于所述凹槽道的长度。
优选地，三者形成的流体的总长度小于所述凹槽道的长度。
优选地，所述凹槽道为多个，每一个所述凹槽道都对应有一个第一通孔和一个第二通孔，不同的所述凹槽道的位置与待刻蚀和/或检测处理的晶圆表面的不同位置相对应。
优选地，所述凹槽道环绕形成螺旋状，其中第一通孔位于所述螺旋状的凹槽道中心区域，第二通孔位于所述螺旋状的凹槽道周边区域，或者第一通孔位于所述螺旋状的凹槽道周边区域，第二通孔位于所述螺旋状的凹槽道中心区域。
本发明的技术方案具有以下显著有益效果：
1、本发明中的晶圆表面局部处理方法通过晶圆与第一腔室部表面的凹槽道相紧贴，当第一反应液、隔离流体和第二反应液流入凹槽道后，通过动力流体驱动以使第一反应液、隔离流体和第二反应液在凹槽道中继续向前流动，如此，可以使得第一反应液和第二反应液依次与凹槽道内的晶圆表面局部进行反应以将晶圆表面的污染杂质溶解在第一反应液和第二反应液中。同时，第一反应液和第二反应液两种不同的反应液按照先后顺序依次与晶圆表面的硅材料进行反应可以溶解给定厚度的硅材料，由于反应速度随着晶圆表面深度加深而迅速下降，使得在一定反应时间后，反应时间、第一反应液和第二反应液的浓度对给定厚度的偏差几乎不存在影响，如此保证了第一反应液和第二反应液与晶圆表面进行一次反应下溶解晶圆的给定厚度，进而可以精确的对给定的深度范围内的污染杂质进行检测。更进一步的，通过对晶圆不同的深度处的污染杂质进行多次检测，最终可以精确得到晶圆硅材料内杂质污染沿深度方向的分布情况。
2、本发明中的晶圆表面局部处理方法中第一反应液和第二反应液只需要通入凹槽道中，且通过流体来驱动腐蚀液流动，这样以后，在整个检测过程中使用的第一反应液和第二反应液的量得到大幅减少，因此在第一反应液、第二反应液与晶圆反应后第一反应液和第二反应液中污染杂质的相对含量比例也得到了大幅度的提高，如此可以有效降低对腐蚀液进行检测污染杂质含量的检测仪器的精度等级要求，同时，可以有效提高在检测仪器精度等级相同的条件下的检测灵敏度与精度。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明实施例中晶圆表面局部处理方法的原理示意图；
图2为本发明实施例中晶圆表面局部处理方法中第一反应液、第二反应液依次与晶圆反应的反应过程示意图；
图3为本发明实施例中晶圆表面局部处理方法中第一反应液与晶圆反应时反应速度与距离晶圆表面深度之间的关系示意图；
图4为本发明实施例中晶圆表面局部处理方法中第一反应液与晶圆反应时晶圆的反应层与时间的关系示意图；
图5a为本发明中的半导体处理装置在一个实施例中的剖视示意图；
图5b为图5a中的圈A的放大示意图；
图5c为图5a中的圈B的放大示意图；
图6a为本发明中的下腔室部第一腔室部在一个实施例中的俯视图；
图6b为图6a中的圈C的放大示意图；
图6c为图6a中的圈D的放大示意图；
图6d为沿图6a中的剖面线A-A的剖视示意图；
图6e为图6d中的圈E的放大示意图；
图6f为图6a中的圈F的放大示意图；
图7a为本发明中的上腔室部第二腔室部在一个实施例中的俯视图；
图7b为图7a中的圈G的放大示意图；
图7c为图7a中的圈H的放大示意图；
图7d为沿图7a中的剖面线B-B的剖视示意图；
图7e为图7d中的圈I的放大示意图；
图7f为图7a中的圈J的放大示意图；
图8a为本发明中的半导体处理装置在另一个实施例中的剖视示意图；
图8b图8a中的圈K的放大示意图；
图9a为本发明中的上腔室部第二腔室部在一个实施例中的俯视图；
图9b为沿图9a中的剖面线C-C的剖视示意图；
图9c为图9a中的圈L的放大示意图；
图10a为本发明中的下腔室部第一腔室部在另一个实施例中的俯视图；
图10b为沿图10a中的圈M的放大示意图。
以上附图的附图标记：
1、晶圆；2、凹槽道；3、第一反应液；4、隔离流体；5、第二反应液；100、半导体处理装置；110、第二腔室部；111、上腔室板；112、第一凸缘；113、内壁表面；114、凹槽道；120、第一腔室部；121、下腔室板；122、第一凹槽；123、内壁表面；124、凹槽道；125、第一通孔；125a、第一缓冲口部；125b、第一通孔部；126、第二通孔；126a、第二缓冲口部；126b、第二缓冲口部；200、晶圆；410、第二腔室部；411、上腔室板；412、第一凸缘；413、第一内壁表面；414、第二凹槽；415、第二凸缘；416、通道；620、第一腔室部；623、内壁表面；624、凹槽道；625、第一通孔；626、第二通孔。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
针对原方法在对晶圆1的表面进行杂质污染检测时，对反应后的处理流体进行提取与检测只能得到晶圆1材料内部整体的杂质污染情况，无法得到精确的定量的晶圆1硅材料内部给定的深度范围内杂质污染的分布情况，更加无法得到晶圆11内不同深度处硅材料中杂质污染的分布情况这一问题，在本申请中提出了一种晶圆表面局部处理方法，通过该方法可以对晶圆1表面进行均一性反应以对晶圆1表面硅材料中给定的深度范围内的污染杂质进行检测，图1为本发明实施例中晶圆表面局部处理方法的原理示意图，如图1中所示，第一腔室部的表面凹陷形成有凹槽道22，第一腔室部具有与凹槽道22的第一位置连通的第一通孔和与凹槽道22的第二位置连通的第二通孔。一般而言，凹槽道22的第一位置可以位于凹槽道22的一端，凹槽道22的第二位置可以位于凹槽道22的另一端。需要说明的是，在此处第一腔室部并非一定需要具有腔室，其只需表面形成有凹槽道22即可以满足本晶圆表面局部处理方法的需求。
本申请中的晶圆表面局部处理方法具体可以包括以下步骤：
S101：将待处理的晶圆1的一个表面与形成有凹槽道2的第一腔室部的表面相贴合，以使晶圆1的表面与第一腔室的凹槽道2的壁面形成一允许流体流动的通道。
在该步骤中，将晶圆1表面与形成有凹槽道2的表面相贴合，以使得凹槽道2内部处于密封状态，仅能通过第一通孔和第二通孔与外界连通，晶圆1的表面与第一腔室的凹槽道2的壁面形成一允许流体流动的通道。为了保证凹槽道2中具有液体时，液体不会渗入凹槽道2与第一腔室部表面的间隙之间，同时可以在晶圆1或第一腔室部上施加一定的压力，以使两者紧密接触，避免凹槽道2与第一腔室部表面存在间隙，避免液体渗入影响检测结果。S102：依次将第一反应液3、隔离流体4、第二反应液5自第一通孔通入凹槽道2中。
在该步骤中，先将用于对晶圆1表面进行反应的第一反应液3通入第一通孔中，进而通过第一通孔流入凹槽道2中；再将隔离流体4通入第一通孔中，进而通过第一通孔流入凹槽道2中；最后将用于对晶圆1表面进行反应的第二反应液5通入第一通孔中，进而通过第一通孔流入凹槽道2中，在凹槽道2中以形成如图1所示的分段液体。在该分段液体中，通入凹槽道2内的隔离流体4将第一反应液3和第二反应液5在一定时间内能够分隔在两边，防止第一反应液3和第二反应液5立刻混合在一起。
根据凹槽道2的横截面大小以确定通入凹槽道2中第一反应液3、第二反应液5、隔离流体4的量，横截面越大，通入凹槽道2的第一反应液3、第二反应液5、隔离流体4的量越大，横截面越小，则反之。凹槽道2的横截面的不易过大，其需要保证通入的第一反应液3、第二反应液5、隔离流体4在凹槽道2中能够形成一段长度的液体，该段液体需能与晶圆1的表面充分接触进而与晶圆1的表面发生反应以溶解一定厚度的晶圆1表面的硅材料，以使晶圆1硅材料中的污染杂质进入第一反应液3和第二反应液5中。通入凹槽道2的第一反应液3、第二反应液5、隔离流体4的量一方面和凹槽道2的横截面有关，另外一方面和在凹槽道2中形成一段流体的长度有关。在一种实施方式中，第一反应液3、隔离流体4和第二反应液5各自能够在凹槽道2中形成一段长度的流体，三者各自形成的流体的长度至少有一条小于凹槽道2的长度。在本实施方式中，第一反应液3、隔离流体4和第二反应液5可以不同时存在于凹槽道2中，隔离流体4通入凹槽道2时，部分第一反应液3可以流出凹槽道2。在另一种实施方式中，第一反应液3、隔离流体4和第二反应液5各自能够在凹槽道2中形成一段长度的流体，三者形成的流体的总长度小于凹槽道2的长度。如图1所示，第一反应液3、隔离流体4和第二反应液5可以同时存在于凹槽道2中。
第一反应液3和第二反应液5为能够依次与晶圆1进行反应并能将其腐蚀一定厚度的化学液体。第一反应液3与第二反应液5为不相同的两种腐蚀液。第一反应液与第二反应液中其中一种具有良好的杂质溶解或晶圆腐蚀作用，另一种基本不和晶圆反应并能通过稀释或中和原理阻止残余另一反应液与晶圆的反应；或者第一反应液与第二反应液中其中一种具有良好的晶圆腐蚀作用，另一种具有良好的杂质溶解作用。在一个实施例中，第一腐蚀液可以为HNO3溶液，第二腐蚀液可以为HF溶液。或者，第一反应液3可以为H2CrO4溶液，第二反应液5可以为HF溶液。隔离流体4不能与晶圆1表面或第一反应液3或第二反应液5发生反应，隔离流体4可以为不易反应的超纯气体或超纯液体，比如氮气、氦气、氩气、超纯水、丙酮、四氯甲烷等。在优选的实施方式中，隔离流体4尽量不能与第一反应液3和第二反应液5相融合。在一个具体的实施例中，例如，当隔离流体4是超纯水时，其虽然能够与第一反应液3和第二反应液5相融合，但是在横截面面积较小的凹槽道2，超纯水与第一反应液3和第二反应液5融合比较缓慢，在一定时间内超纯水能够将第一反应液3和第二反应液5在一定程度上相隔离，防止两者迅速混合，同时第一反应液3和第二反应液5一般均为水溶液，使用超纯水作为隔离流体4不会带入新的物质。
图2为本发明实施例中晶圆表面局部处理方法中第一反应液3、第二反应液5依次与晶圆1反应的反应过程示意图，如图2所示，当第一反应液3与晶圆1表面接触并发生反应时，晶圆1表面厚度为a的硅材料与第一反应液3反应生成另一种物质，但该物质并未脱离晶圆1表面。当第二反应液5与晶圆1表面接触并发生反应时，晶圆1表面厚度为a的另一种物质被第二反应液5腐蚀去除，第二反应液5本身无法与晶圆1的硅材料发生反应，如此，依次经过第一反应液3、第二反应液5反应后，晶圆1表面被腐蚀的厚度为a。图3为本发明实施例中晶圆表面局部处理方法中第一反应液3与晶圆1反应时反应速度与距离晶圆1表面深度之间的关系示意图，如图3所示，X轴为距离晶圆1表面深度，Y轴为第一反应液3与晶圆1反应时反应速度，第一反应液3的反应速度随着距离晶圆1表面深度的增大而迅速下降，从图3中可以看到，当反应的深度增加至一定程度后，第一反应液3与晶圆1的反应速度迅速下降。图4为本发明实施例中晶圆表面局部处理方法中第一反应液3与晶圆1反应时晶圆1的反应层(即生成的另一种物质)与时间的关系示意图，如图4所示，当反应时间达到一定时间后，例如大于10以后，第一反应液3与晶圆1反应生成的另一种物质的厚度随着时间的推移基本不再发生增加。在图4中，当t＝100时，a＝17.84，当t＝200时，a＝18.50，在时间差为t时，另一种物质的厚度a误差仅为3.6％。结合图3和图4可以表明，当反应时间达到一定时间后，反应时间和第一反应液3浓度等因素对生成的另一种物质的厚度a的影响十分小，另一种物质的厚度a基本可以处于相对稳定的数值附近，具体厚度a仅取决于第一反应液3的种类。上述反应机理有效保证了第一反应液3和第二反应液5与晶圆1表面进行一次反应下溶解晶圆1表面的预设厚度在较小的偏差范围内。
S103：重复多次依次将隔离流体4、第一反应液3、隔离流体4、第二反应液5自第一通孔通入凹槽道2中，以推动第一反应液3、隔离流体4和第二反应液5在凹槽道2中流动并使得第一反应液3和第二反应液5依次与晶圆1反应至预定深度。
如步骤S102中所说，晶圆1表面依次与第一反应液3、第二反应液5进行一次反应后，晶圆1表面被腐蚀的厚度只能为a，由于一次反应后的a较小，一般需要对晶圆1表面预设深度进行检测污染杂质时，预设深度远大于a，例如预设深度为10a时，即总共需要重复10次上述操作，如此便可以腐蚀除去晶圆1表面10a的厚度，使得晶圆1表面10a厚度内的污染杂质掉入或溶解在第一反应液3和/或第二反应液5中，进而可以精确的对晶圆1表面10a预设深度范围内的污染杂质进行检测。当然的，如果只需要对晶圆1表面a预设范围内的污染进行检测，则本步骤可以省略。
S104：向第一通孔中通入动力流体以使动力流体推动第一反应液3、隔离流体4和第二反应液5在凹槽道2中流动。
在本步骤中，可以直接向第一通孔中通入动力流体以使动力流体推动第一反应液3、隔离流体4和第二反应液5在凹槽道2中流动。也可以先将隔离流体4自第一通孔通入凹槽道2中；再向第一通孔中通入动力流体以使动力流体推动第一反应液3、隔离流体4和第二反应液5在凹槽道2中流动。
通入的动力流体可以为不易与晶圆1表面或第一反应液3或第二反应液5或隔离流体4发生反应的气体或液体，比如氮气、氦气、氩气、超纯水、丙酮、四氯甲烷等。当然的，动力流体包含的种类不限于上述描述，其它任何可以能够驱动第一反应液3、隔离流体4和第二反应液5在凹槽道2流动的动力流体均可以在本实施方式中进行使用。通过向第一通孔中通入该动力流体直接将推动凹槽道2中的第一反应液3、隔离流体4和第二反应液5流动。更进一步的，通入的动力流体尽量为不易与第一反应液3和第二反应液5相溶的气体或液体。动力流体的选择上尽量避免与腐蚀液相溶以避免动力流体溶入腐蚀液中使得腐蚀液3的量增大，进而影响到对晶圆1污染杂质的检测精度。当然的，本实施方式仅为一种优选的实施方式，动力流体并非一定需要满足不与腐蚀液和晶圆1表面发生反应或不与腐蚀液相溶的条件。例如，在一种实施方式中，希望动力流体可以与晶圆1反应以达到某些预处理的效果。
S105：通过动力流体将凹槽道2中的第一反应液3、隔离流体4和第二反应液5推动至第二通孔以排出凹槽道2。通过上述多个步骤便可以得到晶圆1表面最外层局部给定的深度范围内硅材料中的污染杂质。
S106：多次重复步骤S102至步骤S105，步骤S102至步骤S015为一次循环，每一次循环下，第一反应液3和第二反应液5能够均匀的反应腐蚀除去预设深度的晶圆1表面，随着循环的进行，腐蚀的晶圆1表面的深度不断的加深。
同时，在不同的循环中，第一反应液3和第二反应液5反应腐蚀的晶圆1表面不同处的预设深度可以通过在一次循环中依次通入第一反应液3和第二反应液5重复的次数得到有效控制，所以，通过上述方式预设深度可以控制为相同或不同的。通过多次循环，进而可以与晶圆1表面不同深度范围内的硅材料进行反应，如此，在一次次的循环中即可以准确得到污染杂质在晶圆1硅材料内不同深度范围内的浓度情况，进而可以形成污染杂质沿晶圆1深度方向(纵向)的分布图或分布表。
S107：在每一个循环下当第一反应液3、隔离流体4和第二反应液5排出凹槽道2时，对第一反应液3、第二反应液5和/或隔离流体4进行收集并进行检测。
在该步骤中，当第一反应液3、隔离流体4和第二反应液5排出凹槽道2时，如果隔离流体4可以完全将第一反应液3和第二反应液5隔离，那么可以将第一反应液3和第二反应液5分别进行收集后通过检测仪器等测其中的污染杂质的含量，当然也可以将第一反应液3和第二反应液5混合后一起对溶液中的污染杂质的含量进行检测。在一个具体的实施方式中，隔离流体4是超纯水时，由于超纯水只能将第一反应液3和第二反应液5在短时间内隔离，且其会与第一反应液3和第二反应液5融合，所以这种情况下可以直接将第一反应液3、第二反应液5、隔离流体4一起收集后对溶液中的污染杂质的含量进行检测。
在本申请中的另一种实施方式中，步骤S101至步骤S103与上述相同。
S104：将隔离流体4自第一通孔通入凹槽道2中。该步骤中通入的隔离流体4用于隔开下面重复循环中第一反应液3与S103中最后通入凹槽道2的第二反应液5。
S105：重复步骤S102至步骤S104，对每一次重复过程中的第一反应液3、第二反应液5进行收集并进行检测以得到晶圆1表面污染杂质沿深度方向的分布情况。
在本步骤中，随着不断向凹槽道2中连续通入第一反应液3、隔离流体4以及第二反应液5，与晶圆1进行反应后的第一反应液3、隔离流体4以及第二反应液5会从凹槽道2中不断排出。每一次重复步骤S102至步骤S104中通入的第一反应液3、隔离流体4以及第二反应液5能够与晶圆1反应至给定的深度范围，在凹槽道2的第二通孔收集一次重复步骤S102至步骤S104下相应排出的第一反应液3以及第二反应液5并进行检测，便能够得到某一给定的深度范围下的污染杂质。因此，当收集每一次重复步骤下排出的第一反应液3以及第二反应液5并进行检测，便能够得到晶圆1表面污染杂质沿深度方向(纵向)的分布情况。通过该方法可以在不断通入第一反应液3、隔离流体4以及第二反应液5的同时，同时对自凹槽道2第二通孔排出的定量的第一反应液3以及第二反应液5进行不断检测以得到晶圆1给定的深度范围下的污染杂质情况，进而再得到晶圆1表面污染杂质沿深度方向(纵向)的分布情况，从而大大提高了对晶圆1内污染杂质进行检测的效率。本发明中的晶圆1检测方法中第一反应液3、第二反应液5和隔离流体4只需要通入凹槽道2中，且通过动力流体来驱动第一反应液3、第二反应液5和隔离流体4流动，这样以后，在整个检测过程中使用的第一反应液3、第二反应液5和隔离流体4的量得到大幅减少，因此在第一反应液3、第二反应液5与晶圆1反应后第一反应液3和第二反应液5中污染杂质的相对含量比例也得到了大幅度的提高，如此可以有效降低对腐蚀液进行检测污染杂质含量的检测仪器的精度等级要求，同时，可以有效提高在检测仪器精度等级相同的条件下的检测灵敏度与精度。
为了更好的对晶圆1的污染杂质进行处理，在本申请中还提出了一种半导体处理装置100，在该半导体处理装置100上能够更为方便的实现上述晶圆表面局部处理方法，但是需要说明的是，上述晶圆1局部刻蚀提取检测方法并非一定需要在本半导体处理装置100上才能实现，该半导体处理装置100仅是实现上述晶圆表面局部处理方法的其中一种装置。
图5a为本发明中的晶圆表面处理装置100在一个实施例中的剖视示意图。图5b为图5a中的圈A的放大示意图；图5c为图5a中的圈B的放大示意图。如图5a所示，该半导体处理装置100可以包括第一腔室部和可相对于第一腔室部在打开位置和关闭位置之间移动的第二腔室部。第二腔室部110包括上腔室板111和自上腔室板的周边向下延伸而成的第一凸缘112。第一腔室部120包括下腔室板121和在下腔室板121的周边向下凹陷而成的第一凹槽122。第二腔室部110可相对于第一腔室部120在打开位置和关闭位置之间移动。在第二腔室部110相对于第一腔室部120处于打开位置时，可以将待检测晶圆放置于第一腔室部120的内壁表面上，或者可以从第一腔室部120的内壁表面上取出待检测晶圆。在第二腔室部110相对于第一腔室部120处于关闭位置时，在第二腔室部110相对于第一腔室部120处于关闭位置时，第一凸缘112与第一凹槽122配合，以在上腔室板和下腔室板之间形成密封的微腔室，待检测晶圆能够容纳于微腔室内，等待被后续检测处理。
图6a为本发明中的第一腔室部120在一个实施例中的俯视图。图6b为图6a中的圈C的放大示意图。图6c为图6a中的圈D的放大示意图。图6d为沿图6a中的剖面线A-A的剖视示意图。图6e为图6d中的圈E的放大示意图。图6f为图6a中的圈F的放大示意图。如图6a-图6f所示，第一腔室部120具有自该第一腔室部120面向微腔室的内壁表面123凹陷形成的凹槽道124、自外部穿过该第一腔室部120以与凹槽道124的第一位置连通的第一通孔125和自外部穿过该第一腔室部120以与凹槽道124的第二位置连通的第二通孔126。凹槽道124的截面可以为U形、V形或半圆形，还可以是其他形状。凹槽道124内的通孔数量可以大于或等于1个。
在一个实施例中，如图6a、图6b和图6c所示的，凹槽道124可以环绕形成螺旋状，其中第一通孔125位于螺旋状的凹槽道124周边区域(圈C的区域)，第二通孔126位于螺旋状的凹槽道中心区域(圈D的区域)，或者第一通孔125位于螺旋状的凹槽道中心区域(圈D的区域)，第二通孔126位于螺旋状的凹槽道124周边区域(圈C的区域)。第一通孔125可以被用作为入口，第二通孔126可以被用作为出口。在其他实施例中，也可以将第一通孔125可以被用作为出口，第二通孔126可以被用作为入口。
在一个实施例中，如图6d、图6e和图6f所示的，第一通孔125包括与凹槽道124直接相通且较凹槽道124更深、更宽的第一缓冲口部125a和与该第一缓冲口部125a直接相通的第一通孔部125b。由于设置了第一缓冲口部125a，可以避免腐蚀液通过第一通孔125进入的初速度过快导致晶圆的中心区域被过分处理。第二通孔126包括与凹槽道124直接相通且较凹槽道124更深、更宽的第二缓冲口部126a和与该第二缓冲口部126a直接相通的第二通孔部126b。由于设置了第二缓冲口部126a，可以防止腐蚀液不能及时从第二通孔126排出而溢出。优选的，第一缓冲口部125a可以为锥形凹槽，第二缓冲口部126a可以为圆柱形凹槽。
图7a为本发明中的第二腔室部110在一个实施例中的俯视图；图7b为图7a中的圈G的放大示意图；图7c为图7a中的圈H的放大示意图；图7d为沿图7a中的剖面线B-B的剖视示意图；图7e为图7d中的圈I的放大示意图；图7f为图7a中的圈J的放大示意图。结合图7a至图7f所示的，第二腔室部110包括上腔室板111和自上腔室板111的周边向下延伸而成的第一凸缘112。第二腔室部110具有自该第二腔室部面向微腔室的内壁表面113凹陷形成的凹槽道113，形成于第二腔室部的内壁表面113上的凹槽道114的槽壁(相邻的凹槽道114之间的部分)与形成于第一腔室部120的内壁表面123上的凹槽道124的槽壁(相邻的凹槽道124之间的部分)相对应。这样，在第二腔室部110相对于第一腔室部120位于关闭位置且待检测晶圆200容纳于微腔室内时，第二腔室部110的凹槽道114的槽壁能够抵压待检测晶圆200的相应位置，并使得待检测晶圆200能够更紧地抵靠于第一腔室部120的凹槽道124的槽壁上，使得最后形成的封闭通道的封闭性能更好。此外，形成于第二腔室部的内壁表面113上的凹槽道114的槽壁(相邻的凹槽道114之间的部分)与形成于第一腔室部120的内壁表面123上的凹槽道124的槽壁(相邻的凹槽道124之间的部分)也可以相交错排布。
在另一个实施例中，第二腔室部110和第一腔室部的结构可以互换或具备相同的结构，此时待检测晶圆200的上表面将会与第二腔室部110的凹槽道一起形成封闭通道。在封闭通道内流通腐蚀液可以对待检测晶圆200的上表面或下表面进行检测，或上下表面同时检测。
图8a为本发明中的半导体处理装置在另一个实施例中的剖视示意图；图8b图8a中的圈K的放大示意图。图8a中的晶圆表面处理装置400与图8a中的晶圆表面处理装置相比的差别在于：图8a中的第二腔室部410和图8a中的第二腔室部110的结构不同。图9a为本发明中的第二腔室部410在一个实施例中的俯视图；图9b为沿图9a中的剖面线C-C的剖视示意图；图9c为图9a中的圈L的放大示意图。如图9a至图9c所示，第二腔室部410包括上腔室板411、第一凸缘412、面向微腔室的第一内壁表面413、第二凹槽414、位于第一内壁表面413和第二凹槽414之间的第二凸缘415和位于第一内壁表面413中心的通道416。由第二凸缘415抵靠于晶圆200和第一内壁表面413形成一个封闭空间，通过通道416与外界连通。流体可通过通道416进入此封闭空间产生压力，并使得待检测晶圆200能够更紧地抵靠于第一腔室部120的凹槽道124的槽壁上，使得最后形成的封闭通道的封闭性能更好。
图10a为本发明中的第一腔室部在另一个实施例中的俯视图；图10b为沿图10a中的圈M的放大示意图。自该第一腔室部620面向微腔室的内壁表面623凹陷形成的凹槽道624为多个，图10a中有5个，在其他实施例中，可以为其他数目个，每个凹槽道624都对应有一个第一通孔625和一个第二通孔626。第一腔室部620的不同的凹槽道624位于内壁表面623的不同区域内。这样可以针对不同的区域进行不同的检测，它们互相独立。
多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (23)
1.一种晶圆表面局部处理方法，其特征在于，第一腔室部的表面凹陷形成有凹槽道，第一腔室部具有与所述凹槽道的第一位置连通的第一通孔和与所述凹槽道的第二位置连通的第二通孔；所述晶圆表面局部处理方法包括以下步骤：
将待处理的晶圆的一个表面与形成有所述凹槽道的第一腔室部的表面相贴合，以使所述晶圆的表面与第一腔室的凹槽道的壁面形成一允许流体流动的通道；
依次将第一反应液、隔离流体、第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中。
2.根据权利要求1所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，所述凹槽道的第一位置位于所述凹槽道的一端，所述凹槽道的第二位置位于所述凹槽道的另一端。
3.根据权利要求1所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，所述隔离流体不能与所述晶圆表面、所述第一反应液和所述第二反应液发生反应。
4.根据权利要求1所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，所述隔离流体不能与所述第一反应液和所述第二反应液相融合。
5.根据权利要求1所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，位于所述凹槽道中的所述第一反应液和所述第二反应液能够依次与所述晶圆表面接触并发生反应。
6.根据权利要求1所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，通入所述凹槽道内的所述隔离流体将所述第一反应液和所述第二反应液分隔在两边。
7.根据权利要求1所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，所述第一反应液与所述第二反应液为不相同的两种液体。
8.根据权利要求1所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，所述第一反应液与所述第二反应液中其中一种具有良好的杂质溶解或晶圆腐蚀作用，另一种基本不和晶圆反应并能通过稀释或中和原理阻止残余另一反应液与晶圆的反应；
或者所述第一反应液与所述第二反应液中其中一种具有良好的晶圆腐蚀作用，另一种具有良好的杂质溶解作用。
9.根据权利要求8所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，所述第一反应液为HNO3溶液，所述第二反应液为HF溶液，所述隔离流体为超纯水；或所述第一反应液为HF溶液，所述第二反应液为H2CrO4，所述隔离流体为超纯水。
10.根据权利要求1所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，所述晶圆表面局部处理方法还包括：
向所述第一通孔中通入动力流体以使所述动力流体推动所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液在所述凹槽道中流动；
通过所述动力流体将所述凹槽道中的所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液推动至所述第二通孔以排出所述凹槽道。
11.根据权利要求10所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，在所述依次将第一反应液、隔离流体、第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中的步骤之后，将所述隔离流体自所述第一通孔通入所述凹槽道中。
12.根据权利要求10所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，晶圆表面局部处理方法还包括：重复步骤依次将第一反应液、隔离流体、第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中至步骤通过所述动力流体将所述凹槽道中的所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液推动至所述第二通孔以排出所述凹槽道，在每一个循环下当所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液排出所述凹槽道时，对所述第一反应液、所述第二反应液进行收集并进行检测以得到晶圆表面污染杂质的纵向分布情况。
13.根据权利要求1所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，晶圆表面局部处理方法还包括：在所述依次将第一反应液、隔离流体、第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中的步骤之后，重复多次依次将所述隔离流体、所述第一反应液、所述隔离流体、所述第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中，以推动所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液在所述凹槽道中流动并使得所述第一反应液和所述第二反应液依次与所述晶圆反应，对每一次重复过程中的所述第一反应液和所述第二反应液进行收集并进行检测以得到晶圆表面污染杂质的纵向分布情况。
14.根据权利要求1所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，晶圆表面局部处理方法还包括：在所述依次将第一反应液、隔离流体、第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中的步骤之后，重复多次依次将所述隔离流体、所述第一反应液、所述隔离流体、所述第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中，以使得所述第一反应液和所述第二反应液依次与所述晶圆反应至预定深度。
15.根据权利要求14所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，晶圆表面局部处理方法还包括：在步骤重复多次依次将所述隔离流体、所述第一反应液、所述隔离流体、所述第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中之后，将隔离流体自所述第一通孔通入所述凹槽道中；
重复步骤依次将第一反应液、隔离流体、第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中至步骤将隔离流体自所述第一通孔通入所述凹槽道中，对每一次重复过程中的所述第一反应液和所述第二反应液进行收集并进行检测以得到晶圆表面污染杂质的纵向分布情况。
16.根据权利要求14所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，晶圆表面局部处理方法还包括：在步骤重复多次依次将所述隔离流体、所述第一反应液、所述隔离流体、所述第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中之后，向所述第一通孔中通入动力流体以使所述动力流体推动所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液在所述凹槽道中流动；通过所述动力流体将所述凹槽道中的所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液推动至所述第二通孔以排出所述凹槽道。
17.根据权利要求16所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，晶圆表面局部处理方法还包括：在步骤通过所述动力流体将所述凹槽道中的所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液推动至所述第二通孔以排出所述凹槽道之前，将所述隔离流体自所述第一通孔通入所述凹槽道中。
18.根据权利要求16所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，晶圆表面局部处理方法还包括：重复步骤依次将第一反应液、隔离流体、第二反应液自所述第一通孔通入所述凹槽道中至步骤通过所述动力流体将所述凹槽道中的所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液推动至所述第二通孔以排出所述凹槽道，对每一次重复过程中排出所述凹槽道的所述第一反应液和所述第二反应液进行收集并进行检测以得到晶圆表面污染杂质的纵向分布情况。
19.根据权利要求1所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，在所述向所述第一通孔中通入动力流体以使所述动力流体推动所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液在所述凹槽道中流动的步骤中，通入的所述动力流体包括不能与所述晶圆表面或所述第一反应液或所述第二反应液或所述隔离流体发生反应的气体或液体。
20.根据权利要求1所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，所述第一反应液、所述隔离流体和所述第二反应液各自能够在所述凹槽道中形成一段长度的流体，三者各自形成的流体的长度至少有一条小于所述凹槽道的长度。
21.根据权利要求19所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，三者形成的流体的总长度小于所述凹槽道的长度。
22.根据权利要求1所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，所述凹槽道为多个，每一个所述凹槽道都对应有一个第一通孔和一个第二通孔，不同的所述凹槽道的位置与待刻蚀和/或检测处理的晶圆表面的不同位置相对应。
23.根据权利要求1所述的晶圆表面局部处理方法，其特征在于，所述凹槽道环绕形成螺旋状，其中第一通孔位于螺旋状的所述凹槽道中心区域，第二通孔位于螺旋状的所述凹槽道周边区域，或者第一通孔位于螺旋状的所述凹槽道周边区域，第二通孔位于螺旋状的所述凹槽道中心区域。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2024051072A1 (zh) * | 2022-09-09 | 2024-03-14 | 无锡华瑛微电子技术有限公司 | 半导体处理装置及方法 |
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2022
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