CN1236977A - 半导体器件清洗装置和清洗半导体器件的方法 - Google Patents

半导体器件清洗装置和清洗半导体器件的方法 Download PDF

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Abstract

一种半导体器件清洗装置,在进行用于表面的化学机械抛光工艺之后清洗半导体晶片表面。半导体晶片表面上放置滚刷以便与该表面接触。第一化学液体槽装有第一化学液体。第一排放喷嘴将第一化学液体喷射到半导体晶片表面上。第二化学液体槽装有第二化学液体。第二排放喷嘴将第二化学液体喷射到半导体晶片表面上。第一化学液体和第二化学液体是在滚刷和晶片旋转的条件下喷射到半导体晶片表面上的。

Description

半导体器件清洗装置和清洗半导体器件的方法
本发明涉及半导体器件清洗装置和在化学机械抛光(CMP)工艺之后清洗半导体器件的方法。
一般情况下，在制造半导体器件的步骤中经常在具有叠层结构的半导体器件表面上形成凸凹不平之处。使用公知的CMP(化学机械抛光)工艺整平具有凸凹不平处的表面。
这种抛光工艺一般是在CMP工艺过程中使用含有致密的抛光颗粒(例如硅石颗粒，氧化铝颗粒)的溶液进行的。在CMP工艺之后这些颗粒必需从晶片表面几乎完全除去以保持电子器件的可靠性和生产线的清洁度。
特别是，当抛光疏水性膜如氮化硅膜和多晶硅膜时，与亲水性表面相比，很难除去留在疏水性表面上的颗粒。因此，需要一种有效除去颗粒的清洗方法。
使用表层馈送(sheet-fed)型自旋清洗装置的刷擦方法一般用作在CMP工艺之后除去留在晶片上的颗粒的方法。
例如，自旋清洗装置包括滚刷12、排放喷嘴13、化学液体槽15和纯水排放喷嘴14，如图1所示。
在这种情况下，滚刷12除去留在晶片11上的颗粒。在排放喷嘴13中，排放孔对着晶片11。另外，化学液体装在化学液体槽15中。化学液体从排放孔向晶片11注射或喷射，或者注射或喷射到晶片11上。而且，纯水从纯水排放喷嘴14的排放孔向晶片11注射或喷射，或者注射或喷射到晶片11上。
在上述旋转清洗装置中，滚刷12与晶片11接触。清洗水从化学液体槽15通过排放喷嘴13输送给晶片11。
在这种情况下，在晶片11和滚刷12旋转的条件下用从纯水排放喷嘴14喷射的纯水清洗晶片11。
这种情况下，除了纯水以外，还可以使用稀释的氨溶液(I.J.Malik等人：MRS.Symp.Proc.Vol.386,p.109(1995))或稀释的氢氟酸溶液作为清洗水。但是，这些溶液用于清洗上述疏水性表面是无效的。
相反，在[The Japan Society of Applied Physics]的57thprof.(p.637,8p-L-7)中已经报导了关于通过在CMP工艺和后来的清洗工艺过程中添加洗涤剂而提高疏水特性以增强清除效果(或性能)的例子。这里，应该注意在上述报导中清洗溶液的主要成分可能是不确定的。
另外，关于在CMP过程中通过添加醇类液体而获得亲水性表面的常规例子已经在日本未审查专利公报(JP-A)平9-277172中公开了。
但是，氨溶液或稀释的氢氟酸溶液不具有获得亲水性表面的能力。因而清洗疏水性表面不是十分有效的。
另一方面，虽然含有洗涤剂的氨水是有效的，但是具有下面的问题。即，在清洗工艺之后构成洗涤剂的高聚有机物质很容易留在晶片上。因而还得需要用于除去有机物质的清洗步骤。
此外，如果不为洗涤剂进行合适的液体清洗工艺，洗涤剂对于环境产生不利影响。因此需要制备昂贵的处理工具以进行合适的工艺。
对于在CMP工艺过程添加酒精的例子中，酒精在用于执行CMP工艺的抛光装置中起第一清洗液体的作用。然而，酒精不起淀积膜的后继步骤中所用的最后清洗液体的作用。
一般情况下，抛光装置中的清洗工艺伴随着该装置内部的污物。因而不能进行高度洁净的清洗。结果，无论后来清洗装置怎样都需要安装另外的抛光装置。
此外，当在CMP工艺之后暴露疏水性表面如氮化硅膜和多晶硅膜时，与亲水性表面相比，很难除去留在疏水性表面上的颗粒。
因此需要一种有效除去颗粒的清洗方法。
因此本发明的目的是提供能够提高抛光颗粒的除去性能的半导体器件清洗装置。
本发明的另一目的是提供在CMP工艺之后几乎没有颗粒留在晶片上的颗粒的半导体器件清洗装置。
本发明的又一目的是提供能够容易地处理废液的半导体器件清洗装置。
根据本发明，半导体器件清洗装置在进行用于表面的化学机械抛光工艺之后清洗半导体晶片的表面。
在这种情况下，滚刷放在半导体晶片的表面上，以便与表面接触。
另外，第一化学液体槽装有第一化学液体。第一排放喷嘴将第一化学液体喷射到半导体晶片的表面上。
而且，第二化学液体槽装有第二化学液体。第二排放喷嘴将第二化学液体喷射到半导体晶片的表面上。
通过这种结构，第一化学液体和第二化学液体在滚刷和半导体晶片旋转的条件下喷射到半导体晶片表面上。
在此条件下，在化学机械抛光工艺之后抛光颗粒留在半导体晶片的表面上。滚刷从半导体晶片表面除去抛光颗粒。
在这种情况下，第一排放喷嘴具有第一排放孔，而第二排放喷嘴具有第二排放孔。第一排放孔和第二排放孔的每个都对着半导体晶片表面。第一化学液体经过第一排放孔喷射到该表面上，而第二化学液体经过第二排放孔喷射到该表面上。
在这种情况下，第一化学液体包括氨液体，而第二化学液体包括醇类液体。
氨液体最好包括低级醇。这种条件下，低级醇可以是选自乙醇、甲醇和异丙醇中的至少一种。
这里，半导体晶片的表面是疏水性的。疏水性表面使用醇类液体被改变为亲水性表面。在这种情况下，为了增强留在半导体表面的抛光颗粒的除去性能，疏水性表面被改变为亲水性表面。疏水性表面可以包括其中暴露氮化硅膜或多晶硅膜的表面。
这样，通过添加醇类液体使疏水性晶片表面改变为亲水性表面，如前所述。由此大大提高颗粒的除去性能。
此外，与洗涤剂相比，醇类液体是由低分子构成。因而，在CMP工艺之后颗粒很难留在晶片上。而且与洗涤剂相比醇类液体可以很容易地被消耗掉。
并且，本发明在CMP工艺之后用于具有容易变为疏水性的暴露表面如氮化硅膜和多晶硅膜的晶片非常有效。在这种条件下，可以有效地除去留在晶片上的抛光颗粒。
因而，可以提高半导体器件的可靠性。另外可以有效地防止生产线的交叉污染。结果提高了制造成品率。
而且在本发明中不使用如洗涤剂等物质。这是因为很难消耗洗涤剂。因而，不破坏环境，并且可以大大降低耗损清洗液的成本。
图1是表示常规刷擦清洗装置的例子的结构示意图；
图2是表示根据本发明第一实施例的半导体器件清洗装置的结构示意图；
图3是表示根据本发明第二实施例的半导体器件清洗装置的结构示意图；
图4是表示根据图2中所示半导体器件清洗装置的颗粒除去结果的曲线。
下面参照图2介绍根据本发明第一实施例的半导体器件清洗装置。
在第一实施例中，在化学机械抛光(CMP)工艺之后使用薄片馈送(sheet-fed)型和滚动型刷擦清洗装置。该清洗装置包括滚刷2、第一排放喷嘴6、化学液体槽8、和纯水排放喷嘴4、第二排放喷嘴7、和第二化学液体槽9，如图2所示。
在这种情况下，滚刷2除去留在半导体晶片1上的颗粒。在第一排放喷嘴6中，排放孔对着晶片1。另外，第一化学液体装在第一化学液体槽8中。装在第一化学液体槽8中的第一化学液体从排放孔向晶片1注射或喷射，或者注射或喷射到晶片1上。
而且，纯水从纯水排放喷嘴4向晶片1注射或喷射，或者注射或喷射到晶片1上。此外，第二化学液体装在第二化学液体槽9中。装在第二化学液体槽9中的第二化学液体从排放孔向晶片1注射或喷射，或者注射或喷射到晶片1上。
在这种情况下，第一化学液体包括氨液体，而第二化学液体包括醇类液体。
在上述清洗装置中，滚刷2与晶片1接触。在这种条件下，第一化学液体和第二化学液体(即清洗水)从第一化学液体槽8和第二化学液体槽9通过第一排放喷嘴6和第二排放喷嘴7向晶片1输送。
这种情况下，在晶片1和滚刷2旋转的条件下用从纯水排放喷嘴4喷射的纯水清洗晶片1。
通过这种结构，在晶片1和滚刷2旋转的条件下氨液体(例如0.05％的氨液体)从第一化学液体槽8通过第一排放喷嘴6输送到晶片1上。这里应该注意，氮化硅膜的表面暴露在晶片1上。
此时，醇类液体(例如0.1％的醇类液体)从第二化学液体槽9通过第二排放喷嘴7输送到晶片1上。
在清洗工艺(例如大约40秒)之后，纯水通过纯水排放喷嘴4输送到晶片1上以执行漂洗工艺(例如大约20秒)。
在这种情况下，第一化学液体、第二化学液体和纯水可以不是直接输送到晶片1上，而可以滴到滚刷2上。处理的晶片1被传送到相邻的清洗室(未示出)中。
或者，在清洗工艺的工序中，可以首先从第二排放喷嘴7向晶片1上输送醇类液体10秒钟，从而将晶片1表面改变为亲水性表面。然后，可以从第一排放喷嘴6输送氨液体40秒钟，从而进行清洗工艺。
在这种情况下，醇类液体包括低级醇液体。这种低级醇液体包括乙醇、甲醇或异丙醇(IPA)。这里，氨液体的浓度最好在0.001％到10％范围内，而醇类液体的浓度希望在0.005％到10％范围内。
接下来参照图3介绍根据本发明第二实施例的半导体器件清洗装置。
在第二实施例中，从滚刷2内部输送化学液体。例如，来自第一化学液体槽8的氨液体和来自第二化学液体槽9的异丙醇(IPA)在管子10中混合，并通过管子10输送到滚刷2内部。
输送的化学液体从滚刷2上设置的或开口的细孔注射或喷射到晶片1上。这里应该注意，氮化硅膜表面暴露在晶片1上。在本例中，每种化学液体可以以上述时间差输送，象第一实施例那样。
醇类液体最好包括低级醇，如甲醇或乙醇。这里氨液体的浓度最好在0.001％到10％范围内，而醇类液体的浓度希望在0.005％到10％范围内。
虽然化学液体从滚刷2内部输送到晶片1上，但在第二实施例中化学液体也可以滴到滚刷2上。
此外，这种刷子不限于滚动型，也可以是圆盘型或钢笔型。
而且本发明对于具有容易变为疏水性的暴露表面如除了氮化硅膜以外的多晶硅膜的晶片1也有效。
在图4中示出了使用根据第一实施例的清洗装置实验得到的结果。
首先，晶片1在进行用于氮化硅膜的CMP工艺之后被清洗。然后，测量留在晶片1上的硅石颗粒(0.2μm或更大的的颗粒直径)的数量。
结果，在使用氨液体的常规清洗装置中的晶片上留下平均数量为380/晶片的颗粒，如图4所示。
相反，在使用IPA和氨液体的本发明的清洗装置中的晶片上留下平均数量为32/晶片的颗粒，如图4所示。
这样，从图4中发现，在本发明中留下的颗粒的数量比常规情况少得多。

Claims (32)

1．一种半导体器件清洗装置，其用于在进行表面的化学机械抛光工艺之后清洗半导体晶片表面，该装置包括：
放在半导体晶片表面上以便与晶片表面接触的滚刷；
装有第一化学液体的第一化学液体槽；
将第一化学液体喷射到半导体晶片表面上的第一排放喷嘴；
装有第二化学液体的第二化学液体槽；
将第二化学液体喷射到半导体晶片表面上的第二排放喷嘴；
第一化学液体和第二化学液体在滚刷和晶片旋转的条件下喷射到半导体晶片表面上。
2．根据权利要求1的装置，其特征在于：
在化学机械抛光工艺之后抛光颗粒留在半导体晶片表面上，和
滚刷从半导体晶片表面除去抛光颗粒。
3．根据权利要求1的装置，其特征在于：
第一排放喷嘴具有第一排放孔，而第二排放喷嘴具有第二排放孔，
第一排放孔和第二排放孔的每个都对着半导体晶片表面，和
第一化学液体经过第一排放孔喷射到半导体晶片表面上，而第二化学液体经过第二排放孔喷射到半导体晶片表面上。
4．根据权利要求1的装置，其特征在于：
第一化学液体包括氨液体，而第二化学液体包括醇类液体。
5．根据权利要求4的装置，其特征在于：氨液体包括低级醇。
6．根据权利要求5的装置，其特征在于：低级醇包括选自乙醇、甲醇和异丙醇中的至少一种。
7．根据权利要求4的装置，其特征在于：所述氨液体的浓度在0.001％到10％范围内。
8．根据权利要求4的装置，其特征在于：所述醇类液体的浓度在0.005％到10％范围内。
9．根据权利要求1的装置，还包括：
第三排放喷嘴，其将纯水喷射到半导体晶片表面上。
10．根据权利要求9的装置，其特征在于：第一液体、第二液体和纯水滴到滚刷上。
11．根据权利要求4的装置，其特征在于：
半导体晶片表面是疏水性的，和
该疏水性表面使用醇类液体被改变为亲水性表面。
12．根据权利要求11的装置，其特征在于：
为了增强留在半导体表面上的抛光颗粒的除去性能，疏水性表面被改变为亲水性表面。
13．根据权利要求11的装置，其特征在于：
疏水性表面包括其中暴露氮化硅膜或多晶硅膜的表面。
14．一种半导体器件清洗装置，其用于在进行表面的化学机械抛光工艺之后清洗半导体晶片表面，该装置包括：
放在半导体晶片表面上以便与晶片接触的滚刷，该滚刷具有多个细孔；
装有第一化学液体的第一化学液体槽；
装有第二化学液体的第二化学液体槽；
将第一化学液体和第二化学液体混合并在滚刷内部输送该混合液体的管子；
在滚刷和半导体晶片旋转的条件下，该混合液体通过滚刷的细孔喷射到半导体晶片表面上。
15．根据权利要求14的装置，其特征在于：
在化学机械抛光工艺之后抛光颗粒留在半导体晶片表面上，和
滚刷从半导体晶片表面除去抛光颗粒。
16．根据权利要求14的装置，其特征在于：
第一化学液体包括氨液体，而第二化学液体包括醇类液体。
17．根据权利要求16的装置，其特征在于：氨液体包括低级醇。
18．根据权利要求17的装置，其特征在于：
低级醇包括选自乙醇、甲醇和异丙醇中的至少一种。
19．根据权利要求16的装置，其特征在于：所述氨液体的浓度在0.001％到10％范围内。
20．根据权利要求16的装置，其特征在于：所述醇类液体的浓度在0.005％到10％范围内。
21．根据权利要求14的装置，还包括第三排放喷嘴，其将纯水喷射到半导体晶片表面上。
22．根据权利要求14的装置，其特征在于：
半导体晶片表面是疏水性的，和
该疏水性表面使用醇类液体被改变为亲水性表面。
23．根据权利要求22的装置，其特征在于：
为了增强抛光颗粒的除去性能，该疏水性表面被改变为亲水性表面。
24．根据权利要求22的装置，其特征在于：
该疏水性表面包括其中暴露氮化硅膜或多晶硅膜的表面。
25．一种清洗半导体器件的方法，其中半导体器件包括半导体晶片，该方法包括以下步骤：
进行用于半导体晶片表面的化学机械抛光工艺，该表面是疏水性表面；
使用醇类液体将疏水性表面改变为亲水性表面；
为亲水性表面输送氨液体；和
使用纯水进行漂洗工艺。
26．根据权利要求25的方法，其特征在于：
为了增强在化学机械抛光工艺之后留在该表面上的抛光颗粒的除去性能，该疏水性表面被改变为亲水性表面。
27．根据权利要求25的方法，其特征在于：
该疏水性表面包括其中暴露氮化硅膜或多晶硅膜的表面。
28．根据权利要求25的方法，还包括以下步骤：
在化学机械抛光工艺之后从半导体晶片表面除去抛光颗粒。
29．根据权利要求25的方法，其特征在于：所述醇类液体包括低级醇。
30．根据权利要求29的方法，其特征在于：所述低级醇包括选自乙醇、甲醇和异丙醇中的至少一种。
31．根据权利要求25的方法，其特征在于：所述氨液体的浓度在0.001％到10％范围内。
32．根据权利要求25的方法，其特征在于：所述醇类液体的浓度在0.005％到10％范围内。
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