TW202400980A - 金屬沾污收集系統和金屬沾污收集方法 - Google Patents

金屬沾污收集系統和金屬沾污收集方法 Download PDF

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Abstract

本發明公開了一種金屬沾污收集系統和金屬沾污收集方法，所述收集系統包括氣相腐蝕腔、與所述氣相腐蝕腔連通的第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，所述第一通道、第二通道、第三通道和第四通道相互獨立，分別用於向所述氣相腐蝕腔內通入強酸性氣體、氧化性氣體、惰性氣體和能使親水晶圓表面疏水化的表面改性氣體。收集過程中，向氣相腐蝕腔內部通入表面改性氣體使親水晶圓表面疏水化，這樣在收集金屬沾污時，不會因為晶圓表面的親水性導致掃描液分散黏連在晶圓表面，能夠保障收集系統高效收集金屬沾污。

Description

金屬沾污收集系統和金屬沾污收集方法
本發明涉及半導體技術領域，特別是一種金屬沾污收集系統和金屬沾污收集方法。
摩爾定律的強勢推動下以鰭式場效應電晶體為主的7納米技術代高性能、低功耗晶片早已集成在當今的智慧型手機中，製造如此強大的晶片需要引入大量新的化學元素。由於每個元素對矽基器件的影響各不相同，有些是必需的，添加以實現功能，有些則是無意中帶入的，成為降低晶片性能甚至使晶片失效的污染元素，大多數污染元素是金屬元素，稱之為金屬沾污。
為保障晶片性能，在晶片製造工序中，需要利用收集系統從p++/n++等層的親水表面上，以及SiO2、SiNx、SiON等親水薄膜上，以及石英、玻璃或者碳化矽(SiC)等親水襯底上收集金屬沾污，然後搭配感應耦合電漿體質譜儀(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICP-MS)做金屬沾污分析。
目前，收集系統普遍採用基於氮氣牆的噴嘴控制液珠去收集金屬沾污，這種收集系統經常出現收集失敗或者收集率小於50%導致無法做進一步的金屬沾污分析等問題。
因此，如何實現金屬沾污的高效收集，是本領域技術人員需要解決的技術問題。
為解決上述技術問題，本發明提供一種金屬沾污收集系統，所述收集系統包括氣相腐蝕腔、與所述氣相腐蝕腔連通的第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，所述第一通道、第二通道、第三通道和第四通道相互獨立，分別用於向所述氣相腐蝕腔內通入強酸性氣體、氧化性氣體、惰性氣體和能使親水晶圓表面疏水化的表面改性氣體。
金屬沾污收集系統的一種實施方式，所述收集系統還包括掃描腔和用於向掃描腔內噴射掃描液的噴嘴。
金屬沾污收集系統的一種實施方式，所述收集系統還包括抽氣裝置和尾氣收集裝置，所述抽氣裝置與所述氣相腐蝕腔連通，所述尾氣收集裝置與所述抽氣裝置連通且所述尾氣收集裝置內部裝有鹼性吸收液，所述尾氣收集裝置設有pH值指示器。
金屬沾污收集系統的一種實施方式，所述收集系統還包括冷卻裝置，所述氣相腐蝕腔的腔壁設有冷卻通道，所述冷卻通道與所述冷卻裝置連通。
金屬沾污收集系統的一種實施方式，所述氣相腐蝕腔附近設有特氣洩漏感測器，所述氣相腐蝕腔內部設置晶圓升降裝置。
另外，本發明還提供一種金屬沾污收集方法，先向氣相腐蝕腔內部通入表面改性氣體，使親水晶圓表面疏水化；然後向氣相腐蝕腔內部通入惰性氣體，使氣相腐蝕腔內殘留的表面改性氣體排出；然後向親水晶圓表面噴射掃描液，以收集金屬沾污，所述掃描液根據監控的元素選擇。
金屬沾污收集方法的一種實施方式，若監控的金屬沾污元素為貴金屬元素，則在向氣相腐蝕腔內部通入表面改性氣體之前還進行以下操作：先向氣相腐蝕腔內部通入強酸性氣體和氧化性氣體，使金屬態的貴金屬元素被腐蝕成離子態，然後向氣相腐蝕腔內部通入 惰性氣體，使氣相腐蝕腔內殘留的強酸性氣體和氧化性氣體排出。
金屬沾污收集方法的一種實施方式，所述表面改性氣體為：正十八烷基三氯矽烷、六甲基二矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯矽烷中的一種或幾種混合。
金屬沾污收集方法的一種實施方式，所述強酸性氣體是HCl、HNO3、HBr、HI、HClO3中的一種或多種混合。
金屬沾污收集方法的一種實施方式，所述氧化性氣體是O3、H2O2、HClO4的一種或多種混合。
金屬沾污收集方法的一種實施方式，對收集的金屬沾污元素進行檢測分析前，向含有貴金屬元素的掃描液中添加鹼性溶液。
金屬沾污收集方法的一種實施方式，所述鹼性溶液是氨水、四甲基氫氧化銨、可啉的一種或幾種混合。
金屬沾污收集方法的一種實施方式，若監控的貴金屬元素為Ag元素，則所述掃描液選用硝酸溶液，所述硝酸溶液的配比為：HNO3：H2O=1：100；
若監控的貴金屬元素為Au元素，則所述掃描液選用鹽酸溶液或硝酸溶液，所述鹽酸溶液的配比範圍為：HCl：H2O=1：1-10：1，所述硝酸溶液的配比範圍為：HCl：H2O=1：1-10：1；
若監控的貴金屬元素為Pt元素，則所述掃描液選用鹽酸溶液，所述鹽酸溶液的配比範圍為：HCl：H20=1：1-1：50。
本發明提供的金屬沾污收集裝置設有用於向氣相腐蝕腔通入表面改性氣體的通道，收集過程中，可以向氣相腐蝕腔內部通入表面改性氣體使親水晶圓表面疏水化，這樣在收集金屬沾污時，不會因為晶圓表面的親水性導致掃描液分散黏連在晶圓表面，如果掃描液分散黏連在晶圓表面則會導致收集失敗或者收集率低。因此，向氣相腐蝕腔內部通入表面改性氣體使親水晶圓表面疏水化，能夠保障收 集系統高效收集金屬沾污。
10:氣相腐蝕腔
20:掃描腔
30:噴嘴
40:抽氣裝置介面
50:冷卻裝置介面
60:晶圓升降裝置
圖1是本發明提供的收集系統一種實施例的部分結構示意圖。
以往，收集系統普遍採用基於氮氣牆的噴嘴控制液珠去收集金屬沾污，這種收集系統經常出現收集失敗或者收集率小於50%導致無法做進一步的金屬沾污分析等問題。
為此，本發明提供一種金屬沾污收集系統和金屬沾污收集方法，採用本發明，能高效收集金屬沾污，保障金屬沾污分析的順利進行。
為了使本技術領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合圖式和具體實施方式對本發明提供的金屬沾污收集系統和金屬沾污收集方法作進一步的詳細說明。
如圖1，該金屬沾污收集系統包括氣相腐蝕腔10，氣相腐蝕腔10可以選用耐腐蝕性的聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride，PVDF)材質並用耐腐蝕密封圈密封。
該金屬沾污收集系統還設有第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，圖中未展示出這些通道。第一通道、第二通道、第三通道、第四通道均與氣相腐蝕腔10連通，並且，第一通道、第二通道、第三通道、第四通道相互獨立，能分別用於向氣相腐蝕腔10內通入強酸性氣體、氧化性氣體、惰性氣體(例如氮氣)和能使親水晶圓表面疏水化的表面改性氣體。讓第一通道、第二通道、第三通道、第四通道相互獨立，方便單獨控制四路氣體。
具體的，強酸性氣體可以是HCl、HNO3、HBr、HI、HClO3中的一種或多種混合。
具體的，氧化性氣體可以是O3、H2O2、HClO4的一種 或多種混合。
具體的，表面改性氣體可以是正十八烷基三氯矽烷(ODTS)、六甲基二矽烷(HMDS)、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯矽烷(FOTS)中的一種或幾種混合。
如圖1，該收集系統還包括掃描腔20和用於向掃描腔20內噴射掃描液的噴嘴30，通過噴射掃描液收集金屬沾污。
進一步的，如圖1，該收集系統還可以設置抽氣裝置介面40，以連接抽氣裝置。抽氣裝置與氣相腐蝕腔10連通，以協助氣相腐蝕腔10內的氣體排出。
另外，還可以設置尾氣收集裝置，尾氣收集裝置與抽氣裝置連通且尾氣收集裝置內部裝有鹼性吸收液(例如NaOH溶液)，以吸收自氣相腐蝕腔10排出的酸性氣體，以防酸性氣體直接排放對環境不利。尾氣收集裝置可以設置pH值指示器，以方便用戶知曉尾氣收集裝置內的溶液的當前pH值，當pH值小於等於5時，提醒用戶更換尾氣收集裝置內的溶液。
進一步的，如圖1，該收集系統還可以設置冷卻裝置介面50，以連接冷卻裝置，並在氣相腐蝕腔10的腔壁內部設置與冷卻裝置連通的冷卻通道。通過向冷卻通道內部通入冷卻液，來使氣相腐蝕腔10內部保持合適的溫度，這樣利於提升金屬沾污的收集率。收集不同的金屬沾污元素時，對氣相腐蝕腔10內部的溫度要求不同，因此可以根據具體的工藝要求選擇冷卻液的溫度，通常冷卻液溫度的範圍在5℃-100℃之間。
進一步的，如圖1，該收集系統還可以設置晶圓升降裝置60，以方便晶圓的安裝和取下。另外，還可以在氣相腐蝕腔10附近設置特氣洩漏感測器，以保障收集系統的安全運行。
收集過程中，根據監控的元素的不同，採用的收集方法略有不同。
具體的，對於普通金屬元素，收集方法是先向氣相腐蝕腔10內部通入表面改性氣體，使親水晶圓表面疏水化，然後向氣相腐蝕腔10內部通入惰性氣體，使氣相腐蝕腔10內殘留的表面改性氣體排出，然後向掃描腔20內噴射掃描液進行金屬沾污收集。
普通金屬元素包括但不限於：鋰Li、鈉Na、鎂Mg、鋁Al、鉀K、鈣Ca、鈦Ti、釩V、鉻Cr、錳Mn、鐵Fe、鈷Co、鎳Ni、銅Cu、鋅Zn、鉬Mo、鋇Ba、鎢W、鉛Pb。
具體的，對於貴金屬元素，收集方法是：先向氣相腐蝕腔10內部通入強酸性氣體和氧化性氣體，使金屬態的貴金屬元素被腐蝕成離子態；然後向氣相腐蝕腔10內部通入惰性氣體，使氣相腐蝕腔10內殘留的強酸性氣體和氧化性氣體排出，然後向氣相腐蝕腔10內部通入表面改性氣體，使親水晶圓表面疏水化，然後向氣相腐蝕腔10內部通入惰性氣體，使氣相腐蝕腔10內殘留的表面改性氣體排出，然後向掃描腔20內噴射掃描液進行金屬沾污收集。
貴金屬元素包括但不限於：釕Ru，鉑Pt，金Au，銀Ag，鉿Hf。
無論是普通金屬元素還是貴金屬元素，收集過程中，均會向氣相腐蝕腔10內部通入表面改性氣體使親水晶圓表面疏水化，這樣在收集金屬沾污時，不會因為晶圓表面的親水性導致掃描液分散黏連在晶圓表面，如果掃描液分散黏連在晶圓表面則會導致收集失敗或者收集率低。因此，向氣相腐蝕腔10內部通入表面改性氣體使親水晶圓表面疏水化，能夠保障收集系統高效收集金屬沾污。
具體的，掃描液根據監控的元素選擇。
若監控的元素為Ag元素，則掃描液選用硝酸溶液，優選的，硝酸溶液的配比為：HNO3：H2O=1：100。
若監控的元素為Au元素，則掃描液選用鹽酸溶液或硝酸溶液，優選的，鹽酸溶液的配比範圍為：HCl：H2O=1：1-10：1，硝酸 溶液的配比範圍為：HCl：H2O=1：1-10：1。
若監控的元素為Pt元素，則掃描液選用鹽酸溶液，鹽酸溶液的配比範圍為：HCl：H20=1：1-1：50。
針對Ag元素、Au元素和Pt元素選擇上述配比的掃描液，能達到較高的收集率。
收集完成後，可以用感應耦合電漿體質譜儀(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICP-MS)對含有金屬沾污的掃描液進行檢測分析。
對於含有貴金屬元素的掃描液，在對其進行檢測分析前，可以在含有貴金屬元素的掃描液中加入鹼性溶液，鹼性溶液能使貴金屬與氨形成配位體，以提升檢測分析精度，另外還能降低掃描液的pH值到5-8左右，從而能防止掃描液腐蝕質譜儀的檢測頭，影響質譜儀的使用壽命。具體的，鹼性溶液可以是氨水、四甲基氫氧化銨(TMAH)、可啉(coline)中的一種或者幾種混合。
以上應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明請求項的保護範圍內。
10:氣相腐蝕腔
20:掃描腔
30:噴嘴
40:抽氣裝置介面
50:冷卻裝置介面
60:晶圓升降裝置

Claims (20)

  1. 金屬沾污收集系統，其特徵在於，所述收集系統包括氣相腐蝕腔、與所述氣相腐蝕腔連通的第一通道、第二通道、第三通道和第四通道，所述第一通道、第二通道、第三通道和第四通道相互獨立，分別用於向所述氣相腐蝕腔內通入強酸性氣體、氧化性氣體、惰性氣體和能使親水晶圓表面疏水化的表面改性氣體。
  2. 如請求項1所述的金屬沾污收集系統，其中，所述收集系統還包括掃描腔和用於向掃描腔內噴射掃描液的噴嘴。
  3. 如請求項1所述的金屬沾污收集系統，其中，所述收集系統還包括抽氣裝置，所述抽氣裝置與所述氣相腐蝕腔連通。
  4. 如請求項3所述的金屬沾污收集系統，其中，還包括尾氣收集裝置，所述尾氣收集裝置與所述抽氣裝置連通。
  5. 如請求項4所述的金屬沾污收集系統，其中，所述尾氣收集裝置內部裝有鹼性吸收液。
  6. 如請求項4所述的金屬沾污收集系統，其中，所述尾氣收集裝置設有pH值指示器。
  7. 如請求項1所述的金屬沾污收集系統，其中，所述收集系統還包括冷卻裝置，所述氣相腐蝕腔的腔壁設有冷卻通道，所述冷卻通道與所述冷卻裝置連通。
  8. 如請求項7所述的金屬沾污收集系統，其中，所述冷卻裝置內存儲有冷卻液，所述冷卻液的溫度在5℃至100℃之間。
  9. 如請求項1至8任一項所述的金屬沾污收集系統，其中，所述氣相腐蝕腔附近設有特氣洩漏感測器。
  10. 如請求項1至8任一項所述的金屬沾污收集系統，其中，所述氣相腐蝕腔內部設置晶圓升降裝置。
  11. 金屬沾污收集方法，其中，先向氣相腐蝕腔內部通入表面 改性氣體，使親水晶圓表面疏水化；然後向氣相腐蝕腔內部通入惰性氣體，使氣相腐蝕腔內殘留的表面改性氣體排出；然後向親水晶圓表面噴射掃描液，以收集金屬沾污，所述掃描液如監控的元素選擇。
  12. 如請求項11所述的金屬沾污收集方法，其中，若監控的金屬沾污元素為貴金屬元素，則在向氣相腐蝕腔內部通入表面改性氣體之前還進行以下操作：先向氣相腐蝕腔內部通入強酸性氣體和氧化性氣體，使金屬態的貴金屬元素被腐蝕成離子態，然後向氣相腐蝕腔內部通入惰性氣體，使氣相腐蝕腔內殘留的強酸性氣體和氧化性氣體排出。
  13. 如請求項12所述的金屬沾污收集方法，其中，所述表面改性氣體為：正十八烷基三氯矽烷、六甲基二矽烷、1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯矽烷中的一種或幾種混合。
  14. 如請求項12所述的金屬沾污收集方法，其中，所述強酸性氣體是HCl、HNO3、HBr、HI、HClO3中的一種或多種混合。
  15. 如請求項12所述的金屬沾污收集方法，其中，所述氧化性氣體是O3、H2O2、HClO4的一種或多種混合。
  16. 如請求項12所述的金屬沾污收集方法，其中，對收集的金屬沾污元素進行檢測分析前，向含有貴金屬元素的掃描液中添加鹼性溶液。
  17. 如請求項16所述的金屬沾污收集方法，其中，所述鹼性溶液是氨水、四甲基氫氧化銨、可啉的一種或幾種混合。
  18. 如請求項12所述的金屬沾污收集方法，其中，若監控的貴金屬元素為Ag元素，則所述掃描液選用硝酸溶液，所述硝酸溶液的配比為：HNO3：H2O=1：100。
  19. 如請求項12所述的金屬沾污收集方法，其中，若監控的貴金屬元素為Au元素，則所述掃描液選用鹽酸溶液或硝酸溶液，所述鹽酸溶液的配比範圍為：HCl：H2O=1：1-10：1，所述硝酸溶液的配比範圍為：HCl：H2O=1：1-10：1。
  20. 如請求項12所述的金屬沾污收集方法，其中，若監控的貴 金屬元素為Pt元素，則所述掃描液選用鹽酸溶液，所述鹽酸溶液的配比範圍為：HCl：H2O=1：1-1：50。
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