控制单晶片清洗系统的电化腐蚀效应的设备和方法技术方案

提供了一种控制单晶片清洗系统的电化腐蚀作用的设备及方法。在一个实施例中，提供了一种单晶片清洗系统中将电化腐蚀效应减至最小的方法。此方法首先在晶片表面上施用含有腐蚀抑制剂的清洗化学制剂。而后，将晶片表面暴露于清洗化学制剂一段时间。接下来，更新清洗化学制剂及晶片表面的界面处的浓度梯度。而后，同时施用清洗剂及干燥剂以去除清洗化学制剂。其中在腐蚀抑制剂浓度被稀释至不足以提供腐蚀保护之前，干燥剂使晶片表面干燥。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及半导体制造，更具体地涉及电化腐蚀减至最小的单晶片清洗系统用清洗方法及设备。
技术介绍
在两种不同种类的金属经电解质耦合的环境中会引起电化腐蚀。原电池中的一种金属变成阳极，比其通常腐蚀的快。而另一种金属变成阴极，比其通常腐蚀的慢。图1显示了现有技术基本原电池的图100。将两种不同种类的金属104及106经由电解质102耦合。阳极106贡献电子并且腐蚀速度增大，而阴极104的腐蚀速度降低。使用于半导体中的金属导线通常由不同种类的金属，如铜/钽(Cu/Ta)或铜/氮化钽(Cu/TaN)构成。在加工操作，如蚀刻及化学机械平面化(CMP)后的清洗操作期间，不同种类的金属经由电解质(如水基清洗剂或半水基清洗剂中的水)而电接触。结果，其中一种金属的腐蚀加速，因而有器件发生故障的可能。图2说明了现有技术的图110，描绘出不同种类的金属形成原电池的一个实例。图110说明了一种双镶嵌结构，其中沟道120具有一通孔122向下至铜金属化线112。衬里114沿3个侧面围绕铜金属化线112，作为铜扩散屏障。介电层118通常是位于屏障116上的低K介电质。如图110中可见，通孔122稍微不对齐铜金属化线112。结果，露出了两种不同种类的金属，即铜金属化线112的铜及衬里114，因为衬里114通常为用于双镶嵌应用的钽或氮化钽。一旦各个分离的线路中露出的不同金属经由电解质接触，未与金属化线112接触的第二金属线(未示出)上的另外的不对齐通孔也会导致形成原电池的可能性。应理解，通孔不一定要不对齐，因为铜会与衬底124的不同区域中暴露的第二金属接触。因此在清洗及冲洗操作期间，即使是完全对齐结构中的不同金属也会经由电解质而接触。此外，虽然图110中示出了双镶嵌结构，但利用铝的传统金属化处理也会有产生原电池的可能性。在清洗操作期间，衬底暴露于清洗化学制剂。在单晶片清洗操作的情况中，将清洗化学制剂配制成快速作用且成分的化学计量对于清洗化学性能很关键。例如，用于单晶片清洗操作的半水性清洗化学制剂通常含有去除有机材料的溶剂、增强蚀刻处理中暴露于溅镀的表面的金属污染物去除性能的螯合剂、及钝化敏感表面(特别是易受腐蚀的表面)的表面活性剂。用于通孔蚀刻应用的市售单晶片清洗化学制剂的实例包括来自Ohio，Dublin的Ashland Inc.的NE-89及来自CA，Hayward的KKCTechnology Inc.的EKC 640。将单晶片清洗操作用的清洗化学制剂的表面活性剂配制成帮助改善难以进人的对象(如通孔及触点)的润湿，必要的时候控制电化效应，然而，若将表面活性剂稀释，则其钝化能力降低或失效，因而使衬底更易受到电化腐蚀效应的破坏。例如，将清洗化学制剂涂在衬底上而后再以去离子(DI，de-ionized)水冲洗掉的情况，水作用为电解质而引发电化腐蚀。电化腐蚀可能发生在冲洗的头几秒内，此时在冲洗清洗化学制剂时清洗化学制剂及表面活性剂开始受到稀释。清洗化学制剂的稀释破坏了保护衬底表面免受腐蚀的化学平衡。因为表面活性剂浓度由冲洗稀释而改变，当稀释的表面活性剂浓度不足以抑制腐蚀时，半导体衬底易受到腐蚀。图3显示了一个现有技术图，显示了在清洗操作期间自衬底126上的高点形成的不同浓度梯度区域。衬底126以箭头134的方向旋转。区域128描绘出含有由喷嘴或其它输送机构(未示出)涂在衬底126上的清洗化学制剂的区域。为了从衬底126上冲洗掉清洗化学制剂，在衬底旋转时，将DI水经由朝向衬底126外缘的喷嘴(未示出)喷洒至衬底126上。当将DI水喷洒在衬底126上时，在衬底126上将形成不同梯度的区域。区域130含有清洗化学制剂及DI水的混合物，这是当DI水开始喷洒在衬底126上时形成的。一段时间之后，足够的DI水喷洒在衬底126上，清洗化学制剂被置换，形成了仅含有DI水的区域132。虽然图3提供了冲洗处理一瞬间的快照，应理解，区域132及130的边缘移向衬底126的边缘，如箭头136所示。DI水冲洗持续直到最后从衬底126上清除了所有的清洗化学制剂。如上所述，区域130含有清洗化学制剂及DI水的混合物。因此，清洗化学制剂起作用的化学平衡已经偏移。作为DI水稀释表面活性剂的结果，表面活性剂的腐蚀保护作用失效，使得衬底126受到电化腐蚀。如上所述，腐蚀作用，特别是电化腐蚀，可在数秒内发生。鉴在前述，有需要提供一种从衬底上冲洗清洗化学制剂的设备及方法，以保护衬底的暴露金属免受电化腐蚀。
技术实现思路
广泛而言，本专利技术通过提供一种能快速地从半导体衬底表面去除清洗化学制剂的设备和方法来满足这些需要。应理解，本专利技术可以许多方式实现，包括装置、系统、设备、或方法。本专利技术的几个实施例说明如下。在一个实施例中，提供了一种在单晶片清洗系统中将电化腐蚀效应减至最小的方法。此方法首先把含有腐蚀抑制剂的清洗化学制剂涂在晶片表面上。而后，将晶片表面暴露于清洗化学制剂一段时间。接下来，将清洗化学制剂及晶片表面的界面处的浓度梯度更新。而后，同时施用清洗剂及干燥剂，以去除清洗化学制剂，其中在腐蚀抑制剂浓度稀释到不足以抑制腐蚀的程度之前干燥剂使晶片表面干燥。在另一个实施例中，提供了一种快速干燥半导体衬底表面的方法。此方法首先把含有表面活性剂的清洗化学制剂涂在半导体衬底表面上。而后，将半导体衬底表面暴露于清洗化学制剂一段固定时间。接下来，对半导体衬底表面同时施用清洗剂及干燥剂，以去除清洗化学制剂，其中干燥剂防止清洗剂形成的清洗化学制剂稀释区域在半导体衬底的表面上持续足以使衬底发生腐蚀的时间。在另一个实施例中，提供了一种半导体衬底表面上残留物的单晶片冲洗的化学排序方法。该化学排序方法配置为保持清洗化学制剂及半导体衬底表面残留物的界面处的浓度梯度。此方法首先把清洗化学制剂涂在半导体衬底表面上。而后，使清洗化学制剂与残留物反应。接下来，去除清洗剂以使半导体衬底免受腐蚀。而后，重复上述施用、反应及去除步骤，更新浓度梯度，以更有效地去除半导体衬底表面上的残留物。在另一个实施例中，提供了一种在单晶片清洗系统中将电化腐蚀效应减至最小同时保持清洗化学制剂与晶片上残留物的界面处浓度梯度的方法。此方法首先把含有腐蚀抑制剂的清洗化学制剂涂在晶片表面上。而后，将晶片表面暴露于清洗化学制剂一段时间。接下来，将清洗化学制剂及晶片表面的界面处的浓度梯度更新。而后，用清洗化学制剂对晶片进行冲洗，同时以干燥剂干燥，以去除清洗化学制剂并干燥晶片。在另一个实施例中，提供了一种清洗单个衬底的系统。此系统包括用于支承衬底的主轴，主轴配置为旋转衬底。包括其上具有一层清洗化学制剂的衬底表面。同时包括位于衬底表面上的第一喷嘴。第一喷嘴配置为在衬底旋转时将清洗剂涂在衬底表面上。同时包括位于衬底表面上的第二喷嘴。第二喷嘴配置为在第一喷嘴施用清洗剂时把干燥剂涂在衬底表面上。包括分配臂，第一及第二喷嘴牢固地连接在分配臂上。分配臂配置为在衬底旋转时及第一及第二喷嘴分别施用清洗剂及干燥剂时在衬底表面上方从衬底中心径向地前进至衬底边缘。将衬底表面快速地干燥，以减少衬底表面暴露而腐蚀。可加入其他配置以提高冲洗及干燥的速度，如加入多个喷嘴对。由以下的详细说明，结合附图，可以清楚地理解本专利技术的其它方面及优点。附图说明由以下的详细说明，结合附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在单晶片清洗系统中将电化腐蚀作用减至最小的方法，该方法包括以下步骤：在晶片表面上施用含有腐蚀抑制剂的清洗化学制剂；使晶片表面暴露于清洗化学制剂一段时间；　更新清洗化学制剂及晶片表面的界面处的浓度梯度；及　 　同时施用清洗剂及干燥剂以去除清洗化学制剂，其中在腐蚀抑制剂的浓度稀释至不足以提供腐蚀保护的水平之前，干燥剂使晶片表面干燥。

【技术特征摘要】
US 2001-7-13 60/305,372;US 2001-12-7 10/013,2111.一种用于在单晶片清洗系统中将电化腐蚀作用减至最小的方法，该方法包括以下步骤在晶片表面上施用含有腐蚀抑制剂的清洗化学制剂；使晶片表面暴露于清洗化学制剂一段时间；更新清洗化学制剂及晶片表面的界面处的浓度梯度；及同时施用清洗剂及干燥剂以去除清洗化学制剂，其中在腐蚀抑制剂的浓度稀释至不足以提供腐蚀保护的水平之前，干燥剂使晶片表面干燥。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的清洗剂为去离子水。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述的干燥剂为异丙醇。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述的干燥剂减小清洗剂的表面张力。5.根据权利要求1所述的方法，其中在衬底旋转的同时，在衬底的表面上从衬底中心至衬底边缘径向地施用清洗剂及干燥剂。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述的更新进一步包括当将清洗化学制剂从晶片表面去除时，收集清洗化学制剂；以及把收集的清洗化学制剂再次施用到晶片表面上。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述的清洗化学制剂包含半水性溶液中的溶剂及螯合剂。8.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰M博伊德，麦克拉夫金，卡特里娜A米哈里奇，
申请(专利权)人：拉姆研究公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]