单片式清洗设备及其清洗方法技术

本发明专利技术的单片式清洗设备及其清洗方法，包括：旋转夹盘，用于固定半导体衬底，并带动半导体衬底进行旋转；位于半导体衬底上的喷嘴，用于将清洗液注入到旋转的半导体衬底上；位于半导体衬底上的含有负压装置的制具，用于将清洗液从旋转的半导体衬底上吸走；时间控制装置，用于控制制具或喷嘴的工作时间，或者控制制具和喷嘴之间进行交替工作；其中，制具不与喷嘴接触，喷嘴位于晶圆上方且对应于制具区域外的区域。清洗时，清洗液通过喷嘴持续注入，制具在一定的负压下，将清洗液吸走和排出，然后停止工作一段时间后，再进行清洗液的吸走和排出，重复循环此过程，最终能够使半导体衬底内的高深宽比结构得到充分清洗。

【技术实现步骤摘要】
单片式清洗设备及其清洗方法
本专利技术涉及半导体制造
，具体涉及单片式清洗设备及其清洗方法。
技术介绍
随着半导体制造工艺的发展，半导体器件的特征尺寸越来越小，对于高深宽比结构的清洗越来越重要，如果不能使其得到充分清洗，将会影响到器件的结构和性能。比如，硅通孔(ThroughSiliconVia，TSV)工艺因其具有减小互连延迟、提高存储密度、降低成本和提高器件性能的优点，成为重要的互连工艺之一。然而，由于晶圆代工厂中采用的是通孔优先（Via-First）和通孔居中（Via-Middle）工艺，这样会面临在高的深宽比的结构上进行刻蚀、清洗、介质和金属填充等一系列问题，尤其是对于高深宽比的TSV结构在干法刻蚀之后的清洗特别重要。目前业界普遍采用的清洗方法为湿法清洗，可以采用各种清洗药液和纯水来清洗半导体衬底。湿法清洗包括有批量式清洗和单片式清洗。请参阅图1，图1为常规的单片式清洗设备的结构示意图，单片式清洗设备100通常包括：旋转夹盘102和清洗液供给系统104；旋转夹盘102上设置有多个固定栓106，固定半导体衬底108固定在这些固定栓106上；清洗液供给系统104的输液管110的出口位于半导体衬底108上；采用该单片式清洗设备100对半导体衬底108进行清洗时，旋转夹盘102带动半导体衬底108以一定的转速旋转，同时，清洗液供给系统104将清洗液通过输液管110输送到半导体衬底108表面对其进行清洗。由于单片式清洗可以较好的控制清洗药液或水在半导体衬底表面的分布，并且硅片自身可以高速旋转使半导体衬底表面的清洗药液或水具有更高的相对速度，所以，单片式清洗具有清洗药液或水的消耗少、高的制作工艺环境控制能力、占地小的优点，并且清洗药液或水在不断更新，能够有效防止交叉污染，使其清洗效果更强以及工艺稳定性更好。因此，在先进的半导体制造工艺中，单片式清洗方式成为主要清洗方式之一。然而，在先进的半导体制造工艺中碰到的问题是：清洗药液或水不能够充分进入特征尺寸较小的高深宽比结构，比如通孔优先/居中的TSV结构，高宽比通常为10，极端情况下可达20，55nm工艺的后端在互连层次的特征尺寸在90nm左右、深宽比在4左右，这些特征尺寸很小的结构，由于高的深宽比，清洗药液或水不能够完全填充满这些结构中，从而使这些小尺寸结构不能够得到充分清洗，这将影响半导体器件的制造和性能。因此，如何使得刻蚀之后的清洗药液能够充分进入高宽比的TSV结构进行清洗，将是一个很大的挑战。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术旨在改进现有的单片式清洗设备，从而使得单片式清洗设备对高深宽比结构的清洗工艺中具有更大的清洗工艺窗口，使这些高深宽比结构能够得到充分清洗。本专利技术的单片式清洗设备，包括：旋转夹盘，用于固定半导体衬底，并带动所述半导体衬底进行旋转；位于所述半导体衬底上的喷嘴，用于将清洗液注入到所述的旋转的半导体衬底上；位于所述半导体衬底上的含有负压装置的制具，用于将清洗液从所述的旋转的半导体衬底上吸走；时间控制装置，用于控制制具或喷嘴的开启或闭合，和/或控制制具和喷嘴之间进行交替工作的时间；其中，所述制具不与所述喷嘴接触，所述喷嘴位于所述半导体衬底上方且对应于所述制具区域外的区域，所述喷嘴底部高于所述制具底部所在平面。优选地，所述的制具与所述半导体衬底相对的表面上且对应于所述半导体衬底上部分布有微孔。优选地，所述制具的一端的边缘与所述旋转夹盘的中心对齐或超出，另一端的边缘超出所述半导体衬底的边缘。优选地，所述微孔之间的间距是所述微孔孔径的1-10倍。优选地，所述微孔的孔径为2-5mm。优选地，所述制具的形状为条形或扇形。优选地，所述制具的长度为12-30cm。优选地，所述制具的宽度为1-5cm。优选地，所述为扇形的制具的圆心角为30-180度。优选地，所述的制具与所述半导体衬底的距离为1-5mm。本专利技术的一种采用上述任一项所述的单片式清洗设备进行的单片式清洗方法，包括：步骤S01：将半导体衬底放置于旋转夹盘上，开启时间控制装置，所述半导体衬底进行旋转；步骤S02：采用时间控制装置，控制喷嘴将清洗液持续地或间歇地注入到所述的旋转的半导体衬底上；步骤S03：采用时间控制装置，经一定的间隔停止时间，含有负压装置的制具在一定的负压下将所述的旋转的半导体衬底内部和表面的清洗液吸走；步骤S04：采用时间控制装置，经一定的间隔工作时间，所述制具停止工作；步骤S05：重复循环上述步骤S03和S04，所述循环次数不小于3次；步骤S06：清洗完毕，关闭时间控制装置。优选地，所述步骤S04中，所述制具的负压装置关闭，从而使所述制具停止工作。优选地，在所述步骤S06中，采用所述清洗液对所述的旋转的半导体衬底清洗完毕之后，提高所述半导体衬底的旋转速度，和/或采用所述制具喷出气体对所述的旋转的半导体衬底进行干燥处理。优选地，所述制具的间隔工作时间为3-60秒，间隔停止时间为3-60秒。优选地，所述制具采用的负压为-5到-15PSI。优选地，所述制具吸走所述清洗液的流速为所述喷嘴注入所述清洗液的流速的0.3至0.9倍。优选地，所述半导体衬底的转速为200-1000r/min。本专利技术的单片式清洗设备及其方法，通过制具所含有的负压装置，配合制具的形状、微孔的分布，以及喷嘴和制具对清洗液的注入和吸走的工作时间和流速的调整，比如制具为扇形，由于扇形有利于较大范围的吸走半导体衬底上的清洗液，在一定的合适的负压下，调整注入和吸走的工作时间，以及流速比例，能够促进清洗液的流动性，有效将高深宽比结构比如高深宽比的TSV结构中的带有残留物的清洗液吸走，经不断重复的注入和吸走清洗液，从而实现对特征尺寸较小的高深宽比的结构进行充分有效的清洗。附图说明图1为常规的单片式清洗设备的结构示意图图2为本专利技术的一个较佳实施例的单片式清洗设备的主视结构示意图图3为本专利技术的上述较佳实施例的单片式清洗设备的俯视结构示意图图4为本专利技术的一个较佳实施例的单片式清洗方法的流程示意图图5为本专利技术的一个较佳实施例的单片式清洗设备的工作原理示意图图6为本专利技术的一个较佳实施例的单片式清洗方法中喷嘴和制具的工作时间示意图具体实施方式体现本专利技术特征与优点的实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的示例上具有各种的变化，其皆不脱离本专利技术的范围，且其中的说明及图示在本质上当做说明之用，而非用以限制本专利技术。以下结合附图2和3，通过具体实施例对本专利技术的单片式清洗设备作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、明晰地达到辅助说明本专利技术实施例的目的。本专利技术的单片式清洗设备及其方法用于清洗高深宽比的小尺寸结构比如高深宽比的TSV结构，如前所述，由于常规的单片式清洗设备不能够将高深宽比的小尺寸结构进行充分清洗，所以，本专利技术的对常规的单片式清洗设备进行而来改进，以达到对高深宽比的小尺寸结构进行充分有效清洗的目的。本专利技术的单片式清洗设备可以应用于8寸、12寸、18寸等含有高深宽比结构的晶圆上，本专利技术对此不作限制。请参阅图2和图3，图2为本专利技术的一个较佳实施例的单片式清洗设备的主视结构示意图，图3是本专利技术的上述较佳实施例的单片式清洗设备的俯视结构示意图，本专利技术的本实施例的单片式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单片式清洗设备，其特征在于，包括：旋转夹盘，用于固定半导体衬底，并带动所述半导体衬底进行旋转；位于所述半导体衬底上的喷嘴，用于将清洗液注入到所述的旋转的半导体衬底上；位于所述半导体衬底上的含有负压装置的制具，用于将清洗液从所述的旋转的半导体衬底上吸走；时间控制装置，用于控制制具或喷嘴的开启或闭合，和/或控制制具和喷嘴之间进行交替工作的时间；其中，所述制具不与所述喷嘴接触，所述喷嘴位于所述半导体衬底上方且对应于所述制具区域外的区域，所述喷嘴底部高于所述制具底部所在平面。

【技术特征摘要】
1.一种单片式清洗设备，其特征在于，包括：旋转夹盘，用于固定半导体衬底，并带动所述半导体衬底进行旋转；位于所述半导体衬底上的喷嘴，用于将清洗液注入到所述的旋转的半导体衬底上；位于所述半导体衬底上的含有负压装置的制具，用于将清洗液从所述的旋转的半导体衬底上吸走；时间控制装置，用于控制制具或喷嘴的开启或闭合，和/或控制制具和喷嘴之间进行交替工作的时间；其中，所述制具不与所述喷嘴接触，所述喷嘴位于所述半导体衬底上方且对应于所述制具区域外的区域，所述喷嘴底部高于所述制具底部所在平面；所述制具的形状为扇形；所述扇形的一端的边缘与所述旋转夹盘的中心对齐或超出，另一端的边缘超出所述半导体衬底的边缘。2.根据权利要求1所述的单片式清洗设备，其特征在于，所述的制具与所述半导体衬底相对的表面上且对应于所述半导体衬底上部分布有微孔。3.根据权利要求2所述的单片式清洗设备，其特征在于，所述微孔之间的间距是所述微孔孔径的1-10倍。4.根据权利要求2所述的单片式清洗设备，其特征在于，所述微孔的孔径为2-5mm。5.根据权利要求1或2所述的单片式清洗设备，其特征在于，所述制具的长度为12-30cm。6.根据权利要求1或2所述的单片式清洗设备，其特征在于，所述制具的宽度为1-5cm。7.根据权利要求1所述的单片式清洗设备，其特征在于，所述为扇形的制具的圆心角为30-180度。8.根据权利要求1所述的单片式清洗设备，其特征在于，所述的制具与所述半导体衬底的距离为1-5mm。9.一种采用上述权利要求1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡正军，周炜捷，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：