[发明专利]利用含臭氧的流体处理半导体晶片表面的装置及方法

说明书

本发明公开了一种利用含臭氧的流体处理半导体晶片表面的装置及方法。所述装置包括臭氧发生器、溶剂瓶、气液混合装置、密闭腔、气液输送系统和气液排放系统；所述臭氧发生器和所述溶剂瓶分别与所述气液混合装置对应的入口相连，所述气液混合装置的出口与所述密闭腔的至少一个入口相连；所述密闭腔采用微处理腔，所述微处理腔包括相配合的上腔室部和下腔室部。本发明通过将含臭氧的气液混合流体或含臭氧的溶液和臭氧气体输入一个密闭腔里，通过提高气相中臭氧的分压，缩短臭氧从产生到被使用的时间，保证臭氧在溶液中的浓度，从而提高含臭氧流体对放在密闭腔体内晶片表面的处理效果；同时通过微处理腔设计降低所用气体和液体的消耗，减少排放。

技术领域

本发明涉及半导体材料的制作工艺，具体地说是一种利用含臭氧的流体处理半导体晶片表面的装置及方法。

背景技术

在半导体制造工序中，为了制备超净的半导体晶片表面，通常利用各种不同的化学液或气体根据不同工艺需求进行清洗处理。目前，大多数清洗工艺仍以传统RCA清洗配方(简称SC1和SC2清洗液)和由硫酸与双氧水混合成的清洗溶液(简称SPM)为主。硫酸与双氧水混合清洗溶液用于去除晶片表面的有机物污染物、去除晶片表面的光刻胶以及在晶片表面生成一层薄氧化层，而由氢氧化铵与过氧化氢混合成的1号清洗液(SC1)用于去除晶片表面的颗粒、去除部分有机物以及去除部分金属，由盐酸与过氧化氢混合成的2号清洗液(SC2)用于去除晶片表面的金属离子。RCA清洗配方里都含有用于氧化反应的过氧化氢，SPM清洗工艺需要消耗大量的浓硫酸，后续还需要大量的超纯水漂洗，既不环保又对操作人员安全和健康存在潜在威胁；因此有必要寻找一种安全、经济、环保，同时清洗效果与SPM相当或更好的替代清洗工艺和配方。

众所周知，臭氧气体具有极强的氧化性，能与很多物质发生氧化还原化学反应，如有机物和硅等，氧化还原反应后臭氧被还原成为氧气，对人和环境无害，所以臭氧气体或将臭氧气体与水混合形成的臭氧水溶液是个安全、经济、环保的清洗工艺和配方。一直以来，臭氧水溶液一直被研究用于去除有机物污染物和去除光刻胶，但一直未能广泛应用，其中主要原因是在发生化学反应时臭氧的浓度难以保证和控制，不能满足工艺要求。

正常状态下，臭氧气体在水中的溶解浓度遵循亨利定律，液相中臭氧浓度和气相臭氧分压成正比。为了制取高浓度的臭氧水溶液，必须提高气相中臭氧的分压。现有基于浸没与喷射技术的清洗设备，均是预先将臭氧与水混合形成较高浓度的臭氧水溶液，再将配好的较高浓度的臭氧溶液输送到浸泡池里或喷淋到晶片表面上，进行表面处理。由于处理时均处于较开放的环境，当臭氧水溶液一旦进入浸泡池里或喷淋到晶圆表面上时，由于气液界面的气相中臭氧的浓度很难维持在高浓度水平，即气相中的臭氧分压较低，水中的臭氧会马上从液体和气体的界面上逸出，跑到气相中。臭氧水溶液中的臭氧浓度会因此快速不断降低从而影响处理效果。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种利用含臭氧的流体处理半导体晶片表面的装置及方法，该装置与方法不仅能提高含臭氧流体对半导体晶片表面的处理效果，而且能降低所用气体和液体的消耗，减少排放。

本发明中的装置的技术方案如下：一种利用含臭氧的流体处理半导体晶片表面的装置，包括臭氧发生器、溶剂瓶、气液混合装置及密闭腔，还包括气液输送系统和气液排放系统；所述臭氧发生器和所述溶剂瓶分别与所述气液混合装置对应的入口相连，所述气液混合装置的出口与所述密闭腔的至少一个入口相连。

进一步地，所述气液混合装置与所述密闭腔之间设有一个气液分离装置；所述气液混合装置的出口与所述气液分离装置的入口相连，所述气液分离装置的至少一个出口与所述密闭腔的至少一个入口相连。

进一步地，所述气液混合装置、所述密闭腔和所述气液分离装置之间设有一个切换阀门，所述切换阀门的三个出口分别与所述气液混合装置、所述密闭腔及所述气液分离装置连接，所述气液分离装置的至少一个出口与所述气液混合装置的至少一个进口连接。