專利名稱：半導體器件清洗裝置和清洗半導體器件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件清洗裝置和在化學機械拋光(CMP)工藝之后清洗半導體器件的方法。
一般情況下，在制造半導體器件的步驟中經(jīng)常在具有疊層結(jié)構的半導體器件表面上形成凸凹不平之處。使用公知的CMP(化學機械拋光)工藝整平具有凸凹不平處的表面。
這種拋光工藝一般是在CMP工藝過程中使用含有致密的拋光顆粒(例如硅石顆粒，氧化鋁顆粒)的溶液進行的。在CMP工藝之后這些顆粒必需從晶片表面幾乎完全除去以保持電子器件的可靠性和生產(chǎn)線的清潔度。
特別是，當拋光疏水性膜如氮化硅膜和多晶硅膜時，與親水性表面相比，很難除去留在疏水性表面上的顆粒。因此，需要一種有效除去顆粒的清洗方法。
使用表層饋送(sheet-fed)型自旋清洗裝置的刷擦方法一般用作在CMP工藝之后除去留在晶片上的顆粒的方法。
例如，自旋清洗裝置包括滾刷12、排放噴嘴13、化學液體槽15和純水排放噴嘴14，如

圖1所示。
在這種情況下，滾刷12除去留在晶片11上的顆粒。在排放噴嘴13中，排放孔對著晶片11。另外，化學液體裝在化學液體槽15中?；瘜W液體從排放孔向晶片11注射或噴射，或者注射或噴射到晶片11上。而且，純水從純水排放噴嘴14的排放孔向晶片11注射或噴射，或者注射或噴射到晶片11上。
在上述旋轉(zhuǎn)清洗裝置中，滾刷12與晶片11接觸。清洗水從化學液體槽15通過排放噴嘴13輸送給晶片11。
在這種情況下，在晶片11和滾刷12旋轉(zhuǎn)的條件下用從純水排放噴嘴14噴射的純水清洗晶片11。
這種情況下，除了純水以外，還可以使用稀釋的氨溶液(I.J.Malik等人MRS.Symp.Proc.Vol.386,p.109(1995))或稀釋的氫氟酸溶液作為清洗水。但是，這些溶液用于清洗上述疏水性表面是無效的。
相反，在[The Japan Society of Applied Physics]的57thprof.(p.637,8p-L-7)中已經(jīng)報導了關于通過在CMP工藝和后來的清洗工藝過程中添加洗滌劑而提高疏水特性以增強清除效果(或性能)的例子。這里，應該注意在上述報導中清洗溶液的主要成分可能是不確定的。
另外，關于在CMP過程中通過添加醇類液體而獲得親水性表面的常規(guī)例子已經(jīng)在日本未審查專利公報(JP-A)平9-277172中公開了。
但是，氨溶液或稀釋的氫氟酸溶液不具有獲得親水性表面的能力。因而清洗疏水性表面不是十分有效的。
另一方面，雖然含有洗滌劑的氨水是有效的，但是具有下面的問題。即，在清洗工藝之后構成洗滌劑的高聚有機物質(zhì)很容易留在晶片上。因而還得需要用于除去有機物質(zhì)的清洗步驟。
此外，如果不為洗滌劑進行合適的液體清洗工藝，洗滌劑對于環(huán)境產(chǎn)生不利影響。因此需要制備昂貴的處理工具以進行合適的工藝。
對于在CMP工藝過程添加酒精的例子中，酒精在用于執(zhí)行CMP工藝的拋光裝置中起第一清洗液體的作用。然而，酒精不起淀積膜的后繼步驟中所用的最后清洗液體的作用。
一般情況下，拋光裝置中的清洗工藝伴隨著該裝置內(nèi)部的污物。因而不能進行高度潔凈的清洗。結(jié)果，無論后來清洗裝置怎樣都需要安裝另外的拋光裝置。
此外，當在CMP工藝之后暴露疏水性表面如氮化硅膜和多晶硅膜時，與親水性表面相比，很難除去留在疏水性表面上的顆粒。
因此需要一種有效除去顆粒的清洗方法。
因此本發(fā)明的目的是提供能夠提高拋光顆粒的除去性能的半導體器件清洗裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供在CMP工藝之后幾乎沒有顆粒留在晶片上的顆粒的半導體器件清洗裝置。
本發(fā)明的又一目的是提供能夠容易地處理廢液的半導體器件清洗裝置。
根據(jù)本發(fā)明，半導體器件清洗裝置在進行用于表面的化學機械拋光工藝之后清洗半導體晶片的表面。
在這種情況下，滾刷放在半導體晶片的表面上，以便與表面接觸。
另外，第一化學液體槽裝有第一化學液體。第一排放噴嘴將第一化學液體噴射到半導體晶片的表面上。
而且，第二化學液體槽裝有第二化學液體。第二排放噴嘴將第二化學液體噴射到半導體晶片的表面上。
通過這種結(jié)構，第一化學液體和第二化學液體在滾刷和半導體晶片旋轉(zhuǎn)的條件下噴射到半導體晶片表面上。
在此條件下，在化學機械拋光工藝之后拋光顆粒留在半導體晶片的表面上。滾刷從半導體晶片表面除去拋光顆粒。
在這種情況下，第一排放噴嘴具有第一排放孔，而第二排放噴嘴具有第二排放孔。第一排放孔和第二排放孔的每個都對著半導體晶片表面。第一化學液體經(jīng)過第一排放孔噴射到該表面上，而第二化學液體經(jīng)過第二排放孔噴射到該表面上。
在這種情況下，第一化學液體包括氨液體，而第二化學液體包括醇類液體。
氨液體最好包括低級醇。這種條件下，低級醇可以是選自乙醇、甲醇和異丙醇中的至少一種。
這里，半導體晶片的表面是疏水性的。疏水性表面使用醇類液體被改變?yōu)橛H水性表面。在這種情況下，為了增強留在半導體表面的拋光顆粒的除去性能，疏水性表面被改變?yōu)橛H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。
這樣，通過添加醇類液體使疏水性晶片表面改變?yōu)橛H水性表面，如前所述。由此大大提高顆粒的除去性能。
此外，與洗滌劑相比，醇類液體是由低分子構成。因而，在CMP工藝之后顆粒很難留在晶片上。而且與洗滌劑相比醇類液體可以很容易地被消耗掉。
并且，本發(fā)明在CMP工藝之后用于具有容易變?yōu)槭杷缘谋┞侗砻嫒绲枘ず投嗑Ч枘さ木浅Ｓ行?。在這種條件下，可以有效地除去留在晶片上的拋光顆粒。
因而，可以提高半導體器件的可靠性。另外可以有效地防止生產(chǎn)線的交叉污染。結(jié)果提高了制造成品率。
而且在本發(fā)明中不使用如洗滌劑等物質(zhì)。這是因為很難消耗洗滌劑。因而，不破壞環(huán)境，并且可以大大降低耗損清洗液的成本。
圖1是表示常規(guī)刷擦清洗裝置的例子的結(jié)構示意圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導體器件清洗裝置的結(jié)構示意圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導體器件清洗裝置的結(jié)構示意圖；圖4是表示根據(jù)圖2中所示半導體器件清洗裝置的顆粒除去結(jié)果的曲線。
下面參照圖2介紹根據(jù)本發(fā)明第一實施例的半導體器件清洗裝置。
在第一實施例中，在化學機械拋光(CMP)工藝之后使用薄片饋送(sheet-fed)型和滾動型刷擦清洗裝置。該清洗裝置包括滾刷2、第一排放噴嘴6、化學液體槽8、和純水排放噴嘴4、第二排放噴嘴7、和第二化學液體槽9，如圖2所示。
在這種情況下，滾刷2除去留在半導體晶片1上的顆粒。在第一排放噴嘴6中，排放孔對著晶片1。另外，第一化學液體裝在第一化學液體槽8中。裝在第一化學液體槽8中的第一化學液體從排放孔向晶片1注射或噴射，或者注射或噴射到晶片1上。
而且，純水從純水排放噴嘴4向晶片1注射或噴射，或者注射或噴射到晶片1上。此外，第二化學液體裝在第二化學液體槽9中。裝在第二化學液體槽9中的第二化學液體從排放孔向晶片1注射或噴射，或者注射或噴射到晶片1上。
在這種情況下，第一化學液體包括氨液體，而第二化學液體包括醇類液體。
在上述清洗裝置中，滾刷2與晶片1接觸。在這種條件下，第一化學液體和第二化學液體(即清洗水)從第一化學液體槽8和第二化學液體槽9通過第一排放噴嘴6和第二排放噴嘴7向晶片1輸送。
這種情況下，在晶片1和滾刷2旋轉(zhuǎn)的條件下用從純水排放噴嘴4噴射的純水清洗晶片1。
通過這種結(jié)構，在晶片1和滾刷2旋轉(zhuǎn)的條件下氨液體(例如0.05％的氨液體)從第一化學液體槽8通過第一排放噴嘴6輸送到晶片1上。這里應該注意，氮化硅膜的表面暴露在晶片1上。
此時，醇類液體(例如0.1％的醇類液體)從第二化學液體槽9通過第二排放噴嘴7輸送到晶片1上。
在清洗工藝(例如大約40秒)之后，純水通過純水排放噴嘴4輸送到晶片1上以執(zhí)行漂洗工藝(例如大約20秒)。
在這種情況下，第一化學液體、第二化學液體和純水可以不是直接輸送到晶片1上，而可以滴到滾刷2上。處理的晶片1被傳送到相鄰的清洗室(未示出)中。
或者，在清洗工藝的工序中，可以首先從第二排放噴嘴7向晶片1上輸送醇類液體10秒鐘，從而將晶片1表面改變?yōu)橛H水性表面。然后，可以從第一排放噴嘴6輸送氨液體40秒鐘，從而進行清洗工藝。
在這種情況下，醇類液體包括低級醇液體。這種低級醇液體包括乙醇、甲醇或異丙醇(IPA)。這里，氨液體的濃度最好在0.001％到10％范圍內(nèi)，而醇類液體的濃度希望在0.005％到10％范圍內(nèi)。
接下來參照圖3介紹根據(jù)本發(fā)明第二實施例的半導體器件清洗裝置。
在第二實施例中，從滾刷2內(nèi)部輸送化學液體。例如，來自第一化學液體槽8的氨液體和來自第二化學液體槽9的異丙醇(IPA)在管子10中混合，并通過管子10輸送到滾刷2內(nèi)部。
輸送的化學液體從滾刷2上設置的或開口的細孔注射或噴射到晶片1上。這里應該注意，氮化硅膜表面暴露在晶片1上。在本例中，每種化學液體可以以上述時間差輸送，象第一實施例那樣。
醇類液體最好包括低級醇，如甲醇或乙醇。這里氨液體的濃度最好在0.001％到10％范圍內(nèi)，而醇類液體的濃度希望在0.005％到10％范圍內(nèi)。
雖然化學液體從滾刷2內(nèi)部輸送到晶片1上，但在第二實施例中化學液體也可以滴到滾刷2上。
此外，這種刷子不限于滾動型，也可以是圓盤型或鋼筆型。
而且本發(fā)明對于具有容易變?yōu)槭杷缘谋┞侗砻嫒绯说枘ひ酝獾亩嗑Ч枘さ木?也有效。
在圖4中示出了使用根據(jù)第一實施例的清洗裝置實驗得到的結(jié)果。
首先，晶片1在進行用于氮化硅膜的CMP工藝之后被清洗。然后，測量留在晶片1上的硅石顆粒(0.2μm或更大的的顆粒直徑)的數(shù)量。
結(jié)果，在使用氨液體的常規(guī)清洗裝置中的晶片上留下平均數(shù)量為380/晶片的顆粒，如圖4所示。
相反，在使用IPA和氨液體的本發(fā)明的清洗裝置中的晶片上留下平均數(shù)量為32/晶片的顆粒，如圖4所示。
這樣，從圖4中發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明中留下的顆粒的數(shù)量比常規(guī)情況少得多。
權利要求
1．一種半導體器件清洗裝置，其用于在進行表面的化學機械拋光工藝之后清洗半導體晶片表面，該裝置包括放在半導體晶片表面上以便與晶片表面接觸的滾刷；裝有第一化學液體的第一化學液體槽；將第一化學液體噴射到半導體晶片表面上的第一排放噴嘴；裝有第二化學液體的第二化學液體槽；將第二化學液體噴射到半導體晶片表面上的第二排放噴嘴；第一化學液體和第二化學液體在滾刷和晶片旋轉(zhuǎn)的條件下噴射到半導體晶片表面上。
2．根據(jù)權利要求1的裝置，其特征在于在化學機械拋光工藝之后拋光顆粒留在半導體晶片表面上，和滾刷從半導體晶片表面除去拋光顆粒。
3．根據(jù)權利要求1的裝置，其特征在于第一排放噴嘴具有第一排放孔，而第二排放噴嘴具有第二排放孔，第一排放孔和第二排放孔的每個都對著半導體晶片表面，和第一化學液體經(jīng)過第一排放孔噴射到半導體晶片表面上，而第二化學液體經(jīng)過第二排放孔噴射到半導體晶片表面上。
4．根據(jù)權利要求1的裝置，其特征在于第一化學液體包括氨液體，而第二化學液體包括醇類液體。
5．根據(jù)權利要求4的裝置，其特征在于氨液體包括低級醇。
6．根據(jù)權利要求5的裝置，其特征在于低級醇包括選自乙醇、甲醇和異丙醇中的至少一種。
7．根據(jù)權利要求4的裝置，其特征在于所述氨液體的濃度在0.001％到10％范圍內(nèi)。
8．根據(jù)權利要求4的裝置，其特征在于所述醇類液體的濃度在0.005％到10％范圍內(nèi)。
9．根據(jù)權利要求1的裝置，還包括第三排放噴嘴，其將純水噴射到半導體晶片表面上。
10．根據(jù)權利要求9的裝置，其特征在于第一液體、第二液體和純水滴到滾刷上。
11．根據(jù)權利要求4的裝置，其特征在于半導體晶片表面是疏水性的，和該疏水性表面使用醇類液體被改變?yōu)橛H水性表面。
12．根據(jù)權利要求11的裝置，其特征在于為了增強留在半導體表面上的拋光顆粒的除去性能，疏水性表面被改變?yōu)橛H水性表面。
13．根據(jù)權利要求11的裝置，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。
14．一種半導體器件清洗裝置，其用于在進行表面的化學機械拋光工藝之后清洗半導體晶片表面，該裝置包括放在半導體晶片表面上以便與晶片接觸的滾刷，該滾刷具有多個細孔；裝有第一化學液體的第一化學液體槽；裝有第二化學液體的第二化學液體槽；將第一化學液體和第二化學液體混合并在滾刷內(nèi)部輸送該混合液體的管子；在滾刷和半導體晶片旋轉(zhuǎn)的條件下，該混合液體通過滾刷的細孔噴射到半導體晶片表面上。
15．根據(jù)權利要求14的裝置，其特征在于在化學機械拋光工藝之后拋光顆粒留在半導體晶片表面上，和滾刷從半導體晶片表面除去拋光顆粒。
16．根據(jù)權利要求14的裝置，其特征在于第一化學液體包括氨液體，而第二化學液體包括醇類液體。
17．根據(jù)權利要求16的裝置，其特征在于氨液體包括低級醇。
18．根據(jù)權利要求17的裝置，其特征在于低級醇包括選自乙醇、甲醇和異丙醇中的至少一種。
19．根據(jù)權利要求16的裝置，其特征在于所述氨液體的濃度在0.001％到10％范圍內(nèi)。
20．根據(jù)權利要求16的裝置，其特征在于所述醇類液體的濃度在0.005％到10％范圍內(nèi)。
21．根據(jù)權利要求14的裝置，還包括第三排放噴嘴，其將純水噴射到半導體晶片表面上。
22．根據(jù)權利要求14的裝置，其特征在于半導體晶片表面是疏水性的，和該疏水性表面使用醇類液體被改變?yōu)橛H水性表面。
23．根據(jù)權利要求22的裝置，其特征在于為了增強拋光顆粒的除去性能，該疏水性表面被改變?yōu)橛H水性表面。
24．根據(jù)權利要求22的裝置，其特征在于該疏水性表面包括其中暴露氮化硅膜或多晶硅膜的表面。
25．一種清洗半導體器件的方法，其中半導體器件包括半導體晶片，該方法包括以下步驟進行用于半導體晶片表面的化學機械拋光工藝，該表面是疏水性表面；使用醇類液體將疏水性表面改變?yōu)橛H水性表面；為親水性表面輸送氨液體；和使用純水進行漂洗工藝。
26．根據(jù)權利要求25的方法，其特征在于為了增強在化學機械拋光工藝之后留在該表面上的拋光顆粒的除去性能，該疏水性表面被改變?yōu)橛H水性表面。
27．根據(jù)權利要求25的方法，其特征在于該疏水性表面包括其中暴露氮化硅膜或多晶硅膜的表面。
28．根據(jù)權利要求25的方法，還包括以下步驟在化學機械拋光工藝之后從半導體晶片表面除去拋光顆粒。
29．根據(jù)權利要求25的方法，其特征在于所述醇類液體包括低級醇。
30．根據(jù)權利要求29的方法，其特征在于所述低級醇包括選自乙醇、甲醇和異丙醇中的至少一種。
31．根據(jù)權利要求25的方法，其特征在于所述氨液體的濃度在0.001％到10％范圍內(nèi)。
32．根據(jù)權利要求25的方法，其特征在于所述醇類液體的濃度在0.005％到10％范圍內(nèi)。
全文摘要
一種半導體器件清洗裝置,在進行用于表面的化學機械拋光工藝之后清洗半導體晶片表面。半導體晶片表面上放置滾刷以便與該表面接觸。第一化學液體槽裝有第一化學液體。第一排放噴嘴將第一化學液體噴射到半導體晶片表面上。第二化學液體槽裝有第二化學液體。第二排放噴嘴將第二化學液體噴射到半導體晶片表面上。第一化學液體和第二化學液體是在滾刷和晶片旋轉(zhuǎn)的條件下噴射到半導體晶片表面上的。
文檔編號H01L21/00GK1236977SQ9910749
公開日1999年12月1日 申請日期1999年5月24日 優(yōu)先權日1998年5月22日
發(fā)明者青木秀充 申請人:日本電氣株式會社