一种利用臭氧清洗基片的方法及装置与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种利用臭氧清洗基片的方法及装置。

背景技术：

半导体器件被广泛应用于各种通讯、医疗、工业、军事和家用电子产品中。这些半导体器件都是由半导体基片制备而成。这些器件的尺寸大小一般都在微米级，器件对污染物非常敏感，极小的有机和金属颗粒均会导致器件的失效。因此，在半导体器件的制备过程中，清洗硅片去除污染物通常是非常关键的工艺步骤。

许多年来，半导体基片的清洗通常分为三至四个单独步骤，采用硫酸、双氧水等混和溶液对基片进行处理。当基片的表面有金属薄膜时，将会利用有机溶剂进行清洗。这些方法在清洗半导体基片时得到广泛应用，但是还是存在一些缺点。这些缺点包括有机化学清洗剂价格较高、各种清洗步骤时间较长、化学清洗剂消耗较多、清洗废液处理不方便，因此大量的研究努力开发出新的硅片清洗技术。

近来，利用臭氧与水混和，臭氧在水膜中扩散清洗硅片技术，在半导体芯片制备过程中开始得到应用。此项臭氧技术已经证明能够有效的清洗去除硅片表面污染物和有机薄膜，并能克服传统酸与双氧水混和液清洗方法的缺点。利用臭氧扩散水薄膜的清洗工艺可以节约时间，不需要较贵的酸和双氧水，并采用喷洒的方式，可以节约水的用量和设备摆放空间。

臭氧扩散清洗技术可以将臭氧注入水中，再将臭氧水喷射到基片表面.喷射出的水温度较高时，硅片表面有机薄膜和污染的去除效率将大幅提升。

当基片接触臭氧与热水，硅片上半导体芯片中的一些金属可能会受到腐蚀。当工艺过程中温度上升，各种反应的速率均上升。金属腐蚀也愈加严重。直接接触的不同金属将会产生电化学电池效应，进一步促进腐蚀。

许多方法用来减少和避免金属的腐蚀，这些方法主要有降低工艺温度或者在水中添加腐蚀阻滞剂。由于温度降低将会影响去除有机薄膜或污染的化学反应活性，所以在实际生产中不采用降低工艺温度的办法来避免金属的腐蚀。腐蚀阻滞剂主要有苯并三唑、硅酸盐、硝酸盐等。这此阻滞剂用臭氧清洗工艺中，可以用较高的温度进行清洗，同时避免硅片铝线被腐蚀。

当然在清洗半导体基片时腐蚀阻滞剂也存在一些缺点，如必须与工艺液体有效混和，不同的阻滞剂只能在特定的参数下对特定金属有效。总之，在臭氧清洗工艺中仍然需要一种方法，能够防止清洗过程中，硅片上铝和铜等金属的腐蚀。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用臭氧清洗基片的方法，所述方法能够防止在基片清洗过程中，基片上的铝和铜等金属的被腐蚀。

本发明的另一目的为提供一种利用臭氧清洗基片的装置。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用臭氧清洗基片的方法，包括如下步骤：

转动反应腔中夹持基片的载片台；

向所述反应腔中喷射co2水溶液，在所述基片表面形成水膜；

封闭所述反应腔后，向所述反应腔中喷入臭氧，所述臭氧进入所述基片表面的水膜，形成臭氧水溶液或扩散至所述基片表面对污染物进行氧化清洗。

上述方案中，在所述臭氧进入所述基片表面的水膜，形成臭氧水溶液或扩散至所述基片表面对污染物进行氧化清洗后，包括如下步骤：

停止向所述反应腔中喷射臭氧，继续向所述反应腔中喷射co2水溶液，清洗所述基片表面；

将所述反应腔内剩余的臭氧排放出去；

停止向所述反应腔中喷射co2水溶液，并使所述载片台高速旋转，使得所述基片表面干燥。

上述方案中，所述co2水溶液的制备包括如下步骤：

co2通过扩散器均匀进入去离子水罐中的去离子水中，形成co2水溶液。

上述方案中，所述去离子水罐中的去离子水的温度被加热至20℃～100℃。

一种利用臭氧清洗基片的装置，所述装置包括：

反应腔，所述反应腔内形成密闭的空间，用于清洗基片；

载片台，所述载片台设置在所述反应腔内，所述基片放置于所述载片台上；

旋转机构，所述旋转机构设置于所述反应腔底部，并与所述载片台相连，用于驱动所述载片台旋转；

co2气源；

扩散器，所述co2气源通过第一气体管路与所述扩散器相连；

去离子水罐，所述扩散器设置在所述去离子水罐内，所述扩散器用于将所述co2气源的co2气体均匀进入所述去离子水罐中的去离子水中，形成co2水溶液；

加热器，所述加热器设置于所述去离子水罐内，用于将所述去离子水罐内 的去离子水加热；

液体喷嘴，所述液体喷嘴通过液体管路与所述去离子水罐相连，所述去离子水罐中的co2水溶液通过所述液体喷嘴喷射至所述基片的表面；

臭氧发生器，用于产生臭氧；

气体喷嘴，所述气体喷嘴通过第二气体管路与所述臭氧发生器相连，用于将所述臭氧发生器产生的臭氧喷入密闭的所述反应腔中。

上述方案中，所述去离子水罐与所述液体喷嘴之间的液体管路上依次设有泵和过滤器。

上述方案中，所述装置还包括：

废液收集口，所述废液收集口设置在所述反应腔底部；

多向阀，所述废液收集口通过回收管路与所述多向阀的入口相连；

废液排放管路，所述多向阀的出口分别与所述去离子水罐和所述废液排放管路相连接。

上述方案中，所述装置还包括：

气体排放阀，所述气体排放阀设置在所述反应腔上，用于将所述反应腔内剩余的臭氧排放出去；

气体排放管路，所述气体排放管路与所述气体排放阀相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明向反应腔中喷射含有co2的液体溶液，同时也将臭氧引入反应腔，臭氧氧化基片表面的污染物和有机涂层，而co2则保护基片表面的金属不受腐蚀。本发明既可以发挥臭氧清洗硅片的优点，同时避免金属的腐蚀。而且臭氧与co2价格便宜、容易得到，保持了经济性与环保。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种利用臭氧清洗基片的方法的工艺流程图。

图2为本发明实施例提供的一种利用臭氧清洗基片的装置的结构示意图。

图3位本发明实施例中反应腔内的结构示意图。

具体实施方式

本发明中利用臭氧清洗基片的原理为：向表面具有金属的半导体基片表面喷射co2水溶液，并向密闭的反应腔内喷入臭氧，co2水溶液保护基片表面的金属不被腐蚀，臭氧对基片表面的污染物进行氧化去除。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一：

如图1所示，一种利用臭氧清洗基片的方法，包括如下步骤：

步骤110，转动反应腔中夹持基片的载片台；

步骤120，向所述反应腔中喷射co2水溶液，在所述基片表面形成水膜；

具体地，所述co2水溶液的制备包括如下步骤：co2通过扩散器均匀进入去离子水罐中的去离子水中，形成co2水溶液；所述去离子水罐中的去离子水的温度被加热至20℃～100℃。co2水溶液还可以在所述去离子水罐中加热变成蒸汽，再注入反应腔中，可以达到更好的清洗效果。

步骤130，封闭所述反应腔后，向所述反应腔中喷入臭氧，所述臭氧进入所述基片表面的水膜，形成臭氧水溶液或扩散至所述基片表面对污染物进行氧化清洗。

具体地，所述臭氧通过臭氧发生器产生。

本实施例中，在所述臭氧进入所述基片表面的水膜，形成臭氧水溶液或扩散至所述基片表面对污染物进行氧化清洗后，还包括如下步骤：

步骤140，停止向所述反应腔中喷射臭氧，继续向所述反应腔中喷射co2水溶液，清洗所述基片表面；

步骤150，将所述反应腔内剩余的臭氧排放出去；

步骤160，停止向所述反应腔中喷射co2水溶液，并使所述载片台高速旋转，使得所述基片表面干燥。

实施例二：

如图2所示，本实施例提供一种利用臭氧清洗基片的装置，所述装置包括：反应腔101，所述反应腔101用于清洗基片102；载片台103，所述载片台103设置在所述反应腔101内，所述基片102放置于所述载片台103上；旋转机构119，所述旋转机构119设置于所述反应腔101底部，并与所述载片台103相连，用于驱动所述载片台103旋转，进而带动所述基片102旋转；co2气源105，可以是co2贮存罐或co2发生器；扩散器114，所述co2气源105通过第一气体管路115与所述扩散器114相连；去离子水罐123，所述扩散器114设置在所述去离子水罐123内，所述扩散器114用于将所述co2气源105的co2气体均匀进入所述去离子水罐123中的去离子水109中，形成co2水溶液；加热器110，所述加热器110设置于所述去离子水罐123内，用于将所述去离子水罐123内的去离子水加热，加热温度为20℃～100℃；液体喷嘴，所述液体喷嘴122通过液体管路107与所述去离子水罐123相连，所述去离子水罐123中的co2水溶液通过所述液体喷嘴122喷射至所述基片102的表面；臭氧发生器116，用于产生臭氧；气体喷嘴120，所述气体喷嘴120通过第二气体管路118与所述臭氧发生器116相连，用于将所述臭氧发生器116产生的臭氧喷入密闭的所述反应腔 101中。

本实施例中，所述去离子水罐123与所述液体喷嘴122之间的液体管路107上依次设有泵108和过滤器106。

本实施例中，所述装置还包括：废液收集口104，所述废液收集口104设置在所述反应腔101底部；多向阀113，所述废液收集口104通过回收管路117与所述多向阀的113入口相连；废液排放管路112，所述多向阀113的出口分别与所述去离子水罐123和所述废液排放管路112相连接。处理基片102过程中产生的废液可通过多向阀113进入去离子水罐123中循环使用，也可以使废液通过废液排放管路112排放。

本实施例中，所述装置还包括：气体排放阀124，所述气体排放阀124设置在所述反应腔101上，用于将所述反应腔101内剩余的臭氧排放出去；气体排放管路125，所述气体排放管路125与所述气体排放阀124相连。

本实施例的工作过程如下：

如图2和图3所示，在对基片102表面的污染物进行清洗时，第一步：转动机构119使载片台103夹持基片102旋转，旋转转速为100～1000rpm；第二步：泵108工作，使去离子水罐123中的加热过的co2水溶液进入液体管路107中，过滤器106对co2水溶液进行过滤，co2水溶液通过液体喷嘴122喷射到旋转的基片102表面，形成水膜201，水膜201中溶解的co2会在基片102表面的金属区域形成防腐蚀保护膜，对基片102表面的金属形成保护；第三步：将反应腔上盖122关闭，臭氧发生器116中产生的臭氧通过气体喷嘴120喷射到密闭的反应腔101中，形成一个较浓的臭氧环境，臭氧202会进入基片102表面的水膜201中，形成臭氧水溶液203或扩散至基片102表面对污染物进行氧化清洗；第四步：气体喷嘴120停止向反应腔101中喷入臭氧，泵108继续工作， co2水溶液通过液体喷嘴122喷射到基片102表面，对基片102表面进行水洗；反应腔101上的气体排放阀124打开，将反应腔101内剩余的臭氧抽进气体排放管路125中；第五步：泵108停止工作，此时液体喷嘴122停止喷射co2水溶液，转动机构119使载片台103夹持基片103以1000～2000rpm的转速高速旋转，使基片102表面干燥。

在清洗基片102的过程中产生的废液通过废液收集口104回收，进入回收管路117中，回收管路117连接多向阀113，多向阀113切换可使废液通过管路111回收至去离子水罐123中，或使废液通过废液排放管路112排放。

本发明的优点如下：

本发明向反应腔中喷射含有co2的液体溶液，同时也将臭氧引入反应腔，臭氧氧化基片表面的污染物和有机涂层，而co2则保护基片表面的金属不受腐蚀。本发明既可以发挥臭氧清洗硅片的优点，同时避免金属的腐蚀。而且臭氧与co2价格便宜、容易得到，保持了经济性与环保。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。