利用含臭氧的流体处理半导体晶片表面的装置及方法
【技术领域】
[0001] 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莫氧的流体处理半导 体晶片表面的装置及方法。
【背景技术】
[0002] 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W传统RCA清洗配 方（简称SCl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W及在 晶片表面生成一层薄氧化层，而由氨氧化倭与过氧化氨混合成的1号清洗液（SCl)用于去 除晶片表面的颗粒、去除部分有机物W及去除部分金属，由盐酸与过氧化氨混合成的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 化氨，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。
[0003] 众所周知，莫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，女口 有机物和娃等，氧化还原反应后莫氧被还原成为氧气，对人和环境无害，所W莫氧气体或将 莫氧气体与水混合形成的莫氧水溶液是个安全、经济、环保的清洗工艺和配方。一直W来， 莫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莫氧的浓度难W保证和控制，不能满足工艺要求。
[0004] 正常状态下，莫氧气体在水中的溶解浓度遵循亨利定律，液相中莫氧浓度和气相 莫氧分压成正比。为了制取高浓度的莫氧水溶液，必须提高气相中莫氧的分压。现有基于 浸没与喷射技术的清洗设备，均是预先将莫氧与水混合形成较高浓度的莫氧水溶液，再将 配好的较高浓度的莫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，当莫氧水溶液一旦进入浸泡池里或喷淋到晶圆表面上时，由于 气液界面的气相中莫氧的浓度很难维持在高浓度水平，即气相中的莫氧分压较低，水中的 莫氧会马上从液体和气体的界面上逸出，跑到气相中。莫氧水溶液中的莫氧浓度会因此快 速不断降低从而影响处理效果。
【发明内容】
[0005] 本发明针对上述问题，提供一种利用含莫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莫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。
[0006] 本发明中的装置的技术方案如下；一种利用含莫氧的流体处理半导体晶片表面的 装置，包括莫氧发生器、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；所述莫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。
[0007] 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。
[0008] 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 换阀口，所述切换阀口的H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。
[0009] 进一步地，还包含另一个气液混合装置、另一个莫氧发生装置、另一个溶剂瓶W及 另一个切换阀口；所述另一个莫氧发生器和所述另一个溶剂瓶分别与所述另一个气液混合 装置对应的入口相连；其中一个所述切换阀口的四个出口分别与所述两个气液混合装置、 所述密闭腔W及另一个所述切换阀口相连；所述另一个切换阀口的H个出口中的另两个出 口分别与所述两个气液分离装置相连。
[0010] 进一步地，还包含另一个气液分离装置和另一个切换阀口；其中一个所述切换阀 口的四个出口分别与所述气液混合装置、所述密闭腔W及所述两个气液分离装置相连；所 述另一个切换阀口的H个出口分别与所述气液混合装置W及所述两个气液分离装置相连。
[0011] 进一步地，还包含另一个莫氧发生器，所述另一个莫氧发生器的至少一个出口与 所述密闭腔的至少一个入口相连。
[0012] 进一步地，所述密闭腔采用微处理腔结构，所述微处理腔包括相配合的上腔室部 和下腔室部，所述上腔室部和/或所述下腔室部中包括至少一个供处理流体进入所述微处 理腔的入口和至少一个供处理流体排出所述微处理腔的出口。
[0013] 本发明中的方法的技术方案如下；一种利用含莫氧的流体处理半导体晶片表面的 装置的使用方法，所述装置包括莫氧发生器、溶剂瓶、气液混合装置及密闭腔，所述方法包 括W下步骤：首先将所述莫氧发生器产生的莫氧气体W及所述溶剂瓶内的溶剂分别输送至 所述气液混合装置内进行混合，得到莫氧气体和莫氧溶液的混合流体；然后将该混合流体 即刻送入所述密闭腔中。
[0014] 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，将在所 述气液混合装置中得到的混合流体送至所述气液分离装置中，经气液分离后再将莫氧溶液 送至所述密闭腔中。
[0015] 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 换阀口，将在所述气液混合装置中得到的混合流体通过所述切换阀口切换进入所述气液分 离装置，经气液分离后再次进入所述气液混合装置，W便得到浓度更高的混合流体，直至达 到希望的浓度后通过切换所述切换阀口经不同的通道进入所述密闭腔中，一路通道是直接 进入所述密闭腔，另一路通道是进入所述气液分离装置，经气液分离后再将莫氧溶液送至 所述密闭腔中。
[0016] 进一步地，还包含另一个气液混合装置、另一个莫氧发生装置、另一个溶剂瓶W及 另一个切换阀口；将在所述之一的气液混合装置中多次气液混合得到的更高浓度的混合流 体通过所述之一的切换阀口切换进入所述密闭腔中，同时在所述另一个气液混合装置内发 生混合流体的多次气液混合，W得到浓度更高的混合流体；待所述之一的气液混合装置中 得到的混合流体用尽后，通过切换所述之一的切换阀口使所述另一个气液混合装置中已生 成的更高浓度的混合流体进入所述密闭腔中，同时在所述之一的气液混合装置中再次发生 混合流体的多次气液混合。
[0017] 进一步地，还包含另一个气液分离装置和另一个切换阀口；将在所述之一的气液 分离装置中得到的更高浓度的莫氧溶液通过所述之一的切换阀口切换进入所述密闭腔中， 同时在所述气液混合装置内发生混合流体的多次气液混合，并在所述另一个气液分离装置 内得到浓度更高的莫氧溶液；待所述之一的气液分离装置里得到的莫氧溶液用尽后，通过 切换所述之一的切换阀口使所述另一个气液分离装置里得到的更高浓度的莫氧溶液进入 所述密闭腔中，同时在所述气液混合装置内再次发生混合流体的多次气液混合，并在所述 之一的气液分离装置内得到浓度更高的莫氧溶液。
[0018] 进一步地，还包含另一个莫氧发生器，在将含莫氧的混合流体或者含莫氧的溶液 输入所述密闭腔的同时，将另一莫氧发生器产生的莫氧气体输送至所述密闭腔中。
[0019] 利用本发明装置产生的莫氧在半导体基片表面形成纯化层的方法，包括W下H种 技术方案。
[0020] -种技术方案如下：
[0021] 一种半导体基片表面纯化层的形成方法，用于对刚出炉的半导体基片进行纯化处 理，包括W下步骤：
[0022] (1)将出炉的半导体基片装入微处理腔；
[0023] 似密闭微处理腔；
[0024] (3)向微处理腔内通入莫氧气体2-lOmin;
[002引 （4)打开微处理腔，取出半导体基片。
[0026]另一种技术方案如下：
[0027] -种半导体基片表面纯化层的形成方法，用于对有自然氧化层的半导体基片进行 纯化处理，包括W下步骤：
[0028] (1)将半导体基片装入微处理腔；
[0029] 似密闭微处理腔；
[0030] (3)向微处理腔内通入含HF的气体或液体；
[0031] (4)向微处理腔内通入超纯水；
[0032] (5)干燥微处理腔；
[0033](6)向微处理腔内通入莫氧气体2-lOmin ;
[0034] (7)打开微处理腔，取出半导体基片。
[0035] 再一种技术方案如下：
[0036] -种半导体基片表面纯化层的形成方法，用于对有自然氧化层的半导体基片进行 纯化处理，包括W下步骤：
[0037] (1)将半导体基片装入微处理腔；
[003引 似密闭微处理腔；
[0039] (3)向微处理腔内通入含HF的气体或液体；
[0040] (4)向微处理腔内通入莫氧水2-lOmin，所述莫氧水是利用气流混合装置将莫氧 和水混合而制得；
[0041] (5)干燥微处理腔；
[004引 （6)打开微处理腔，取出半导体基片。
[0043] 本发明的技术效果在于；本发明通过将含莫氧的气液混合流体或含莫氧的溶液和 莫氧气体在形成后即刻输入一个密闭腔里，通过提高气相中莫氧的分压，缩短莫氧从产生 到被使用的时间，保证莫氧在溶液中的浓度，从而提高含莫氧流体对放在密闭腔内晶片表 面的处理效果。
【附图说明】
[0044] 图1为本发明中的装置在第一种实施例中的结构示意图。
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