CN110211871A - 半导体结构表面清洗方法与设备 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供半导体结构表面清洗方法与设备，该方法包括：按照预定的循环周期对该结构表面执行物理剥离与化学腐蚀操作，其中该化学腐蚀包括利用化学药液与该结构表面上的粘附物产生化学反应，该物理剥离用于将该粘附物从该结构表面分离，其中实现该物理剥离的剥离力小于一剥离力阈值且与该循环周期的循环次数成反比，其中当满足清洗结束条件时，终止执行物理剥离与化学腐蚀操作。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及单片式湿法清洗技术。
背景技术
硅片或晶圆是半导体器件和集成电路使用最广泛的基底材料，随着超大规模集成电路的不断发展，集成电路的线宽不断减小，制线密度越来越大。同时在线宽不断减小的同时，对硅片质量要求也越来越高，特别是对硅抛光版表面质量的要求越来越严，因此抛光片表面的颗粒、有机物沾污等粘附物会严重影响器件的品质和成品率。因此硅片的表面清洁成为半导体材料及器件生产中至关重要的一环。随着半导体芯片的最小线宽由微米级逐渐向纳米级过渡，而相应地，在半导体制作过程中对半导体器件表面的清洗也逐渐地从主要采用槽式设备的批量清洗转为采用单片式湿法设备的单片清洗。单片式清洗设备由于其工艺效果以及均匀性高的特点，逐渐成为了半导体制造中的主流湿法设备。
单片式湿法清洗设备主要是单片式作业。图1示例性示出用于清洗晶圆的湿法清洗设备100的示意图。在作业时，晶圆200放置在清洗设备100的旋转平台102上，平台102旋转带动晶圆200旋转，同时带有化学腐蚀药液喷嘴103的机械手臂104伸向晶圆200上方，以将化学药液喷淋到晶圆200表面。由于旋转离心力的作用，药液晶圆200上的落点处向周围扩散，从而达到药液与晶圆200全部上表面接触并与表面上的粘附物粒子发生化学反应，导致粒子变小甚至溶解掉。经过一段时间的药液喷淋后，再用去离子水对晶圆200的药液进行清洗，同时借助于吸附作用将粘附粒子随去离子水流体一起带出，从而达到清除附着粒子的目的。药液和去离子水作业完成后，晶圆200高速旋转实现干燥。
在另一种湿法清洗设备中，在药液喷洒完毕后并且在施加去离子水之前，还可以对晶圆200表面先进行物理剥离处理，例如通过气压清洗机向晶圆表面吹入气体等方式将经过药液腐蚀后的粘附物吹掉，从而达到更好地粘附物清除效果。然而目前物理剥离方式存在的问题是，如果物理剥离力小一点，则无法清除掉粒子，而如果剥离力大一点或长时间作用，又有可能损坏晶圆表面图案，这一点随着器件表面上图案的线宽越来越细微而变得尤其严重，因此现有技术湿法清洗设备仅适用于图案线路密度低的场合。
发明内容
本发明期望提供一种改进的半导体表面的清洗方式，以提高半导体表面粘附物粒子的清除效率。本发明的实施例通过化学药液腐蚀与物理剥离相结合的循环处理方式，通过交替执行物理剥离与化学腐蚀，能够以较小的剥离力而实现显著的粘污粒子清除效果。
按照本发明的一个方面，提供一种半导体结构表面清洗方法，包括：按照预定的循环周期对该结构表面执行物理剥离与化学腐蚀操作，其中该化学腐蚀包括利用化学药液与该结构表面上的粘附物产生化学反应，该物理剥离用于将该粘附物从该结构表面分离，其中实现该物理剥离的剥离力小于一剥离力阈值；当满足清洗结束条件时，终止执行物理剥离与化学腐蚀操作。
按照本发明的另一个方面，提供一种半导体结构表面清洗设备，包括：化学腐蚀装置，用于提供化学药液以腐蚀该结构表面上的粘附物；物理剥离装置，用于将该粘附物从该结构表面分离；以及控制单元，配置为：按照预定的循环周期，控制该化学腐蚀装置与物理剥离装置对该结构表面执行物理剥离操作与化学腐蚀操作，其中用于物理剥离的剥离力小于一剥离力阈值；当满足清洗结束条件时，终止该物理剥离装置与化学腐蚀装置的执行。
此外，本发明还提供一种机器可读介质，其上存储有指令，当指令被该机器执行时实现本发明的方法。
附图说明
图1示出了现有技术中的清洗设备的一个示意性视图；
图2示出了根据一个实施例的仅执行物理剥离操作时粘附物清除效果随时间变化曲线图；
图3示出了根据一个实施例的交替执行物理剥离与化学药液腐蚀操作时粘附物处理过程示意图；
图4示出了根据本发明一个实施例的结构表面清洗方法流程图；
图5示出了根据本发明一个实施例的结构表面清洗设备示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例提供的设备、装置及方法进行详细说明。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。在以下实施例描述中，以处理半导体晶圆为例予以说明，但不难理解，本发明还适用于其它半导体结构表面的处理。
在对半导体晶圆表面上的粘附物粒子进行物理剥离操作时，发现尽管随着物理剥离力的增加，例如在采用气压清洗时加大气体流速，粒子去除效果会增加，但如前所述，这一方面会冒着破坏晶圆表面已形成的图案的风险，降低了良品率；同时即使是在保持一种不变的剥离力情况下，粒子去除效果也会随着时间而趋于饱和。图2示出了仅施加物理剥离操作时粒子清除效果随时间变化曲线图。
在图2所示的曲线图中，横坐标t代表时间，纵坐标E代表粒子去除效果，图中示出了四条曲线P1～P4，代表了在4种物理剥离力P1～P4下的粘附物去除效果，其中如图所示，物理剥离力P1<P2<P3<P4。由图中可以看到，对于任一条曲线，在持续施加物理剥离力作用下，在很短的时间内粒子去除效果会有一个显著的上升，随后接近于饱和水平。例如对于具有最大剥离力P4的曲线，从起点时间T1开始，粒子去除效果快速上升，并在时间t1接近饱和水平，因此对于具有更大附着力的粘附物粒子，很难从晶圆表面清除掉。对于具有较大剥离力P3的曲线，从起点时间T1开始，粒子去除效果在快速上升后在时间t2接近饱和水平。类似地，对于具有较小剥离力P2、P1的曲线，粒子去除效果分别在时间t3、t4接近饱和水平。对于不同剥离力P下的上升时段t1-T1、t2-T1、t3-T1、t4-T1可以在实验中或经验值标定。可以看到，对于不同的剥离力P，粒子去除效果上升速率不同，并且达到的粒子去除效果的最大水平也不同。然而，同时也可看到，如果粘附物粘到晶圆表面的粘附力较大，即使是长时间施加较小的剥离力也不会起到物理剥离效果；而采用过大的物理剥离力或长时间施加过大剥离力可能会对半导体晶圆表面的图案造成损坏。
按照本发明，充分地考虑到在任何剥离力下真正效果明显的粒子去除效果发生在每条曲线的上升段时间，因此通过周期性地施加物理剥离操作来充分地利用位于上升段时间内的剥离力P，从而实现粒子去除效果。
图3示出根据本发明的实施例的半导体晶圆表面处理的示意图，其中，其中待去除的附着物以图中所示的粒子PT表示，且图中所示的粒子PT1、PT2…..PTn+1表示同一粒子在交替进行化学腐蚀与采用剥离力P5的物理剥离操作中的不同状态。相对照地，图中同样示出了4种单纯采用物理剥离P1～P4下的粒子去除效果，相对于P1～P4，P5具有更小剥离力P5。如图中P5曲线所示，在从起点时间T1开始施加剥离力P5后，粒子去除效果在时间T2上升到接近饱和水平。
按照本发明的一个实施例，如图所示，在T1时间点，开始对半导体晶圆表面进行物理剥离，并且采用的等效物理剥离力为更小的P5。这里需要指出的是，本发明所述的物理剥离可以由任何可实现除掉表面附着物粒子的装置实现，例如气体喷射装置、液体喷射装置等，在以气体或液体等流体喷射装置实现的情况下，本发明所谓的‘物理剥离力’可理解为具有一定流速的气体或液体产生的冲击力。
按照本发明的一个实施例，在T1时间点之前，已经预先经过了对半导体晶圆表面的化学药液喷淋操作。在另一实施例中，也可以在T1时间点之前尚未对半导体晶圆表面做任何操作。
自T1时间点开始，持续利用剥离力P5对晶圆表面进行物理剥离，直到时间点T2，然后停止施加物理剥离，显然在剥离时间t(＝T2-T1)的时间段内，充分地利用了剥离力P5对粒子PT的影响，在T2-T1的时间段内的去除效果如曲线段L1所示。按照本发明的另一实施例，对晶圆表面进行物理剥离的时间t也可以设置为小于针对剥离力P5标定的快速上升时间T2-T1，当然也可以根据实际需要，将剥离时间t设置为稍大于快速上升时间T2-T1。
然后在时间T2开始，停止物理剥离操作，并切换至对半导体晶圆表面施加化学药液喷淋操作，如图中点划线D1所示，所施加的化学药液可与附着物粒子进行反应，从而进一步腐蚀经过前期T2-T1时间段内物理剥离操作的粒子PT，该化学腐蚀过程持续进行一直到时间点T3。
随后，在T3-T4时间段，再次切换至对晶圆表面进行物理剥离操作，继续对半导体晶圆表面施加剥离力P5，其中所施加的时间段T3-T4可以设定为等于T2-T1，即仍施加剥离力P5效果最明显的上升时段，如图中曲线段L2所示，该曲线段L2与L1基本相同，表示施加基本相同上升时间段的剥离力P5。如图3所示意性示出的，在施加剥离力P5的T2-T1的时间段内，粒子PT与晶圆结构表面的分离效果尚不明显，如PT1所示，此时即使是持续施加剥离力P5，其分离效果也很难进一步优化。然而根据本发明，在经过T2-T3时间段的化学腐蚀操作之后再在T3-T4时间段内再对晶圆表面进行同样的物理剥离P5，在粒子与晶圆表面已经出现了缝隙，如图中PT2所示。此外，如表示T3-T4时间段内的去除效果的曲线L2所示，其去除效果已经大于代表较大剥离力P1的去除效果。在达到T4时间时，停止施加剥离操作P5，并且如图中点划线D2所示，再次切换至对半导体晶圆表面施加化学药液喷淋操作，进一步腐蚀经过前期T3-T4时间段内物理剥离操作的粒子PT，该化学腐蚀过程持续进行一直到时间点T5，在达到时间点T5停止化学药液喷淋，并且如图中曲线L3所示，在T5-T6时间段，切换至物理剥离，继续对半导体晶圆表面执行物理剥离操作P5，其中所施加的时间T5-T6仍为剥离力P5效果最明显的上升时段。如图中PT3所示，此时PT3指示的粒子与晶圆表面的缝隙继续扩大，此时的粒子去除效果已经超过了单纯施加更大的剥离力P3所达到的效果，如曲线L3所示。在T6时间点之后，切换至化学药液喷淋操作。通过循环操作上述物理剥离化学药液喷淋操作，最终在第Tn+1时间点，通过物理剥离操作将粒子PT从晶圆表面完全分离，如PTn+1所示，从而实现去除附着物粒子目的。可以看到，通过循环施加物理剥离P5化学腐蚀操作，可以更小的剥离力P5实现更优的去除效果，显然，更小的剥离力P5可以将大大降低破坏半导体晶圆表面图案的可能，也因此可适用于更细微线宽的制作清洗工艺。
利用图3所示的处理方式，按照本发明，提供一种半导体结构表面清洗方法，其中，按照预定的循环周期对半导体结构表面执行物理剥离与化学药液腐蚀操作，其中物理剥离操作的等效剥离力小于一剥离力阈值FT，其中当满足清洗结束条件时，终止对所述结构表面进行物理剥离与化学药液腐蚀操作。这里的剥离力阈值FT是基于待处理的半导体表面的特征而确定的值，在超过该剥离力阈值FT时将会对半导体表面图案造成损坏。图4示出了根据一个实施例的半导体晶圆表面清洗处理的方法流程图。
如图所示，在步骤401，对半导体晶圆表面进行化学药液清洗一预设的时间T化学，以对表面上的附着物进行腐蚀，从而达到松动或缩小附着物尺寸的目的。T化学为一个预定的实验值。由于本发明采用多次循环的清洗操作，因此在每次循环中的清洗时间T化学可设为例如毫秒级。这里可以常用本领域已知的任何化学药液来实现对表面附着物的腐蚀操作，例如采用NH3OH/H2O2/H2O混合药液的SC1清洗液以及氢氟酸(HF)清洗或NH4OH等。例如采用HF清洗液去除晶圆表面上的自然氧化膜，其中附着在自然氧化膜上的金属例如铝、铁等粒子会被溶解掉或变小，同时HF也抑制氧化膜的形成。利用HF也可以清洗附着自然氧化膜上的金属氢氧化物，在自然氧化物膜在被腐蚀掉的同时，晶圆表面几乎不会被腐蚀。根据本发明，具体采用何种药液及对应的浓度可依所要清洗的半导体表面而定，本发明对此不再赘述。
在利用化学药液对半导体晶圆表面清洗时间T化学后，停止化学清洗操作，并进入步骤402，对半导体晶圆表面上的粘附物粒子进行物理剥离。这里的物理剥离操作可以由现有技术已知的技术来实现，例如采用氮气或水的喷射清洗、声空化(Acoustic cavitation)、声流(acoustic streaming)、激光泡(laser bubbles)、液滴撞击(droplet impact)以及超声波清洗等。从前文结合图3的描述可知，在步骤402中执行物理剥离操作的时间T物理可设定为小于或等于对应于所施加的物理剥离力的曲线上升斜率较大时段，例如在施加图3所示物理剥离力P5情况下，时间T物理可设置为小于或等于上升时段T2-T1，因此，可以将实验中确定的上升时段T2-T1作为时间T物理的阈值。在本发明的另一示例中，可以进一步将T物理设定为与剥离力P成反比，例如按照本实施例，采用P5时设定的剥离时间T物理可大于采用P1时的设定的物理时间T物理。在另一可选实施例中，也可以将T物理设定为恒定值。
此外，按照一个优选实施例，在执行化学药液喷淋时，将化学药液加热到一较高的温度，例如大于温度阈值TTH1；而在对晶圆表面执行例如氮气或水这样的流体喷射或液滴撞击物理剥离操作时，将流体或液滴保持在一较低的温度，例如低于温度阈值TTH2。通过这样配置化学药液与物理剥离液化的温度，一方面，可以增强药液与粒子发生化学反应的效果，而另一方面，由于粒子在化学腐蚀与物理剥离阶段经受不同的温度，因此在粒子表面经受不同的热应力差，从而可以进一步加强粒子从晶圆表面“松动”脱离的效果，因此可进一步提高粒子去除效果。
在步骤402完成预定时间T物理的物理剥离操作后，进入步骤403，在此确定是否满足了清洗结束条件，按照一个示例，这里的清洗结束条件可以是晶圆表面的清洁度是否达到清洁度阈值，例如85％，这可以通过检测仪器来检测晶圆表面的清洁度。在另一个示例中，清洗结束条件可以是施加物理剥离力与化学清洗的循环次数是否达到循环阈值CT，一般可通过实验确定经过了CT次的物理剥离与化学清洗交替操作后半导体晶圆表面的清洁度将满足规定要求，例如，晶圆表面85％的粒子得到有效去除。在另一个示例中，清洗结束条件可以是交替施加物理剥离与化学清洗操作的总时间是否达到时间阈值TT，一般可通过实验确定经过了多长时间即TT的物理剥离与化学清洗交替操作后半导体晶圆表面的清洁度将满足规定要求。
如果在步骤403确定尚不满足清洗结束条件，则继续进入下一循环周期，重复执行步骤401-403，即，切换至对半导体晶圆表面进行化学腐蚀清洗以及在经过了清洗时间T化学后切换至对半导体晶圆表面进行物理剥离操作。这里需要指出的是，在不同的循环周期内，物理剥离与化学清洗操作在每个循环周期内的操作时间之比即T物理/T化学可以是固定的；然而在另一实施例中，也可以根据实际效果来调整该占时比率，例如增加在一个循环周期内的清洗时间T化学、同时降低物理剥离时间T物理；或者同时减少清洗时间T化学与物理剥离时间T物理，从而提高了单位时间内化学药液清洗与物理剥离的交替循环次数。此外，按照本发明的一个示例，在物理剥离操作中，所施加的物理剥离力小于剥离力阈值FT。此外，在另一实施例中，还可以进一步限定物理剥离力与循环周期的循环次数成反比，剥离力越小，则对半导体表面的损害越小，但需要较多的循环次数才能达到清洗目标；反之，如果采用较大的剥离力，则可以需要较少的循环次数可以达到清洗目标。因此，在具体实施本发明时，对剥离力的选择除了满足阈值FT之外，还应根据实际情况考虑时间成本。
通过不断循环执行化学清洗与物理剥离操作，直到在步骤403，确定满足清洗结束条件，因此在步骤404进入对半导体处理的下一工艺流程。例如在步骤404，利用去离子水对半导体表面进行清洗，清洗掉化学药液。随后，在步骤405，对半导体表面实施干燥处理，从而结束整个清洗过程。
这里需要指出的是，图4所示的步骤404-405并不是必须的，例如在某些清除表面附着物工艺中，只需要执行化学药液腐蚀与物理剥离操作即可，而不需要执行去离子清洗与干燥过程。因此，本发明的方法不限于这里所示的实施例。
此外，在本实施例中，步骤401与402也是可互换的，即通过预先物理剥离操作而预先去掉只是轻微附着在表面上的粒子，然而再进行化学药液腐蚀操作。
此外，在本发明的另一实施例中，在每个循环周期内，也可以同时对半导体晶圆表面实施物理剥离与化学药液腐蚀操作，例如，可以将化学药液以一定速度喷射到晶圆表面上，可以设定喷射时间为T物理与T化学中的较大者或其它合适值，然后停顿一个时间T空，再继续下一次的喷射。从而借助于吸附作用将经过腐蚀的粒子随着喷射的化学药液而被一起带出，从而达到清除粒子的目的。
根据本发明的半导体结构表面清洗方法可适用于半导体工艺清洗设备。图5示出根据本发明的一个实施例的半导体清洗设备示意图。如图所示，该清洗设备500包括化学腐蚀装置501、物理剥离装置503以及控制单元505。这里需要指出的是，除了图5中所示的化学腐蚀装置501、物理剥离装置503以及控制单元505之外，实施例中的半导体清洗设备通常根据其完成的实际功能还可以包括其它的装置或单元，对此不再赘述。
在本例中，仍以清除晶圆表面粘附粒子为例描述清洗设备500的操作过程。作为一个示例，这里的化学腐蚀装置501可以是SC1清洗装置，用于对晶圆表面喷淋SC1溶液，对晶圆表面的粒子进行腐蚀。例如，在作业时，可以将晶圆放置在清洗设备500的旋转平台上，通过平台旋转带动晶圆旋转，同时化学腐蚀装置501将SC1喷淋到晶圆表面上，同时借助于平台旋转产生的离心力，SC1扩散从而均匀地涂抹在整个晶圆表面上。物理剥离装置503可以是氮气喷射装置，用于向晶圆表面吹入氮气，以便吹掉或松动附着在晶圆表面的粒子。在本例中，在执行化学药液喷淋时，将SC1溶液加热到大于温度阈值TTH1的高温，同时执行物理剥离的氮气保持在低于温度阈值TTH2的温度。
控制单元505控制化学腐蚀装置501与物理剥离装置503按照预定的循环周期对所述晶圆表面交替执行SC1腐蚀与氮气喷射操作，其中控制氮气喷射的速度以便由此产生的对晶圆表面上粒子的剥离力小于一预定阈值FT且与循环周期的次数成反比。例如，如果原先希望通过喷射20次完成晶圆表面的清洗，现希望通过10次喷射完成清洗，则应将该氮气的喷射速度提升至2倍，当然前提是仍小于阈值FT。按照本发明的实施例，预定阈值FT是与晶圆表面的特征相关的表面承受力极限值，其中该特征例如可以是表面图案，显然，从结构表面凸出的图案承受的剥离力应当小于凹陷图案，因此与凹陷图案相比，凸出图案的承受力极限值应设为较低值。影响阈值FT的特征还可以包括表面图案的线宽，不难理解，线宽越小，承受力越低，因此阈值FT应设置为更低的值。影响阈值FT的特征还可以包括其它因素，例如半导体表面的材质等。
按照一个示例，在每个循环周期内，控制单元505控制化学腐蚀装置501与物理剥离装置503的操作时间T物理与T化学，并同时控制旋转平台的转速以分别适应化学腐蚀与物理剥离，其中在执行化学药液喷淋时，控制单元505控制旋转平台以第一转速ω1旋转操作时间T化学，而在在执行物理剥离时，控制单元505控制旋转平台以第二转速ω2旋转操作时间T物理，作为一个示例，第一转速ω1小于第一转速阈值ωTH1，第二转速ω2大于第二转速阈值ωTH2，其中该第二转速阈值ωTH2大于第一转速阈值ωTH1。由此，通过在不同的操作阶段设置不同的转速，转速的这种高低变换在粒子与晶圆表面之间产生规律性的应力变换，因此更加有助于粒子从晶圆表面的松动。在针对化学腐蚀与物理剥离设置不同的转速的同时，还可以进一步控制T物理与T化学的操作时间的比率。按照一个示例，在每个循环周期中，物理剥离与化学药液清洗操作占时比率T物理/T化学是固定的，在另一实施例也可以根据监测情况而相应地调整物理剥离与化学清洗操作时间T物理与T化学。在另一个示例中，也可以根据采用的化学药液的浓度来设置化学腐蚀操作的时间T化学，例如当浓度高时可以采用较小的T化学，而当浓度低时可以采用较大的T化学。此外，按照本发明的实施例，物理剥离装置503喷射氮气的速率在不同的循环周期内也可以是变化的。
此外，控制单元505进一步监测当前的清洗是否满足清洗结束条件，其中当满足清洗结束条件时，终止对所述晶圆表面执行SC1喷淋与氮气喷射操作，而当不满足清洗结束条件时，则继续下一循环，继续对晶圆表面执行SC1喷淋与氮气喷射操作。在本例中，清洗结束条件可以是循环执行氮气喷射与SC1腐蚀的循环次数达到一预定循环次数阈值等。这里预定循环次数阈值是根据实验得到的值，例如当经过反复多次实验表明循环50次时，晶圆表面的清洁度可以达到85％，而再增加循环次数时对清洁度的改进影响不大时，则可将预定循环次数阈值设置为50次。
这里需要指出的是，尽管这里示出了化学腐蚀装置501与物理剥离装置503是分离设置的，但是在另外的实施例中，化学腐蚀装置501与物理剥离装置503也可以集中在一起，即同时实现对晶圆表面的化学药液腐蚀与物理剥离操作，例如在晶圆随着平台旋转过程中，将化学腐蚀溶液例如NH3OH/H2O2/H2O混合药液以一定的射速喷射到旋转的晶圆表面上，从而达到化学腐蚀与物理分离的双重效果。
虽然结合上述实施例描述了对晶圆表面的处理操作，但本发明不限于处理晶圆，而是可以适用于其它所有需要表面清洁处理的半导体晶圆。根据本发明提供的一个或多个实施例具有如下优点：通过交替执行化学腐蚀与物理剥离操作，可以实现不断地松动-弱化(或者说减小粘附力)粒子，从而能以更小的剥离力实现快速剥离粘附粒子的效果，因此有效地避免了由于采用较大的剥离力而产生的对半导体晶圆表面的图案的损坏。因此，根据本发明的清洗设备尤其适用于图案制线密度高的半导体设备。
这里需要指出的是，虽然结合上述优选实施例描述了本发明，但显然本发明不限于此。例如，本发明另一实施例提供的机器可读介质上存储有机器可读指令，该机器可读指令在被计算机执行时，使计算机执行本文公开的前述的任一种方法。具体地，可以提供配有机器可读介质的***或者装置，在该机器可读介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该***的计算机读出并执行存储在该机器可读介质中的机器可读指令。在这种情况下，从机器可读介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此机器可读代码和存储机器可读代码的机器可读介质构成了本发明的一部分。
上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例，本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种半导体结构表面清洗方法，包括：
按照预定的循环周期对该结构表面执行物理剥离与化学腐蚀操作，其中该化学腐蚀包括利用化学药液与该结构表面上的粘附物产生化学反应，该物理剥离用于将该粘附物从该结构表面分离，其中实现该物理剥离的剥离力小于一剥离力阈值；
当满足清洗结束条件时，终止执行物理剥离与化学腐蚀操作。
2.如权利要求1的方法，其中所述清洗结束条件是以下之一：
所述结构表面的清洁度达到清洁度阈值；
执行所述物理剥离与化学腐蚀的循环次数达到循环阈值；以及
执行所述物理剥离与化学腐蚀的时间达到时间阈值。
3.如权利要求2的方法，其中，在每个循环周期内，对所述结构表面交替执行所述物理剥离与化学腐蚀操作，
其中用于所述化学腐蚀的化学药液的温度大于第一温度阈值，而用于实现所述物理剥离的流体的温度小于第二温度阈值，其中该第二温度阈值小于第一温度阈值。
4.如权利要求1-3之一的方法，其中，
所述物理剥离与化学腐蚀操作在不同循环周期内的操作时间之比是可变的，以及
所述物理剥离力在不同循环周期内是可变的。
5.如权利要求1-3之一的方法，其中在每个循环周期内，所述物理剥离操作时间与所述剥离力成反比且小于或等于与该剥离力相关的一预定时间值。
6.如权利要求1-3之一的方法，其中该方法在半导体清洗设备上执行，该半导体清洗设备具有带动所述半导体结构旋转的旋转平台，其中
所述化学腐蚀操作的时间取决于所述旋转平台在执行化学腐蚀时的第一转速，该第一转速小于第一转速阈值，而
物理剥离操作的时间取决于所述旋转平台在执行物理剥离时的第二转速，该第二转速大于第二转速阈值，其中该第二转速阈值大于第一转速阈值。
7.如权利要求1-3之一的方法，其中所述剥离力阈值是与所述结构表面的特征相关的承受力极限值，其中该特征包括以下中的一个或多个：
该结构表面的材质；
该结构表面的图案；以及
该图案的线宽。
8.如权利要求1-3之一的方法，进一步包括：在终止所述物理剥离与化学腐蚀操作后，对所述结构表面进行所述化学药液的清除操作以及所述结构表面的干燥操作。
9.一种半导体结构表面清洗设备，包括：
化学腐蚀装置，用于提供化学药液以腐蚀该结构表面上的粘附物；
物理剥离装置，用于将该粘附物从该结构表面分离；以及
控制单元，配置为：
按照预定的循环周期，控制该化学腐蚀装置与物理剥离装置对该结构表面执行物理剥离操作与化学腐蚀操作，其中用于物理剥离的剥离力小于一剥离力阈值；
当满足清洗结束条件时，终止该物理剥离装置与化学腐蚀装置的执行。
10.如权利要求9的清洗设备，其中所述清洗结束条件是以下之一：
所述结构表面的清洁度达到清洁度阈值；
执行所述物理剥离与化学腐蚀的循环次数达到循环阈值值；以及
执行所述物理剥离力与化学腐蚀的时间达到时间阈值。
11.如权利要求10的清洗设备，其中，在每个循环周期内，所述控制单元控制该化学腐蚀装置与物理剥离装置以交替方式对该结构表面执行物理剥离与化学腐蚀；
其中用于所述化学腐蚀的化学药液的温度大于第一温度阈值，而用于实现所述物理剥离的流体的温度小于第二温度阈值，其中该第二温度阈值小于第一温度阈值。
12.如权利要求9-11之一的清洗设备，其中，
在不同循环周期内，所述控制单元控制所述物理剥离与化学腐蚀操作的操作时间之比是可变的，以及所述物理剥离力在不同循环周期内是可变的。
13.如权利要求9-11之一的清洗设备，其中在每个循环周期内，所述物理剥离操作时间与所述剥离力成反比且小于或等于与所述剥离力相关的一预定时间值。
14.如权利要求9-11之一的清洗设备，其中，该半导体清洗设备具有带动所述半导体结构旋转的旋转平台，其中
所述化学腐蚀操作的时间取决于所述旋转平台在执行化学腐蚀时的第一转速，该第一转速小于第一转速阈值，而
物理剥离操作的时间取决于所述旋转平台在执行物理剥离时的第二转速，该第二转速大于第二转速阈值，其中该第二转速阈值大于第一转速阈值。
15.如权利要求9-11之一的清洗设备，其中所述剥离力阈值是与所述结构表面的特征相关的承受力极限值，其中该特征包括以下中的一个或多个：
该结构表面的材质；
该结构表面的图案；以及
所述图案的线宽。
16.一种机器可读介质，其上存储有指令，当指令被该机器执行时实现权利要求1-8之一的方法。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113053723A (zh) * | 2019-12-26 | 2021-06-29 | 苏州富怡达超声波有限公司 | 一种基于超声波-等离子体复合清洗晶圆的方法和装置 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1527364A (zh) * | 2003-04-29 | 2004-09-08 | ̨������·����ɷ�����˾ | 晶圆的清洗方法及其装置 |
| US20080081485A1 (en) * | 2005-06-15 | 2008-04-03 | Papanu James S | Post-ion implant cleaning on silicon on insulator substrate preparation |
| CN101885163A (zh) * | 2009-05-14 | 2010-11-17 | 宋健民 | 以水枪辅助执行化学机械抛光处理程序的方法及其*** |
| CN102610514A (zh) * | 2011-01-20 | 2012-07-25 | 大日本网屏制造株式会社 | 基板处理方法及基板处理装置 |
| CN103050394A (zh) * | 2011-10-13 | 2013-04-17 | 上海华虹Nec电子有限公司 | 超厚光刻胶的刻蚀方法 |
| CN207611744U (zh) * | 2017-12-28 | 2018-07-13 | 德淮半导体有限公司 | 吹气***和自动化晶圆表面清洁装置 |
| CN109742018A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-05-10 | 若名芯半导体科技(苏州)有限公司 | 一种硅片cmp后的清洗工艺 |
| CN109755106A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-05-14 | 北京半导体专用设备研究所（中国电子科技集团公司第四十五研究所） | 一种晶圆清洗方法 |
-
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1527364A (zh) * | 2003-04-29 | 2004-09-08 | ̨������·����ɷ�����˾ | 晶圆的清洗方法及其装置 |
| US20080081485A1 (en) * | 2005-06-15 | 2008-04-03 | Papanu James S | Post-ion implant cleaning on silicon on insulator substrate preparation |
| CN101885163A (zh) * | 2009-05-14 | 2010-11-17 | 宋健民 | 以水枪辅助执行化学机械抛光处理程序的方法及其*** |
| CN102610514A (zh) * | 2011-01-20 | 2012-07-25 | 大日本网屏制造株式会社 | 基板处理方法及基板处理装置 |
| CN103050394A (zh) * | 2011-10-13 | 2013-04-17 | 上海华虹Nec电子有限公司 | 超厚光刻胶的刻蚀方法 |
| CN207611744U (zh) * | 2017-12-28 | 2018-07-13 | 德淮半导体有限公司 | 吹气***和自动化晶圆表面清洁装置 |
| CN109755106A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-05-14 | 北京半导体专用设备研究所（中国电子科技集团公司第四十五研究所） | 一种晶圆清洗方法 |
| CN109742018A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-05-10 | 若名芯半导体科技(苏州)有限公司 | 一种硅片cmp后的清洗工艺 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113053723A (zh) * | 2019-12-26 | 2021-06-29 | 苏州富怡达超声波有限公司 | 一种基于超声波-等离子体复合清洗晶圆的方法和装置 |
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