專利名稱：用于從電子部件襯底去除殘留材料的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從襯底表面去除殘留物的領(lǐng)域，特別是涉及從例如集成電路和半導(dǎo)體晶片的電子部件襯底去除殘留材料。
背景技術(shù)：
集成電路利用半導(dǎo)體襯底形成，在半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)和上面形成電阻、晶體管、二極管、金屬線、通孔以及其它電路部件。該些電路部件被從內(nèi)部和外部連接到半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上該些電路部件通過彼此由介質(zhì)層隔開的圖案化的導(dǎo)體層來形成。在集成電路制造技術(shù)中，普遍的是形成貫穿介質(zhì)層的通孔和其他的孔，使得可以在由介質(zhì)層隔開的圖案化的導(dǎo)體層和電路部件間形成導(dǎo)電連接。在集成電路中介質(zhì)層內(nèi)部的和/或貫穿介質(zhì)層的通孔和其他的孔可以通過光刻方法和后續(xù)的蝕刻方法來形成，所述的蝕刻方法包括但不局限于濕法化學(xué)蝕刻法、反應(yīng)離子蝕刻(RIE)法以及干法等離子蝕刻法。
通常，各種層的移除是通過使用液態(tài)或氣態(tài)蝕刻劑來完成的。如果反應(yīng)產(chǎn)物是流體，這些反應(yīng)產(chǎn)物容易從反應(yīng)位置被移除，因此蝕刻可以以均勻的速率進(jìn)行。但是，在某些情況下，反應(yīng)產(chǎn)物是不可溶的固體，即使在最有利的情況下難以移除。這種蝕刻劑的作用只是破壞或惡化所述的層的表面附近的完整性，而且在不采用其它措施的情況下，是不能有效地起到蝕刻劑的作用的。
在許多蝕刻工藝中，以包括懸浮在合適的液體介質(zhì)(例如蝕刻劑自身)中的研磨粉末的漿料的形式的機(jī)械輔助可以用于補(bǔ)充化學(xué)蝕刻劑的作用。通過結(jié)合化學(xué)和機(jī)械方法來去除材料的這種技術(shù)稱為化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)。CMP也使得沿平面蝕刻前端有控制地去除材料成為可能，而不同于純流體蝕刻，后者的蝕刻前端往往沿原始表面的輪廓進(jìn)行。因此，CMP被廣泛地用于集成電路的平面化處理。CMP的缺點(diǎn)在于，在CMP操作完成時(shí)，某些漿料往往殘留在新鮮的拋光表面上。
使用超臨界流體(SCF)CO2清洗或剝除(strip)晶片是公知的。美國(guó)專利第5,976,264號(hào)提及使用SCF和低溫氣霧劑剝除CF4型蝕刻劑的RIE殘留物，其中使得相對(duì)高壓的氣液混合物在低溫下快速膨脹進(jìn)入一低壓區(qū)域，冷卻該噴射物，使得該混合物固化。固態(tài)CO2顆粒的使用也是公知的，但對(duì)于大晶片轟擊并不實(shí)用。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的問題和缺點(diǎn)，因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種從包括例如集成電路和半導(dǎo)體晶片的襯底表面去除固體和/或液體殘留物的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于從例如集成電路和半導(dǎo)體的電子部件去除固體和/或液體殘留物的裝置。
由本說明書，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將部分變得清楚，部分變得顯而易見。

發(fā)明內(nèi)容
以上和其他目的和優(yōu)點(diǎn)在本發(fā)明中得以實(shí)現(xiàn)，并對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。
本發(fā)明提供一種從電子部件襯底去除固體和/或液體殘留物的方法，包括以下步驟提供壓力容器；在所述容器中提供包括所要從中去除的殘留物的半導(dǎo)體襯底；在一壓力和溫度條件下在所述容器中提供一材料，使得所述材料為液體或者處于臨界壓力和溫度以上，使得所述材料為超臨界流體；降低襯底表面溫度，使得接觸襯底表面的所述材料在襯底表面上轉(zhuǎn)變成固態(tài)；改變所述容器內(nèi)的溫度和/或壓力，使得所述容器內(nèi)的所述材料轉(zhuǎn)變成液態(tài)和/或氣態(tài)；從所述容器中去除所述材料；以及從所述容器中移除所述半導(dǎo)體襯底。
本發(fā)明還一種用于從電子部件襯底去除固體和/液體殘留物的裝置，包括壓力容器，其適于在其中容納半導(dǎo)體晶片；用于提供一材料到壓力容器的工具；用于調(diào)節(jié)壓力容器內(nèi)溫度和壓力的工具，使得所述材料轉(zhuǎn)變成液態(tài)或超臨界狀態(tài)；用于降低襯底表面溫度的工具，使得與襯底表面接觸的所述材料在半導(dǎo)體襯底表面轉(zhuǎn)變成固態(tài)；用于調(diào)節(jié)壓力容器內(nèi)溫度和壓力的工具，使得所述材料轉(zhuǎn)變成液態(tài)和/或氣態(tài)；以及用于從壓力容器中去除所述材料的工具，其中當(dāng)所述材料在襯底表面上轉(zhuǎn)變成固態(tài)并隨后轉(zhuǎn)變成液態(tài)和/或氣態(tài)時(shí)，半導(dǎo)體襯底上的殘留物被去除。
本發(fā)明涉及，第一方面，從例如半導(dǎo)體晶片的電子部件襯底去除固體和/或液體殘留物的方法，該方法包括以下步驟提供壓力容器；在該容器中提供包括所要從中去除的殘留物的半導(dǎo)體襯底；在一壓力和溫度條件下在該容器中提供二氧化碳，使得為液態(tài)或者處于臨界壓力和溫度以上，使得二氧化碳為超臨界流體；降低襯底表面的溫度，使得接觸襯底表面的二氧化碳在襯底表面上轉(zhuǎn)變成固態(tài)；改變?cè)撊萜鲀?nèi)的溫度和/或壓力，使得該容器內(nèi)的二氧化碳轉(zhuǎn)變成液態(tài)和/或氣態(tài)；從該容器中去除二氧化碳；以及從該容器中移除半導(dǎo)體襯底。
在本發(fā)明的另一方面，提供一種用于從例如半導(dǎo)體晶片的電子部件襯底去除固體和/或液體殘留物的裝置，包括壓力容器，其適于在其中容納半導(dǎo)體晶片；用于提供二氧化碳到壓力容器的工具；用于調(diào)節(jié)壓力容器內(nèi)溫度和壓力的工具，使得二氧化碳轉(zhuǎn)變成液態(tài)或超臨界狀態(tài)；用于降低襯底表面溫度的工具，使得與襯底表面接觸的二氧化碳在半導(dǎo)體襯底表面轉(zhuǎn)變成固態(tài)；用于調(diào)節(jié)壓力容器內(nèi)溫度和壓力的工具，使得二氧化碳轉(zhuǎn)變成液態(tài)和/或氣態(tài)；以及用于從壓力容器中去除二氧化碳的工具；其中當(dāng)二氧化碳在襯底表面上轉(zhuǎn)變成固態(tài)并隨后轉(zhuǎn)變成液態(tài)和/或氣態(tài)時(shí)，半導(dǎo)體襯底上的殘留物被去除。
在本發(fā)明的又一方面，在CO2被從容器中去除之前，重復(fù)(循環(huán))降低襯底表面溫度和改變?nèi)萜鲀?nèi)溫度和壓力，以將CO2轉(zhuǎn)變成液態(tài)和/或氣態(tài)。


確信為具有新穎性的本發(fā)明的特點(diǎn)和本發(fā)明的基本特征在所附權(quán)利要求書中被具體提出。附圖僅用于示例說明的目的，且未按實(shí)際比例繪出。但是，本發(fā)明的操作的裝置和方法可以通過以下的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖得到最好的理解，其中圖1A至1C是其中具有晶片的高壓反應(yīng)釜的示意圖，其中襯底上具有殘留物并根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置被處理。
具體實(shí)施例方式
在描述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例過程中，這里參考圖1A至1C，其中相同的附圖標(biāo)記表示本發(fā)明相同的特征。在附圖中，本發(fā)明的特征不必按比例地示出。
一方面，本發(fā)明用于從襯底表面去除殘留物，并使用固態(tài)/液態(tài)/氣態(tài)CO2以有效地從半導(dǎo)體表面去除在完成例如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)、干式等離子體蝕刻和化學(xué)機(jī)械拋光工藝步驟的半導(dǎo)體處理步驟后殘留的固體或液體殘留物。
本發(fā)明利用不同狀態(tài)下二氧化碳密度的不同。干冰(固態(tài)CO2)的密度大約為1.56。0℃時(shí)液態(tài)CO2的密度大約為0.91，而31℃時(shí)CO2的密度大約為0.5(小于1000psi)。但CO2被凝固時(shí)，它的體積根據(jù)以下公式收縮超過三倍(從0.5變到1.56)體積＝質(zhì)量/密度。這例如比冰高很多。已發(fā)現(xiàn)液態(tài)或超臨界CO2的凝固對(duì)于剝離和/或去除顆粒非常有效，特別是由于液態(tài)或SCFCO2進(jìn)入可能含有殘留物的襯底中的孔隙。本發(fā)明優(yōu)選地與晶片接觸的熱電/冷卻臺(tái)來凝固與晶片接觸的CO2。超臨界高壓反應(yīng)釜通常能夠達(dá)到例如-180℃到100℃和10000psi。各階段CO2的物理性質(zhì)見下表

本發(fā)明的兩個(gè)重要方面是(1)終點(diǎn)檢測(cè)。
如果使用例如液氮冷指將晶片冷卻到-80℃以在晶片表面凝固CO2，那么晶片在暴露于空氣以前必須與室溫以上的一點(diǎn)相關(guān)。在該過程中晶片還應(yīng)該利用干燥的氮?dú)饧右詢艋越档捅┞队诖髿庵械乃?。晶片可以利用歐姆或者可能的微波或超聲能量。歐姆加熱被認(rèn)為是最有效的。
(2)晶片返回到大氣條件并且在其上沒有凝結(jié)顆粒和水。
如上所述的冷指是優(yōu)選的，或者采用冷卻控制的晶片成型(building)臺(tái)。推薦采用最高等級(jí)的壓力容器鋼以防止在壓力和熱循環(huán)過程中斷裂。檢測(cè)表面上固態(tài)CO2量和停止冷卻對(duì)于裝置的安全運(yùn)行是重要的。這種檢測(cè)可以通過光學(xué)方法或者使用石英晶體振蕩器完成。所述振蕩器必須能夠在冷的溫度下操作，并能夠通過頻率變化探測(cè)表面上固體的存在。
這里所用的術(shù)語(yǔ)“襯底”包括具有位于表面平面下例如結(jié)合到所述材料中的孔洞、凹槽或者溝道的受約束的特征部分或者例如臺(tái)面的凸起的特征部分的材料。這種類型表面的清潔必須對(duì)殘留物是有選擇的，而不改變表面幾何形狀(尺寸)。襯底包括，但不局限于，半導(dǎo)體、金屬、聚合物和絕緣體。
這里所用的術(shù)語(yǔ)“超臨界流體”表示在所需混合物的壓力-溫度圖中處于不低于臨界溫度Te和不小于臨界壓力Pe條件下的材料。本發(fā)明中所使用的優(yōu)選的超臨界流體為CO2，其可以單獨(dú)使用或者以與其他添加劑的混合物的方式來使用，所述其他添加劑例如為Ar、NH3、CH4、CHF3、C2H6、n-C3H8、H2O、N2O等。例如那些至少含有CFx功能簇的表面活化劑也可以與液體或者超臨界流體結(jié)合起來使用。
術(shù)語(yǔ)“超臨界流體”是指臨界點(diǎn)以上材料的物質(zhì)狀態(tài)，所述臨界點(diǎn)也就是臨界溫度Te和臨界壓力Pe，在該條件下物質(zhì)彼此平衡的兩相變成同質(zhì)的，形成一相。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的超臨界流體，例如CO2和/或Ar可以用于本發(fā)明中，如果它們能夠從半導(dǎo)體樣品去除殘留物。優(yōu)選的液體或超臨界流體為CO2。其他材料包括Ar、N2O、NH3、C2H4、CHF3、C2H6、H2O、n-C3H8等。
任何級(jí)別的材料都可以用于本發(fā)明。如果使用其中含有不可接收級(jí)別的雜質(zhì)的低級(jí)別材料，則材料可以首先使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)被純化，以去除雜質(zhì)。舉例而言，低級(jí)別材料可以通過在進(jìn)入處理腔之前將其通過柱狀體加以純化。
所述材料也可以結(jié)合在從半導(dǎo)體去除殘留物過程中起輔助作用的添加劑或表面活化劑。適合的添加劑包括，但不局限于，以上提到的那些物質(zhì)。在這些添加劑中，H2O是最優(yōu)選的。
通常，在本發(fā)明中，所要轉(zhuǎn)變成超臨界流體的材料被預(yù)加壓至大約1070psi到6000psi的壓力。更優(yōu)選地，所述超臨界流體在進(jìn)入處理腔之前被預(yù)加壓至大約3000psi的壓力。經(jīng)過預(yù)加壓的超臨界流體隨后被傳輸?shù)饺菁{有所要清洗的半導(dǎo)體的處理腔。
在本發(fā)明中可以使用的半導(dǎo)體為任何通過RIE或者任何其他以上提到的蝕刻技術(shù)來加工的半導(dǎo)體?？梢杂糜诒景l(fā)明的適合的半導(dǎo)體的示意的實(shí)例包括，但不局限于，半導(dǎo)體晶片、半導(dǎo)體芯片、陶瓷襯底、圖形化的膜結(jié)構(gòu)等。
在殘留物的去除過程中處理腔內(nèi)的壓力通常為從大約1070psi到大約6000psi。更優(yōu)選地，在殘留物的去除過程中處理腔內(nèi)的壓力為大約3000psi。
在殘留物的去除過程中處理腔內(nèi)的溫度為31℃以上，并且通常為從大約40℃到大約80℃。更具體地，在殘留物的去除過程中處理腔內(nèi)的溫度為大約40℃。
為了保證有效地從半導(dǎo)體中去除殘留物，所述半導(dǎo)體應(yīng)該在上述條件下暴露于液體或超臨界流體大約2分鐘到大約30分鐘或者更長(zhǎng)時(shí)間，通常大約4到6分鐘，例如5分鐘。
退出處理腔的所述材料可以被清洗并再次進(jìn)入該裝置加以循環(huán)，以便形成閉合的反應(yīng)釜系統(tǒng)。這種閉合的反應(yīng)釜系統(tǒng)通常會(huì)降低制造清潔的半導(dǎo)體過程中的加工成本。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1A，高壓反應(yīng)釜以標(biāo)記10示出。晶片12位于冷卻/加熱模塊11上。模塊11適于加熱或者冷卻晶片12，如下文所述。晶片12的表面具有位于表面上的顆粒13a和13b以及位于孔洞20中的顆粒14。反應(yīng)釜中的氣氛15或者是液態(tài)CO2或者是SCF CO2。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1B，冷卻/加熱模塊11被啟動(dòng)以冷卻晶片12，使得與晶片表面接觸的液態(tài)或者SCF CO215被轉(zhuǎn)變成包敷晶片表面的固態(tài)。
在圖1C中，顯示所述裝置使得CO2被汽化并從壓力容器10中排出，且去除顆粒13a、13b和14。現(xiàn)在所得到的晶片12是干凈的。
在本發(fā)明的一個(gè)重要方面，固化CO2的冷卻過程和液化或汽化CO2的加熱過程被重復(fù)(循環(huán))多次以幫助去除雜質(zhì)。在經(jīng)過所需次數(shù)的循環(huán)后，CO2被汽化并從壓力容器中排出。
雖然結(jié)合特定的優(yōu)選實(shí)施例已具體描述了本發(fā)明，顯然，根據(jù)以上描述，許多替換、改進(jìn)和變型對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。因此認(rèn)為所附權(quán)利要求書包括落入本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍和精神內(nèi)的任何替換、改進(jìn)和變型。
權(quán)利要求
1.一種從電子部件襯底去除固體和/或液體殘留物的方法，包括以下步驟提供壓力容器；在所述容器中提供包括所要從中去除的殘留物的半導(dǎo)體襯底；在一壓力和溫度條件下在所述容器中提供一材料，使得所述材料為液體或者處于臨界壓力和溫度以上，使得所述材料為超臨界流體；降低襯底表面溫度，使得接觸襯底表面的所述材料在襯底表面上轉(zhuǎn)變成固態(tài)；改變所述容器內(nèi)的溫度和/或壓力，使得所述容器內(nèi)的所述材料轉(zhuǎn)變成液態(tài)和/或氣態(tài)；從所述容器中去除所述材料；以及從所述容器中移除所述半導(dǎo)體襯底。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述材料包括二氧化碳材料。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述二氧化碳材料包括表面活化劑。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述二氧化碳材料以與Ar、NH3、CH4、CHF3、C2H6、n-C3H8、H2O和N2O中的一個(gè)或多個(gè)的混合物的形式來使用。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述二氧化碳材料處于超臨界狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中降低襯底表面溫度以將所述材料轉(zhuǎn)變成固態(tài)和改變溫度和/或壓力以將材料轉(zhuǎn)變成液態(tài)和/或氣態(tài)的步驟被重復(fù)一次或多次。
7.一種用于從電子部件襯底去除固體和/液體殘留物的裝置，包括壓力容器，其適于在其中容納半導(dǎo)體晶片；用于提供一材料到壓力容器的工具；用于調(diào)節(jié)壓力容器內(nèi)溫度和壓力的工具，使得所述材料轉(zhuǎn)變成液態(tài)或超臨界狀態(tài)；用于降低襯底表面溫度的工具，使得與襯底表面接觸的所述材料在半導(dǎo)體襯底表面轉(zhuǎn)變成固態(tài)；用于調(diào)節(jié)壓力容器內(nèi)溫度和壓力的工具，使得所述材料轉(zhuǎn)變成液態(tài)和/或氣態(tài)；以及用于從壓力容器中去除所述材料的工具，其中當(dāng)所述材料在襯底表面上轉(zhuǎn)變成固態(tài)并隨后轉(zhuǎn)變成液態(tài)和/或氣態(tài)時(shí)，半導(dǎo)體襯底上的殘留物被去除。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述材料包括二氧化碳材料。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述二氧化碳材料處于超臨界狀態(tài)。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中提供用于重復(fù)一次或多次降低溫度以將二氧化碳轉(zhuǎn)變成固態(tài)和用于調(diào)節(jié)溫度和壓力以將二氧化碳轉(zhuǎn)變成液態(tài)和/或氣態(tài)的工具。
全文摘要
本發(fā)明提供用于從電子部件去除固體和/或液體殘留物的方法和裝置，所述電子部件例如為半導(dǎo)體襯底，本發(fā)明利用液態(tài)或超臨界二氧化碳，其在晶片表面上被固化，并且隨后被汽化并從系統(tǒng)中排出。在優(yōu)選實(shí)施例中，在從容器中去除CO
文檔編號(hào)B08B7/00GK1508848SQ20031012063
公開日2004年6月30日 申請(qǐng)日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月16日
發(fā)明者約翰·M·科特, 約翰 M 科特, 艾弗斯, 凱瑟琳·艾弗斯, J 麥卡洛, 肯尼思·J·麥卡洛, M 莫羅, 韋恩·M·莫羅, J 珀特爾, 羅伯特·J·珀特爾, P 西蒙斯, 約翰·P·西蒙斯, A 賽弗森, 威廉·A·賽弗森, J 塔夫特, 查爾斯·J·塔夫特 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司