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CN104779181A - 半导体制造装置以及半导体装置的制造方法 - Google Patents

半导体制造装置以及半导体装置的制造方法 Download PDF

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CN104779181A
CN104779181A CN201410305675.7A CN201410305675A CN104779181A CN 104779181 A CN104779181 A CN 104779181A CN 201410305675 A CN201410305675 A CN 201410305675A CN 104779181 A CN104779181 A CN 104779181A
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China
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water
chamber
freezed
semiconductor
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CN201410305675.7A
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横山昇
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

本发明涉及半导体制造装置以及半导体装置的制造方法，该半导体制造装置具备收容半导体基板的腔。真空部将腔内减压。加热部对半导体基板进行加热。在真空部中，通过将腔内减压而使附着于半导体基板的水分冻结。加热部对半导体基板进行加热而使在半导体基板冻结的水分升华。

Description

半导体制造装置以及半导体装置的制造方法
关联申请
本申请享受以日本专利申请2014-5065号(申请日：2014年1月15日)为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包括基础申请的全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及半导体制造装置以及半导体装置的制造方法。
背景技术
在半导体制造工艺中，作为湿法清洗后的干燥手法，频繁使用旋干或者IPA(Isopropyl Alcohol，异丙醇)干燥。但是，近年来，随着半导体装置的微细化的发展，期望形成具有高纵横比的沟槽。在形成具有高纵横比的沟槽的情况下，即使在湿法清洗之后执行以往的旋干或者IPA干燥，在沟槽内部也易于残留水。如果水在沟槽内部残留，则有时大气中的氧、水分以及硅反应，而生成水玻璃。水玻璃有可能成为使半导体装置的成品率以及特性恶化、损失半导体装置的可靠性的原因。
发明内容
本发明提供能够促进在半导体基板附着的水分去除的半导体制造装置以及半导体装置的制造方法。
半导体制造装置具备收容半导体基板的腔。真空部使腔内减压。加热部对半导体基板进行加热。在真空部中，通过使腔内减压而使附着于半导体基板的水分冻结。加热部对半导体基板进行加热而使在半导体基板中冻结的水分升华。
附图说明
图1是示出第1实施方式的半导体制造装置100的结构的一个例子的概略图。
图2(A)～图2(F)是示出半导体基板W的药液处理以及清洗处理的工序的图。
图3是水的相图。
图4(A)～图4(C)是示出在第1实施方式的半导体制造装置100中被处理的半导体基板W的情况的剖面图。
图5是示出第2实施方式的半导体制造装置200的结构的一个例子的概略图。
图6(A)～图6(E)是示出第2实施方式的半导体基板W的药液处理以及清洗处理的工序的图。
具体实施方式
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。本实施方式不限定本发明。
(第1实施方式)
图1是示出第1实施方式的半导体制造装置100的结构的一个例子的概略图。半导体制造装置100(以下还简称为装置100)是例如湿法清洗装置，是在使用药品处理了半导体基板之后，使用纯水而对半导体基板进行清洗的装置。
装置100具备腔10、处理槽20、氮供给部30、IPA供给部40、真空泵50、以及加热部60。腔10收容了处理槽20，能够将内部密闭并且抽真空。处理槽20能够收容半导体基板，为了对该半导体基板进行药液处理以及清洗处理而放入药液或者纯水。例如，在处理槽20中放入药液而对半导体基板进行了药液处理之后，将处理槽20内的药液替换为纯水，而对半导体基板进行清洗处理。另外，处理槽20也可以形成为能够收纳多个半导体基板的尺寸。在该情况下，装置100能够对多个半导体基板同时进行清洗处理(批量处理)。氮供给部30是为了向腔10内供给氮气而设置的。IPA供给部40是为了向腔10内供给IPA气体而设置的。真空泵50是为了将腔10内抽真空而设置的。加热部60是为了在处理槽20中对半导体基板进行了清洗之后，对该半导体基板进行加热而设置的。加热部60没有特别限定，使用例如电气加热、激光加热、电磁感应加热等而对半导体基板进行加热即可。另外，加热部60能够对腔10内的半导体基板进行加热即可，也可以设置于腔10的内部、或者也可以设置于腔10的外侧。
图2(A)～图2(F)是示出半导体基板W的药液处理以及清洗处理的工序的图。如图2(A)所示，首先，在将半导体基板W放入到处理槽20内而进行了药液处理之后，使半导体基板W浸渍于纯水。由此，对半导体基板W进行清洗。此时，腔10被空气充满。因此，在半导体基板W的清洗之后，如果单纯地捞起了半导体基板W的情况下，半导体基板W的硅、水以及氧反应而在半导体基板W的表面形成水玻璃(例如，水印)。
因此，在使半导体基板W浸渍于处理槽20内的纯水的状态下，如图2(B)所示，将腔10内的空气用氮置换。此时，打开氮供给部30的阀门而向腔10内导入氮气。
接下来，如图2(C)所示，打开IPA供给部40的阀门，向腔10内导入高温的IPA气体(IPA蒸气)。由此，腔10内被IPA气体充满。
接下来，如图2(D)所示，从处理槽20捞起半导体基板W。由此，半导体基板W的表面被暴露于腔10内的IPA气体的气氛中。利用IPA和水的表面张力之差，腔10内的IPA与半导体基板W的表面的纯水置换，而附着于半导体基板W的表面。即，在图2(A)～图2(D)中，执行IPA干燥处理。然而，在半导体基板W具有高纵横比的沟槽构造的情况下，有时IPA无法与沟槽的底部的纯水完全置换，而水分在沟槽的底部残留。
因此，如图2(E)所示，用真空泵50将腔10内抽真空(成为真空状态)。如果将腔10内抽真空，则由于绝热膨胀，腔10内的温度降低。由此，附着于半导体基板W的水分冻结(固化)。接下来，如图2(F)所示，加热部60对半导体基板W进行加热而使在半导体基板W中冻结的水分升华。即，在本实施方式中，并非通过使液体的水蒸发而使半导体基板W干燥，而是通过使固体的水升华为气体来使半导体基板W干燥。另外，加热部60也可以是向半导体基板W直接提供热的加热器，可以是通过向半导体基板W照射激光而加热的激光生成装置、或者通过电磁感应对半导体基板W进行加热的装置、以红外线灯或陶瓷加热器为热源的加热装置中的任意一个。
图3是水的相图。纵轴表示气压，横轴表示温度。如图3所示，在小于等于三相点(triple point)的气压中，水不作为液相(liquidphase)稳定地存在，而以固相(solid phase)或者气相(gaseous phase)存在。因此，真空泵50使腔10内的气压减压至小于等于水的三相点的气压。即，真空泵50将腔10内的气压减压到小于等于约0.00603atm。由此，残留于半导体基板W的水由于绝热膨胀而冻结(固化)。此时，水的状态处于图3的A1所示的区域。
加热部60对半导体基板W进行加热，从而使半导体基板W的温度从比水的升华曲线(sublimation line)低的温度迁移到比水的升华曲线高的温度。即，加热部60以使水的升华曲线从固相(区域A1)向气相(区域A2)通过的方式，对半导体基板W进行加热。此处，半导体基板W的加热使冻结了的水从固相(区域A1)向气相(区域A2)升华即可。因此，加热前后的半导体基板W的温度或者腔10内的温度也可以在小于等于273.16开氏温度的范围。或者，加热前后的半导体基板W的温度或者腔10内的温度也可以小于等于1atm的气压下的水的熔点。当然，半导体基板W也可以加热到大于等于273.16开氏温度。
由此，通过绝热膨胀而固化了的水分升华为气体。气化的水分经由真空泵50向腔10的外部排气。
之后，使腔10内的气压返回到大气压，将半导体基板W搬出。由此，药液处理以及清洗处理的工序完成。
这样，残留于半导体基板W的水分受到绝热膨胀以及加热，从固体升华为气体。由此，能够去除残留于半导体基板W的水分。
图4(A)～图4(C)是示出在第1实施方式的半导体制造装置100中处理的半导体基板W的情况的剖面图。半导体基板W是例如硅晶片。图4(A)示出如图2(D)所示将半导体基板W从处理槽20捞起时的半导体基板W的剖面图。在半导体基板W的表面，形成有高纵横比的沟槽TR。沟槽TR的开口宽度是例如约6～8μm，沟槽TR的深度是例如50μm。在形成例如超级结型功率MOSFET(MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等时使用这样的沟槽TR。
如图4(A)所示，即使在IPA干燥之后，也有时在高纵横比的沟槽TR的底部，残留水分WTr。水分WTr表示液相状态的水分。
图4(B)示出如参照图2(E)而说明的、将腔10内减压时的半导体基板W的剖面图。残留于半导体基板W的表面的水分通过绝热膨胀而冻结。WTs表示固相状态的水分。
图4(C)示出如参照图2(F)而说明的、加热时的半导体基板W的剖面图。冻结的水分WTs升华而成为气相状态的水分WTg。
如以上那样，根据本实施方式，装置100通过绝热膨胀使残留于半导体基板W的表面的水分冻结。进而，装置100通过对冻结的水分进行加热而升华。固相状态的水分不与氧以及硅反应，而不形成水玻璃。因此，在本实施方式中，能够通过使腔10内减压，将液相状态的水冻结为固相状态的水，尽可能抑制液相状态的水与氧和硅接触。由此，能够抑制在半导体基板W的表面生成水印等水玻璃。其结果是，装置100能够不损失可靠性地去除附着于半导体基板W的水分。
假如在IPA干燥处理中，不对减压气氛中的半导体基板W进行加热的情况下，冻结的水分原样地在沟槽TR的底部残存。因此，如果使腔10内的气压返回到大气压，则水分仍作为液相的水原样地残留于沟槽TR的底部而无法去除。
相对于此，在本实施方式中，在通过减压使半导体基板W的表面上的水分冻结之后，使之升华为气体。由此，水分从半导体基板W被去除，并且也不用担心气化的水分在半导体基板W上再冻结。
另外，对半导体基板W进行加热的定时也可以在对腔10内进行减压的定时之后、或者也可以在对腔10内进行减压的定时的同时。通过在腔10内的减压之后对半导体基板W进行加热，能够在使水分确实冻结了之后，使固相状态的水分升华。通过与腔10内的减压同时对半导体基板W进行加热，能够缩短干燥处理时间。
假如在使图4(A)所示的液相状态的水分WTr蒸发干燥了的情况下，有时在沟槽TR的底部形成水玻璃(水印)。在该情况下，存在如下担心：在进行了追加蚀刻时，水印成为掩模而无法按照期望的形状形成沟槽TR的底部。这有可能成为使半导体装置的成品率以及特性恶化、损失半导体装置的可靠性的原因。
相对于此，在本实施方式中，因为能够抑制在半导体基板W的表面生成水印等水玻璃，所以不会使半导体装置的成品率以及特性恶化，而能够维持半导体装置的可靠性。
(第2实施方式)
图5是示出第2实施方式的半导体制造装置200的结构的一个例子的概略图。半导体制造装置200(以下还简称为装置200)是例如湿法清洗装置，是在使用药品处理了半导体基板之后，使用纯水对半导体基板进行清洗的装置。装置100是批量式的处理装置，而装置200是单片式的处理装置。
装置200具备腔11、载置台12、冷却剂供给部21、药液供给部31、纯水供给部41、真空泵50、以及加热部60。腔11收容载置台12，能够将内部密闭并且抽真空。在载置台12上，为了对该半导体基板进行药液处理以及清洗处理，大致水平地搭载半导体基板。载置台12能够为了将药液甩掉而使半导体基板旋转。
冷却剂供给部21是为了在半导体基板上供给冷却剂而设置的。冷却剂是例如液体氮、冷却了的IPA等温度比水的熔点低的液体或者气体。药液供给部31是为了在半导体基板上供给药液而设置的。纯水供给部41是为了在半导体基板上供给纯水而设置的。能够利用表面张力来使这些冷却剂、药液以及纯水在半导体基板的表面上滞留。也可以根据需要，使这些冷却剂、药液以及纯水向半导体基板的表面连续地持续流过。
真空泵50以及加热部60的结构与第1实施方式中的那些结构相同即可。
图6(A)～图6(E)是示出第2实施方式的半导体基板W的药液处理以及清洗处理的工序的图。首先，将半导体基板W搭载于载置台12上，将腔11密闭。接下来，药液供给部31在半导体基板W上供给药液，对半导体基板W进行药液处理。接下来，纯水供给部41向半导体基板W上供给纯水。由此，对半导体基板W进行清洗。此时，腔11也可以用空气充满。其原因为，如图6(A)所示，半导体基板W的表面被纯水WTr覆盖，所以氧不到达半导体基板W的表面。即，也可以向腔11导入净化用的氮。
在半导体基板W的清洗之后，在半导体基板W的表面上任由纯水WTr滞留(将半导体基板W的表面用纯水包覆了的状态原样地)，冷却剂供给部21向半导体基板W供给冷却剂。冷却剂是如上所述，具有比水的熔点低的温度的液体或者气体。因此，通过向半导体基板W供给冷却剂，如图6(B)所示，半导体基板W上的纯水WTr冻结，成为固相状态的水WTs。
接下来，如图6(C)所示，真空泵50将腔11内抽真空(成为真空状态)。如果将腔11内抽真空，则由于绝热膨胀，腔11内的温度降低。此时，腔11内的气压成为小于等于水的三相点的气压。
接下来，如图6(D)以及图6(E)所示，加热部60对半导体基板W进行加热而使在半导体基板W中冻结的水分升华为气相的水(水蒸气)WTg。即，在第2实施方式中，也如图6(E)所示，并非通过使液体的水蒸发来使半导体基板W干燥，而是通过使固体的水升华为气体来使半导体基板W干燥。另外，腔11内的气压以及半导体基板W的温度如参照图3说明的那样。
气化了的水WTg被经由真空泵50向腔11的外部排气。之后，使腔11内的气压返回到大气压，将半导体基板W搬出。由此，药液处理以及清洗处理的工序完成。
这样，残留于半导体基板W的水分受到冷却、绝热膨胀以及加热，从固体升华为气体。由此，能够去除残留于半导体基板W的水分。
根据第2实施方式，装置200对包覆半导体基板W的表面的纯水进行冷却而使其冻结。进而，装置200通过对冻结的纯水进行减压以及加热而使之升华。因为使包覆半导体基板W的表面的纯水原样地冻结，所以氧不到达半导体基板W的表面。因此，在第2实施方式中，能够进一步抑制在半导体基板W的表面生成水印等水玻璃。在第2实施方式中，能够进一步得到与第1实施方式相同的效果。
另外，在第2实施方式中，在使包覆半导体基板W的表面上的纯水冻结之后，使之升华为气体。由此，也不用担心气化的水分在半导体基板W上再冻结。
另外，对半导体基板W进行加热的定时与第1实施方式同样地，也可以在对腔11内进行减压的定时之后、或者也可以在对腔11内进行减压的定时的同时。
另外，第1实施方式的装置100也可以是单片式装置。第2实施方式的装置200也可以是批量式装置。
虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提出的，不意在限定发明的范围。这些新的实施方式能够通过其它各种方式实施，能够在不脱离发明的要旨的范围内，进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围和要旨内，并且包含于权利要求书记载的发明和其均等范围内。

Claims (19)

1.一种半导体制造装置，其特征在于，具备：
腔，收容半导体基板；
真空部，将所述腔内减压；以及
加热部，对所述半导体基板进行加热，
通过所述真空部将所述腔内减压而使附着于所述半导体基板的水分冻结，
所述加热部对所述半导体基板进行加热而使在所述半导体基板冻结的水分升华。
2.根据权利要求1所述的半导体制造装置，其特征在于，
所述真空部对所述腔内进行减压，同时，所述加热部对所述半导体基板进行加热。
3.根据权利要求1所述的半导体制造装置，其特征在于，
所述真空部将所述腔内减压至小于等于水的三相点的气压，
所述加热部通过对所述半导体基板进行加热而使该半导体基板的温度从比水的升华曲线低的温度成为比水的升华曲线高的温度。
4.根据权利要求2所述的半导体制造装置，其特征在于，
所述真空部将所述腔内减压至小于等于水的三相点的气压，
所述加热部通过对所述半导体基板进行加热而使该半导体基板的温度从比水的升华曲线低的温度成为比水的升华曲线高的温度。
5.根据权利要求1所述的半导体制造装置，其特征在于，
所述真空部将所述腔内减压至小于等于水的三相点的气压，
所述加热部以使水的升华曲线从固相向气相通过的方式，对所述半导体基板进行加热。
6.根据权利要求2所述的半导体制造装置，其特征在于，
所述真空部将所述腔内减压至小于等于水的三相点的气压，
所述加热部以使水的升华曲线从固相向气相通过的方式，对所述半导体基板进行加热。
7.根据权利要求1所述的半导体制造装置，其特征在于，
所述真空部将所述腔内减压至小于等于0.00603atm的气压。
8.根据权利要求2所述的半导体制造装置，其特征在于，
所述真空部将所述腔内减压至小于等于0.00603atm的气压。
9.根据权利要求1所述的半导体制造装置，其特征在于，
还具备向所述腔内导入气化了的异丙醇的IPA供给部，
在所述腔内将所述半导体基板上的水分用异丙醇置换之后，所述真空部将所述腔内减压，从而使在所述半导体基板残存的水分冻结，
所述加热部对所述半导体基板进行加热而使在所述半导体基板冻结的水分升华。
10.根据权利要求2所述的半导体制造装置，其特征在于，
还具备向所述腔内导入气化了的异丙醇的IPA供给部，
在所述腔内将所述半导体基板上的水分用异丙醇置换之后，所述真空部将所述腔内减压，从而使在所述半导体基板残存的水分冻结，
所述加热部对所述半导体基板进行加热而使在所述半导体基板冻结的水分升华。
11.根据权利要求1所述的半导体制造装置，其特征在于，
还具备在所述半导体基板上供给使水冻结的冷却剂的冷却剂供给部，
通过在所述腔内在所述半导体基板上供给冷却剂，在将在该半导体基板上残存的水分冻结之后，所述真空部将所述腔内减压，
所述加热部对所述半导体基板进行加热而使在所述半导体基板冻结的水分升华。
12.根据权利要求2所述的半导体制造装置，其特征在于，
还具备在所述半导体基板上供给使水冻结的冷却剂的冷却剂供给部，
通过在所述腔内在所述半导体基板上供给冷却剂，在将在该半导体基板上残存的水分冻结之后，所述真空部将所述腔内减压，
所述加热部对所述半导体基板进行加热而使在所述半导体基板冻结的水分升华。
13.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，具备：
通过将收容半导体基板的腔内减压，使附着于所述半导体基板的水分冻结，
对所述半导体基板进行加热而使在所述半导体基板冻结的水分升华。
14.根据权利要求13所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
同时进行所述腔内的减压以及所述半导体基板的加热。
15.根据权利要求13所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述腔的内部被减压至小于等于水的三相点的气压，
所述半导体基板被从比水的升华曲线低的温度加热到比水的升华曲线高的温度。
16.根据权利要求13所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述腔的内部被减压至小于等于水的三相点的气压，
所述半导体基板被以使水的升华曲线从固相向气相通过的方式加热。
17.根据权利要求13所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述腔的内部被减压至小于等于0.00603atm的气压。
18.根据权利要求13所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
还具备在所述腔内将所述半导体基板上的水分用异丙醇置换，
在将所述半导体基板上的水分用异丙醇置换之后，将所述腔内减压，从而使在所述半导体基板残存的水分冻结，
对所述半导体基板进行加热而使在所述半导体基板冻结的水分升华。
19.根据权利要求13所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，
还具备在所述腔内在所述半导体基板上供给冷却剂，
在供给冷却剂之后，将所述腔内减压，
对所述半导体基板进行加热而使在所述半导体基板中冻结的水分升华。
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