[发明专利]用于产生包括其中溶解有氨气的去离子水的导电液体的系统和方法

说明书

描述了用于将氨气溶解在去离子水中的系统和方法。该系统包括去离子水源和气体混合设备，该气体混合设备包括用于接收氨气的第一入口、用于接收输送气体的第二入口以及用于输出包括氨气和输送气体的气体混合物的混合气体出口。该系统包括接触器，该接触器接收去离子水和气体混合物并产生其中溶解有氨气的去离子水。该系统包括与接触器的至少一个入口流体连通的用于测量去离子水的流速的传感器，以及与传感器通信的控制器。控制器基于由传感器测量的去离子水的流速和预定的电导率设定点来设定氨气的流速。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月11日提交的美国临时申请No. 62/420,953的权益，该临时申请通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本申请一般地涉及在半导体器件的制造期间的湿法清洁操作中采用的系统和方法。特别地，本申请涉及用于产生和输送具有期望的浓度的NH₃以供在半导体制造工艺中使用的去离子水的系统和方法。

背景技术

去离子水（“DI水”）和超纯水（在本文中可互换地使用）通常在半导体器件制造工艺中使用，用于冲洗或湿法清洁操作。然而，在半导体制造工艺中使用诸如DI水的基本上不导电的液体可能促使电荷在晶片的表面上的累积。这在利用旋转晶片工具的制造工艺中尤其是问题，因为由晶片和用于清洁操作的DI水之间的接触产生的电渗作用可能导致电荷累积和最终的静电放电事件。这些放电事件可能损伤或甚至破坏晶片上的结构，或导致污染物或不期望的颗粒附着到晶片上。

现有系统已经寻求通过使用导电清洁液体在湿法清洁操作期间减少晶片上的电荷累积。例如，可以将诸如二氧化碳（CO₂）的气体溶解在DI水中以产生碳酸去离子（“DI-CO₂”）水。

用导电DI-CO₂水冲洗可以避免晶片表面上的电荷累积，并且在保持器件完整性的同时允许基本上无损伤的清洁。CO₂具有由于蒸发而基本上不留下固体残余物的进一步的优势，这在半导体加工中是重要的。然而，DI-CO₂水的酸性足以使其可以不期望地蚀刻掉酸敏感材料，诸如铜和钴，所述材料通常用于晶片制造的后端制程（back end of line）（“BEOL”）阶段中。

另一种方法使用氨（“NH₃”）代替CO₂。通过将NH₃溶解在DI水中，可以产生具有显著低于DI-CO₂的蚀刻速率的碱性溶液，以供在湿法清洁操作中使用。

NH₃可以作为浓缩溶液或作为气体来提供。由于NH₃在DI水中的高溶解度，在其气相中使用NH₃导致NH₃完全吸收到DI水中。然而，NH₃气体与DI水的如此易反应的，使得当NH₃的流速足够低时，存在去离子水将流回到NH₃气体供应管线和流回到NH₃阀中的高风险。这可能导致严重的控制问题，因为充气阀和填充有水的相同阀之间的阀的流动特性是很大不同的。因此，在这样的条件下，特别是当在制造过程的正常过程中必须不时中断气体流量时，保持NH₃气体稳定流入到DI水中，这是困难的。

一些系统已经寻求代之以通过使用中空纤维膜系统来将以基本恒定的流速供应的气体溶解到具有不同流速（例如，在1 L/分钟和10 L/分钟之间）的DI水中，来避免与精确控制NH₃气体的流速相关联的挑战。虽然这些系统可以在某些条件下输送具有稳定导电性的液体，但是它们通过保持90％或更高的液体的饱和度来这样做，这需要将过量的NH₃和其他气体供应到膜系统。这不仅是经济上的缺点，而且还需要离开系统的未溶解的废气的处理中的附加的努力，并增加以NH₃污染环境空气中的风险。