硅片清洗技術(shù)第五講本節(jié)課主要內(nèi)容SiO,的成核生長。F激活m俘獲超凈化+Si3N4鈍化保護(hù)苯社吸雜和非本征吸雜隙原子+體缺陷硅片背面髙濃度摻雜，淀積多晶硅Piranha,RCA(SC—1,SC—2),HF:H2O硅片清洗濕法清洗物理清洗于法清洗：氣相化學(xué)職I濤驟堿金屬“PS其他金屬：——大密度本節(jié)課主要內(nèi)容征吸雜和非本凈化級別髙效凈化Thebottomlineischipyield.“Bad”diemanufacturedalongside“good”die.Increasingyieldleadstobetterprofitabilityinmanufacturingchips.雜質(zhì)種類：顆粒、有機(jī)-*強(qiáng)氧化物、金屬、天然氧化層HF:DIH2Or器件：少子壽命i,vv改變，ioni凈化的必要性l<dT個’柵擊穿電壓丄，可維丄電路：產(chǎn)率電路性能__凈化的三個層次，環(huán)境、硅片清洗、吸雜?三道防線：/環(huán)境凈化(cleanroom)/硅片清洗(wafercleaning)/吸4(gettering)lr1、空氣凈化FromIntelMuseumOOMIMIMI10PmiklcSizeHinn凈化級別：每立方英尺空氣中含有尺度大于0.5pm的粒子總數(shù)不超過X個。(/?J=OJip-=SJ15。LParticleDiameter(iuii)Class0-1030.55.0135311035030101003001001,000L000710,00010,00070100.000100,000700髙效過濾排氣除塵20~22°C40?46%RH纖多：他小璃的膜顆附玻成濾大吸細(xì)構(gòu)過濾電粒超維孔過靜顆泵循環(huán)系統(tǒng)■由于集成電路內(nèi)各元件及連線相當(dāng)微細(xì)，因此制造過程屮，如果遭到灰塵、金屬的污染，很容易造成芯片內(nèi)電路功能的損壞，形成短路或斷路，導(dǎo)致集成電路的失效！在現(xiàn)代的VLS［工廠屮，75%的產(chǎn)品率下降都來源于硅芯片上的顆粒污染。例1.—集成電路廠產(chǎn)量=1000片/周X100芯片/片，芯片價格為$50/芯片，如果產(chǎn)率為50%，則正好保本。若要年贏利$10,000,000,產(chǎn)率增加需要為$lxl071000x100x$50x52_3'8%年開支=年產(chǎn)能為1億3千萬1000X100X52X$50X50%=$130,000,000產(chǎn)率提髙3.8%，將帶來年利潤1千萬美元!PnrticlpsContaminantsmayconsistofparticles,organicfilms(photoresist),heavymetalsoralkaliions.＞風(fēng)（2①0TgOu(mi>Isr(iuH><H\H<J<>\MO、<\t\tIT(Wc/Qm^+2?ii例3.MOSDRAM的刷新時間對重金屬離子含量TV,的要求(7=10~15

cm2，v"尸107

cm/s若要求t^=100|is，則A^IO12cm=0.02ppb!當(dāng)/^=10nni,0Vf=6,5X10"cm*2(slOppm)時，AVf/j=0.1外來雜質(zhì)的危害性例2.MOS闕值電壓受堿金屬離子的影響顆粒粘附所有可以落在硅片表面的都稱作顆粒?！觥鲱w粒來源空氣一人體，設(shè)備\化學(xué)品特殊設(shè)計及材料定期清洗超純化學(xué)品去離子水風(fēng)淋吹掃、防護(hù)服、面罩、手套等，機(jī)器手/人C超級凈化空氣3各種可能落在芯片表面的顆粒?粒子附著的機(jī)理：靜電力，范德華力，化學(xué)鍵等?去除的機(jī)理有四種：1氧化分解2溶解3對硅片表而輕微的腐蝕去除4粒了和硅片表面的電排斥?去除方法：SC-1,megasonic（超盧清洗）Fe，Cu,Ni金屬的玷污影響：在界面形成缺陷，影響器件性能，成品率下降增加p-n結(jié)的漏電流，減少少數(shù)載流子的壽命來源：化學(xué)試劑，離子注入、反應(yīng)離子刻蝕等工藝?:?量級：1010

原子/cm2不同工藝過程引入的金屬污染金屬雜質(zhì)沉淀到硅表面的機(jī)理-通過金屬離子和硅表面終端的氫原子之間的電荷交換，和硅結(jié)合。（難以去除）-氧化時發(fā)生：硅在氧化時，森質(zhì)會進(jìn)入去除方法：使金屬原子氧化變成可溶性離子氧化M?

r

Mz++ze'還原去除溶液：SC-LSC-2（H2O2：強(qiáng)氧化劑）有機(jī)物的玷污IK來源：?環(huán)境屮的有機(jī)蒸汽?存儲容器?光刻膠的殘留物去除方法：強(qiáng)氧化-臭氧干法—Piranha：H2SO4-H2O2-臭氧注入純水然氧化層(NativeOxide)在空氣、水中迅速生長帶來的問題：接觸電阻增大難實(shí)現(xiàn)選擇性的CVD或外延成為金屬雜質(zhì)源難以生長金屬硅化物清洗工藝：HF+H2O(ca.1:50)有機(jī)物/光刻膠的兩種清除方法：前端工藝（FEOL）的清洗尤為重要注意：高溫工藝過程會使污染物擴(kuò)散進(jìn)入硅片或薄膜2、硅片清洗SPM：sulfuric/peroxidemixtureH2SO4(98%):H2O2(30%)=2:W:1光刻膠分解為CO,+H,O(適合于幾乎所有肴機(jī)碭)氧等離子體干法刻蝕：把光刻膠分解為氣態(tài)co2+h,o（適用于大多藪髙分子膜）RCA——標(biāo)準(zhǔn)清洗21oii-可以氧化有機(jī)膜和金屬形成絡(luò)合物緩慢溶解原始氧化層，并再氧化NH4OH對硅有腐蝕作用OH'可以去除顆粒RCAcleanis“standardprocess"usedtoremoveorganics,heavymetalsandalkaliions.SC-1(APM,AmmoniaPeroxideMixture):NH4OH(28%):H2O2(30%):DIH2O=l:l:5~1:2:770?80°C，lOmin滅性(pH值＞7)IB[IB2728&耵Qi2n鈷鎳銅鋅4746Cd銀鎘IOT?RTUL4179AuUs金去Our-行于硅片表而的聲壓波使粒子浸潤，然后溶液擴(kuò)散入界面，最后粒子完全浸潤，并成為懸浮的自由粒子。RCA與超聲波振動共同作用，可以有更好的去顆粒作用20?50kHz念右。可以將堿金屬離子及AP+、FP+和Mg2+在SC-1溶液中形成的不溶的氫氧化物反應(yīng)成溶于水的絡(luò)合物可以進(jìn)一步去除殘留的重金屬污染（如Au）23機(jī)器人自動清洗機(jī)________清洗容器和載體24SC1/SPM/SC2______-石英（Quartz）或Teflon容器HF__-優(yōu)先使用Teflon,其他無色觀料容器也行。硅片的載體___-只能用Teflon或石英片架清洗設(shè)備超聲清洗噴霧淸洗洗刷器轉(zhuǎn)動刷''堉洗溶液或去;離子水濟(jì)洗濕法清洗?傳統(tǒng)RCA濕式化學(xué)清洗技術(shù)(wetchemicalcleantechnology)仍是主導(dǎo)H前深亞微米工藝的淸洗過程，只是在SC1和SC2混合溶液方面作了些微小的改變，所有化學(xué)品的純度也比早期提高很多，純度從10_6提高到10_9，而高純度的氣體及純水也比以前改進(jìn)很多，因此在微粒、金屬雜質(zhì)及有機(jī)污染的去除效果方面有很大的進(jìn)展。濕式化學(xué)清洗站(wetchemicalstation)，從早期的手動方式(manualtyp)發(fā)展到H前全自動電腦控制，供酸、換酸系統(tǒng)也發(fā)展?成為自動化控制。濕式清洗程K2K?濕式清洗程序(wetcleanrecipes)主要仍以RCA清洗程序為主，對其經(jīng)過改良以適用于IJLSI工藝及高溫爐擴(kuò)散前清洗，并開發(fā)

出多種清洗應(yīng)用程序，如擴(kuò)散前清^(prediffusionclean｝，柵極氧化前清洗(Pre—gateclean)和化學(xué)氣相沉積前清洗(Pre—CVDclean)等o29?1.RCA清洗程序?RCA清洗是采用SC1(APM)+SC2(HPM)化學(xué)清洗液進(jìn)行清洗，主要去除微粒、金屬雜質(zhì)及有機(jī)污染，但不將晶片浸在HF槽中去除自然氧化物或氧化層。?常用的RCA清洗程序如表所示：常用的RCA清洗程序302快連沖洗70XI70t16Mfinn5min16MO16MD-cttiSC1+超聲振蕩通后洗洙_超聲搛蕩十#（下墜應(yīng)流旋干技術(shù)或IPA技木）?為了要清除殘留在晶片上的光刻膠及有機(jī)物，在標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗程序中多增加了硫酸清洗，如spm/som（spm=h，so4+h，o，，som=h.so4+o3）這樣的清洗程序稱為穴良式RCA清洗。清洗程序如表所示：改良式RCA清洗程序1274快速沖飭怏速沖洗快床沖汰SPM/SOMSC2120°C70T70TtOoiinlb'ctnSCI+禎產(chǎn)梅碑十燥（下墜度浼斿干技水或IPA技術(shù)）16殳后洗滌5超聲棖角?RCA清洗常被用來作為CVD沉積前清洗和不必去除自然氧化物的清洗工藝，若需去除氧化層上的金屬雜質(zhì)則使用改良式RCA清洗程序，將晶片短暫浸蝕在DHF中，刻蝕氧化層的表層，以去除氧化層上的金屬雜質(zhì)。A式清洗程序?A式清洗也是一種改良式的RCA清洗，與前面清洗程序的差別為在SC1和SC2清洗之間再加一個步驟:將晶片在SCI清洗后短暫浸人DHF(1%—5%HF)，以去除自然氧化物及沉積在氧化層上的金屬雜質(zhì)，其清洗程序如表所示：^5A式清洗程序A式清洗是早期工藝技術(shù)（3Mm以上）中常用的清洗程序，由于晶片經(jīng)SCI清洗去除微粒后，要再浸人DHF，

這會產(chǎn)生新的微粒污染，所以在ULSI工藝中，不再使用A式清洗，而由B式清洗所取代。B式清洗程序^6?B式清洗也是-種改良的RCA淸洗，主要是在SPMiff洗后，將晶片浸人DHF槽以去除氧化層或fl然氧化物，然后再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的RCA清洗。清洗程序如表所示：^7B式清洗程序SPM快途沖洗DHJ*快速沖洗SC1快速沖洗SC2快運(yùn)沖洗T燥?B式清洗程序的微粒、金屬雜質(zhì)去除效果比A式淸洗好，已取代A式清洗程序成為主要的濕式化學(xué)清洗程序。DHF中的浸蝕時間根據(jù)去除氧化層的厚度而定，并需考慮氣化層刻蝕的均勻度。B式清洗常被用來作為柵極氧化層前清洗，因此需特別注意清洗后有源區(qū)(activeArea)的潔凈度、微粒、金屬雜質(zhì)、有機(jī)污染、n然氧化物和表面微粗糙度等。這種清洗程序也常被用來作為墊層氧化(padoxide)及場區(qū)氧化(fieldoxide)前清洗和離子注人后清洗。HF終結(jié)B式清洗?當(dāng)工藝技術(shù)精進(jìn)到0.5|im以下吋，柵極氧化層的厚度己降低到10nm以下，在B式清洗后化學(xué)氧化形成的一層薄氧化物會影響柵極氧化層的品質(zhì)。為了避免薄氧化物的產(chǎn)生，發(fā)展了HF終結(jié)B式清洗，其程序如表所示：40HF終結(jié)B式清洗程序12345SC167DHFto1112快速帳D1LF快速沖洗供述SC2砟洗快沖洗干燠為了避免第9步DHF浸蝕時產(chǎn)生新的微粒，有許多清洗工藝將這一步的改為FPM(HF+H2O2咸HF+1PA，以去除微粒及金屬雜質(zhì)、改良表面微粗糙度金屬前清洗41?濺射金屬前清洗的目的，主要是將接觸孔刻蝕后殘留在接觸孔側(cè)壁（sidewall的聚合物polymer）及接觸孔底層的自然氧化物去除干凈，以利于金屬濺鍍時形成良好的接觸，使接觸電阻降低。晶片經(jīng)SPM清洗可去除附在接觸孔側(cè)壁的聚合物等有機(jī)污染，為了使BHF容易潤濕接觸孔的小洞，有效地將自然氧化物去除干凈，通常在BHF屮加人表面活性劑。其清洗程序如表所示：4212?4156快速!》找BHF=快S沖洗1I干j#清洗后的晶片應(yīng)避免暴露在空氣中，以免接觸孔底層又產(chǎn)生自然氧化物而影響金屬與接觸孔的接觸電阻，所以應(yīng)立即放人金屬濺射機(jī)內(nèi)，快速完成金屬濺鍍。在如需等待金屬濺鍍，清洗后的晶片需存放在N2氣柜內(nèi)，若等待時間超過4小時，則晶片需要重新清洗。重洗不得超過兩次，否則，接觸孔的小洞受BHF浸蝕將變大或變形而造成接觸孔破裂，從而影響線路，造成接觸孔橋接短路，影響器件的可靠性。SPM清洗4_)?在前面己經(jīng)討論硫酸清洗去除光刻膠及其清洗配方。這里主要討論P(yáng)SG、BFSG或全面離子注入(blanketimplant)后的清洗。在磷硅玻璃或硼磷硅玻璃沉積后，SPM清洗的主要目的是將玻璃沉積后析出表面的磷玻璃及硼玻璃溶于硫酸，以消除表面的磷斑點(diǎn)或硼斑點(diǎn)。因為磷、硼玻璃的吸水性較強(qiáng)，沉積后的磷硅玻璃或硼磷硅玻璃放置在空氣中，硼斑點(diǎn)或磷斑點(diǎn)將吸收空氣屮的水氣形成磷酸或硎酸，使沉積后的晶片表面形成斑點(diǎn)的污染源，其反應(yīng)式如下:B2O3+3H2O—2H3BO3?P2O5+3H2O^2H3PO444123456SPM快速沖洗SCL快速沖洗最后洗濟(jì)T燦同時沉積后的PSG或BPSG經(jīng)髙溫致密化及回流后，也會析出成分為P2OS及B2O3的一層很薄的透明結(jié)晶玻璃，需經(jīng)硫酸清洗以溶去磷、硼玻璃。在全面離子注人的過程中，雖然晶片表面沒有光刻膠覆蓋，但晶片表面在離子注人時也會沉積一層聚合物，因此，需通過硫酸清洗去除這層有機(jī)物污染。SPM清洗后，晶片表面會有微粒產(chǎn)生，因此常在SPM清洗后再加上SC1清洗以去除微粒。其清洗程序如上表所示。濕式化學(xué)清洗工藝技術(shù)45?在濕式化學(xué)清洗工藝技術(shù)中，主要有三種不同形式的清洗機(jī)臺，各種機(jī)臺有其不同的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)注意考查的標(biāo)準(zhǔn)，下面對各種清洗設(shè)備說明如下，以供參考。浸洗式化學(xué)清洗站?這種化學(xué)淸洗技術(shù)已經(jīng)完全厲十自動化控制，操作員只耍將欲淸洗的品片連M晶舟放fi在清洗站的輸入端(inputstage)即可進(jìn)行清洗。為了增加產(chǎn)量，、般均設(shè)計兩個晶舟，每個晶舟可裝25片品片。如晶片不足，則用偽片補(bǔ)滿或平均分配，使兩個晶舟裝有相同的晶片數(shù)，以便兩邊負(fù)承平衡。這樣，在旋千時，才小會肉負(fù)承個平衡導(dǎo)致旋干機(jī)振動造成碎片或產(chǎn)生微粒。若fflIPA十燥法進(jìn)行十燥可個必考慮到平衡的間題。操作員根據(jù)流程*t記錄的所需潔洗程序，在電腦匕選定要清洗的程卬后，按下動，機(jī)械+即開始按照設(shè)定的清洗R序執(zhí)行淸洗的工藝，逐槽清洗到脫水于燥。清洗完成后，機(jī)械丁J'l動將潔洗后的晶片傳送到輸出端(outputstage)，然后發(fā)出信號告訴操作員將貨卸下、一般化學(xué)酸槽非常龐大，在X些比較&雜的設(shè)計中，全套RCA或B式淸洗.工藝Jt有5個化卞槽，6個去離子純水洗滌?，長S超過30英尺、它的最大缺點(diǎn)為占用而積大。這種白動化學(xué)淸洗站一般都設(shè)計有小型號及獨(dú)立的排氣系統(tǒng)，而機(jī)械手為后罝式(rearmount)的，機(jī)械尹在傳送晶片從1站開始按照淸洗程序逐槽沾洗，到第12站沽洗千燥后會_動吏換晶舟。清洗程序討簡述如下：47-①巾央控制系統(tǒng)及晶片輸人端:操作員將欲淸洗的品片及品舟收在品舟白動轉(zhuǎn)換器上，將晶片從塑料晶舟轉(zhuǎn)換到耐酸的特氟龍或石英晶舟后，操作員在電腦控制系統(tǒng)選定淸洗程序并按卜動鍵。機(jī)械手即開始將品舟提吊到程序設(shè)定的酸槽，徐徐浸人第2站酸槽。?②每一站均有兩個槽，一個為化學(xué)酸槽(chemicaltank),另一個力純水洗滌糟。在化學(xué)酸槽淸洗后，機(jī)械手將品片傳送到洗滌梏將化7殘酸洗除千凈后，冉傳送到第3、4、5、6、12站等。?③安裝前置式的機(jī)械手，即機(jī)械手如裝S在前而并4操作員M向吋，容易造成機(jī)器手臂傷人的怠外事件，為安全考慮，機(jī)械手常為后罝式的，?④酸槽化學(xué)濃度的校準(zhǔn):所有的酸槽都是JT?放式的，在酸B內(nèi)的化學(xué)酸會因加熱蒸發(fā)、分解而影響到酸的濃度及各成分的混合比例，因此，需要用滴定法來檢驗酸濃度的變化，并添加新的化學(xué)品，以保持酸槽內(nèi)濃度及比例的穩(wěn)定。浸洗式化學(xué)清洗站的功能和優(yōu)缺點(diǎn)4K*(1)軟件功能(softwarecapability)*在整座a動化酸槽系統(tǒng)中，各種淸洗參數(shù)均能利用軟件設(shè)定程序，以達(dá)到自動控制，如;■1)換般吋鬧(chemicalchange}?②泥含溶液比例(chemicalratio]?③醇槽溫度(lankternperatuive)?④清洗時l'Hj(cleaningprocesstime)*⑤醋槽濃度(chemicalconcentration)?⑥洗滌時間(rinsetime)?⑦清洗阻值(rinseresislivity)?⑧機(jī)械手操作(robotoperation)?⑨預(yù)贊系統(tǒng)(aliirnisystem)49?(2)清洗功能(recipecapabilities)?可設(shè)定多種清洗程序避免晶片間的“交互污染”，即將冇?摻雜(doped)及無摻雜(nondoped)的晶片分開在不同的酸槽系統(tǒng)內(nèi)清洗，主要清洗程序有以下幾種：?①RCA清洗程序。?②B式清洗程序。?③柵極氧化前清洗程序。?④HF終結(jié)B式清洗程序。?⑤無HF酸B式清洗程序。?⑥SPM清洗程序?⑦金屬前清洗程序。5(}?(3)優(yōu)點(diǎn)?①節(jié)省化學(xué)品用量:每一個化學(xué)槽換酸后，約可清洗12—24h或以清洗的晶片批數(shù)作為換酸的依據(jù)。若連續(xù)淸洗，則每片晶片清洗化學(xué)品的費(fèi)用和成本較低。?②連續(xù)清洗，提高了設(shè)備的利用率:換酸完畢，酸槽需預(yù)熱約1h才可進(jìn)行清洗，連續(xù)清洗時每10—15min可放入兩個晶舟(50片晶片)進(jìn)行清洗。51?⑷缺點(diǎn)?這種清洗系統(tǒng)酸梢內(nèi)的化學(xué)品的潔什嗖，隨荇済洗晶片數(shù)的增加逐漸臟污K金W和有機(jī)雜質(zhì)易沉積在梢內(nèi)而造成污染。另外，晶片是通過機(jī)械手移動來實(shí)現(xiàn)逐槽清洗的，機(jī)械P的移動會產(chǎn)生很多微粒。同時，機(jī)械手暴露在化學(xué)蒸氣環(huán)境屮，易受腐蝕而影響到機(jī)械手的可信度，機(jī)械+的異常會造成晶片報廢及產(chǎn)生生產(chǎn)不安企因者，如機(jī)器乎臂傷人、攛破石英槽、手臂斷裂、破片等。微粒的控制及氧化的刻蝕率不穩(wěn)定、不均勻。如將8英寸的晶片浸在DHF酸槽中去除氧化層吋，下端先人后出，而上端后人先出，且晶片拉出液而時DHF山上往下流，將造成刻蝕的不均勻。隨著晶片尺十的變大，這些問題史為突出。該淸洗系統(tǒng)的缺點(diǎn)為：52?①體積龐大，占用昂貴的凈化室。?②換酸后的準(zhǔn)備時間長，影響產(chǎn)能。?③價格昂貴，系統(tǒng)復(fù)雜，維修困難。?④酸槽溶液越洗越臟。?⑤洗滌槽的用水量多。?⑥開放式加熱酸槽使酸槽內(nèi)的溶液濃度、比例隨時在變。?⑦清洗工藝不穩(wěn)定。?⑧機(jī)械手易造成意外事件。2.噴洗式單箱化學(xué)清洗機(jī)(spraychemicalcleaningprocessor)S3?這種淸洗方式是將品片放在淸洗槽內(nèi)的轉(zhuǎn)盤k，新鮮的済洗用化學(xué)洛液經(jīng)N2加扭、通過噴洗tt(spraypost)均勻噴淋在品片1:作為化學(xué)消洗及超純水洗滌，轉(zhuǎn)盤按照淸洗程序所設(shè)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，根裾不M的淸洗循環(huán)(cycle)H動變化，以達(dá)到最佳的淸洗效果。每一循壞結(jié)束后，噴洗后的化學(xué)酸立即排出，所以毎次淸洗吋都是用新鮮、潔凈的化學(xué)酸噴洗，不像浸洗式化學(xué)酸槽中的酸易受污染、以英WFSI公uH殳計的多座式噴洗機(jī)為例，潔洗過程中竚先用加壓N:將化學(xué)罐(chemicalcanister)內(nèi)的清洗用化學(xué)溶液壓出并經(jīng)由清洗腔中央的噴洗柱與超純水均勻棍合到配方的比例，然A5嗩洗旋轉(zhuǎn)中轉(zhuǎn)盤上的晶片，如圖所示。按照程序設(shè)定的順序，不同的化學(xué)淸洗溶液依W噴洗品片。在改換化學(xué)溶液金，化學(xué)管路(elreinicdUtbing｝，噴洗柱和ii7洗捫需用超純水洗滌干凈，以避免“交互污染”jfi水54--項tl釁)u袢出u?tu（c）u*FSI公司生產(chǎn)的化學(xué)噴洗機(jī)剖面圖?淸洗槽需用超純水洗滌干凈，以避免“交污染”。下ffll所示為FSI公拊生產(chǎn)的化學(xué)噴洗機(jī)的化學(xué)溶液管路圖。在最后純水洗滌(finalrinse)后,轉(zhuǎn)盤高速旋轉(zhuǎn)，利用高速離心力、伯努利原理及頂蓋上的加熱.器(blanketheater)，將清洗后的晶片烘干，為了徹底清洗晶片邊緣靠近淸洗槽側(cè)壁的化^殘留物，裝在側(cè)壙1:的純水洗滌噴洗忡從側(cè)喂噴洗品片，如閣2所示。*次m洗循環(huán)(cleaningcycle)約為2030min,清洗的晶片片數(shù)根據(jù)晶片的大小及淸洗程嚇的不M而不同。這種潔洗設(shè)備而積很小，不像整座化學(xué)清洗站要占用龐大昂貴的凈化室而積，以卜為噴洗式化學(xué)清洗機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：?①設(shè)備占用的凈化室而積較小。?②清洗產(chǎn)能髙。?③清洗循環(huán)吋間短。?④使用新鮮、純凈的清洗用化學(xué)品。?⑤淸洗后品片表面的微粒少，小于0.1/cm2?⑥金屬雜質(zhì)含量低，小于1010atoms/cm3?⑦工藝省水、省化學(xué)品。LSO(w:L-■■■y"■:■■■■r■」嘴妓鄉(xiāng)咖么職及H蠛厲律―:、么靖0._敝、_■HF2研1--一為Df圖1FSI公司生產(chǎn)的化學(xué)噴洗機(jī)化學(xué)溶液管路圖57圖2化學(xué)噴洗機(jī)中央及側(cè)壁噴洗柱（spray-post＞透視圖?這種笮槽噴洗式的化學(xué)淸洗機(jī)也冇多種淸冼功能，可設(shè)定很多淸洗裎序，N■應(yīng)用在以下工藝中：?(1)清洗?①擴(kuò)散前清洗。?②柵極氧化前淸洗。?③外延前淸洗(preEPIclean)。?④化學(xué)氣相沉積前清洗。?⑤H化前淸洗(pryaxidationclean)?(2)清除(stripping)?①光刻膠的清除。?②鈦嵐化鐵金屬的清除(Ti/TiNstripping)。?③多晶硅的清除(pnlysiliconstripping)?(3)刻蝕.?①WSi的刻蝕(wsietching)。?②Si3N4的刻蝕(nitrideetching)?③

SiO2的刻蝕(oxideetching)o?<4)特殊?①化學(xué)機(jī)械研磨后淸洗(PostCMPdean)?②晶片的回4^(waferreclaim)3，密閉容器化學(xué)清洗系統(tǒng)59?這種化學(xué)請洗技術(shù)是將品片放在密閉單容器(singleenclosedvessel)的淸洗腔內(nèi)，按照設(shè)定的淸洗程汴，通人個同的淸洗用化7:洛液沽洗晶片，超純水清洗殘留的化學(xué)酸液后，通人IPA使晶片脫水干燥。整個清洗1:藝均在“標(biāo)準(zhǔn)態(tài)”的密閉綷器內(nèi)進(jìn)行，個同于浸洗式化學(xué)清洗站和噴洗式的化學(xué)清洗機(jī)，晶片的清洗過程在半真空狀態(tài)卜進(jìn)行，晶片表面不接觸空氣，所以能減少微粒污染、提離晶片表面的潔凈度。?清洗前，品片經(jīng)動品舟轉(zhuǎn)換器放入有溝slotted)的密閉容器內(nèi)，操作員選定清洗程序并將程序下載到系統(tǒng)的電肭控制站(computercontroller),按卜73動鍵。系統(tǒng)幵始按照設(shè)定的淸洗程卬，依次將+同的清洗用化學(xué)溶液通人密閉祥器清洗品片，隨通人超純水洗滌品片和容器。與達(dá)到設(shè)定的附值后再通人第二種化學(xué)溶液進(jìn)行淸洗和排出。再通人超純水洗滌，按照程序沒定的順序來完成潔洗。在切換不冋的清洗用化學(xué)溶液時，用超純水沖洗晶片及容器洗滌殘留的化學(xué)品，以避免不同化學(xué)溶液間交互污染。在最后超純水洗滌后，通人IPA將殘留的水分排除，然后通人N2,利用IPA蒸發(fā)、表面張力及分？力原理，將晶片及容器脫水干燥。卜‘圖為全流式密閉容器的淸洗工藝閣6()全流式密閉容器清洗工藝圖?這種全流式密閉中.容器化學(xué)淸洗系統(tǒng)的設(shè)計非常簡屮和新穎，iiT冼腔的體積較小，以50片8英寸品片的抨器為例，體積約為浸洗式化學(xué)淸洗的1/5因此，清洗用化學(xué)品和純水的川坫和成本比化學(xué)淸洗酸梢嬰低很多，而且清洗用化學(xué)溶液呵密閉到清洗容器內(nèi)，不易揮發(fā)和分解，溶液濃度及比例均可以保持穩(wěn)定不變，毎批晶片的潔洗條仲均相NJ。此外，每批品片均用新鮮和潔凈的化學(xué)溶液清洗，金屬和有機(jī)雜質(zhì)較低。金流式密閉單容器化學(xué)清洗系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)；?①化學(xué)溶液用量少。-②可減少超純水的用量，全流設(shè)計使洗滌效率較高。?③減少丫廢氣、廢水排放量.?④系統(tǒng)簡笮、價格低、維修容易。?⑤使用的均為新鮮和純凈的化學(xué)溶液。?⑥晶片表面微粒少且無水痕，而且刻蝕均勻度較高。?⑦淸洗用化學(xué)溶液的濃?、純度、比例穩(wěn)定，每批品片的沽洗條件均相同，?⑧淸洗準(zhǔn)備吋間短，不必等待換酸。?⑨清洗程序功能多、?⑩程序設(shè)定簡秘，轉(zhuǎn)換較快。物理清洗技術(shù)62?物理清洗技水主要是利用物理原理來淸洗晶片，而不使用任何化學(xué)品進(jìn)行處理。這種清洗技術(shù)主要是去除微粒的污染，最常用的清洗方法是通過刷洗、超聲波振蕩，高壓噴洗及高壓氣體噴洗將附著在晶片表面的微粒去除于凈，減少因微粒污染而造成的缺陷，提高成品率及器件的品質(zhì)和可靠性。自前，根據(jù)以上的物理作用所設(shè)計的清洗S備有刷洗機(jī)(scrubber)和冷凍噴霧清洗機(jī)兩種。物理清洗技術(shù)主要應(yīng)用在去除工藝誘發(fā)的微粒污染，如刻蝕、離子注人、化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積工藝后附著在晶片表面的微粒。刷洗機(jī)63?這種刷洗機(jī)的設(shè)計主要是利用特殊有彈性和低污染的特氟龍刷）在高速旋轉(zhuǎn)的晶片表而來回刷洗，同時用超純水洗滌晶片表面將微粒沖洗干凈，刷洗程序可設(shè)定為單面或雙面刷洗.下圖所示為DSN公司生產(chǎn)的SS一W629—B刷洗機(jī)。這種設(shè)備有多功能的設(shè)計，為了提高微粒的去除效果，有自動刷洗、高壓刷洗，超聲波刷洗三種選擇配合刷洗程序進(jìn)行清洗。刷洗機(jī)對微粒的去除效果與Mil洗系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系，刷子詠材料、結(jié)構(gòu)和形狀也會影響微粒的去除效果。晶片經(jīng)過刷洗去除晶片表面及背面的微粒污染，在工藝上有很多扶點(diǎn):①提升產(chǎn)品合格率。②降低散焦不合格率。③提髙生產(chǎn)線的潔凈度①防止微粒的再沉積。⑤純水刷洗沒有化學(xué)反應(yīng)的影響。65氏溫冷凍后噴射出來冷羱拉4主、這種冷凍1噴洗技由于膨脹吸熱形成Ar粒了，可通過與N2的混合比來控制Ar粒丫的大小，髙速Ar粒子噴洗、撞擊晶片表面，可將附著在晶片表面的微粒去除下凈。這種冷凍噴寫淸洗技術(shù)應(yīng)用在反應(yīng)離戶刻蝕后晶片的淸洗，對T藝誘發(fā)的殘留微粒和雜質(zhì)的去除效果非常好。尤其3金W連線刻蝕M，AI金屌側(cè)壁所殘留的聚合物，金W線或金W屑及側(cè)明糶臺物吸附的刻蝕氣體殘留的C12或氯化物(chlorides)等很難用有機(jī)溶劑去除于凈，采用這種物理清洗技水「4有效去除這些污染物。避免形成金誠橋接短路及殘留鋱化物水解而造成金W腐蝕等不良缺陷，提高產(chǎn)品的成品率、品質(zhì)及可靠性。在冷凍噴霧的物理淸潔技術(shù)中，高速的冷凍Ar粒子噴射在晶片表面I時具有很尚的動能和動S。將攛擊附宥在晶片表面的各種污染物。同時，島速粒子掩擊時會產(chǎn)牛熱效應(yīng)，p?利H1不同材質(zhì)熱膨脹系數(shù)的差異使附著在側(cè)壁卜的殘留物剝落并脫離衣rfU減少金屬腐蝕的缺陷。提萵產(chǎn)品的成品率:如閣3所$可以看到，金屬刻蝕后，側(cè)壁殘留有大量的不純物1如圖3(a)所示，清洗側(cè)壁及表面非常潔凈L如圖3(b)所示。這說明經(jīng)冷凍噴窠清洗后，側(cè)壁殘留物可以被完令清除干汴.66?金屬腐蝕實(shí)驗表明冷凍噴霧淸洗對抑制、減少金屬腐蝕的效果比濕式清洗有明顯的改善，圖4所示比較了冷凍噴霧清洗和濕式清洗對金屬腐蝕的影響“，冷凍噴霧淸洗的個屬腐蝕約為濕式清洗的十分之一。冷凍噴霧清洗可應(yīng)用在任何刻蝕工藝后的清洗，如多1晶硅柵極氧化層刻蝕、氧化物刻蝕、接觸孔及走線孔刻蝕后的清洗，能有效地去除刻蝕后殘留卜來的有機(jī)和無機(jī)副產(chǎn)品及不純物、抑制刻蝕G的化學(xué)反應(yīng)，使刻蝕后的圖形和線路更清晰、潔凈，提尚產(chǎn)品的成品率。67圖3金屬刻蝕后，側(cè)壁殘留物冷凍噴洗前后比較圖4冷凍噴霧清洗與濕式清洗對金屬腐蝕的影響比較濕法清洗的問題6K對硅造成表面腐蝕較難燥化學(xué)廢物的處理和先進(jìn)集成工藝的不相容69?為解決這些問題，開發(fā)了許多替代的清洗技術(shù)，干式清洗技術(shù)(drycleantechnology)即是其中之一，但仍無法今収代濕式化學(xué)清洗技術(shù)。一般，晶片可在濕式化學(xué)清洗后，再利用干式清洗技術(shù)去除晶片表面碳?xì)浠衔锏扔袡C(jī)雜質(zhì)及自然氧化物以確保晶片表面的潔凈度，使后續(xù)1:藝的薄膜沉積(例如多晶走線通孔沉積和外延層沉積)能達(dá)到品品質(zhì)。干式清洗技術(shù)主要是應(yīng)用氣相化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行潔洗。在常溫或低溫下，利用等離了‘體(plasma)、射頻(radiofrequency)或輻射(radiation)提升化學(xué)反應(yīng)的活化能，增加對晶片表而的清洗能力。:要清洗技術(shù)70?HF/H2O蒸氣清洗技術(shù)?HF/H2O蒸氣清洗技術(shù)是利用N2作為載氣，將HF帶人低壓的蒸氣反應(yīng)腔內(nèi)，同時通人水蒸氣，HF/H2O混合蒸氣將與放在反應(yīng)腔內(nèi)的硅片表面的氧化層發(fā)生反應(yīng)。HF蒸氣在水蒸氣的催化助長下與SiO2反應(yīng)生成SiF4氣體，經(jīng)抽氣系統(tǒng)排出，同時用超純水洗滌，將晶片表而刻蝕后的殘留不純物及金屬雜質(zhì)清洗去除，使硅片表面成為非常潔凈的、無微粒和A然氧化層的表面。71?在這種氣相干式清洗系統(tǒng)中，除了HF氣體外，還可通人其他氣體，如HC1,02/03等作為去除有機(jī)物及金屬雜質(zhì)的氣體。這種清洗技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是在真空下淸洗晶片，使晶片表面沒有氧化物、水痕、微粒和較低的金屬及有機(jī)物污染，純水及化學(xué)品的用S少。該技術(shù)可用于客晶硅沉積及金屬濺射前的接觸孔的清洗，可有效地降低接觸孔的接觸電阻。此外，還可用于去除金屬刻蝕后殘留的雜質(zhì)和側(cè)壁聚合物等不純物，如圖所示為金屬刻蝕后，干式蒸氣清洗前后的比較。金屬刻蝕后，干式蒸氣清洗前后的比較73?紫外線/臭氧干洗技術(shù)?紫外線沒氣干洗技術(shù)(UV/O3dryclean)，將02通人flK的蒸/(反內(nèi)，紫外線的能量使氣分子分解成具有強(qiáng)氣化能力的初生態(tài)O和C}}，進(jìn)而將有機(jī)碳?xì)浠衔餁饣僧愜迵]發(fā)性的化合物，由抽氣系統(tǒng)排出。這種方法可有效地將晶片表面的有機(jī)物質(zhì)去除干凈。另外，也可通人HF蒸氣將晶片表面的fl然氧化物去除干凈，或通人IPA(C3H7OH)、N2和C12以去除金屬雜質(zhì)，如圖所示為美郎MS公司制造的SP—200蒸氣反應(yīng)室的結(jié)構(gòu)閣‘，反應(yīng)室內(nèi)有紫外燈UV—lamp和紅外燈(1Rlamb)以提供光化學(xué)反應(yīng)所耑的能源。這種紫外線干式潔洗技術(shù)可淸除有機(jī)不純物、金W雜質(zhì)及H然氧化物，使品片表面M有非常卨的潔凈度，避免后續(xù)L藝的薄膜沉積中品片衷而微粒和+純物的污染。74SMS公司生產(chǎn)的SP—200蒸氣反應(yīng)室結(jié)構(gòu)圖Ar等離子體干洗技術(shù)?Ar等離了體F洗技術(shù)(Arplasmadyclean)是采用氛等離F體濺射和轟擊表而以達(dá)到清洗口的，主要是應(yīng)用在金屬濺鍍前走線孔的清洗，去除走線孔底部的自然氧化物和走線孔刻蝕后殘留在側(cè)壁及晶片表面的有機(jī)聚合物雜質(zhì)，以免造成金屬腐蝕。因為此時的晶片h已經(jīng)沉積了第一層金屬,所以不能使用濕式化學(xué)清洗工藝。一般，金屬物理氣相沉積系統(tǒng)中都有這種內(nèi)部濺射淸洗的功能，Ar等離戶體f洗T藝應(yīng)適當(dāng)調(diào)整Ar離子的能量，以免高能量的Ar離了轟擊使晶片表而受損造成微粒污染。76其它方法半例Shockwavefront2.5rm2.5cm3、吸雜77把重金屬離子和堿金屬離子從有源區(qū)引導(dǎo)到不重要的區(qū)域。器件正面的堿金屬離子被吸雜到介質(zhì)層（鈍化層），如PSG、Si3N4硅片中的金屬離子則被俘獲到體硅中（本征吸雜）或硅片背面（非本征吸雜）7K10l(?T751sano鉈鉛祕針aK3920220bkSrB擴(kuò)散系數(shù)大f容易被各種機(jī)械缺陷和化學(xué)陷阱區(qū)域俘獲忑于咚元SIT*；S膠子邏硅中深能級雜質(zhì)nnH-t锫托姚ni&Kivbv.3

廠巳杭（SRH中心）tCN砌碳蓺氧氣10,BUl^.CIl!€,⑽Fl氤做f錦1314IS17郵鋁硅磷硫氯KB2^::Lmix^4：：.■^■525.U331&E34邊GaGeAsSetr鎵鍺砷ffi溴59,72372.^1FC.9EZ79.4^50SI&2&3鋼錫w碲碘i]<%1is.plizi.T&iar.eoiB&kIkM族F權(quán)VAVIAIIA丄1be裡被&.M1氏0:21112Nr鈉鎂：2^X：i.3C1930KOa鉀鈣I3LG9:：i：1.\體怯釩鉻錳鐵鈷錁銅釘4-j鋪45鄰RhPd砧詫杷銀IIX-.1143107.r.Cl

5j.E1E5L3^f5<9Z6E5.i：|75B.33Z5L[■?]5:.[HU3三恥4142-^■|44SrNLMeKu餓鈮ffit4訂HLIti*此OslrFtAg

zig給祖鈣錸鋨銥鉑金殺KISrT蜘Wf乙打，4切蒔，抝““55