集成電路制造工藝

--清洗技術(shù)單位：江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院微電子教研室第九章潔凈技術(shù)潔凈設(shè)備清洗技術(shù)潔凈技術(shù)等級標(biāo)準(zhǔn)純水制備本章要點第九章潔凈技術(shù)潔凈設(shè)備清洗技術(shù)潔凈技術(shù)等級標(biāo)準(zhǔn)純水制備本章要點§9.3清洗技術(shù)沾污可能來源影響顆粒設(shè)備、環(huán)境、氣體、去離子水、化學(xué)試劑氧化層低擊穿、成品率低，圖形有缺陷有機殘余物室內(nèi)空氣、光刻膠、容器、化學(xué)試劑柵極氧化物耐壓不良，氧化速率改變，CVD膜和氧化膜產(chǎn)生偏差金屬離子設(shè)備、化學(xué)試劑、反應(yīng)離子刻蝕、人柵極氧化膜耐壓劣化，造成氧化層擊穿、PN結(jié)反向漏電增大、少數(shù)載流子壽命縮短、閾值電壓偏移自然氧化層環(huán)境濕氣、去離子水沖洗柵氧化層耐壓劣化、外延層質(zhì)量變差、接觸電阻增大、硅化物質(zhì)量差清洗要求制造年代20032004200520062007200820092010201220132015技術(shù)要點hp90hp65hp45hp32DRAM1/210090807065575045353225晶圓直徑/mm300450顆粒直徑/nm5045403532．528.52522.517.51612.5顆粒數(shù)/個5975976480546886155195155GOl表面金屬5.0×109（原子/cm2）其它表面金屬1.0×1010（原子/cm2）表面碳素（原子）/cm21.8×10131.6×10131.4×10131.3×10131.2×10131.0×10130.9×1013清洗的原則去除硅片表面的污染物。溶液應(yīng)具有高氧化能力，可將金屬氧化后溶解于清洗液中，同時將有機物氧化為CO2和H2O等物質(zhì)；防止被除去的污染物再向硅片表面吸附。這就要求硅片表面和顆粒之間存在相斥作用。典型的清洗順序序號清洗液去除物質(zhì)溫度條件化學(xué)試劑濃度1SC-3去除光刻膠、有機物（和金屬）125℃NH4OH：29%H2O2：30%HCl：37%H2SO4：98%HF：49%NH4F：40%HNO3：67～70%2去離子水洗去SC-3溶液室溫3SC-1去除顆粒80～90℃4去離子水洗去SC-1溶液室溫5SC-2去除金屬80～90℃6去離子水洗去SC-2溶液室溫7DHF漂去自然氧化物室溫8去離子水洗去HF溶液室溫9甩干保持硅片表面無殘留溶液殘渣和水痕室溫濕法清洗：RCA清洗、超聲波清洗、兆聲波清洗干法清洗：等離子體清洗、氣相清洗、UV/O3清洗束流清洗清洗的方法RCA清洗常用的化學(xué)清洗液清洗液化學(xué)成分分子結(jié)構(gòu)清洗溫度/℃清除的對象SC-1（APM）氨水、過氧化氫、純水NH4OH/H2O2/H2O20-80顆粒、有機物SC-2（HPM）鹽酸、過氧化氫、純水HCl/H2O2/H2O20-80金屬SC-3（SPM）硫酸、過氧化氫H2SO4/H2O280-150金屬、有機物DHF氫氟酸純水HF/H2O20-25氧化膜2利用SC-1清洗液去除顆粒，同時去除部分有機物和金屬3利用氫氟酸（HF）或稀氫氟酸（DHF）清洗，去除表面氧化層4使用SC-2清洗液去除硅片表面的鈉、鐵、鎂等金屬沾污1利用SC-3清洗液在120～150℃清洗10min左右，去除有機物和部分金屬RCA清洗順序超聲波清洗超聲波清洗時，在強烈的超聲波作用下，機械振動傳到清洗槽內(nèi)的清洗中，使清洗液體內(nèi)交替出現(xiàn)疏密相間的振動，疏部產(chǎn)生近乎真空的空腔泡，當(dāng)空腔泡消失的瞬間，其附近便產(chǎn)生強大的局部壓力，使分子內(nèi)的化學(xué)鍵斷裂，因此使硅片表面的雜質(zhì)解吸。清洗常用的超聲波為20-40kHz清洗效果好，操作簡單，對于復(fù)雜的器件和容器也能清除，但該法也具有噪音較大、換能器易壞的缺點。兆聲波清洗兆聲波清洗也是利用聲能進行清洗，但其振動頻率更高，約為850kHz，輸出能量密度為2～5W/cm2，僅為超聲波清洗能量密度的1/50。兆聲波清洗是由高能頻振效應(yīng)并結(jié)合化學(xué)清洗劑的化學(xué)反應(yīng)對硅片進行清洗的。在清洗時，由換能器發(fā)出波長為1μm頻率為0.8兆赫的高能聲波。溶液分子在這種聲波的推動下作加速運動，最大瞬時速度可達到30cm/s。旋轉(zhuǎn)噴淋法旋轉(zhuǎn)噴淋法是指利用機械方法將硅片以較高的速度旋轉(zhuǎn)起來，在旋轉(zhuǎn)過程中通過不斷向硅片表面噴液體（高純?nèi)ルx子水或其它清洗液）而達到清洗硅片目的的一種方法。該方法利用所噴液體的溶解（或化學(xué)反應(yīng)）作用來溶解硅片表面的沾污，同時利用高速旋轉(zhuǎn)的離心作用，使溶有雜質(zhì)的液體及時脫離硅片表面，這樣硅片表面的液體總保持非常高的純度。同時由于所噴液體與旋轉(zhuǎn)的硅片有較高的相對速度，所以會產(chǎn)生較大的沖擊力達到清除吸附雜質(zhì)的目的。等離子清洗該法具有工藝簡單、操作方便、沒有廢料處理和環(huán)境污染等問題。等離子體去膠是指在反應(yīng)系統(tǒng)中通入少量的氧氣，在強電場作用下，使低氣壓的氧氣產(chǎn)生等離子體，其中活化氣（或稱活潑的原子態(tài)氣）占有適當(dāng)比例，可以迅速地使光刻膠氧化成為可揮發(fā)性氣體狀態(tài)被機械泵抽走，這樣把硅片上的光刻膠膜去除掉。等離子去膠操作方便、去膠效率高、表面干凈、無劃傷、硅片溫度低等優(yōu)點，有利于確保產(chǎn)品的質(zhì)量。它不用酸、堿及有機溶劑等，成本低，又不會造成公害等，因此受到人們重視，在生產(chǎn)中已逐步采用。氣相干洗氣相清洗是指利用液體工藝中對應(yīng)物質(zhì)的氣相等效物（如去氧化物的HF）與硅片表面的沾污物質(zhì)相互作用而達到去除雜質(zhì)目的的一種清洗方法。HF氣相干洗技術(shù)成功地用于去除氧化膜、氯化膜和金屬后腐蝕殘余，并可減少清洗后自然生長的氧化膜量。一種方法是在常壓下使用HF氣體控制系統(tǒng)的濕度。另一種方法是在低壓下使HF揮發(fā)成霧。UV／O3清洗是指在氧存在的情況下，使用來自水銀石英燈的短波紫外線照射硅片表面，這是一種強有力的去除多種沾污的清洗方法。臭氧是非常強的氧化物質(zhì)。可氧化有機沾污，如含碳的分子。此方法用于SC-I/SC-2/HF-H2O2之后，氧化工藝之前，可改善氧化層質(zhì)量。UV／O3清洗效果明顯，不用化學(xué)品，無機械損傷，之后無需干燥。如何改進清洗技術(shù)——SC1清洗技術(shù)的改進降低NH4OH組成比例兆聲波清洗添加表面活性劑加入HF，控制其pH值SC-1加入絡(luò)合劑清洗技術(shù)的改進—DHFHF+H2O2清洗DHF+表面活性劑清洗DHF+陰離子表面活性劑清洗清洗技術(shù)的改進—ACD

在標(biāo)準(zhǔn)的AC清洗中，將同時使用純水、HF、O3，表面活性劑與兆聲波清洗技術(shù)的改進—單片式處理開發(fā)多品種