半導(dǎo)體工藝-晶圓清洗

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1、晶圓清洗摘要：介紹了半導(dǎo)體IC制程中存在的各種污染物類型及其對(duì)IC制程的影響和各種污染物的去除方法,并對(duì)濕法和干法清洗的特點(diǎn)及去除效果進(jìn)行了分析比較。;c1{2u5g)G??x/f)`9d關(guān)鍵詞：濕法清洗；RCA清洗；稀釋化學(xué)法；IMEC清洗法；單晶片清洗；干法清洗.Q#t,~6g6f&j8P/?中圖分類號(hào)：TN305.97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1003-353X(2003)09-0044-0481前言半導(dǎo)體IC制程主要以20世紀(jì)50年代以后發(fā)明的四項(xiàng)基礎(chǔ)工藝（離子注入、擴(kuò)散、外延生長(zhǎng)及光刻）為基礎(chǔ)逐漸發(fā)展起來(lái)，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(guò)程中，如果遭到塵粒、金屬的污

2、染，很容易造成晶片內(nèi)電路功能的損壞，形成短路或斷路等，導(dǎo)致集成電路的失效以及影響幾何特征的形成。因此在制作過(guò)程中除了要排除外界的污染源外，集成電路制造步驟如高溫?cái)U(kuò)散、離子植入前等均需要進(jìn)行濕法清洗或干法清洗工作。干、濕法清洗工作是在不破壞晶圓表面特性及電特性的前提下，有效地使用化學(xué)溶液或氣體清除殘留在晶圓上之微塵、金屬離子及有機(jī)物之雜質(zhì)。　'O(O&o6r7[$o6S3R!X2污染物雜質(zhì)的分類8?.X8k$Y1y+['F5^)%f"dIC制程中需要一些有機(jī)物和無(wú)機(jī)物參與完成，另外，制作過(guò)程總是在人的參與下在凈化室中進(jìn)行，這樣就不可避免的產(chǎn)生各種環(huán)境對(duì)硅片污染的情況發(fā)生。根據(jù)污染物發(fā)生的

3、情況，大致可將污染物分為顆粒、有機(jī)物、金屬污染物及氧化物。??C$a:E&t5[6B3v-~2.1顆粒,@/e&~,I/

4、#C$R&@#R'H+X8n&l6U4D&@顆粒主要是一些聚合物、光致抗蝕劑和蝕刻雜質(zhì)等。通常顆粒粘附在硅表面，影響下一工序幾何特征的形成及電特性。根據(jù)顆粒與表面的粘附情況分析，其粘附力雖然表現(xiàn)出多樣化，但主要是范德瓦爾斯吸引力，所以對(duì)顆粒的去除方法主要以物理或化學(xué)的方法對(duì)顆粒進(jìn)行底切，逐漸減小顆粒與硅表面的接觸面積，最終將其去除。#V-I!`1D8l(U2@/j.V8U2.2有機(jī)物0~&@6d)p"]-B-R4

5、.T!W+h-W!T+w#f%L有機(jī)物雜質(zhì)在IC制程中

6、以多種形式存在，如人的皮膚油脂、凈化室空氣、機(jī)械油、硅樹脂真空脂、光致抗蝕劑、清洗溶劑等。每種污染物對(duì)IC制程都有不同程度的影響，通常在晶片表面形成有機(jī)物薄膜阻止清洗液到達(dá)晶片表面。因此有機(jī)物的去除常常在清洗工序的第一步進(jìn)行。;x0?+F:t-K'?2.3金屬污染物??`*z:C3S"}5^6[.b0yIC電路制造過(guò)程中采用金屬互連材料將各個(gè)獨(dú)立的器件連接起來(lái)，首先采用光刻、蝕刻的方法在絕緣層上制作接觸窗口，再利用蒸發(fā)、濺射或化學(xué)汽相沉積（CVD）形成金屬互連膜，如Al-Si，Cu等，通過(guò)蝕刻產(chǎn)生互連線，然后對(duì)沉積介質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）。這個(gè)過(guò)程對(duì)IC制程也是一個(gè)潛在的污染過(guò)程

7、，在形成金屬互連的同時(shí)，也產(chǎn)生各種金屬污染。必須采取相應(yīng)的措施去除金屬污染物。1b%J8s2G7f2.4原生氧化物及化學(xué)氧化物*r5y!G&b']0d7~硅原子非常容易在含氧氣及水的環(huán)境下氧化形成氧化層，稱為原生氧化層。硅晶圓經(jīng)過(guò)SC-1和SC-2溶液清洗后，由于雙氧水的強(qiáng)氧化力，在晶圓表面上會(huì)生成一層化學(xué)氧化層。為了確保閘極氧化層的品質(zhì)，此表面氧化層必須在晶圓清洗過(guò)后加以去除。另外，在IC制程中采用化學(xué)汽相沉積法（CVD）沉積的氮化硅、二氧化硅等氧化物也要在相應(yīng)的清洗過(guò)程中有選擇的去除。*]5`.J&`6A%}1T7N3清洗方法分類I;Q*L4c${%u,J$h&N"P4{$@+V3.

8、1濕法清洗%U*W;X*Y*X0o1Y&n+f3E濕法清洗采用液體化學(xué)溶劑和DI水氧化、蝕刻和溶解晶片表面污染物、有機(jī)物及金屬離子污染。通常采用的濕法清洗有RCA清洗法、稀釋化學(xué)法、IMEC清洗法、單晶片清洗等.3.1.1RCA清洗法??p(m&k({7T;A)Y最初，人們使用的清洗方法沒(méi)有可依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)化。1965年，RCA（美國(guó)無(wú)線電公司）研發(fā)了用于硅晶圓清洗的RCA清洗法，并將其應(yīng)用于RCA元件制作上。該清洗法成為以后多種前后道清洗工藝流程的基礎(chǔ)，以后大多數(shù)工廠中使用的清洗工藝基本是基于最初的RCA清洗法。3k8E+{#E#y2E5g&k&典型的RCA清洗見表1。RCA清洗法

9、依靠溶劑、酸、表面活性劑和水，在不破壞晶圓表面特征的情況下通過(guò)噴射、凈化、氧化、蝕刻和溶解晶片表面污染物、有機(jī)物及金屬離子污染。在每次使用化學(xué)品后都要在超純水（UPW）中徹底清洗。以下是常用清洗液及作用。8T(S+O+S9M2D/a（1）Ammoniumhydroxide/hydrogenperoxide/DIwatermixture(APM;NH4OH/H2O2/H2Oat65～80℃).APM通常稱為SC1清洗液，其配方為：NH