晶圓制備工藝用清洗潔凈及環(huán)保新技術(shù)

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1、晶圓制備工藝用清洗潔凈及環(huán)保新技術(shù)1引言隨著特大規(guī)模集成電路（ULSI）的研發(fā)與生產(chǎn)，硅片（或稱晶圓、圓片、晶片）的線寬不斷減小，而晶圓直徑卻在不斷增大?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外ULSI制備中仍以200mm晶圓為主，預(yù)計(jì)到2007年后，300mm晶圓將占主導(dǎo)地位。原因是300mm晶圓的有效利用率較高，單位圓片的生產(chǎn)成本較低。在線寬不斷減小的同時(shí)，對(duì)晶圓質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，特別是對(duì)硅拋光片表面質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)格。這主要是由于拋光片表面的顆粒、金屬污染、有機(jī)物污染、自然氧化膜和微粗糙度等嚴(yán)重地影響著ULSI的性能和成品率

2、。因此，晶圓表面清洗就成為ULSI制備中至關(guān)重要的一項(xiàng)工藝[1-3]。目前半導(dǎo)體廠家廣泛使用的仍是RCA（美國(guó)無(wú)線電公司）清洗法。RCA清洗法是經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展才形成的，它對(duì)于線寬為0.25和0.3μm工藝尚能滿足要求，但對(duì)線寬為0.09～0.13μm工藝就需要改進(jìn)。另外，由于RCA清洗法大量使用化學(xué)試劑（如NH4OH，HCl，H2O2，H2O等），而大量使用高純度化學(xué)試劑將增加工藝成本，同時(shí)會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染，所以研發(fā)新穎的、合適的300mm晶圓清洗技術(shù)勢(shì)在必行。2傳統(tǒng)的濕法清洗和干法清洗技術(shù)2.1濕法清洗技術(shù)

3、2.1.1改進(jìn)的RCA清洗法RCA清洗法已成為多種前后道清洗的基礎(chǔ)工藝，目前大多數(shù)廠家使用了改進(jìn)的RCA法。最初的RCA法依靠溶劑、酸、表面活性劑和水，在不破壞圓片表面特征的情況下噴射、凈化、氧化、蝕刻和溶解圓片表面的污染物、有機(jī)物和金屬離子污染。而改進(jìn)的RCA法通過(guò)添加表面活性劑和HF，并采用稀釋RCA工藝來(lái)改善清洗效果。2.1.2稀釋化學(xué)法在改進(jìn)RCA清洗法的基礎(chǔ)上，對(duì)于1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)清洗液SC-1和2號(hào)標(biāo)準(zhǔn)清洗液SC-2的混合溶劑采用稀釋化學(xué)法，不但可以大量節(jié)省化學(xué)試劑和去離子水，而且SC-2混合溶劑中的H

4、2O2可以完全被清除掉。稀釋APMSC-2混合溶劑（1:1:50）能夠有效地從晶片表面去除顆粒和碳?xì)浠衔铮瑥?qiáng)烈稀釋HPM混合溶液（1:1:60）和稀釋氯化氫（1:100）在清除金屬時(shí)能像SC-2溶劑一樣有效。采用稀釋氯化氫（HCl）溶液的另一優(yōu)點(diǎn)是，在低HCl濃度下顆粒不會(huì)沉淀，因?yàn)閜H值在2～2.5范圍內(nèi)硅與硅氧化物是等電位的，pH值高于該點(diǎn)，圓片表面帶有網(wǎng)狀負(fù)電荷；低于該點(diǎn)，圓片表面帶有網(wǎng)狀正電荷。這樣當(dāng)pH值＞2～2.5時(shí)，溶液中的顆粒與硅表面均帶有相同的電荷，顆粒與硅表面之間形成靜電屏蔽，硅片在溶

5、液中浸泡期間受到屏蔽并阻止顆粒從溶液中沉積到硅表面。但當(dāng)pH值＜2時(shí)，硅片表面帶正電荷，而顆粒帶有負(fù)電荷，這樣就不致產(chǎn)生屏蔽效果。因此有效地控制HCl濃度，可以阻止溶液中顆粒沉積到圓片表面[4-5]。2.1.3單晶片清洗法因大直徑圓片清洗采用上述方法不易完成其清洗過(guò)程，故通常采用單晶片清洗法。清洗過(guò)程是在室溫下重復(fù)利用DI-O3與稀釋的氫氟酸（DHF）清洗液，臭氧化的DI水（DIH2O-O3）產(chǎn)生氧化硅，稀釋DHF蝕刻氧化硅，同時(shí)清除顆粒和金屬污染物。根據(jù)蝕刻和氧化要求，采用較短的噴淋時(shí)間就可獲得良好的清洗

6、效果，且不發(fā)生交叉污染。最后的沖洗可以采用DIH2O，亦可采用DIH2O-O3。為了避免水漬，可采用濃縮大量氮?dú)獾漠惐掖迹↖PA）進(jìn)行干燥處理。單晶片清洗具有比改進(jìn)的RCA清洗法更佳的效果，清洗過(guò)程中通常再循環(huán)利用DIH2O及DHF，以此來(lái)降低化學(xué)品的消耗量，同時(shí)提高圓片的成本效益。2.2干法清洗技術(shù)干法清洗采用化學(xué)氣相（CVD）法去除圓片表面污染物。CVD法主要有熱氧化法和等離子清洗法等，其工藝是將熱化學(xué)氣體或等離子態(tài)反應(yīng)氣體導(dǎo)入反應(yīng)室，使反應(yīng)氣體與圓片表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成的易揮發(fā)性反應(yīng)物就被真空抽

7、去。等離子清洗采用激光、微波或熱電離等措施將無(wú)機(jī)氣體激發(fā)到等離子態(tài)活性粒子，該活性粒子與表面分子反應(yīng)生成產(chǎn)物分子，后者進(jìn)一步解析形成氣相殘余物，從而脫離圓片表面。3IC芯片的清洗潔凈與環(huán)保新技術(shù)3.1氟化氫（HF）與臭氧槽式清洗法3.1.1方法原理及清洗步驟臭氧是空氣中氧分子受到高能量電荷激發(fā)時(shí)的產(chǎn)物，它的特性為不穩(wěn)定氣體，具有強(qiáng)烈的腐蝕性和氧化性。在常溫常壓下，臭氧的氧化還原勢(shì)比HCl和雙氧水都高，因此用臭氧超凈水去除有機(jī)物和金屬顆粒的效率比硫酸與過(guò)氧化氫混合液（SPM）、SC-2等傳統(tǒng)清洗法要高。另外，

8、臭氧超凈水清洗在室溫下進(jìn)行，且不需要進(jìn)行廢液處理，故比傳統(tǒng)的RCA清洗法具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。德國(guó)ASTEC公司按照此思路設(shè)計(jì)了一套基于HF與臭氧清洗以及干燥的方法，稱為ASTEC清洗法?，F(xiàn)該法廣泛用于300mm圓片清洗工藝中，主要使用DIH2O、HF與臭氧。此外，根據(jù)工藝需要可適當(dāng)加入表面活性劑，也可配合使用兆聲波進(jìn)行清洗，即兆聲清洗。使用ASTEC清洗法大大減少了DIH2O和化學(xué)試劑的用量，同時(shí)既簡(jiǎn)化了清洗步驟