《集成电路工艺原理》实验一 清洗

1、 PAGE 3实验一 清 洗概述随着硅片关键尺寸的持续缩小，对晶圆表面质量的要求也越来越高；表面的颗粒、金属沾污、有机物和自然氧化层、微粗糙度等都将会严重影响器件的成品率和进入下一步工艺的品质。在制造过程中，几乎每道工序都涉及到清洗；集成度越高，制造工序越多，所需的清洗工序也越多。贯穿整个ULSI制造工艺，单个硅晶圆需要清洗上百次，晶圆表面的清洗就成为了半导体生产中至关重要的环节。清洗领域目前占统治地位的硅片表面清洗方法是湿法工艺，工业标准湿法清洗工艺是RCA清洗工艺，由SC-1和SC-2化学溶液组成。第一步，标准清洗-1（SC-1）应用水，过氧化氢和氨水的混合溶液的组成，从5:1:1到7:2

2、:1变化，加热温度在7585之间。SC-1去除有机残余物，并同时建立一种从晶片表面吸附金属的条件。在工艺过程中，一层氧化膜不断形成又分解。 第二步，标准清洗-2（SC-2）应用水，过氧化氢和盐酸，按照6:1:1到8:2:1的比例混合的溶液，其工作温度为7585之间。SC-2去除碱金属离子，氢氧根及复杂的残余金属。它会在晶片表面留下一层保护性的氧化物。在结合RCA溶液清洗产生了新的湿法工艺，兆声波清洗是其中之一。兆声清洗采用接近MHz的超声能量，利用气穴现象和声流，在更低的温度下（30）实现了更有效的颗粒去除。兆声清洗可以清除亚微米的污染且不会出现超声清洗诱生的蚀损斑。随着新材料如高K介质和金属

3、栅电极的引入，以及关键尺寸的紧缩，需要多重选择性刻蚀的化学溶液，在大批量生产的湿法制程中需要对高稀释的多组分清洗化学剂进行实时监控，精确、快速地分析各组分成分和浓度以达到更好的成品率控制。其中光谱法和电阻分析法多用于单组分解决方案，而滴定法具有高精度和稳定性，但对于实时监控却显得过于缓慢；现在采用了一种近红外光谱法（NIR）进行分析，这种超低噪音的NIR分析法可以探测高稀释溶液光谱变化，采用的多通道技术可吸收多个组分光谱，并解析多个方程式以得到准确的结果，分析仪可同时监控组分浓度和工艺参数。半导体器件尤其是先进的存储器件尺寸的紧缩，要求更有效的表面预处理工艺实现高的纵横比接触，刻蚀后残渣的去除

4、工艺以避免接触和通孔内光阻残留问题，另外金属层间绝缘层使用混合电介质，需采取适当的刻蚀速率避免氧化物层出现“凹槽”或“阶梯”。传统的刻蚀后与金属沉积前表面预处理工艺包括BOE刻蚀等，但这些都存在预处理能力（选择比）的局限；通过实验，采用新型的非水溶媒的混合化学溶液对于掺杂和非掺杂氧化物膜来说，都被证明有较好的处理效果。在半导体生产工艺中，需要大量的超纯水来清洗晶片。保证水纯度的高质量对制造厂来说非常重要，可以防止晶片上的超微结构被损坏。目前，国内晶圆厂不断增加，而技术上也将导入更先进的工艺，如何面对晶圆越来越苛刻的表面质量要求并提升成品率，将是众多晶圆制造厂面对的课题，清洗这一焦点话题将持续引

5、起广泛兴趣，依托半导体国际这一平台，越来越多的厂家可以此分享清洗领域的经验和先进技术。实验目的本实验目的：在学习和掌握清洗工艺原理的基础上，通过实验操作对清洗工艺流程有一个深刻地认识，掌握清洗工艺中各个操作步骤，了解芯片产生沾污的原因和解决方法。实验内容氧化层的去除1. BOE液的配制氢氟酸（浓度49 %）：氟化氨（浓度40%）=1:5 工艺流程 BOE液以水浴方式加热至35, 恒温后（约需1h左右）把硅片放入。以表面不沾水即可（约4分钟），一般为每分钟为200nm,根据情况而定。在去离子水中反复冲洗（至少10次）, 去除多余的酸。2. 光刻胶的去除3#液的配制双氧水（浓度30%）：浓硫酸（浓

6、度96%）=1:3 工艺过程把3#液加热为120左右，放入硅片，510分钟后取出。清洗后在去离子水中反复冲洗（至少10次），去除多余的酸。实验原理1.硅片的化学清洗工艺原理硅片经过不同工序加工后，其表面已受到严重沾污，一般讲硅片表面沾污大致可分为三类：1). 有机杂质沾污：可通过有机试剂的溶解作用，结合超声波清洗技术去除；2). 颗粒沾污：运用物理的方法采用机械擦洗或超声波清洗技术来去除粒径 0.4 m颗粒，利用兆声波可去除 0.2 m颗粒；3). 金属离子沾污：必须采用化学的方法才能清洗其沾污，硅片表面金属杂质沾污有两大类： a. 一类是沾污离子或原子通过吸附分散附着在硅片表面； b. 另一

7、类是带正电的金属离子得到电子后附着（尤如“电镀”）到硅片表面。 硅抛光片的化学清洗目的就在于要去除这种沾污，一般可按下述办法进行清洗去除沾污。1). 使用强氧化剂使“电镀”附着到硅表面的金属离子氧化成金属，溶解在清洗液中或吸附在硅片表面； 2). 用无害的小直径强正离子（如H+）来替代吸附在硅片表面的金属离子，使之溶解于清洗液中；3). 用大量去离子水进行超声波清洗，以排除溶液中的金属离子。2.常见的化学清洗A.硫酸：一种常见的清洗溶液是热硫酸添加氧化剂。它也是一种通常的光刻胶去除剂。在90125的范围中，硫酸是一种非常有效的清洗剂。在这样的温度下，它可以去除晶片表面大多数无机残余物和颗粒。添

8、加到硫酸中的氧化剂用来去除含碳的残余物，化学反应将碳转化成二氧化碳，后者以气体的形式离开反应池。 B.硫酸和过氧化氢。过氧化氢和硫酸混合制成一种常见的清洗液，用于各个工艺过程之前，尤其是炉工艺之前晶片的清洗。它也可用作光刻操作中光刻胶的去除剂。在业内，这种配方有多种命名，包括Carro酸和Piranha刻蚀（Piranha是一种非洲的食人鱼）。后者证明了这种溶液的进攻性和有效性。 一种手动的方法是在盛有常温的硫酸容器中加入30%（体积）的过氧化氢。在这一比例下，发生大量的放热反应，使容器的温度迅速地升到了110130的范围。随着时间发展，反应逐渐变慢，反应池的温度也降到有效范围内。这时，往反应池中添加额外的过氧化氢或者不再添加。因为往反应池中不断添加最终会导致清洗效率降低。这是因为过氧化氢转化为水，从而使硫酸稀释。实验步骤1. 认真阅读实验手册，在实验老师指导下，实地了解实验中要用到的实验设备、仪器，化学清洗液。包括恒温水浴箱、烧杯、硫酸、氢氟酸、过氧化氢等，了解上述设备仪器及溶液的使用方法和注意事项，严格按照操作流程进行操作，了解并确定实验中要用到的各种工艺条件； 2. 各