集成电路制造工艺 课件 9.3 清洗技术

集成电路制造工艺

--清洗技术单位：江苏信息职业技术学院微电子教研室第九章洁净技术洁净设备清洗技术洁净技术等级标准纯水制备本章要点第九章洁净技术洁净设备清洗技术洁净技术等级标准纯水制备本章要点§9.3清洗技术沾污可能来源影响颗粒设备、环境、气体、去离子水、化学试剂氧化层低击穿、成品率低，图形有缺陷有机残余物室内空气、光刻胶、容器、化学试剂栅极氧化物耐压不良，氧化速率改变，CVD膜和氧化膜产生偏差金属离子设备、化学试剂、反应离子刻蚀、人栅极氧化膜耐压劣化，造成氧化层击穿、PN结反向漏电增大、少数载流子寿命缩短、阈值电压偏移自然氧化层环境湿气、去离子水冲洗栅氧化层耐压劣化、外延层质量变差、接触电阻增大、硅化物质量差清洗要求制造年代20032004200520062007200820092010201220132015技术要点hp90hp65hp45hp32DRAM1/210090807065575045353225晶圆直径/mm300450颗粒直径/nm5045403532．528.52522.517.51612.5颗粒数/个5975976480546886155195155GOl表面金属5.0×109（原子/cm2）其它表面金属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清洗的原则去除硅片表面的污染物。溶液应具有高氧化能力，可将金属氧化后溶解于清洗液中，同时将有机物氧化为CO2和H2O等物质；防止被除去的污染物再向硅片表面吸附。这就要求硅片表面和颗粒之间存在相斥作用。典型的清洗顺序序号清洗液去除物质温度条件化学试剂浓度1SC-3去除光刻胶、有机物（和金属）125℃NH4OH：29%H2O2：30%HCl：37%H2SO4：98%HF：49%NH4F：40%HNO3：67～70%2去离子水洗去SC-3溶液室温3SC-1去除颗粒80～90℃4去离子水洗去SC-1溶液室温5SC-2去除金属80～90℃6去离子水洗去SC-2溶液室温7DHF漂去自然氧化物室温8去离子水洗去HF溶液室温9甩干保持硅片表面无残留溶液残渣和水痕室温湿法清洗：RCA清洗、超声波清洗、兆声波清洗干法清洗：等离子体清洗、气相清洗、UV/O3清洗束流清洗清洗的方法RCA清洗常用的化学清洗液清洗液化学成分分子结构清洗温度/℃清除的对象SC-1（APM）氨水、过氧化氢、纯水NH4OH/H2O2/H2O20-80颗粒、有机物SC-2（HPM）盐酸、过氧化氢、纯水HCl/H2O2/H2O20-80金属SC-3（SPM）硫酸、过氧化氢H2SO4/H2O280-150金属、有机物DHF氢氟酸纯水HF/H2O20-25氧化膜2利用SC-1清洗液去除颗粒，同时去除部分有机物和金属3利用氢氟酸（HF）或稀氢氟酸（DHF）清洗，去除表面氧化层4使用SC-2清洗液去除硅片表面的钠、铁、镁等金属沾污1利用SC-3清洗液在120～150℃清洗10min左右，去除有机物和部分金属RCA清洗顺序超声波清洗超声波清洗时，在强烈的超声波作用下，机械振动传到清洗槽内的清洗中，使清洗液体内交替出现疏密相间的振动，疏部产生近乎真空的空腔泡，当空腔泡消失的瞬间，其附近便产生强大的局部压力，使分子内的化学键断裂，因此使硅片表面的杂质解吸。清洗常用的超声波为20-40kHz清洗效果好，操作简单，对于复杂的器件和容器也能清除，但该法也具有噪音较大、换能器易坏的缺点。兆声波清洗兆声波清洗也是利用声能进行清洗，但其振动频率更高，约为850kHz，输出能量密度为2～5W/cm2，仅为超声波清洗能量密度的1/50。兆声波清洗是由高能频振效应并结合化学清洗剂的化学反应对硅片进行清洗的。在清洗时，由换能器发出波长为1μm频率为0.8兆赫的高能声波。溶液分子在这种声波的推动下作加速运动，最大瞬时速度可达到30cm/s。旋转喷淋法旋转喷淋法是指利用机械方法将硅片以较高的速度旋转起来，在旋转过程中通过不断向硅片表面喷液体（高纯去离子水或其它清洗液）而达到清洗硅片目的的一种方法。该方法利用所喷液体的溶解（或化学反应）作用来溶解硅片表面的沾污，同时利用高速旋转的离心作用，使溶有杂质的液体及时脱离硅片表面，这样硅片表面的液体总保持非常高的纯度。同时由于所喷液体与旋转的硅片有较高的相对速度，所以会产生较大的冲击力达到清除吸附杂质的目的。等离子清洗该法具有工艺简单、操作方便、没有废料处理和环境污染等问题。等离子体去胶是指在反应系统中通入少量的氧气，在强电场作用下，使低气压的氧气产生等离子体，其中活化气（或称活泼的原子态气）占有适当比例，可以迅速地使光刻胶氧化成为可挥发性气体状态被机械泵抽走，这样把硅片上的光刻胶膜去除掉。等离子去胶操作方便、去胶效率高、表面干净、无划伤、硅片温度低等优点，有利于确保产品的质量。它不用酸、碱及有机溶剂等，成本低，又不会造成公害等，因此受到人们重视，在生产中已逐步采用。气相干洗气相清洗是指利用液体工艺中对应物质的气相等效物（如去氧化物的HF）与硅片表面的沾污物质相互作用而达到去除杂质目的的一种清洗方法。HF气相干洗技术成功地用于去除氧化膜、氯化膜和金属后腐蚀残余，并可减少清洗后自然生长的氧化膜量。一种方法是在常压下使用HF气体控制系统的湿度。另一种方法是在低压下使HF挥发成雾。UV／O3清洗是指在氧存在的情况下，使用来自水银石英灯的短波紫外线照射硅片表面，这是一种强有力的去除多种沾污的清洗方法。臭氧是非常强的氧化物质。可氧化有机沾污，如含碳的分子。此方法用于SC-I/SC-2/HF-H2O2之后，氧化工艺之前，可改善氧化层质量。UV／O3清洗效果明显，不用化学品，无机械损伤，之后无需干燥。如何改进清洗技术——SC1清洗技术的改进降低NH4OH组成比例兆声波清洗添加表面活性剂加入HF，控制其pH值SC-1加入络合剂清洗技术的改进—DHFHF+H2O2清洗DHF+表面活性剂清洗DHF+阴离子表面活性剂清洗清洗技术的改进—ACD

在标准的AC清洗中，将同时使用纯水、HF、O3，表面活性剂与兆声波清洗技术的改进—单片式处理开发多品种