集成电路制造工艺 课件 第9章 洁净技术

集成电路制造工艺

--洁净技术等级第九章洁净技术洁净设备清洗技术本章要点洁净技术等级标准纯水制备第九章洁净技术洁净技术等级标准洁净设备纯水制备清洗技术本章要点洁净技术（CRT：CleanRoomTechnology）是适应实验研究与产品加工精密化、微型化、高纯度、高质量和高可靠性等要求诞生的一门新兴技术，可保证特别干净清洁的生产和科研环境，以防止生产与研究工作受环境因素干扰和影响，保护产品不受有害物质污染为核心内容。一.洁净技术的定义§9.1洁净技术等级洁净度的概念：用每立方英尺空气中所含的直径大于0.5微米的颗粒数来衡量立方英尺与升的换算：1英尺（foot)=12英寸，1英寸=2.54cm，1立方分米=1升，所以：1立方英尺=28.3立方分米=28.3升洁净度美国标准级别尘埃压力/Torr温度粒径（μm)

粒/ft3粒/l范围推荐值误差1000.51003.51.2519.4-2522.22.8100000.5

10000

3505.0652.3100000

0.510000035005.0700250.28洁净度我国标准空气洁净度等级（N）大于或等于所标粒径的粒子最大浓度限值（pc/m3）0.1um0.2um0.3um0.5um1um5um1102

210024104

31，000237102358

4（十级）10，0002，3701，02035283

5（百级）100，00023，70010，2003，520832296（千级）1，000，000237，000102，00035，2008，3202937（万级）

352，00083，2002，9308（十万级）

3，520，000832，00029，3009（一百万级）

35，200，0008，320，000293，000谢谢！集成电路制造工艺

--洁净设备单位：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§9.2洁净设备空气初级过滤器鼓风机亚高效过滤器高效过滤器出风口收集口排放口净化系统空气过滤器空气过滤器是主要净化部件，没有过滤器，特别是没有高效过滤器，也就没有洁净技术。空气过滤器是用来对空气进行净化处理的设备，根据过滤效率的高低，通常分为初效（粗效）、中效和高效过滤器三种类型。为了便于更换，一般做成可拆卸模块：为提高过滤器过滤效率和增大额定风量，可做成袋式或抽屉式。空气过滤器形式初效过滤器初效过滤器又称粗效过滤器，主要用于空气初级过滤，过滤粒径在10～100μm范围的大颗粒灰尘。中效过滤器用于过滤粒径在1～10μm范围灰尘，常采用中细孔泡沫塑料、玻璃纤维、无纺布等滤料制作。高效过滤器用于过滤粒径1～5μm。常采用超细玻璃纤维和超细石棉纤维等滤料制作成纸状。高效过滤器效率为99.91％，亚高效过滤器效率为90％～99.9％。空气过滤器分类空气过滤器外观使用注意事项对空气过滤器的选用，应主要依据净化要求和室外空气污染情况而定，通常是将几种效率不同的过滤器串联使用。空气过滤器应经常拆换清洗，以免因滤料上积尘太多而使房间室内空气洁净度达不到要求：清洗周期多个过滤器同时使用时要配合采用风机供应空气，确保气体能顺利通过后续过滤器。洁净工作室

工作室内洁净度达到生产所需洁净度级别的工作室称为洁净工作室，工作室通常经过三级过滤后可获得所需洁净等级，洁净工作室分类：

斜流式、

水平层流式

垂直层流式

其中，斜流式结构很少采用，水平层流式和垂直层流式应用较为广泛。洁净室除尘设备风淋室风淋室可保证进入洁净室人员进行人身洁净和防止室外空气侵入；主要分为停留式和通道式两种。主要由风机、过滤器和喷嘴组成。洁净室除尘设备静电自净器的工作原理为极板金属丝外加直流电压，不均匀电场造成空气电晕放电，产生的正离子吸附尘埃后向阳极集中被吸收，达到集尘效果。静电自净器洁净室除尘设备真空收尘器-吸尘器通过一定方法在收尘器内部形成一定负压（真空），室内空气在压力作用下通过吸尘管进入收尘器内部，经三级过滤后排回室内空间。真空收尘器-吸尘器穿好洁净服，头发不能外露不准使用铅笔和普通纸张，进入要清洁严格注意个人清洁、养成良好卫生习惯传染病和呼吸道疾病患者，严禁入内原则上不串门，限制室内最高人数洁净室操作人员注意事项洁净工作台洁净室内各处洁净度要求不尽相同，不同工序要求的洁净度标准不同，此时需要在保证洁净室等级基础上，满足局部洁净度要求。洁净工作台可分为循环式和直流式；乱流（紊流）式和平行流式每天打扫环境卫生，使用前提前开启风机吹污操作区为层流区时，出风面和加工面不能有阻挡物操作者严格按清洁规程做好个人卫生清洁防尘帘轻拉轻放并定期清洁设备定期检修：进行风速和泄漏检查风机噪声控制在一定范围内：60db洁净工作台使用注意事项谢谢！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小批量生产清洗系统关键在于如何加快循环时间。因此出现了旋转喷淋式清洗工艺。采用单片方式很容易变换药液和清洗顺序，提高了工程的自由度。并能实施对每片晶圆的精细管理，也称单片管理。单片式使湿气腐蚀的均匀性提高，干燥后，不需放置，可直接进行成膜处理，这种连续处理可以防止气体中有机物等沾污附着和自身氧化膜的形成。谢谢！集成电路制造工艺

--纯水制备单位：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§9.4纯水制备去离子水中杂质及有机物标准项目电阻率尘埃量最大尘埃颗粒总电解度有机物要求≥18MΩ•cm（25℃）≤100-150个/ml≤0.5µmNaCl：≤35×10-9≤1×10-6项目溶存气体SiO2氧化物硝酸根磷酸根要求≤200×10-6≤2×10-9≤≤0.2×10-9≤0.5×10-9≤0.5×10-9项目