微电子制造技术硅片湿法清洗
半导体第五讲硅片清洗(4课时)——芯片制造流程课件PPT
70～80C, 10min
碱性（pH值>7）
✓可以氧化有机膜
✓和金属形成络合物
✓缓慢溶解原始氧化层，并再氧化——可以去除颗粒
✓NH4OH对硅有腐蚀作用
RCA clean is
OH－
OH－
OH－
OH－ OH－
OH－
“standard process” used to remove organics,
heavy metals and
=0.02 ppb !!
12
颗粒粘附
所有可以落在硅片表面的都称作颗粒。
颗粒来源：
✓空气 ✓人体 ✓设备 ✓化学品
超级净化空气
风淋吹扫、防护服、面罩、 手套等，机器手/人
超纯化学品 去离子水
特殊设计及材料 定期清洗
13
各种可能落在芯片表面的颗粒
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❖粒子附着的机理：静电力，范德华力，化学键等 ❖去除的机理有四种：
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自然氧化层（Native Oxide）
➢ 在空气、水中迅速生长 ➢ 带来的问题：
✓ 接触电阻增大 ✓ 难实现选择性的CVD或外延 ✓ 成为金属杂质源 ✓ 难以生长金属硅化物
➢ 清洗工艺：HF＋H2O（ca. 1: 50）
20
2、硅片清洗
有机物/光刻 胶的两种清 除方法：
SPM：sulfuric/peroxide mixture H2SO4(98％):H2O2(30％)=2:1~4:1 把光刻胶分解为CO2＋H2O （适合于几乎所有有机物）
alkali ions.
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SC-2: HCl(73%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:6~1:2:8 70～80C, 10min 酸性（pH值<7）
硅片清洗技术概述
70～80C, 10min
碱性（pH值>7）
✓可以氧化有机膜
✓和金属形成络合物
✓缓慢溶解原始氧化层，并再氧化——可以去除颗粒
✓NH4OH对硅有腐蚀作用
RCA clean is
OH－
OH－
OH－
OH－ OH－
OH－
“standard process” used to remove organics,
heavy metals and
产率提高3.8%，将带来年利润1千万美元！
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Contaminants may consist of particles, organic films (photoresist), heavy metals or alkali ions.
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外来杂质的危害性
例2. MOS阈值电压受碱金属离子的影响
0.5um
7
排气除尘
8
高效过滤
超细玻璃纤 维构成的多 孔过滤膜： 过滤大颗粒， 静电吸附小 泵 颗粒 循 环 系 统
2当微细，因此制造过程中，如
果遭到灰尘、金属的污染，很容易造成芯片内电路功能的损坏， 形成短路或断路，导致集成电路的失效！在现代的VLSI工厂中， 75%的产品率下降都来源于硅芯片上的颗粒污染。
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自然氧化层（Native Oxide）
➢ 在空气、水中迅速生长 ➢ 带来的问题：
✓ 接触电阻增大 ✓ 难实现选择性的CVD或外延 ✓ 成为金属杂质源 ✓ 难以生长金属硅化物
➢ 清洗工艺：HF＋H2O（ca. 1: 50）
20
2、硅片清洗
有机物/光刻 胶的两种清 除方法：
SPM：sulfuric/peroxide mixture H2SO4(98％):H2O2(30％)=2:1~4:1 把光刻胶分解为CO2＋H2O （适合于几乎所有有机物）
硅片清洗的方法
硅片清洗的方法一、硅片清洗的重要性硅片清洗是半导体器件制造中最重要最频繁的步骤，而且其效率将直接影响到器件的成品率、性能和可靠性。
现在人们已研制出了很多种可用于硅片清洗的工艺方法和技术，常见的有：湿法化学清洗、超声清洗法、兆声清洗法、鼓泡清洗法、擦洗法、高压喷射法、离心喷射法、流体力学法、流体动力学法、干法清洗、微集射束流法、激光束清洗、冷凝喷雾技术、气相清洗、非浸润液体喷射法、硅片在线真空清洗技术、RCA标准清洗、等离子体清洗、原位水冲洗法等。
这些方法和技术现已广泛应用于硅片加工和器件制造中的硅片清洗。
表面沾污指硅表面上沉积有粒子、金属、有机物、湿气分子和自然氧化物等的一种或几种。
超纯表面定义为没有沾污的表面, 或者是超出检测量极限的表面。
二、硅片的表面状态与洁净度问题：硅片的真实表面由于暴露在环境气氛中发生氧化及吸附，其表面往往有一层很薄的自然氧化层，厚度为几个埃、几十个埃甚至上百埃。
真实的硅片表面是内表面和外表面的总合，内表面是硅与自然氧化层的界面，。
外表面是自然氧化层与环境气氛的界面，它也存在一些表面能级，并吸附一些污染杂质原子，而且不同程度地受到内表面能级的影响，可以与内表面交换电荷，外表面的吸附现象是复杂的。
完好的硅片清洗总是去除沾污在硅片表面的微粒和有害膜层，代之以氧化物的、氯化物的或其它挥发元素(或分子)的连续无害膜层，即具有原子均质的膜层。
硅片表面达到原子均质的程度越高．洁净度越高。
三、硅片表面沾污杂质的来源和分类：在硅片加工及器件制造过程中，所有与硅片接麓的外部媒介都是硅片沾污杂质的可能来源。
这主要包括以下几方面：硅片加工成型过程中的污染，环境污染，水造成的污染，试剂带来的污染，工业气体造成的污染，工艺本身造成的污染，人体造成的污染等。
表1.硅片表面沾污杂质的分类四、清洗方法（一）RCA清洗：RCA 由Werner Kern 于1965年在N.J.Princeton 的RCA 实验室首创, 并由此得名。
硅片清洗技术详解
硅片清洗技术详解硅片清洗主要内容讲解1、清洗的基本概念和目的。
硅片加工的目的是为器件生产制作一个清洁完美符合要求的使用表面，所谓清洗，就是清洗硅片的表面，去除附着在硅片上的污染物。
2、硅片清洗室的管理与维护；（1）人员流动的管理和清洁室的作业人数。
（2）清洗室内物品器具的管理。
（3）清洗室内其它影响清洗质量因素的管理维护。
如；空气过滤系统、防静电处理、温度与湿度系统等！3、硅片表面沾污的类型；（！）有机杂质沾污；如；胶黏剂、石蜡、油脂等。
（2）颗粒类型杂质沾污；一般来自加工中磨料和环境中的尘粒。
（3）金属杂质沾污；由生产加工的设备引起的金属杂质沾污。
4、硅片清洗处理方法分类；硅片清洗处理方法分为湿法清洗和干法清洗两大类。
而湿法清洗又分为化学清洗和物理清洗两种方法。
化学清洗——利用各种化学试剂对各种杂质的腐蚀、溶解、氧化及络合等作用去除硅片表面的沾污。
物理清洗——硅片的物理清洗法主要指的是利用超声波和兆声波清洗方法。
5、化学清洗的各种试剂的性质应用和分级；（1）有机溶剂清洗；有机溶剂能去除硅片表面的有机杂质沾污。
主要溶液有；甲苯、丙酮、乙醇等。
根据其性质须在使用甲苯、丙酮后在使用乙醇进行处理，最后在用水冲洗。
（2）无机酸及氧化还原清洗；无机酸试剂主要为；盐酸（HCI）、硝酸（HNO3）、硫酸（H2SO4）、氢氟酸（HF）以及过氧化氢（H2O2）—双氧水。
其中过氧化氢主要用于氧化还原清洗。
其它试剂按其本省性质进行应用清洗。
硅片金属清洗主要是利用了它们的强酸性、强腐蚀性、强氧化性的特性从而达到去除表面金属沾污的目的。
（3）化学清洗的分级主要分为优级纯、分析纯和化学纯三个级别。
视清洗的种类和场合进行合理选择。
通常硅片切割片和研磨片的清洗可以使用分析纯试剂，抛光片须用优级纯试剂。
具体试剂分类有国家规定标准。
6、超声波清洗原理、结构和应用要素；原理—提供高频率的震荡波在溶剂中产生气泡和空化效应，利用液体中气泡破裂所产生的冲击来波达到清洗目地。
硅片清洗的方法
硅片清洗的方法一、硅片清洗的重要性硅片清洗是半导体器件制造中最重要最频繁的步骤，而且其效率将直接影响到器件的成品率、性能和可靠性。
现在人们已研制出了很多种可用于硅片清洗的工艺方法和技术，常见的有：湿法化学清洗、超声清洗法、兆声清洗法、鼓泡清洗法、擦洗法、高压喷射法、离心喷射法、流体力学法、流体动力学法、干法清洗、微集射束流法、激光束清洗、冷凝喷雾技术、气相清洗、非浸润液体喷射法、硅片在线真空清洗技术、RCA标准清洗、等离子体清洗、原位水冲洗法等。
这些方法和技术现已广泛应用于硅片加工和器件制造中的硅片清洗。
表面沾污指硅表面上沉积有粒子、金属、有机物、湿气分子和自然氧化物等的一种或几种。
超纯表面定义为没有沾污的表面, 或者是超出检测量极限的表面。
二、硅片的表面状态与洁净度问题：硅片的真实表面由于暴露在环境气氛中发生氧化及吸附，其表面往往有一层很薄的自然氧化层，厚度为几个埃、几十个埃甚至上百埃。
真实的硅片表面是内表面和外表面的总合，内表面是硅与自然氧化层的界面，。
外表面是自然氧化层与环境气氛的界面，它也存在一些表面能级，并吸附一些污染杂质原子，而且不同程度地受到内表面能级的影响，可以与内表面交换电荷，外表面的吸附现象是复杂的。
完好的硅片清洗总是去除沾污在硅片表面的微粒和有害膜层，代之以氧化物的、氯化物的或其它挥发元素(或分子)的连续无害膜层，即具有原子均质的膜层。
硅片表面达到原子均质的程度越高．洁净度越高。
三、硅片表面沾污杂质的来源和分类：在硅片加工及器件制造过程中，所有与硅片接麓的外部媒介都是硅片沾污杂质的可能来源。
这主要包括以下几方面：硅片加工成型过程中的污染，环境污染，水造成的污染，试剂带来的污染，工业气体造成的污染，工艺本身造成的污染，人体造成的污染等。
表1.硅片表面沾污杂质的分类四、清洗方法（一）RCA清洗：RCA 由Werner Kern 于1965年在N.J.Princeton 的RCA 实验室首创, 并由此得名。
微电子行业新型湿法清洗工艺分析
少对环境的污染 二 ^O;清洗工艺的改进 随着硅晶体用量的过人们的科研创新^O;清洗工艺获 得一定的改进清洗效果更加明显
^O;清洗工艺对硅片表面附着的颗粒和锌金属污染物的 处理效果明显但是对铜和铁金属污染物的清洗效果非常不理 想 人们就改进了 ^O;清洗工艺研制了 O<=溶液即按照一 定的比例制成硝酸氢氟酸和过氧化氢的混合溶液对硅化合 物产生强腐蚀作用无论硅晶体表面呈现亲水性还是疏水性 都可以有效清除表面的各种污染物包括铜金属和铁金属污染 物 然后再将 @A"( 和浓度较低的 @N溶液混合起来清除铜 铁等金属污染物的残留物
关键词微电子行业新型湿法清洗工艺应用
44随着信息技术的深入发展和广泛应用微电子工业迎来了 快速发展的契机对电路集成程度的要求也越来越高 硅片表 面的清洁程度严重影响着集成电路元器件的性能对器件成品 率的高低也有着至关重要的影响 因此在电子器件制作的每 一步工艺开始前都需要采用清洗工艺去除硅片表面附着的各 种污染物或者杂质保证器件的性能可靠提高器件生产的成 品率
一污染物的类别 硅片表面化学键悬空会形成自由力场在这个自由力场的 作用下集成电路制作流程中产生的污染物会吸附在硅片表面 或者硅片的氧化膜中对电子元器件的生产产生不利的影响 一 分子型污染物 分子型污染物主要是一些有机杂质 首先由于抛光工艺 的需要硅片在制造过程中会受到石蜡油污等物质的污染也 可能会因操作工手指的碰触或者容器中未清洗干净的有机杂 质而受到侵害 其次生产过程中残留的有机溶液或者光阻剩
三 湿法清洗需要注意的事项 用湿法清洗工艺清除硅晶体表面污染物的时候需要根据 材质的不同采取不同的腐蚀溶液如果操作不当也许会对硅 晶体上其他的膜层产生影响不利于电子器件性能的稳定 另 外采取湿法清洗工艺清洗污染物的时候要注意污染物的类 型然后再选择浸润的时间 如果污染物杂质是氧化物则需 要较长时间的浸润过程而对其他污染物类型清洗的时候可 以先做片子然后根据结果再确定具体的浸润时间 除此之外还可 以 采 用 单 片 清 洗 法 该 种 方 式 依 然 是 现 阶 段下半导体厂家最为常用的一种清洗设备但是此类设备沾污 去除率不甚理想究其根本原因是由于在清洗过程中采用的 是纯净水与高纯化学试剂但是沾污依然会停留在清洗液之 中容易造成二次污染 基于此研究人员成功研发出了 @N* "( 旋转式清洗法该种清洗方式可以去除表面的金属沾污颗 粒等等应用前景非常好 三结语 如何实现微 电 子 业 的 节 能 并 降 低 排 放 以 及 实 现 效 率 提 高制造成本降低对环境保护和国民经济可持续发展有着极 其重要的作用和意义 综上所述微电子工业的发展对半导体 和集成电路的性能提出了更高的要求新型湿法清洗工艺可以 有效去除包括铜铁等重金属污染物在内的各种污染物保证 电子器件的质量和性能的稳定性有着传统清洗工艺所无法取 代的优势在微电子工业中应用非常普遍 参考文献 $ 张瑾杜海文&宽禁带半导体材料清洗技术研究 5 &电 子工艺技术 )%%0%3 & ) 韩恩山王焕志常亮胡建修&微电子工业中清洗工艺 的研究进展 5 &微电子学)%%0%) & ( 盛金龙&#O制造中清洗技术发展的分析 5 &半导体技 术)%%0%( & 3 童志义&向 06-7工艺提升中的半导体清洗技术 5 & 电子工业专用设备)%%6%1 &
硅片清洗原理与方法介绍
硅片清洗原理与方法介绍1引言硅片经过切片、倒角、研磨、表面处理、抛光、外延等不同工序加工后，表面已经受到严重的沾污，清洗的目的就是为了去除硅片表面颗粒、金属离子以及有机物等污染。
2硅片清洗的常用方法与技术在半导体器件生产中，大约有20％的工序和硅片清洗有关，而不同工序的清洗要求和目的也是各不相同的，这就必须采用各种不同的清洗方法和技术手段，以达到清洗的目的。
由于晶盟现有的清洗设备均为Wet-bench类型，因此本文重点对湿法化学清洗的基本原理、常用方法及其它与之密切相关的技术手段等进行论述3．1湿法化学清洗化学清洗是指利用各种化学试剂和有机溶剂与吸附在被清洗物体表面上的杂质及油污发生化学反应或溶解作用，或伴以超声、加热、抽真空等物理措施，使杂质从被清除物体的表面脱附（解吸），然后用大量高纯热、冷去离子水冲洗，从而获得洁净表面的过程。
化学清洗又可分为湿法化学清洗和干法化学清洗，其中湿法化学清洗技术在硅片表面清洗中仍处于主导地位，因此有必要首先对湿法化学清洗及与之相关的技术进行全面的介绍。
3．1．1常用化学试剂、洗液的性质常用化学试剂及洗液的去污能力，对于湿法化学清洗的清洗效率有决定性的影响，根据硅片清洗目的和要求选择适当的试剂和洗液是湿法化学清洗的首要步骤。
表一、用以清除particle、metal、organic、nature-oxide的适当化学液3．1．2溶液浸泡法溶液浸泡法就是通过将要清除的硅片放入溶液中浸泡来达到清除表面污染目的的一种方法，它是湿法化学清洗中最简单也是最常用的一种方法。
它主要是通过溶液与硅片表面的污染杂质在浸泡过程中发生化学反应及溶解作用来达到清除硅片表面污染杂质的目的。
选用不同的溶液来浸泡硅片可以达到清除不同类型表面污染杂质的目的。
如采用有机溶剂浸泡来达到去除有机污染的目的，采用1号液（即SC1，包含H2O2、NH3OH化学试剂以及H2O）浸泡来达到清除有机、无机和金属离子的目的，采用2号液（即SC2，包含HCL、H2O2化学试剂以及H2O）浸泡来达到清除AL、Fe、Na等金属离子的目的。
硅片清洗技术
硅片清洗技术随着超大规模集成电路的发展、集成度的不断提高、线宽的不断减小，对硅片表面的洁净度及表面态的要求也越来越高。
要得到高质量的半导体器件，仅仅除去硅片表面的沾污已不再是最终的要求。
在清洗过程中造成的表面化学态、氧化膜厚度、表面粗糙度等已成为同样重要的参数。
目前，通常应用的清洗方法是湿式化学清洗法，即利用有机溶剂、碱性溶液、酸性溶液、表面活性剂等化学试剂，配合兆声、超声、加热等物理措施，使有机物、颗粒、金属等沾污脱离硅片表面，然后用大量的去离子水冲洗，获得洁净的硅片表面的清洗方法。
1.硅片清洗硅片表面沾污是指沉积在硅片表面的粒子、金属、有机物、湿气分子和自然氧化膜的一种或几种。
因为有机物会遮盖部分硅片表面，使氧化层和与之相关的沾污难以去除，清洗的一般思路是首先去除表面的有机沾污,然后溶解氧化层（因为氧化层是'沾污陷阱'，也会引入外延缺陷）,最后再去除颗粒、金属沾污，同时使表面钝化。
2.清洗技术的最新发展2.1电解离子水清洗硅片用电解的方法将超净水或添加电解质的超净水分解为阴离子和阳离子，并通过调节电解液的浓度、电流密度等来控制其pH值和氧化还原电位，得到所需要的强氧化性溶液或强还原性溶液，以达到去除硅片表面的有机物、颗粒和金属的作用。
此清洗方法可大幅度地减少化学试剂的用量，而且也减少了冲洗用的超净水的用量，简化了回收再利用所需的设备，既降低成本，又减少对环境的污染。
电解粒子水的使用将有可能是未来硅片清洗的重要发展方向。
2.2只用HF清洗或简化常规工艺后最后用HF清洗在湿式清洗工艺中，硅片表面都有一层化学氧化膜，这层氧化膜是主要的沾污源。
如果没有这层氧化膜可大大降低金属、有机物等沾污。
只用HF清洗或简化常规工艺后最后用HF清洗，可通过降低与周围环境的接触来获得一个理想的钝化表面，减少颗粒吸附在敏感的疏水性表面上。
这就对清洗工艺设备提出了多方面的要求。
目前较成功的是苏州华林科纳公司的清洗设备，它将所有的清洗工艺步骤（清洗和干燥）结合在一个工艺槽中，大大地减少了硅片与空气的接触。
硅片清洗原理与方法介绍
硅片清洗原理与方法介绍1引言硅片经过切片、倒角、研磨、表面处理、抛光、外延等不同工序加工后，表面已经受到严重的沾污，清洗的目的就是为了去除硅片表面颗粒、金属离子以及有机物等污染。
2硅片清洗的常用方法与技术在半导体器件生产中，大约有20％的工序和硅片清洗有关，而不同工序的清洗要求和目的也是各不相同的，这就必须采用各种不同的清洗方法和技术手段，以达到清洗的目的。
由于晶盟现有的清洗设备均为Wet-bench类型，因此本文重点对湿法化学清洗的基本原理、常用方法及其它与之密切相关的技术手段等进行论述3．1湿法化学清洗化学清洗是指利用各种化学试剂和有机溶剂与吸附在被清洗物体表面上的杂质及油污发生化学反应或溶解作用，或伴以超声、加热、抽真空等物理措施，使杂质从被清除物体的表面脱附（解吸），然后用大量高纯热、冷去离子水冲洗，从而获得洁净表面的过程。
化学清洗又可分为湿法化学清洗和干法化学清洗，其中湿法化学清洗技术在硅片表面清洗中仍处于主导地位，因此有必要首先对湿法化学清洗及与之相关的技术进行全面的介绍。
3．1．1常用化学试剂、洗液的性质常用化学试剂及洗液的去污能力，对于湿法化学清洗的清洗效率有决定性的影响，根据硅片清洗目的和要求选择适当的试剂和洗液是湿法化学清洗的首要步骤。
CL2+UV（〈400nm〉表一、用以清除particle、metal、organic、nature-oxide的适当化学液3．1．2溶液浸泡法溶液浸泡法就是通过将要清除的硅片放入溶液中浸泡来达到清除表面污染目的的一种方法，它是湿法化学清洗中最简单也是最常用的一种方法。
它主要是通过溶液与硅片表面的污染杂质在浸泡过程中发生化学反应及溶解作用来达到清除硅片表面污染杂质的目的。
选用不同的溶液来浸泡硅片可以达到清除不同类型表面污染杂质的目的。
如采用有机溶剂浸泡来达到去除有机污染的目的，采用1号液（即SC1，包含H2O2、NH3OH化学试剂以及H2O）浸泡来达到清除有机、无机和金属离子的目的，采用2号液（即SC2，包含HCL、H2O2化学试剂以及H2O）浸泡来达到清除AL、Fe、Na等金属离子的目的。
硅片湿法清洗方法
硅片湿法清洗方法硅片湿法清洗是半导体制造过程中非常重要的一步，它能够有效去除硅片表面的杂质和污染物，提高硅片的品质和可靠性。
本文将介绍硅片湿法清洗的方法和步骤。
一、清洗剂的选择硅片湿法清洗的第一步是选择合适的清洗剂。
常用的清洗剂有氢氧化钠(NaOH)、氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、去离子水等。
这些清洗剂都具有一定的腐蚀性，使用时需要注意安全操作，并且根据需要选择合适的浓度和配比。
二、清洗设备的准备进行硅片湿法清洗时，需要准备清洗设备。
一般而言，清洗设备包括清洗槽、超声波清洗机、烘干器等。
清洗槽用于浸泡硅片，超声波清洗机可以加速清洗过程，烘干器用于去除水分。
清洗设备的选择和使用需要根据清洗的具体要求和硅片的尺寸来确定。
三、清洗步骤硅片湿法清洗的步骤一般包括预清洗、主清洗、去离子水漂洗和烘干。
1. 预清洗：将硅片放入清洗槽中，使用去离子水浸泡一段时间，去除表面的大颗粒杂质和污染物。
2. 主清洗：将预清洗后的硅片放入超声波清洗机中，加入适量的清洗剂，开启超声波清洗功能，进行清洗。
超声波的震动可以有效去除硅片表面的细微污染物。
3. 去离子水漂洗：将主清洗后的硅片放入清洗槽中，使用去离子水进行漂洗。
去离子水可以去除清洗剂残留和硅片表面的离子杂质。
4. 烘干：将去离子水漂洗后的硅片放入烘干器中，使用适当的温度加热，将水分蒸发掉，使硅片完全干燥。
四、注意事项在进行硅片湿法清洗时，需要注意以下几点：1. 安全操作：清洗剂具有一定的腐蚀性，使用时需要佩戴防护手套、护目镜等个人防护装备，避免直接接触清洗剂。
2. 清洗时间：清洗时间过长可能会导致硅片表面的腐蚀，清洗时间过短则无法充分去除污染物。
因此，需要根据具体情况控制清洗时间。
3. 清洗剂浓度：清洗剂浓度过高可能会导致硅片表面的腐蚀，浓度过低则无法有效清洗。
因此，需要根据清洗要求选择合适的清洗剂浓度。
4. 烘干温度：烘干温度过高可能会导致硅片表面的热应力，烘干温度过低则无法充分去除水分。
微电子工艺清洗技术的应用分析
微电子工艺清洗技术的应用分析作者：高伦来源：《科学与财富》2020年第35期摘要：当今社会是一个快速发展的社会。
这主要取决于技术的进步。
目前，微电子工艺清洗技术运用广泛。
其主要功能是精密电子设备的制造。
尤其是手机、电脑等微电子学产品，在生产过程中出现了很多问题。
主要是硅的清洗。
用于电子产品的硅片通常很小，所以清洗起来会非常困难。
如何在硅清洗方面做得更好，提高清洗技术，这将成为当前最重要的问题。
本文从电子清洗的现状出发，考察清洗技术在微电子学清洗领域的应用。
关键词：微电子工艺;清洗技术;应用分析前言目前，微电子学技术的主要用途是使精密仪器变得更小。
在微电子学工业中，有一个问题是硅晶片很难清洁。
这主要是因为硅片的清洁在微电子学产品的生产中很重要。
因此，只有提高硅片的清洗能力，工厂才能正常运转。
因此，提高微电子学的清洗技术水平至关重要。
一、微电子工艺清洗的必要性微电子学技术的核心是硅芯片，而硅芯片是微电子学芯片的基本组成部分。
它的主要任务是执行任务和存储任务。
因此，在处理硅芯片时要非常细心。
更重要的是，许多公司收到的硅芯片都处于原始状态，这使得它们难以使用。
因为它不仅质量不均匀，而且有很多污点。
这些污垢严重影响了硅晶片的使用。
虽然硅片需要清洗，但这不是简单的用水清洗，需要复杂的清洗过程。
硅晶片是一种相对脆弱的电子元件，所以如果你简单地用水冲洗，它就有可能受到致命的伤害。
因此，需要一种特殊的方法来清除硅晶片上的污垢，这样硅晶片就可以被储存和使用。
如何清洁硅晶片一直是微电子学最棘手的问题。
硅晶片上有各种各样的污渍，所以我们不能用同样的方法来清洗。
因此，需要使用特殊的清洗方法。
二、污染物的类别1.分子型污染物分子污染物是硅表面最常见的污染物。
污染原因分为两部分，一部分原因是硅芯片需要被打磨和抛光，这样一来，一些有机物质就会留在芯片内部，还可能是硅芯片材料的一部分，一般来说，硅胶上存在污染物是不可避免的，在它被清除之前都会存在。
湿法清洗及湿法腐蚀
腐蚀速率均匀性计算 UNIFORMITY=（ERHIGH - ERLOW）/（ERHIGH + ERLOW）*100%
SELECTIVITY-------选择比是指两种膜的腐蚀速率之比,其计算公式如下: SEL A/B= （E/R A）/（E/R B）
越大。
PROFILE -------剖面形貌：是指在腐蚀后的剖面图形的拓扑结构，它主要影响台阶 覆盖等，为获得满意得剖面形貌，须进行不同性质得处理（如进行等离子体处理 或进行各向同性和各向异性腐蚀的组合）。常见得剖面形貌如下图：
三、湿法清洗
伴随 IC 集成度的提高,硅片表面的洁净度对于获得 IC 器件高性能和高成品率 至关重要。那么对清洗目的与要求就更严格。清洗是为减少沾污,因沾污会影响 器件性能,导致可靠性问题,降低成品率，这就要求在每层的下一步工艺前或下一 层前须进行彻底的清洗。由于有许多可能情形的沾污从而使清洗显得很复杂，下 面就讲一下沾污的种类以及各种去除方法。
C: RESIDUE CLEAN
主要用于去除在腐蚀时产生的付产品的清洗,如 AL 腐蚀后用 ACT-CMI， EKC265 等进行清洗,在钝化后进行清洗等. 清洗前后的 SEM 图片对比如下：
F: SPECIALITY CLEAN
具有特殊功效的清洗：如 FRECKLE 药液用于去除残留的 SI-渣等.
二 基本概念
覆盖
腐蚀是微电子生产中使用实现图形转移的一种工艺，其目标是精确的去除不被 MASK 的材料，如图 1：
腐蚀工艺的基本概念 ：
图1
ETCH RATE (E/R) ------腐蚀速率：是指所定义的膜被去除的速率或去除率，通常 用 Um/MIN，A/MIN 为单位来表示。 E/R UNIFORMITY------ 腐蚀速率均匀性,通常用三种不同方式来表示:
硅片清洗方法及硅片清洗设备
硅片清洗方法及硅片清洗设备摘要:随着科技的发展对集成电路的使用也越来越多，对其工艺制造技术要求也越来越严格。
硅片是集成电路的重要配件。
在实际使用过程中，为了能够提高集成电路制作工艺，保证其使用效果，必须对硅片进行清洗。
因此，研究和探索硅片清洗方法以及研发硅片清洗设备，是提高半导体加工效率的重中之重。
本篇文章主要针对硅片清洗方法以及硅片清洗设备进行分析和研究，希望能够对硅片清洗提供更多的参考意见。
关键词:硅片；清洗方法；清洗设备；引言:在对硅片进行加工和使用过程中，要求其表面必须洁净，无灰尘杂质才能够保证后续生产工艺顺利进行。
因此必须在生产前对硅片进行清洗，在整个生产过程当中清洗是被重复次数最多的步骤，硅片的清洗工序比较复杂，清洗方法的关键和难度在于随着硅片尺寸的不断缩小，半导体集成电路对硅片的敏感性越来越强。
半导体在制作和加工过程中必然会吸附一些颗粒和灰尘等物质。
为了能够减少其他污染物质对芯片质量的影响。
实际生产过程中，往往需要对硅片进行单独清洗，这一清洗过程复杂繁琐，单单一个清洗步骤就占据了整个半导体生产过程的1/3。
由此可见清洗方法以及清洗设备的重要性。
当前，硅片清洗方法应用最多的是湿法技术。
通过不断的技术革新和发展湿法清洗技术几乎已经替代了干法清洗，被广泛应用在硅片清洗工艺当中。
一、硅片的主要清洗方法（一）刷洗法刷洗法是目前清洗硅片最常用的一种方法之一，该方法能够有效的去除硅表面的灰尘杂质和颗粒。
一般情况下，该方法被用在切割或者抛光后的硅片清洗上。
能够有效的清除抛光后的硅片表面附着的大量灰尘和颗粒。
刷洗法可分为单面刷洗或双面刷洗，在实际生产过程中刷洗法有时会与超声法或者是化学液清洗方法共同使用来提高硅片清洗的质量效果和效率。
（二）化学清洗法1.RCA化学清洗法在上个世纪60年代，由美国一家公司研究和推出了一种化学清洗硅片的方法。
这种技术和方法后来便被称作 RCA清洗方法。
该方法主要是利用化学药剂来达到硅片清洗的目的，目前大多数的工厂所使用的硅片清洗方法都是RCA化学方法，可见该方法的应用范围之广。
西安交通大学微电子制造技术第六章硅片制造中的沾污控制
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微电子制造技术
Figure 6.7
电信学院 微电子学系 15
污染源与控制
硅片生产厂房的7种污染源为: 空气 人 厂房 水 工艺用的化学品 工艺用的气体 生产设备
原子 物质的单个 分子的尺寸
薄雾 稀薄烟雾
烟云颗粒 大气灰尘
烟雾颗粒 沙
灰尘
小石子
10-7
10-6
微电子制造技术
10-5
10-4
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10-2
10-1
1
10
毫米
Figure 6.2 颗粒的相对尺寸 电信学院 微电子学系 6
Micrograph courtesy of AMD, particle underneath photoresist pattern
有机物沾污 有机物沾污是指那些包含碳的物 质，几乎总是同碳自身及氢结合在一起，有时也 和其它元素结合在一起。有机物沾污的一些来源 包括细菌、润滑剂、蒸汽、清洁剂、溶剂和潮气 等。为了避免有机物沾污，现在用于硅片加工的 设备使用不需要润滑剂的组件来设计。
在特定工艺条件下，微量有机物沾污能降低 栅氧化层材料的致密性。工艺过程中有机材料给 半导体表面带来的另一个问题是表面的清洗不彻 底，这种情况使得诸如金属杂质之类的沾污在清 洗之后仍完整保留在硅片表面。
微环境是指在硅片和净化间环境不位于同一工 艺室时，通过一个屏蔽来隔离开它们所创造出来的 局部环境(见图6.25)。这一概念也被称为硅片隔离 技术。微环境净化区域可以包括用来支撑硅片的片 架、硅片工艺室、装载通道和储藏区域。
微环境通常被控制到极端洁净的净化级别 (0.1mm的0.1级)，而净化间本身可以是一个较高的 级别，如10级。
硅片湿法清洗技术与设备
的清 洗效 率 。
１２ 化学 清洗 ．
１２ １ ＣＡ 清 洗 ．． Ｒ
种 观 点 认 为 ，干 法 清 洗 技 术 最 终 将 取 代 湿 法 清
洗 ， 是经 过 不 断 的改进 和 发展 ， 法 清 洗 在 硅 片 但 湿
制造 过 程 中仍然 占有绝 对 的统 治地 位 。
２ ０世 纪 ６ 代 ， ０年 由美 国无 线 电公 司 （ Ａ） ＲＣ 研
Ｚ Ａ ａ Ｈ ＮＧ Ｑｉ ｎ
（ｈ ５ ｅｅｒｈＩｓｔｔ， Ｅ Ｃ Ｂ ｉｎ ０ Ｃ ｉａ Ｔ ｅ ｔ Ｒ ｓａ ｔｕｅ Ｃ Ｔ ， ｅ ｉｇ１ ０ ， ｈ ） ４ｈ ｃ ｎｉ ｊ １ １ ６ ｎ
Ａ ｂｓｒ ｃ ：Ｔｈｅ ｐａ ｒ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｈ ｏ ｍ ｏ ａ ｅ ａ ｕｆｃｕｒｎｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｔａｔ ｐｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ ｔ ｅ ｃ ｍ ｎ ｗ ｆｒ ｍ ｎ ａ ｔ ｉ ｒ ｃ ｓ ，ｗ ｅ ｌ ａ ｉ ｇ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｔｃ ｅ ｎ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ ｒ ａｉｅ ｔ ｅ ｃｅ ｎｉ ｅ ｈ ｏｌ ｙ ｅ ｕｉｍ ｅ ｔｏ ｅ ｃ ． ｎ ｅ ｌｚ ｈ ｌ ａ ｎｇ ｔｃ ｎ ｏｇ ｑ ｐ ｎ ｒｄ ｖｉｅ Ｋｅ ｙｗｏ ｄｓ ｒ ：ＲＣＡ ；Ｃｈｅ ｉａ ｌａ ｉ ｇ；Ｓ ｒ ｂ ｎｇ ｍ ｃ ｌ ｅ ｎｎ ｃ ｃ ｕ ｂｉ ；Ｍ ｅ ａ ｏ ｃ ；Ｓ ａ ；Ｒｉ ｅ ｇ ｓ ｎｉｓ ｐｒ ｙ ｎｓ
１ 湿 法 清 洗 的种 类
１１ 刷 洗 ．
发 了用 于硅 片清 洗 的 Ｒ Ａ清 洗 技术 ，这种 技术 成 Ｃ
为后 来 各种 化 学清 洗技 术 的基 础 ， 在 大 多数工 厂 现
所使 用 的清洗 技 术都 是基 于最 初 的 Ｒ Ａ 清洗 法 。 Ｃ
硅片湿法清洗工艺技术及设备发展趋势
片腐蚀清洗 。
收 稿 日期 ： ０ １ ３２ ２ １ － ．５ ０
ＦＯ Ｅ Ｌ和 Ｂ Ｏ Ｅ Ｌ之 间 间 断 进 行 ，在 Ｆ Ｏ Ｅ Ｌ阶 段 ， 硅 片 表 面 主 要 去 除 Ｓ 和 ＳＯ ； Ｂ ＯＬ阶 段 ， 于 Ｉ Ｉ２在 Ｅ 由 金 属 层 出现 在硅 片 表 面 ，允 许 使 用 的清 洗 方 法 比
类 型 分 为 亲 水 性 和 非 亲 水 性 ，硅 片 亲 水 性 与 非 亲
水 性 如 图 １ 示 。 Ｉ ： 面 是 亲 水 性 ， 水 性 表 面 所 ＳＯ 表 亲 很 容 易 通 过 湿 法 清 洗 及 干 燥 处 理 ； Ｉ 面 是 非 亲 Ｓ表 水 性 的 ， 亲 水 性 表 面 比较 难 于 清 洗 ， 能 像 亲 水 非 不 性表面很 容易通过湿法清洗 。
Ｉ 制造 与 设 备 Ｃ
电 子 工 业 苣 用 设 备
起ＦＯ Ｅ Ｌ阶 段 相 对 要 少 或 严 格 的 多 。硅 片 表 面 的
准 液 化 学 配 料 为 ： Ｌ： ２ ＨＯ（：：） 通 常 使 ＨＣ Ｈ０ ： １１６ ，
用 加 热 到 ７ ～８ ５ ５℃ 。
表 １ 为 湿 法 清 洗 常 用 化 学 液
关键词 ： 片； 硅 污染 物 ； 准 工业 湿 法 清洗 ； 式 清 洗 ； 转甩 干 ； 片旋 转 清洗 标 槽 旋 单 中图分 类 号 ： Ｎ３ ５９ Ｔ ０． ７ 文 献标 识 码 ： Ｂ 文章 编 号 ：０ ４４ ０ （０ １０ —０ ９０ １ ０ ．５ ７２ １ ）４０ ０ —６
硅片湿法清洗工艺概述
湿法的设备是最简单的，但工艺我个人认为是最少有理论支持的，称之玄妙不为过。
随着线宽的急剧缩小，对清洗的工艺也就越来越高。
0.13u宽的feature,如果线和线之间的距离也是0.13u，那么任何一个颗粒大于0.13都可能造成两条线之间的短路，所以清洗工艺的要求也会越来越高，0.20u到0.16u，到0.10u大小的颗粒去除。
个人感觉现有湿法工艺需要一个很大的理论上的提高才能适应现在的急速发展，也就是说湿法工艺可能会成为下一个工艺的瓶颈。
下面的内容都是普及性的资料，不含有任何商业机密。
清洗工艺最初由RCA实验室发明了SC1(Standard Clean 1, APM (Ammonia Peroxide Mixture), NH4OH,+H2O2+H2O)和SC2 (HPM, Hydrochloric Peroxide Mixture, HCl+H2O2+H2O)的组合。
理论上SC1是去除颗粒，SC2是去除重金属沾污。
最初的SC1比例是1：1：5，但随着对NH4OH 对硅基板刻蚀的担心，使用越来越稀释的比例。
还有使用DHF(Diluted HF)去除自然氧化层。
有不同的顺序衍生成不同的工艺，如A clean, B clean, HF last等，但最核心的还是RCA 洗净。
随之设备的配置中就要使用多个药液槽，药液槽之间还要使用水洗槽，避免上一步药液混入下一个药液槽，最后是干燥。
这种长长的，有多个槽的设备被称为Wet Station或Wet Bench。
每个药液槽都有包含泵和过滤器的循环系统，延长药液的使用寿命，还有补充系统，定时补充新鲜药液，可以保持药液成分稳定。
由于湿法步骤多，需要最大的产量，所以Wet Station都是50枚处理，即槽可以容纳50枚片子。
槽的配置每个公司都不一样。
清洗工艺要使用在所有高温工艺之前，因为一旦成膜后，颗粒被盖在下层就不能被去除，更重要的是表面的金属离子在高温时会非常活跃，渗入底层器件结构，导致器件失效。
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电子导电
-Vs Source
N+
+Vg Gate
++++++ ++++++ ++++++
+Vd Drain
N+
P- silicon substrate
Figure 6.5 可动离子沾污改变阈值电压
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有机物沾污 有机物沾污是指那些包含碳的物 质，几乎总是同碳自身及氢结合在一起，有时也 和其它元素结合在一起。有机物沾污的一些来源 包括细菌、润滑剂、蒸汽、清洁剂、溶剂和潮气 等。为了避免有机物沾污，现在用于硅片加工的 设备使用不需要润滑剂的组件来设计。 在特定工艺条件下，微量有机物沾污能降低 栅氧化层材料的致密性。工艺过程中有机材料给 半导体表面带来的另一个问题是表面的清洗不彻 底，这种情况使得诸如金属杂质之类的沾污在清 洗之后仍完整保留在硅片表面。
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10-1
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Figure 6.2 颗粒的相对尺寸
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Micrograph courtesy of AMD, particle underneath photoresist pattern
Photo 6.2 微粒引起的缺陷
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微电子制造技术 电信学院 微电子学系 10
Alkali Metals Sodium (Na) Potassium (K) Lithium (Li)
金属杂质带来的问题
离子沾污改变晶体 管的电学特性 + + + + + + + + Polysilicon + + + + + +
Gate oxide
+
+
硅上有源区
Figure 6.6
钨塞
氧化层隔离 接触
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静电释放 静电释放(ESD)也是一种形式的沾污， 因为它是静电荷从一个物体向另一个物体未经控制 地转移，可能损坏微芯片。 ESD 产生于两种不同静电势的材料接触或摩 察。带过剩负电荷的原子被相邻的带正电荷的原子 吸引。这种由吸引产生的电流泄放电压可以高达几 万伏。 微芯片制造中特别容易静电释放，因为芯片 加工通常保持在较低的湿度 ( 典型条件为 40 ％ ± 10 ％)中，这种条件容易使较高级别的静电荷生成。 虽然增加相对湿度可以减少静电荷生成，但也会增 加浸湿带来的污染，因而这种方法并不实用。
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表面污染
嵌入的颗粒
Figure 6.1 硅片污染
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污染的类型
沾污经常导致有缺陷的芯片，而致命缺陷又 是导致硅片上的芯片无法通过电学测试的原因。 据估计80％的芯片电学失效是由沾污带来的缺陷 引起的。 沾污是指半导体制造过程中引入半导体硅片 的任何危害微芯片成品率及电学性能的不希望有 的物质。这里将主要集中于芯片制造工序中引入 的各种类型的表面沾污。净化间沾污分为五类： • 颗粒 • 金属杂质 • 有机物沾污 • 自然氧化层 • 静电释放（ESD）
Figure 6.4 每硅片每通道看来数
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金属杂质 硅片加工厂的污染也可能来自金属化 合物。危害半导体工艺的典型金属杂质是减金属 ，它们在普通化学品和工艺中都很常见(如下表所 示 )。
Heavy Metals Iron (Fe) Copper (Cu) Aluminum (Al) Chromium (Cr) Tungsten (W) Titanium (Ti)
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第6章
硅片制造中的沾污控制
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引
言
一个硅片表面有多少个芯片，每个芯片差不多 有数以千万计的器件和互联线路，它们对沾污非常 敏感。随着芯片的特征尺寸为适应更高性能和更高 集成度的要求而不断缩小，控制表面沾污变得越来 越关键。 本章将介绍硅片制造中各种类型的沾污和它们 的来源，以及怎样有效控制沾污等内容，以制造包 含最小沾污诱生缺陷的高性能产品 为了控制制造过程中不能接受的沾污，半导体 产业开发了净化间。净化间以超净空气把芯片制造 与外界的沾污环境隔离开来，包括化学品、人员和 常规的工作环境。
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学习目 标
1. 了解 5 种不同类型的净化间污染，并讨论与每种 污染相关的问题； 2. 列举净化间的 7 种沾污源，并描述每一种是怎样 影响硅片的洁净； 3. 解释并使用净化级别来表征净化间的空气质量； 4. 说明两种湿法清洗的化学原理，解释每一种分别 去除那种污染。
人体毛发的相对尺寸大约是 集成电路上最小特征尺寸的 500倍 集成电路最小的特征尺寸 = 0.18 mm ~90 mm
线 间距 接触孔 宽
90 mm = 500 0.18 mm 较大集成电 路 的一小部分
人体毛发的剖面
Figure 6.3 人类头发与 0.18 mm颗粒的相对尺寸
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自然氧化层 硅片如果暴露在室温下的空气或者含 溶解氧的去离子水中，硅片表面将被氧化。自然氧 化层同样是一种沾污，是硅片制造不可接受的。下 图给出了自然氧化层的存在，会增加金属导体和器 件有源区的接触电阻。
ห้องสมุดไป่ตู้
层间 介质
层间 介质
在钨淀积前，自然氧 化层生长在接触孔
硅片表面的颗粒密度代表了特定面积内的颗粒 数，颗粒密度越大，产生致命缺陷的机会就越大。 一道工序引入到硅片中超过某一关键尺寸的颗粒数 ，用术语可表示为每步每片上的颗粒数(PWP)。 颗粒的检测最简单的方法是通过显微镜观察， 先进的检查已经被激光束扫描硅片表面所取代。
Process Tool 硅片进入工艺设备前 的初始颗粒数. 硅片通过工艺设备后 的硅片表面的颗粒数
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颗 粒 颗粒是指能沾污在硅片表面的小物体。 悬浮在空气中传播的颗粒被称为浮质。从鹅卵石 到原子的各种颗粒的相对尺寸分布如下图所示。
烟云颗粒 原子
薄雾
大气灰尘
烟雾颗粒 沙 灰尘 小石子
物质的单个 分子的尺寸
稀薄烟雾
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3 毫米