微电子工艺原理-第5讲清洗工艺2-精选文档

去除方法：使金属原子氧化变成可溶性离子 M
氧化
Mz+ + z e-
还原

去除溶液：H2O2：强氧化剂
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电负性 Cu+e Si Cu2-+2e CuSi++e Cu
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反 应 优 先 向 左
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3、有机物的玷污
来源： • 环境中的有机蒸汽 • 存储容器 • 光刻胶的残留物 去除方法：强氧化 － 臭氧干法 － Piranha：H2SO4-H2O2 － 臭氧注入纯水
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各种可能落在芯片表面的颗粒
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清洗的原理
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：
1 溶解 2 氧化分解 3 对硅片表面轻微的腐蚀去除 4 粒子和硅片表面的电排斥
• 去除方法：湿法刻蚀, megasonic（超声清洗）
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4、自然氧化层
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）
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典型的湿法化学清洗药品
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HEPA: High Efficiency Particulate Air 恒温，恒湿，恒尘， 恒压，恒震，恒静
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引言
风淋室
From Intel Museum
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引言
净化级别：每立方英尺空气中含有尺度大于0.5mm的粒子 总数少于X个。（1立方英尺=0.283立方米）
0.5um
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引言
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超净室的构造
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
20～22C 40～46％RH
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排气除尘
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污染的危害
由于集成电路內各元件及连线相当微细，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。
例1. 一集成电路厂 产量＝1000片/周× 100芯片/片，芯 片价格为$50/芯片，如果产率为50％，则正好保本。若 要年赢利$10,000,000，产率增加需要为 年产能=年开支 为1亿3千万 1000× 100× 52× $50× 50% =$130,000,000
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产率提高3.8%，将带来 年利润1千万美元！ 1
HEPA(high-efficiency particulate arresting ) filters and recirculation for the air.(高效过滤器和空气再循环) “Bunny suits” for workers.(工作人员的超净工作服) Filtration of chemicals and gases.(高纯化学药品和气体) Manufacturing protocols.(严格的制造规程)
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Si片的清洗工艺
Piranha（SPM：sulfuric/peroxide mixture） H2SO4(98％):H2O2(30％)=2:1~4:1 把光刻胶分解为CO2＋H2O 金属 （适合于几乎所有有机物） 氧等离子体干法刻蚀：把光刻胶分解为 气态CO2＋H2O （适用于大多数高分子膜）
第五讲之 Si片的清洗工艺
1、清洗的概念及超净室环境介绍 2、污染的类别及清除过程
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引言
三道防线: 净化环境（clean room） 硅片清洗（wafer cleaning） 吸杂（gettering）
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引言
1、净化环境 芯片代加工工厂的环境通过以下措施进行:
有机物/光刻 胶的两种清除 方法：
注意：高温工艺过程会使污染物扩散进入硅片或薄膜 前端工艺（FEOL）的清洗尤为重要
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RCA——标准清洗
标准清洗液-SC1（APM，Ammonia Peroxide Mixture）： NH4OH(28%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:5～1:2:7 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
OH－ OH－ OH－ OH－ OH－
OH－
RCA 是标准工艺可 以有效去除重金属、 有机物等.
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RCA——标准清洗
标准清洗液-SC2: HCl(73%):H2O2(30%):DIH2O=1:1:6~1:2:8 70～80C, 10min 酸性（pH值<7） 可以将碱金属离子及Al3＋、Fe3＋和Mg2＋在SC-1溶 液中形成的不溶的氢氧化物反应成溶于水的络合物 可以进一步去除残留的重金属污染（如Au） RCA与超声波振动共同作用，可以有更好的去颗粒作用 20～50kHz 或 1MHz左右。
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污染物的类别及清洗过程
污染物可能包括：微尘，有机物残余，重 金属，碱离子
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1、颗粒
颗粒：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 特殊设计及材料 定期清洗 超纯化学品 去离子水
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不同工艺过程引入的金属污染
离子注入
干法刻蚀 去胶
水汽氧化
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Fe Ni Cu 10 11 12 Log (concentration/cm2)
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金属杂质沉淀到硅表面的机理
通过金属离子和硅表面终端的氢原子之间的电荷 交换，和硅结合。（难以去除） 氧化时发生：硅在氧化时，杂质会进入
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在ULSI级化学试剂中的颗粒浓度（数目/ml）
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2、金属的玷污
来源：化学试剂，离子注入、反应离子刻蚀等工艺 量级：1010原子/cm2 Fe, Cu, Ni, Cr, W,
Ti… Na, K, Li…
影响： 在界面形成缺陷，影响器件性能，成品率下降 增加p-n结的漏电流，减少少数载流子的寿命