微电子工艺原理-第5讲清洗工艺

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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
➢ 去除方法：使金属原子氧化变成可溶性离子
氧化
M
Mz+ + z e-
还原
➢ 去除溶液：H2O2：强氧化剂
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Cu+e Si
Cu2-+2e
电负性 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
（适合于几乎所有有机物）
金属
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）
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）：
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
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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：
0.5um
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引言
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超净室的构造
排气除尘
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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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
➢ 去除方法：强氧化 － 臭氧干法 － Piranha：H2SO4-H2O2 － 臭氧注入纯水
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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）
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:
年产能=年开支 为1亿3千万
1000×100×52×$50×50% =$130,000,000
06.03.2021 产率提高3.8%，将带来整理年ppt 利润1千万美元！
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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。
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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典型的湿法化学清洗药品
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有机物/光刻 胶的两种清 除方法：
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
HEPA: High Efficiency Particulate Air
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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）
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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）
HEPA(high-efficiency particulate arresting ) filters an
d 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)
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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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
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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
Fe Ni Cu