微电子工艺原理第讲清洗工艺
微电子工艺流程(PDF 44页)
20、电极多晶硅的淀积
• 利用低压化学气相沉积（LPCVD ） 技 术在晶圆表面沉积多晶硅，以做为连接 导线的电极。
华中科技大学电子科学与技术系
21、电极掩膜的形成
• 涂布光刻胶在晶圆上，再利用光刻技术 将电极的区域定义出来。
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22、活性离子刻蚀
晶格排列。退火就是利
用热能来消除晶圆中晶
格缺陷和内应力，以恢
复晶格的完整性。同时
使注入的掺杂原子扩散
到硅原子的替代位置，
使掺杂元素产生电特
性。
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11、去除二氧化硅
• 利用湿法刻蚀方法去除晶圆表面的二氧化 硅。
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12、前置氧化
• 利用热氧化法在晶圆上形成一层薄的氧 化层，以减轻后续氮化硅沉积工艺所产 生的应力。
• 利用活性离子刻蚀技术刻蚀出多晶硅电 极结构，再将表面的光刻胶去除。
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23、热氧化
• 利用氧化技术，在晶圆表面形成一层氧 化层。
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24、NMOS源极和漏极形成
• 涂布光刻胶后，利用光刻技术形成NMOS源极与漏极 区域的屏蔽，再利用离子注入技术将砷元素注入源极 与漏极区域，而后将晶圆表面的光刻胶去除。
1. 洁净室和清洗 2. 氧化和化学气相淀积 3. 光刻和腐蚀 4. 扩散和离子注入 5. 金属连接和平面化 三. 标准CMOS工艺流程
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1、初始清洗
• 初始清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的 方法将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂初始 清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的方法 将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂质尘 粒， 对后续的工艺造成影响，使得器件无法正常工作。
《集成电路工艺原理》实验一 清洗
实验一清洗一、概述随着硅片关键尺寸的持续缩小，对晶圆表面质量的要求也越来越高；表面的颗粒、金属沾污、有机物和自然氧化层、微粗糙度等都将会严重影响器件的成品率和进入下一步工艺的品质。
在制造过程中，几乎每道工序都涉及到清洗；集成度越高，制造工序越多，所需的清洗工序也越多。
贯穿整个ULSI制造工艺，单个硅晶圆需要清洗上百次，晶圆表面的清洗就成为了半导体生产中至关重要的环节。
清洗领域目前占统治地位的硅片表面清洗方法是湿法工艺，工业标准湿法清洗工艺是RCA清洗工艺，由SC-1和SC-2化学溶液组成。
第一步，标准清洗-1（SC-1）应用水，过氧化氢和氨水的混合溶液的组成，从5:1:1到7:2:1变化，加热温度在75~85℃之间。
SC-1去除有机残余物，并同时建立一种从晶片表面吸附金属的条件。
在工艺过程中，一层氧化膜不断形成又分解。
第二步，标准清洗-2（SC-2）应用水，过氧化氢和盐酸，按照6:1:1到8:2:1的比例混合的溶液，其工作温度为75~85℃之间。
SC-2去除碱金属离子，氢氧根及复杂的残余金属。
它会在晶片表面留下一层保护性的氧化物。
在结合RCA溶液清洗产生了新的湿法工艺，兆声波清洗是其中之一。
兆声清洗采用接近MHz的超声能量，利用气穴现象和声流，在更低的温度下（30℃）实现了更有效的颗粒去除。
兆声清洗可以清除亚微米的污染且不会出现超声清洗诱生的蚀损斑。
随着新材料如高K介质和金属栅电极的引入，以及关键尺寸的紧缩，需要多重选择性刻蚀的化学溶液，在大批量生产的湿法制程中需要对高稀释的多组分清洗化学剂进行实时监控，精确、快速地分析各组分成分和浓度以达到更好的成品率控制。
其中光谱法和电阻分析法多用于单组分解决方案，而滴定法具有高精度和稳定性，但对于实时监控却显得过于缓慢；现在采用了一种近红外光谱法（NIR）进行分析，这种超低噪音的NIR分析法可以探测高稀释溶液光谱变化，采用的多通道技术可吸收多个组分光谱，并解析多个方程式以得到准确的结果，分析仪可同时监控组分浓度和工艺参数。
微电子器件制造中晶片清洗技术研究
微电子器件制造中晶片清洗技术研究一、绪论自微电子器件问世以来，其已经成为现代信息科技、通讯、电子等领域最重要的组成部分。
而在微电子器件的制造中，晶片清洗技术也占据着至关重要的地位。
晶片清洗技术主要是对微电子器件加工过程中产生残留的污染物进行清除，以保证器件质量的稳定性和可靠性。
本文将围绕微电子器件制造中的晶片清洗技术展开深入探讨。
二、微电子器件制造中的晶片清洗技术1. 晶片清洗的原理晶片清洗是通过在纯水或其他含有清洗剂的浸泡液中对晶片进行清洗，使其表面的有害化学物质或杂质得以去除。
由于微电子器件晶片上的金属导线、绝缘层和结构尺寸都非常微小，故晶片清洗的要求也比较高。
在晶片清洗过程中，要保证清洗剂的品质和浓度，否则会对晶片产生细微的影响或短路等损坏。
此外，由于晶片上的零部件非常微小，清洗过程中的时间和温度控制也非常关键。
2. 晶片清洗的方法在微电子器件制造中，有许多清洗晶片的方法，例如机械清洗、超声波清洗、等离子体清洗、气体清洗和化学清洗等。
其中，化学清洗是目前最多被采用的一种方法。
化学清洗主要是采用化学溶解和化学反应的原理，通过浸泡或喷涂等方式，使有害化学物质得以清洗掉。
本方法具有高效、均匀、可重复性好等优点。
3. 晶片清洗后处理的方法晶片清洗后需要对其进行后处理，目的是去除残余的清洗剂和水分以及提高晶片表面的平整度和增强其吸附性。
后处理一般采用干燥、氧化和铝化等方法。
干燥是指将清洗后的晶片晾干或加热干燥，同时通过紫外线消毒和紫外线正离子发生器去除污染物。
氧化和铝化是一种添加氧化剂和铝剂的化学方法，可以使晶片表面变得更加平整，增强吸附性和附着力。
三、晶片清洗技术的发展趋势晶片清洗技术目前已经非常成熟，但随着微型芯片制造工艺的不断提升，对晶片清洗技术也提出了更高的要求。
未来的晶片清洗技术方向主要有三个：一是增强对微小污染物的清除能力；二是提高清洗过程对晶片的保护性能；三是快速清洗技术的发展。
在面对越来越严谨的环境要求下，晶片清洗技术的规范化和标准化将成为未来晶片清洗技术发展的重要趋势。
微电子工艺学课件_4
第四章加工环境与基片清洗4.1概述4.2 环境净化4.3 硅片清洗4.4 吸杂4.5 测量方法2局部光散射栅氧化层完整性≫≫ITRS Roadmap成品率每百分之一的提升都有巨大价值！Y randomY systematic Y total 起步阶段20％80％16％上升阶段80％90％72％成熟阶段90％95％86％影响成品率的因素：5!!!......................................¾e负二项模型聚集因子¾微粒金属离子化学物质细菌污染物静电缺陷从哪里来？缺陷：Life time killers1. ¾所有可以落在硅片表面的微小颗粒1 μm2 μm 30μm 100 μm烟尘尘埃指纹印人类毛发最关心颗粒尺寸：可在空气中长时间悬浮¾可移动离子污染物Fe, Cu, Ni,Fe, Cu, Ni,每10亿单位中金属杂质Sodium（Na）50 Potassium（K）50 Iron（Fe）50 Copper（Cu）60 Nickel （Ni）60 Aluminium（Al）60 Magnesium（Mg）60 Lead（Pb）60 Zinc（Zn）60某光刻胶去除剂金属杂质含量与氢原子发生电荷交换，和硅结合而被束缚在其表面。
硅片表面氧化时，进入氧化例write, read 漏放电的峰值电流静电荷在两物体间未经控制地传递，可能损坏芯片；电荷积累产生的电场会吸引带电颗粒或极化并吸引如何控制污染、降低缺陷密度？4.2ISO, FS209E洁净度等级对照19个/M3≥0.5umISO14644-1(1999)US209E(1992)US209D(1988)EECGGMP(1989)FRANCEAFNOR(1981)GERMANYVDI2083(1990)JAPANJAOA(1989)13.520210.0M135.33M1.5113100M23534M2.51024 1,000M33,5305M3.5100A+B4,00035 10,000M435,3006M4.51,0001,00046 100,000M5353,0007M5.510,000C400,00057 1,000,000M63,530,0008M6.5100,000D4,000,00068 10,000,000M7空气洁净大于或等于表中粒径的最大浓度限值(pc/m3)度等级(N)0.1um0.2um0.3um0.5um1um5um11022 （光刻、制版）100241043 （扩散、CVD）10002371023584 （封装、测试）1000023701020352835 （单晶制备）1000002370010200352083229 61000000237000102000352008320293 7352000832002930 8352000083200029300 9352000008320000293000空气初级过滤器鼓风机亚高效过滤器高效过滤器排放口收集口出风口洁净环境洁净室局部净化垂直层流式水平层流式乱流式净化工作台净化通道局部微环境垂直层流式水平层流式乱流式净化工作台净化通道局部微环境洁净室（clean room）:泛指集成电路和其它微电子22231、屋顶：复杂的封闭式结构，有两种类型：a. 轧制铝支架加现场制作的静压箱／风道；b. 预制的整体式静压箱／风道加支架。
声表面波器件工艺原理-1清洗工艺原理
一，声表器件清洗工艺原理序：声表器件制作工艺中的清洗技术及洁净度是影响器件合格率、器件性能和可靠性的重要因素。
杂质污染主要来源于晶片加工过程、环境污染、水（包括纯水）污染、试剂污染、工艺气体污染、生产用设备、器皿、工具及易耗品污染、人体污染和工艺过程造成的污染。
由于表面污染是通过污染物与表面间的作用力引起（主要是化学力和分子间力），清洗就是为破坏这种作用力，除去由上述污染源所带来的有机物、微粒、金属原子（离子）及微粗糙。
（一）对基片表面的清洗：由于有机物会遮盖部分基片表面，影响对微粒和金属的清洗，所以清洗的一般思路是：先除去表面的有机污染，然后再去除微粒和金属杂质。
1，对有机物的清洗：基片上的有机污染主要有油膜、残余的蜡膜胶膜、不纯有机溶剂挥发后的残膜，以及微生物的有机残渣、手油等。
这些杂质分子与基片表面的接触通常是依靠分子间力维持，多属物理吸附，吸引力较弱，且随分子间距的增加很快削弱，。
基片表面上的有机物除影响清洗效果外，工艺上主要影响金属膜的粘附和光刻质量。
清洗有机物常用方法主要有：a）擦洗：当基片表面有微粒、有机残渣或残膜时常用擦片办法，它是靠人工（或机械）作用及有机溶剂溶解作用去除表面大块污物，根据有机溶剂结构相似相溶原理,可依次用甲苯、丙酮、无水乙醇棉球在基片表面沿同一方向轻轻擦拭，然后用纯水超声5-10分钟，最后用纯水冲洗、甩干。
操作中注意，不可将溶剂顺序颠倒或打乱,擦片要无划伤、不留液渍。
b）等离子体清洗（干法清洗）：等离子体是部分电离的气体，由电子、离子、自由基（以氧为例，指游离态氧原子）及其它中性粒子组成，是物质的第四态。
等离子体清洗机理主要是依靠等离子体中的活性粒子（电子、离子和自由基）的活化作用达到去除表面污渍的目的。
其反应过程包括：无机气体被激发为等离子态；气相物质被吸附在固体表面；被吸附基团与固体表面分子反应生成产物分子；产物分子解析形成气相；反应残余物脱离表面。
按反应类型分类：等离子体与固体表面反应可以分为物理反应（离子轰击）化学反应及物理化学反应。
微电子清洗工艺
深能级金属离子的吸杂：
高扩散系数＋间隙扩散方式＋聚集并占据非理想缺陷（陷阱）位置
2018-11-27
1
41
激活 可动，增加扩散速度。替位原子 间隙原子 Aus＋I AuI Aus AuI＋ V 踢出机制 分离机制
引入大量的硅间隙原子，可以使金Au和铂Pt等替位 杂质转变为间隙杂质，扩散速度可以大大提高。
HEPA: High Efficiency Particulate Air 恒温，恒湿，恒尘， 恒压，恒震，恒静
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引言
风 4
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）
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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1
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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:
1
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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 M
氧化
Mz+ + z e-
还原
去除溶液：H2O2：强氧化剂
1 16
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电负性 Cu+e Si Cu2-+2e CuSi++e Cu
半导体制造工艺清洗工艺
目录
CONTENTS
• 清洗工艺概述 • 清洗前的准备 • 清洗方法 • 清洗效果评估 • 清洗工艺的未来发展
01
清洗工艺概述
清洗工艺的定义和重要性
清洗工艺定义
清洗工艺是半导体制造过程中的重要环节，主要目的是去除半导体材料表面的 污垢、杂质和残留物，以确保产品的质量和性能。
定期对清洗后的表面进行检测，以 确保清洗效果的稳定。
异常处理
当检测到异常时，及时采取措施进 行处理，以确保清洗效果的可靠性 。
清洗效果的优化与改进
优化清洗液配方
根据清洗效果评估结果，优化清洗液的配方 ，以提高清洗效果。
引入新型清洗技术
引入新型的清洗技术，以提高清洗效果。
改进清洗工艺参数
根据清洗效果评估结果，调整清洗工艺参数 ，以提高清洗效果。 新技术的研发纳米技术
纳米技术能够实现微观尺度的清 洗，有效去除纳米级别的污染物 ，提高半导体的表面质量和性能 。
超声波清洗技术
超声波清洗技术利用超声波的振 动和空化作用，能够深入到物体 表面和孔隙中，有效去除难以用 常规方法去除的污垢和杂质。
环保与可持续发展
绿色清洗技术
随着环保意识的提高，绿色清洗技术 成为清洗工艺的发展趋势，旨在减少 对环境的污染和资源的浪费。
空气洁净度
保持空气洁净度，减少空气中的 尘埃和微粒对清洗效果的影响。
03
清洗方法
湿法清洗
湿法清洗是使用化学溶液 对半导体器件进行清洗的 方法。
常用的湿法清洗剂包括酸 、碱、氧化剂和络合剂等 ，可根据不同杂质选择合 适的清洗剂。
ABCD
湿法清洗可以去除表面污 垢、有机物和金属离子等 杂质，提高器件的表面洁 净度。
微电子工艺中的清洗技术现状与展望论文
微电子工艺中的清洗技术现状与展望论文随着社会主义经济制度改革进程不断推进，我国市场经济程度越来越高，在这一时代背景下，微电子工艺的研究就被众多行业的企业家们提上了战略的日程。
但是，由于微电子技术的产物具有质量轻、体积小、与其他部件切合紧密等特征，从而致使对微电子的清洗工作越来越复杂。
微电子是科技产品的必备组成部分，其清洁度将直接影响到产品的散热功能、使用性能。
因此，对于微电子清洗技术的研究就变得愈发重要。
1微电子工艺清洗技术的理论研究在微电子元器件的制造过程当中，由于其体积小、制造过程复杂等众多客观原因存在，将会很有可能导致微电子元器件在其步骤繁琐的制造过程当中受到污染。
这些污染物质通常会物理吸附或者是化学吸附等多种方式在电子元器件生产过程当中吸附在其表面。
比如说，硅胶材质的硅片在其制造过程中污染物质通常会以离子或者是以粒子形式吸附在硅片的表面。
这些污染物质还有可能存在于硅片自身的氧化膜当中。
产生这一现象的原因并不奇怪，这是由于这些污染物质破坏掉了硅片表面的化学键，从而导致了在其表面形成了自然的力场，让众多污染物质轻松吸附或者直接进入到硅片的氧化膜当中。
在产生这种现象之后，要清洗硅片就非常困难了。
在清洗过程中，既要保持不能去破坏硅片的结构，又要保持能够对污染物质进行彻底的清洗，以便其对产品结构当中的其他元器件产生污染，这一问题就变得非常棘手，愈发困难了。
在当前微电子行业的大多企业或是研究所讲微电子的清洗技术两类：一种叫做湿法清洗；另一种叫做干法清洗。
这两种技术都能够保持比较高的清洗度，并且能够在不破坏电子元器件的化学键的基础上祛除电子元器件表面或是氧化膜内存在的污染物和杂质。
2微电子工艺清洗技术的现状研究由于我国行业的发展更重视对服务业的发展和我国微电子行业的起步和发展较晚，从而致使当前我国微电子工艺的清洗技术比较落后，并且存在诸多的问题。
2.1湿法清洗技术研究湿法清洗这一技术，是由上个世纪六十年代的一名美国科学家所研究发明出来的。
微电子封装中等离子体清洗及其应用2
封 装 测 试１ 引言微电子工业中的清洗是一个很广的概念，包括任何与去除污染物有关的工艺。
通常是指在不破坏材料表面特性及电特性的前提下，有效地清除残留在材料上的微尘、金属离子及有机物杂质。
目前已广泛应用的物理化学清洗方法，大致可分为两类：湿法清洗和干法清洗。
湿法清洗在现阶段的微电子清洗工艺中还占据主导地位。
但是从对环境的影响、原材料的消耗及未来发展上看，干法清洗要明显优于湿法清洗。
干法清洗中发展较快、优势明显的是等离子体清洗，等离子体清洗已逐步在半导体制造、微电子封装、精密机械等行业开始普遍应用。
２ 等离子体清洗２．１ 等离子体清洗的机理等离子体是部分电离的气体，是物质常见的固体、液体、气态以外的第四态。
等离子体由电子、离子、自由基、光子以及其他中性粒子组成。
由于等离子体中的电子、离子和自由基等活聂磊 蔡坚 贾松良 王水弟微电子封装中等离子体清洗及其应用摘 要：随着微电子工艺的发展，湿法清洗越来越局限，而干法清洗能够避免湿法清洗带来的 环境污染，同时生产率也大大提高。
等离子体清洗在干法清洗中优势明显，本文主要 介绍了等离子体清洗的机理、类型、工艺特点以及在微电子封装工艺中的应用。
关键词：等离子体清洗；干法清洗；微电子封装性粒子的存在，其本身很容易与固体表面发生反应。
等离子体清洗的机理，主要是依靠等离子体中活性粒子的“活化作用”达到去除物体表面污渍的目的。
就反应机理来看，等离子体清洗通常包括以下过程：无机气体被激发为等离子态；气相物质被吸附在固体表面；被吸附基团与固体表面分子反应生成产物分子；产物分子解析形成气相；反应残余物脱离表面。
等离子体清洗技术的最大特点是不分处理对象的基材类型，均可进行处理，对金属、半导体、氧化物和大多数高分子材料，如聚丙烯、聚脂、聚酰亚胺、聚氯乙烷、环氧、甚至聚四氟乙烯等都能很好地处理，并可实现整体和局部以及复杂结构的清洗。
等离子体清洗还具有以下几个特点：容易采用数控技术，自动化程度高；具有高精度的控制装置，时间控制的精度很高；正确的等离子体清洗不会在表面产生损伤层，表面质量得到保证；由于是在真空中进行，不污染环境，保证清洗表面不被二次污染。
微电子工艺原理第讲清洗工艺
微电子工艺原理第讲清洗工艺清洗工艺是微电子制造过程中至关重要的一环，它对于器件性能和可靠性有着直接关系。
本文将从微电子工艺的角度介绍清洗工艺的原理、流程及影响因素。
清洗工艺的原理微电子器件的制造过程中，为了保证器件的品质，需要在每个制造步骤结束后进行清洗。
清洗的目的是除去沉积在表面的杂质、有机物及其他污染物，以便下一个制造步骤的顺利进行。
同时，清洗的质量还直接影响着器件性能和可靠性。
附着在表面的杂质可以降低器件的电学特性，影响其性能。
比如，杂质可能会影响制作金属电极的粘附性和导电性；有机物可以在高温和高压下分解并释放有害气体，导致器件失效。
通过对器件表面进行清洗，可以去除这些潜在的污染物，保证下一步的制造步骤可以在清洁的表面上进行，从而获得更好的器件性能。
清洗工艺的原理主要来源于化学和物理两方面。
化学清洗是通过合适的化学试剂去除表面的污染物，主要依靠化学反应来促进污染物的溶解和分离。
物理清洗则主要通过物理力学的方法，如振动、压缩和吸附等，去除表面的污染物。
清洗工艺的流程清洗工艺的流程主要包括前处理、主处理和后处理。
1.前处理在进行清洗之前，需要先将器件表面的半导体材料、金属材料或其他材料，进行表面预处理。
通常的处理方法包括：•去胶：使用某些有机物或者无机酸腐蚀去除器件表面的胶与封装材料，其中无机酸常见的有HF、KOH等。
•消毒：使用高温下的气体流去除器件表面的细菌以及器件内部的空气，以保证器件内外的干净。
•研磨：使用硅砂等磨料对器件表面进行研磨，以去除表面的氧化或锈蚀层。
在研磨过程中，还可以控制磨料的大小和硬度，以使磨料对表面不会产生附着物。
•水/氧化学气相清洗：使用去离子水或化学气相清洗器件表面，去除表面残留的杂质，以减少清洗过程中对器件的损伤。
2.主处理主处理是清洗工艺的核心步骤。
根据清洗方法的不同，主处理可以分为以下三个步骤：•预清洗：使用去离子水或去离子水混合有机溶剂对器件表面进行清洗，以去除表面的污染物，为下一步的清洗做准备。
半导体制造工艺第3章 清 洗 工 艺
3.3 清洗方法概况
图3-2 等离子清洗机的工作原理图及清洗过程
3.3 清洗方法概况
1)被清洗的工件送入真空舱并加以固定，启动运行装置，开始排气，
使真空舱的真空程度达到10Pa左右的标准真空度。 2)向真空舱引入等离子清洗用的气体，并使其压力保持在100Pa。 3)在真空舱内的电极与接地装置之间施加高频电压，使气体被击穿， 并通过辉光放电而发生离子化并产生等离子体。 4)清洗完毕后切断高频电压，并将气体及汽化的污垢排出，同时向 真空舱内鼓入空气，并使气压升至一个大气压。
围内，而振动频率超过20kHz以上的声波则称为超声波，用于清洗 的超声波所采用的频率为，超声波由于频率高、波长短，因而传 播的方向性好、穿透能力强，这也就是为什么设计制作超声波清 洗机的原因。 3.4.2 超声波清洗机
3.4 常用清洗设备——超声波清洗设备
1.切割片超声波清洗机的工艺流程
①超声波抛动粗洗→②超声波抛动清洗→③超声波抛动漂洗→④超 声波抛动漂洗→⑤纯水喷淋抛动漂洗→⑥超声波抛动漂洗。 2.研磨片超声波清洗机的工艺流程 ①热纯水超声波抛动清洗→②热碱水超声波抛动清洗→③热纯水超 声波抛动清洗→④热纯水超声波抛动清洗→⑤纯水喷淋抛动漂洗→ ⑥热酸超声波抛动清洗→⑦热纯水超声波抛动漂洗→⑧热纯水超声 波抛动漂洗。
3.4 常用清洗设备——超声波清洗设备
3.4.3 其他清洗设备 超声波清洗是半导体工业中广泛应用的一种清洗方法，该方法的 优点是清洗效果好，操作简单，对于复杂的器件和容器也能清除，
但该方法具有噪声较大、换能器易坏的缺点。对硅片进行清洗经 常会用到的设备还有刷洗器、旋转喷淋器、溢流清洗器等。 (1)刷洗器 当硅片表面粘有微粒或有机残渣时常用刷洗的方法去 除表面颗粒。 (2)旋转喷淋器 旋转喷淋器是指利用机械设备将硅片以较高的速 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 子水或其他清洗液)而达到清除硅片目的的一种设备。 (3)溢流清洗器 传统上绝大多数类型的去离子水清洗都是用溢流 清洗器。
微电子工艺清洗技术分析
微电子工艺清洗技术分析【摘要】随着科学技术的发展，我国的微电子技术得到了快速发展，使电子元件的集成程度越来越高，给微电子器件的清洗工作带来了很大的挑战，其清洗质量对电子设备的质量也会造成严重的影响。
对此，本文对微电子工艺清洗方法的现状进行了分析，并提出了有效的清洗对策。
【关键词】微电子设备；清洗技术；干法清洗现阶段，我国的微电子技术的迅速发展使电子设备向微型化、集成化方向发展，这导致微电子器件的清洗工作越来越复杂，其清洗质量也会影响电子元件的质量和使用寿命。
因此，提高微电子工艺的清洗技术水平具有十分重要的意义。
1微电子工艺清洗技术的原理微电子产品在生产加工过程中会因各种因素的影响导致产品受到污染。
一般情况下，这些污染物会通过物理吸附或化学吸附等方式存留在产品表面，对产品的质量和使用寿命会造成严重的影响。
例如，在生产硅片时，一些污染物的离子或粒子会存留在硅片表面或氧化膜中。
这主要是因为生产加工过程中，硅片的化学键受到了破坏，加剧了污染物的吸附力度。
这种情况给硅片的清洗工作带来了很大的难度。
目前，我国使用的微电子清洗手段主要有两种，即干法清洗和湿法清洗。
2微电子工艺清洗技术的现状随着微电子技术的发展，微电子器件具备高精密等特点，电子元件的价值比较高，电子元件中存在污染物会严重影响其质量和使用寿命。
因此，微电子器件的清洗工作十分重要。
微电子工艺清洗法最早由美国发明并实施的，主要使用的是湿法，可利用有机溶剂或化学溶剂与污染物发生反应，并通过物理作用来达到清洗的目的，但部分化学溶剂会与电子元件发生反应，对电子元件造成损伤，因此，在清洗时要根据电子元件的材料来选择合适的溶剂。
另外，干法清洗方式与湿法清洗方式相对应，主要以等离子技术和气相技术为主，这种清洗方法不会对电子元件造成损伤，但清洗效果不如湿法清洗技术，一些金属氧化物无法清洗干净。
3微电子工艺清洗技术的应用3.1湿法清洗技术。
3.1.1化学溶剂清洗法。
微电子工艺中的清洗技术进展
108 集成电路应用 第 37 卷 第 6 期（总第 321 期）2020 年 6 月Applications创新应用 2 清洗工艺2.1 基本原理微电子元器件的制造工序是非常复杂的，过程中会受到污染，对产品质量会产生严重影响。
污染物一般会通过物理吸附或者化学吸附的方式在电子元件生产过程中吸附在表面。
以硅片制造为例，生产中污染物主要是以粒子或者离子的形式存在，吸附在硅片的表面。
通过研究发现，污染物还有可能存在于硅片自身的氧化膜当中，出现这种问题的原因是污染物质破坏了硅片表面的化学键，这样一来表面就会形成自然的力场，污染物质就很容易进入到硅片的氧化膜之中。
出现这种情况之后，清洗的难度就非常大，需要不断提升清洗技术，才能确保满足实际需求。
从现阶段情况来看，在微电子工艺行业中主要有两种清洗技术，实际应用效果比较好，可以有效清洗微电子产品中的污染物，保证产品的功能。
随着微电子产品的快速发展，对清洗技术会提出更高的要求，所以要不断加强研究，才能满足实际需求，为微电子工艺提供可靠的保障，不断提升产品质量。
相比较于西方发达国家，我国微电子行业起步比较晚，发展时间也比较短，所以微电子工艺清洗技术相对落后，在实际运用中存在一些问题，严重影响到使用效果。
0 引言随着社会快速发展，人们对微电子产品需求量持续增加，可以获得很好的体验。
微电子产品具有体积小、质量轻、集成度高的特点，所以清洗难度是比较大的，如果不进行有效清洗，肯定会影响到产品的正常使用。
所以要加强对清洗技术的研究，有效适应发展的需求，保证微电子产品的合格率。
1 微电子工艺中清洗技术在微电子工艺中，清洗技术一直是研究的重点，通过不断改进来满足发展的需求。
电子行业是追求精密的一个行业，小小的失误会对产品质量造成不利影响，所以要严格的去控制，才能确保达到生产标准。
微电子工艺中清洗技术的重要性主要体现在以下几个方面：（1）保证产品质量。
如果微电子产品中进入了污染物，肯定会影响到正常使用，所以要进行有效的清洗才可以，这是非常关键的。
SMT 清洗工艺PPT课件
设备不同又可分为批量式（间隙式）清洗和连续式清洗2种类型；根据清洗方法不同还
可以分为高压喷洗清洗、超声波清洗等几种形式。对应于不同的清洗方法和技术有不同
的清洗设备系统，可根据不同的应用和产量的要求选择相应的清洗工艺技术和设备。
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2.污染物类型
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污染物是各种表面沉积物或杂质，以及被SMA表面吸附或吸收的一种能使SMA的性能降
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3.溶剂的种类和选择
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清除极性和非极性残留污物，要使用清洗溶剂。清洗溶剂分为极性和非极性溶剂两大
类：极性溶剂包括有酒精、水等，可以用来清除极性残留污物；非极性溶剂包括有氯化物和
氟化物两种，如三氯乙烷、F－113等，可以用来清除非极性残留污物。由于大多数残留污
物是非极性和极性物质的混合物，所以，实际应用中通常使用非极性和极性溶剂混合后的溶
求较高和表面涂敷的产品应选用1MΩ～18MΩ的纯水。 • 制纯水设备以自来水为原料，一般包括粗滤、细滤、去离子装置，去离子装置又分为电渗析、离子交换树脂、反
渗透三种方法，具体使用要根据进水水质和用户要求的出水电阻率水平来设计方案。清洗废水如果达不到国家的 排放标准，必须经过污水处理达标后才能进行排放。污水处理设备应根据污水的污染物组成进行设计，一般都包 含以下功能：过滤或沉淀颗粒物、去除油性污染、化学法沉淀金属离子、中和等。由于使用水为清洗主要材料， 所以在使用中必须注意以下几点： • ① 水质要保证达标，不能在清洗过程中因水质问题而引入新的污染。 • ② 干燥要充分，否则对以后的保存、防护涂覆都有影响。 • ③ 针对焊剂、焊料不同，可选用皂化水洗、纯水洗。 • ④ 由于水洗不如溶剂清洗的宽容度高，因此，对工艺控制相应要求较严格，如水温、压力、走带速度、皂化剂含 量等应综合考虑。同时，清洗效果与印制板的装联密度也有一定的相关性。
微电子工艺流程(PDF 44页)
5、去除氮化硅
• 将晶圆表面的氮化硅，利用干法刻蚀的方法 将其去除掉。
华中科技大学电子科学与技术系
6、P阱离子注入
• 利用离子注入的技术，将硼打入晶圆 中，形成P型阱。接着利用无机溶液， 如硫酸或干式臭氧（O3）烧除法将光刻 胶去除。
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7、P阱退火及氧化层的形成
3、淀积氮化硅
• 利用低压化学气相沉积（LPCVD）的技术， 沉积一层氮化硅，用来做为离子注入的mask 及后续工艺中，定义P型井的区域。
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4、P阱的形成
•将光刻胶涂在晶圆上之后，利用光刻技术， 将所要形成的P型阱区的图形定义出来，即将 所要定义的P型阱区的光刻胶去除掉。
1. 洁净室和清洗 2. 氧化和化学气相淀积 3. 光刻和腐蚀 4. 扩散和离子注入 5. 金属连接和平面化 三. 标准CMOS工艺流程
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1、初始清洗
• 初始清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的 方法将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂初始 清洗就是将晶圆放入清洗槽中，利用化学或物理的方法 将在晶圆表面的尘粒或杂质去除，防止这些杂质尘 粒， 对后续的工艺造成影响，使得器件无法正常工作。
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18、利用氢氟酸去除电极区域的氧化层 • 除去氮化硅后，将晶圆放入氢氟酸化学
槽中，去除电极区域的氧化层，以便能 在电极区域重新成长品质更好的二氧化 硅薄膜，做为电极氧化层。
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19、电极氧化层的形成
• 此步骤为制做CMOS的关键工艺，利用 热氧化法在晶圆上形成高品质的二氧化 硅，做为电极氧化层。
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产率提高3.8%，将带来年利润1千万美元！
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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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但必须避免对硅片的损伤
✓HF／H2O气相清洗 ✓紫外一臭氧清洗法（UVOC）
✓H2／Ar等离子清洗 ✓热清洗
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其它方法举例
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其他去除污染物的方法之吸杂
把重金属离子和碱金属离子从有源区引导到不重要的区域。 ✓器件正面的碱金属离子被吸杂到介质层（钝化层），如PSG、Si3N4 ✓硅片中的金属离子则被俘获到体硅中（本征吸杂）或硅片背面（非本征吸杂）
(3) HF (0.5%) +H2O2 (10%) 天然氧化层和金属
(4) DI H2O清洗（>18M-cm)
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机器人自动清洗机
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清洗容器和载体
✓SC1/SPM/SC2 – 石英（ Quartz ）或 氟聚合物容器 ✓HF – 优先使用氟聚合物，其他无色塑料容器也行。 ✓硅片的载体 – 只能用氟聚合物或石英片架
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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1、净化环境
引言
芯片代加工工厂的环境通过以下措施进行:
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深能级金属离子的吸杂： 高扩散系数＋间隙扩散方式＋聚集并占据非理想缺陷（陷阱）位置
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激活 可动，增加扩散速度。替位原子 间隙原子
Aus＋I AuI Aus AuI＋ V
踢出机制 分离机制
引入大量的硅间隙原子，可以使金Au和铂Pt等替位杂质转变为间隙杂质，扩散速度 可以大大提高。
Surface roughness (nm)
表面粗糙度降低了击穿场强
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湿法清洗的问题（2）
✓颗粒的产生 ✓较难干燥 ✓价格 ✓化学废物的处理 ✓和先进集成工艺的不相容
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干法清洗工艺
➢ 气相化学，通常需激活能在低温下加强化学反应。 ➢ 所需加入的能量，可以来自于等离子体，离子束，短波长辐射和加热，这些能量用以清洁表面，
SiGe-gate/high-k/SiGe pMOSFETs
Wu et al., EDL 25, 289 (2004).
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不同清洗（腐蚀）方法与表面粗糙度
Surface roughness (nm) Surface roughne)
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
➢ 去除方法：强氧化 － 臭氧干法 － Piranha：H2SO4-H2O2 － 臭氧注入纯水
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超声清洗
清洗设备
喷雾清洗
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洗刷器
水清洗＋干燥
•溢流清洗 •排空清洗 •喷射清洗 •加热去离子水清洗
•旋转式甩干 •IPA异丙醇蒸气干燥
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湿法清洗的问题（1）
表面粗糙度：清洗剂、金属污染对硅表面造成 腐蚀，从而造成表面微粗糙化。SC-1中， NH4OH含量高，会对硅造成表面腐蚀和损伤。
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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
M
Mz+ + z e-
➢ 去除溶液：H2O2：强氧化剂
氧化 还原
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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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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
超纯化学品 去离子水
特殊设计及材料 定期清洗
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在ULSI级化学试剂中的颗粒浓度（数目/ml）
NH4OH H2O2 HF HCl H2SO4
>0.2mm 130-240 20-100 0-1 2-7 180-1150
>0.5mm 15-30 5-20 0 1-2 10-80
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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
方法
高浓度磷扩散 离子注入损伤 SiO2的凝结析出
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碱金属离子的吸杂：
✓PSG——可以束缚碱金属离子成为稳定的化合物 超过室温的条件下，碱金属离子即可扩散进入PSG
✓超净工艺＋Si3N4钝化保护——抵挡碱金属离子的进入
其他金属离子的吸杂： ✓本征吸杂—— 使硅表面10－20mm范围内氧原子扩散到体硅内，而硅表面的氧原子浓度降低至 10ppm以下。利用体硅中的SiO2的凝结成为吸杂中心。 ✓非本征吸杂——利用在硅片背面形成损伤或生长一层多晶硅，制造缺陷成为吸杂中心。在器件制 作过程中的一些高温处理步骤，吸杂自动完成。
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 附小颗粒
排气除尘
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泵 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。
净化的必要性
器件：少子寿命，VT改变，Ion Ioff，栅 击穿电压，可靠性
电路：产率，电路性能
净化的三个层次：环境、硅片清洗、吸杂
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净化级别 高效净化
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本征吸杂工艺更易控制
✓造成的损伤范围大 ✓距有源区更近 ✓缺陷热稳定性好
方法：外延或热循环处理
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温度（C）
1300 外扩散 1100
900 700 500
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沉淀析出 凝结成核
时间（h） 44
bipolar
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本节课主要内容小结1
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 （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）
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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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120C,10min 室温 80C,10min
有机污染物 洗清 微尘
室温 80C,10min
洗清 金属离子
室温 室温 室温