不同晶圆清洗技术的介绍与分析比较

不同晶圆清洗技术的介绍与分析比较

1. 晶圆表面湿式清洗技术

半导体晶圆对微污染物的存在非常敏感，为了达成晶圆表面无污染物的目标，必须移除表面的污染物并避免在制程前让污染物重新残余在晶圆表面。因此半导体晶圆在制造过程中，需要经过多次的表面清洗步骤，以去除表面附着的金属离子、原子、有机物及微粒。

目前晶圆清洗技术大致可分为湿式与干式两大类，仍以湿式清洗法为主流。所谓湿式化学清洗(wet chemical cleaning) 技术，是以液状酸碱溶剂与去离子水之混合物清洗晶圆表面，随后加以润湿再干燥的程序。

(1) 湿式化学清洗

在清洗程序上，去除有机物为第一步骤，因为有机物会让表面形成疏水性，造成水溶液的清洗效果不佳，去除有机物可利用NH4OH-H2O2

溶液(RCAStandardCleaning-1 , SC-1)或铬酸-硫酸混合液清洗，其中

铬酸- 硫酸混合液比较不受欢迎，是因为有关铬离子废弃物丢弃的问题。

当有机物被去除后，水溶液就可比较容易的去除无机残余物，无机残余物可能与晶圆表面的二氧化硅层复合，可使用稀薄的氢氟酸溶液进行第二步骤的清洗，以便去移除二氧化硅薄膜层。故清洗程序的第三个步骤为移除无机残余物，过氧化氢酸的溶液可用来达成这个目

的。特别是含氢氯酸的过氧化氢溶液(RCAStandard Cleaning-2,

SC-2) ，氢氯酸对去除铁原子、钠原子及硫特别有效。假使SC-1 伴随着SC-2 使用，则必须小心两者的蒸气混合物，以避免氯化铵微粒产生。

最后必须再以去离子水润湿(rinse)以清洗残余的HF,最后干燥(dry) 完成整个湿式清洗程序。

基本上在ULSI 制程中会有许多微粒产生，而湿式清洗法有时不但不能去除微粒，更会增加微粒在晶圆表面附着的可能，而在湿式清洗程序中，微粒污染主要是来自润湿槽及旋转干燥器(spin dryer) ，利用各种不同润湿方法以减低微粒污染，

亦为清洗技术发展的重点，最新的干燥技术为利用IPA 来干燥晶圆，可以减低微粒的污染，但IPA

燃点低，会有工业安全的问题产生。

(2) 湿式程序中清除微粒的技术

如果能结合微粒去除的技术，则湿式清洗即可成为具有吸引力的清洗程序，一般使用在湿式程序中的微粒清除技术如下：

A.擦洗(Scrubbi ng)

擦洗是利用刷子在晶圆表面滚动而去除微粒及有机薄膜的一种机械方法，当使用此种技术擦洗晶圆表面时，刷毛并不直接接触晶圆表面，因为刷毛与晶圆中间隔一层清洗溶液的薄膜，晶圆表面最好是疏水性的，如此在亲水性刷毛周围的溶液会被晶圆所排斥，而将悬浮在薄膜上的微粒扫除。而擦洗的溶液经常为去离子水加上一些清洁剂，以降低水的表面张力。将双边的擦洗系统运用于晶圆物理化学研磨制

程后或见证晶圆回收的清洗以去除晶圆上的微粒显的非常有效。

B.高压液体喷洒(High pressure fluid jets)

利用液体喷洒在物体表面以清除微粒已发展许多年了，此法是利用液体与微粒间的应剪力将微粒清除，故与边界层的厚度及流体的速度有很大的关系。典型的液体压力为100 psig ，以去除微粒，但如此高压会对晶圆表面产生伤害此法受限于表面边界层的影响，对于较小微粒而言，去除效率并不高。

C.超音波(Ultrasonic)

此法是将晶圆置于液体中，使用超音波传送器产生超音波，以音波震动的能量去除晶圆表面的微粒，其振动频率通常在20 kHz 左右，音波传送器产生的振动波会在液体中形成小气泡并快速膨胀，而产生孔蚀的现象，有助于微粒的去除，但由于孔蚀气泡的形成难以控制，故可能会对晶圆产生损害。音波振动所使用的介质通常为去离子水，

Menonet al 曾研究不同清洗液体下，对不同微粒在硅晶圆的去除效率的影响。

D.百万赫次超音波(Megasonic)

Megasonic所使用的振动频率约在750-900kHz,当SC-1溶液结合megasonic 的能量一起使用时，对晶圆表面微粒的去除效果可增加很多，由于两个音波间的间隔时间太短，因此不会产生孔蚀的气泡，实验结果指出，当RCA溶液结合megasonic —起使用时，在四分钟内, 沈积的0.3 ?m Al2O3 微粒可大部份被去除。Menon et al. 曾研究不同

的微粒在不同的青洗液中的去除效率，发现微粒青除效率在使用 SC-1

与 megasonic 一起使用时最高。

Buanaina 和 Dai (1997)[13] 的实验结果指出， megasonic 输入的 功率是影响Si3N4微粒去除最大的因子，其最适当的功率值在420-480

时间为12-15 min ，温度为28~34oC Si3N4微粒的

去除效率可达 99 %以上。Ohmi 使用 HFH2O2-H2O Mixture (FPM)加界

面活性剂跟megasonic —起使用，去除晶圆上的 PSL 微粒，与其它的

清洗方法比较，发现其去除效率最高，显示微粒去除在液态清洗溶液 中加上接口活性剂可增加微粒的去除效率。

综合以上湿式清除微粒技术， 目前以 SC-1 加上 megasonic 或超音 波震荡的去除效率较高，而不至于破坏晶圆，其余的湿式清洗法都无 法有效去除晶圆表面的微粒。

E. 全部室温湿式清洗 (Total room temperature wet cleaning)

目前 Ohmi (1996)[14] 已发展出不同的青洗程序，与标准的 RCA

程序相比，用水量可减少至 1/20 ，此程序称之为全部室温湿式清洗指

1 所示。

故目前湿式青洗技术已逐渐朝减少去离子水及化学药品用量的方

向改进，且已有清除微粒的湿式清除技术，但仍有不能符合 cIuster tool 的概念的疑虑，故仍有必要发展干式清洗技术。

Watt 间， 出此种程序可达成下列三种标准：

(a) 所有的清洗步骤皆在室温操作， 可减少化学药品及去离子水的蒸发， 并使清洗溶液的组成变化很小易 于操作， (b) 制程步骤可减至最小， 减少药品及去离子水的消耗， (c) 化学药品废弃物可完全回收及再生。 TRTW 与RCA 青洗的程序比较如图